地球物理方法在地質災害勘查中的應用

黃蛟

（江西省地質局地理信息工程大隊，江西 南昌 330001）

0 引言

近年來，由于經濟和社會的發展，人類對生態環境的損害日益嚴重，同時也引發了許多地質災害。而隨著物探技術的發展，物探技術也在飛速發展。在地質災害勘探中，地球物理方法的作用越來越突出，并在實踐中收到了很好的成效[1]。在進行地質災害勘探時，主要是要找出地層地層中的電阻率、密度、彈性、放射性、介電常數等物性差異。將地質災害的相關知識與異常區進行比較，科學地分析地質工作狀態和自然災害的發生概率，為人們預防和保護人類的生命和生命提供了科學的保證[2]。

1 地球物理方法的發展

地球物理勘探是一種以巖石礦物在地殼中的物理特性差異為基礎，進行地質調查的一種重要手段。在煤炭、運輸、冶金、石油、地質、建筑、水電等諸多行業中，地球物理勘探有著舉足輕重的地位。同時，對我國的資源、能源的勘探、地質災害的預報、對地球環境的污染進行監控也具有重要意義。近幾年，地質勘查技術在工程、環境、資源等方面的需求迅速增加，同時，地質勘查技術所涉及的儀器、儀器、方法也得到了極大的提高，為經濟社會發展作出了巨大的貢獻[3]。

2 引發地質災害的因素

由于各種原因，地質災害類型多樣，其成因也不盡相同，既有自然原因也有人為原因。地震是最具毀滅性的一類地質災害，其成因是自然原因。當地質構造改變時，會有一次很難預料的地震。滑坡以山地為主，既要考慮到自然條件，又要考慮人的影響。在滑坡發生的時候，不但要對其進行地形觀測，而且要對其周圍的地質環境以及當地的人為因素進行研究，例如是否有工程建設、是否有露天開采等。在滑坡中，必須對其巖體的構造表面進行分析。一旦挖掘，就會產生很大的水土流失，從而導致了這樣的地質災難。土石流的出現，必須對當地的地貌進行考察，并對當地的降水、人為因素進行研究，確定有無森林砍伐，有無采石后的殘骸亂堆。若出現地表塌陷或地表塌陷，應對其進行現場地質災害調查，并對其進行人為因素的影響。如果在這個地方，開采量太大，有排水設施，又沒有保護，導致地下坑道等，都會發生。

3 常見地質災害類型與危害

3.1 滑坡

滑坡是由河流沖刷、地下水活動、雨水浸泡、地震、人工切坡等因素共同作用而形成的一種自然現象。活動的巖石（土）叫變形體或滑動體，而不活動的土（土）則叫滑動。

山體滑坡經常造成工農業生產和人民生命財產的巨大損失，甚至造成嚴重的災難性后果。滑坡對農村地區的最大威脅是破壞農田、房屋、人畜、森林、道路、農業機械、水利、水力等，有時還會給農村帶來災難性的災難。城鎮內發生的泥石流經常會造成房屋倒塌、人員死亡、農田受損、工廠、學校、機關單位等的倒塌，還會造成電力供應中斷、停水、停工，有時還會造成全城的破壞。工礦區發生的塌方，會對礦井的設備、人員的死亡、工廠的破壞、礦井的關閉和生產的關閉，往往會帶來巨大的經濟損失。

3.2 泥石流

泥石流是一種由暴雨、暴雪等自然災害引起的山崩，夾雜著大量的泥沙和石頭。泥石流的特征是速度快、流量大、物料體積大、破壞性大。

泥石流往往爆發得突然，來勢兇猛，速度快。它同時具有崩塌、滑坡、洪水等多種功能，其危害范圍遠大于單純的崩塌、滑坡和洪水。泥石流往往會沖垮公路、鐵路等交通設施，乃至村莊，造成重大的災害。

3.3 巖溶地面塌陷

喀斯特地表塌陷是由外部動力或人為因素引起的地表突然變形破壞，所造成的地表坍塌多為圓錐形凹坑。喀斯特地表坍塌是一種常見的地表變形破環，多見于含碳酸鹽巖、鈣質碎屑巖、鹽巖等易溶巖中。喀斯特地表坍塌是由自然因素引起的，如地震、洪水、降雨等，其影響范圍最大，沒有任何征兆，因此造成的損失也是最大的。

