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淺層地質災害

發布時間: 2021-02-05 13:28:31

地質災害類型及劃分

靈台縣地勢西北高、東南低,屬黃土高原溝壑區。溝壑縱橫,梁峁相間,川塬山丘交錯,地形切割強烈,表層覆蓋著厚度巨大的第四紀黃土層,黃土本身具有軟弱性及濕陷性,加上黃土特有的垂直節理裂隙發育的特性,為地質災害的發育創造了有利條件。獨特的地形地貌條件,復雜的地質環境條件,決定了該地區是地質災害比較嚴重的地區。黃土層下面為白堊系涇川組基岩,岩性主要為砂質泥岩、泥質砂岩或者兩者互層,風化十分嚴重,局部節理裂隙相當發育,岩石強度較低,穩定性較差。黃土與基岩的接觸面是軟弱易滑帶,控制了滑坡災害的形成。

靈台縣主要地質災害有滑坡、崩塌、泥石流、不穩定斜坡等,多發生在人口密集和人類社會、經濟、工程活動集中的鄉鎮,對居民區、公路、水庫、學校等構成了威脅,直接影響到人民生命安全和經濟發展。

本次地質災害詳細調查工作,遙感解譯340個點,野外核實306個點,占解譯總數的90%。全縣實地調查滑坡285處、崩塌29處、泥石流9處、不穩定斜坡73處,合計396處(圖3-1)。其中災害點和災害隱患點滑坡1兩處、崩塌20處、泥石流4處、不穩定斜坡73處,合計109處(表3-1)。

表3-1 靈台縣地質災害及不良地質現象調查點統計表

圖3-10 不穩定斜坡災害穩定性比例餅圖

圖3-11 不穩定斜坡災害誘發因素比例餅圖

(四)泥石流

縣域內泥石流不發育,僅在中台鎮坷台村坷台組澗子溝、城關村西溝、城關村東溝、獨店鄉白峪村多家莊組閑子溝發育共計4處泥石流災害點。其共同特徵是溝源上部有較厚的黃土覆蓋,黃土節理裂隙發育,表層風化嚴重,物源比較充足;泥石流溝侵蝕強烈,沖刷深度較大,侵蝕溝在各種外力作用下,產生嚴重的垮塌、坍方,以及水流片蝕、溶蝕作用等產生的鬆散物質堵於溝槽,遇到暴雨洪水便可能形成泥石流。這類小型溝谷的集水面積小,溝源近,流程短,可供給泥石流的物質和水量都有限,規模不大。

泥石流類型,按照物質組成劃分4條為泥流;按照流體性質劃分1條為粘性泥石流3條為稀性泥石流;按照發育階段劃分4條為旺盛期泥石流;按照規模劃分1條為小型泥石流3條為中型泥石流。

❷ 地質災害有哪些

自然災害包括哪些方面內容
主要包括乾旱災害,台風、暴雨、冰雹、沙塵暴等氣象災害,地震災害,山體崩塌、滑坡、泥石流等地質災害,風暴潮、海嘯等海洋災害,以及重大生物災害和森林草原火災等。

❸ 地質災害包括哪些災害地質災害中包括那些災害

比較常見地質災害共有12類、48種。它們是:1地殼活動災害,如地震、火山噴發、斷層錯動等;2斜坡岩土體運動災害,如崩塌、滑坡、泥石流等;3地面變形災害,如地面塌陷、地面沉降、地面開裂(地裂縫)等;4礦山與地下工程災害,如煤層自燃、洞井塌方、冒頂、偏幫、鼓底、岩爆、高溫、突水、瓦斯爆炸等;5城市地質災害,如建築地基與基坑變形、垃圾堆積等;6河、湖、水庫災害,如塌岸、淤積、滲漏、浸沒、潰決等;7海岸帶災害,如海平面升降、海水入侵,海崖侵蝕、海港淤積、風暴潮等;8海洋地質災害,如水下滑坡、潮流沙壩、淺層氣害等;9特殊岩土災害,如黃土濕陷、膨脹土脹縮、凍土凍融、沙土液化、淤泥觸變化、淤泥觸變等;10土地退化災害,如水土流失、土地沙漠化、鹽鹼化、潛育化、沼澤化等;11水土污染與地球化學異常災害,如地下水質污染、農田土地污染、地方病等;12水源枯竭災害,如河水漏失、泉水乾涸、地下含水層疏干(地下水位超常下降)等。

工程地質災害

(1)工程地質災害的類型

國家建設中特別是西部地區,經常遇到滑坡、溶洞、地面下沉、水庫壩基漏水、軟土變形、水土突涌、水下砂體運移、淺層天然氣、岸帶沖淤、砂土液化等工程地質問題,查清引起這些災害的工程地質條件,制訂防治、整治措施,需要工程地球物理探測技術。如南昆鐵路沿線、長江三峽庫區有很多滑坡需要治理,廣西岩溶地區水庫地下漏水問題等,都是工程地質災害。

越來越突出的工程地質災害問題不僅威脅到人民生命安全,而且嚴重地制約了國民經濟的發展。崩塌、滑坡和泥石流等地質災害正隨著礦產資源的開發而加劇,中國每年因此而損失約300億元人民幣。近10年來,中國由於崩塌、滑坡和泥石流造成了近萬人死亡,全國400多個市、縣、區、鎮受到嚴重侵害。在全國鐵路沿線分布的大中型滑坡達1000餘處,平均每年中斷交通運輸44次,鐵路沿線有泥石流溝1386條,受危害鐵路達3000km以上;全國有近千座水電站及數百座水庫受到崩塌、滑坡和泥石流災害的嚴重威脅,僅雲南省已毀壞水電站360座、水庫50座。由於礦山採掘造成的壓占、采空塌陷所損毀的土地面積超過3000hm2;全國共有16個省(區、市)的46個城市(地段)、縣城出現地面沉降問題,總沉降面積達到48700km2;地裂縫出現在17個省(區、市),總長超過346km。據統計,中國的地質災害共有30種,除火山外,崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降等15種為主要災害。專家認為,中國經濟建設的高度發展和人口的急劇增加,對地質環境的破壞日趨嚴重,中國50%以上的地質災害都與人為因素有關。中國地質災害的成災具有明顯的方向性,地質災害的損失與人口密度、經濟發達的程度呈現出正比。我國目前有400個地質災害重災縣(市),佔全國縣(市)的20%。每年地質災害(不包括地震)造成的直接經濟損失占各種自然災害造成損失的20%~25%,年平均死亡近千人,受傷近萬人,經濟損失難以估量。

(2)工程地質災害的特點

我國工程地質災害的基本特點是:種類繁多,破壞損失嚴重;分布零散而又十分廣泛;防治周期特別長。1998年我國共發生不同規模的崩塌、滑坡和泥石流等突發事件約18萬宗,造成1150人死亡,1萬多人受傷,毀壞房屋50多萬間,直接經濟損失約15.9億元。我國政府對地質災害的危害問題處於極大關注,因此災害評估得到越來越廣泛的重視,研究內容也越來越廣泛,研究的手段也越來越豐富。但是我國畢竟是一個發展中國家,由於財力和技術水平的限制,不可能對所有工程地質災害進行全面治理,因而研究發展很不平衡,理論研究也非常薄弱,災害評估沒有得到充分的實踐應用。

(3)工程地質災害的危害

由礦石開采後形成的采空區的突然冒落與塌陷屬於不連續下沉方式曾發生多起事故,造成人員和財產的重大損失。最早在世界上有報道,在1938年英國的一個錫礦山,由於采區冒頂產生沖擊地壓。1958年,德國維爾鉀鹽公司的台爾曼礦也曾發生采空區冒落。1960年1月20日在南非的科爾布魯克諾斯(Coalbrook North)煤礦曾發生一起災難性破壞,當時面積大約3km2左右的房柱法采空區突然陷落,造成了437人的死亡。1962年12月在南非遠西蘭德(FarWestRand)金礦區發生塌陷,當時一個三層的井下破碎硐室突然塌落掉進了一個下部滲坑,造成29人死亡。1970年9月25日,在穆福利拉礦區發生較嚴重的空區突然陷落,造成89人死亡,同時伴隨約45000m3尾礦泥漿淹沒了部分礦井。