3.4 地面沉降

地表塌陷是一種由地表變形引起的地質災害。然而，由于地表塌陷的危害范圍較廣，給建筑物的巖土工程帶來了很大的危險。地表塌陷的發生與場地的土壤性質有關，比如，濕陷性黃土是一種極易引起地表塌陷的類型，在這種地基上修建建筑物或巖土工程，將極大地縮短工程的使用年限，嚴重威脅到人民的生命和財產安全[4]。

4 地災勘查的地球物理方法與應用

4.1 高密度電法

高密度電阻法是一種陣列探測技術，又稱為電阻率自動測量系統，它的作用類似于四極測量和點輪廓測量。利用電極為地面供電，在地面上形成一個人造電場，其電場分布與地下介質的電阻率分布有很大關系，利用地面上不同位置的人造電場，可以得到地下介質視電阻率ρs 的分布情況，從而推測出地層構造。該方法原理清楚、圖象直觀，具有很高的解析度。近幾年來，由于電腦資料的不斷發展，資料的收集效率得到了極大的改善，剖面的覆蓋面和深度都得到了極大的改善，而且在強干擾的情況下，資料的可靠性得到了極大的改善，從而使得對地質體的探測更加精確，見圖1。

圖1 高密度電法地災勘查視電阻率斷面圖

4.2 地質雷達

地質雷達是將高頻電磁波以一種脈沖的方式，經一根發射天線，將其送至要探測的介質中，在該介質中，當與電位有不同的介電層或靶材時，該電磁波會被反射、折射，由接收天線接收，由雷達系統獲取并顯示。通過對所獲取的電磁波進行數據處理，利用電磁波的波形、振幅強度、時間等特性，推測出目標物在探測介質中的空間位置、結構、形態和埋藏深度，以實現對地層或對象的探測。在地震勘探中，地質雷達顯示了成果和直觀的特征，見圖2。

圖2 地質雷達地災勘查成果

4.3 瞬變電磁法

采用瞬變電磁場方法，利用脈沖電流在地面或非接地環上，激發目標物體感應二次電流，并在脈沖間隔處測量二次電場的響應。瞬變電磁方法中存在著兩種不同的激發磁場，即載流線圈或回路和接地電極。現在使用最廣泛的是回線磁場。輸出的脈沖波有矩形波、三角波和正弦波，其頻率隨波變化而變化，所產生的二次場頻率也不盡一致。瞬變電磁方法在低電阻率的情況下，其解析度高，可用于地質勘探，見圖3。

圖3 瞬變電磁法地災勘查視電阻率斷面圖

4.4 地震映像

地震映象法是以反射波方法中的最優偏移量為基礎發展而成。該方法既可以將各種地震波用作有效波，也可以按探測需要只使用一種特定的地震波。地震映象法中，各記錄道均使用同一偏移距離，因此，地震記錄中的時間變動以地下地質體為主，便于數據的解釋，并可對數據進行數字化處理，例如頻譜分析、相關分析等。在地質災害勘探中，地震成像技術是一種成果和直觀的方法，見圖4。

圖4 地震映像地災勘查成果

4.5 直流電測深法

直流電測量是地球物理勘探中的一個重要手段。該方法基于巖體的導電率差異，通過觀察和研究人為形成的穩定電流的分布，從而解決了一些地質問題。垂直直流電測深方法是在相同的測點上逐步增加供電電極間距，使得勘探深度從較小逐步加深，從而可以觀察到從淺到深的測點視電阻率的變化。通過對電測深曲線的分析，能夠較好地反映出地電剖面在縱深方向上的特點。在實際地質勘探中，該方法的垂直分辨率較高，見圖5。

圖5 直流電測深法地災勘查視電阻率斷面圖

5 結語

地質災害勘查，一方面，需要大量的資料，另一方面，各個時期所使用的地球物理方法種類繁多，資料形式多種多樣。根據地質數據的一些共同特點，構建地質災害勘探地質信息系統，既方便了地質資料的系統管理，又有利于綜合分析，加深了對災害體的認識。在新形勢下，城市地質災害的治理已成為迫切需要解決的問題。物探技術在地質災害勘探中的應用，取得了良好的效果，它具有工效高、成本低、設備輕便、能快速提供大范圍的綜合資料等優點，使地球物理勘探在地質災害防治中占有重要地位。