我國工程地質災害分布十分廣泛,曾發生過多起地質災害事故。崩塌災害最典型的例子是湖北安遠縣鹽池河磷礦山崩。鹽池河磷礦區位於黃陵背斜東北翼,自1969年以來,在三面(東、西、北)臨空的陡崖下開采磷礦石約60×104t,采空面積達6.6×104m2。由於采空了山腳地區,改變了山體的應力狀態,引起山體開裂。終於在1980年6月3日凌晨發生大規模山崩。高100m的半壁山頭頃刻崩塌,激起巨大氣浪將礦務局建築物席捲而起,直撞到對岸陡壁,撞得粉碎,近100×103m3的碎石堆積在500m×478m左右的范圍內,將鹽池河河谷填埋,形成一座高20~42m的堆石壩,掩埋(死亡)了284人及礦務局的所有建築、機械設備。

據初步調查,全國有災害性泥石流溝1.2萬條,滑坡數萬條,崩塌數千處。1949~1996年共發生「崩、滑、流」災害4600次,其中造成嚴重損失達1001次。1983年3月在甘肅東鄉族發生過一次特大的滑坡,下滑物體總體積達3000×104m3,埋沒了苦順和新莊兩村和德勒村一部分,毀壞農田3000hm2,填埋水庫一座,造成巨大損失。1985年6月,長江西陵峽新灘鎮發生大岩崩,頃刻之間有300多年歷史的新灘古城整個被覆沒,滑坡體沖入長江中土石量約200×104m3,埋沒房屋1000多間,擊毀機帆船13艘,木船64隻,直接損失1000多萬元。由於湖北岩崩調查處預報及時,使1300多居民安全撤離無傷亡。

2010年8月,陝西省安康市普降大到暴雨,受強降雨影響,白河縣四新、卡子、茅坪、構扒4個鄉鎮受災嚴重,導致350戶800餘間房屋被淹,沖毀農田3000餘畝,特別是公路、電力、水利、通信等基礎設施嚴重受損。其中四新鄉和茅坪鎮南貧溝流域通信、電力全部中斷,直接經濟損失1200餘萬元。該區地質條件復雜,千枚岩等易滑地層分布較廣,同時,隨著近年來經濟的迅速發展,導致了人類工程活動的加劇,如開山採石、開荒種田、劈山修路等,嚴重地擾亂了自然地質環境,加劇了該區地質災害突發和群發。

❺ 地質災害都有哪些種類

地質災害的種類有:

1、滑坡:是指斜坡上的岩體由於某種原因在重力的作用下沿著一定的軟弱面或軟弱帶整體向下滑動的現象。

2、崩塌:是指較陡的斜坡上的岩土體在重力的作用下突然脫離母體崩落、滾動堆積在坡腳的地質現象。

3、泥石流:是山區特有的一種自然現象。它是由於降水而形成的一種帶大量泥沙、石塊等固體物質條件的特殊洪流。識別:中游溝身長不對稱,參差不齊;溝槽中構成跌水;形成多級階地等。

4、地面塌陷:是指地表岩、土體在自然或人為因素作用下向下陷落,並在地面形成塌陷坑的自然現象。

5、地裂縫:地裂縫是累進性發展的漸進性災害。按其成因可分為兩大類:一種是內動力形成的構造地裂縫,如地震裂縫、基底斷裂活動地裂縫、隱伏裂隙開啟裂縫等;另一種是非構造型,即外動力作用形成的地裂縫,如鬆散土體潛蝕地裂縫黃土濕陷地裂縫、膨脹土脹縮地裂縫、滑坡地裂縫等。

(5)淺層地質災害擴展閱讀:

就地質環境或地質體變化的速度而言,可分突發性地質災害與緩變性地質災害兩大類。前者如崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫,即習慣上的狹義地質災害。後者如水土流失、土地沙漠化等,又稱環境地質災害。 根據地質災害發生區的地理或地貌特徵,可分山地地質災害,如崩塌、滑坡、泥石流等,平原地質災害,如地質沉降,如此等等。

❻ 地質災害有哪些類型

它們是:1
地殼活動災害,如地震、火山噴發、斷層錯動等;2
斜坡岩土體運動災害,如崩塌、滑坡、泥石流等;3
地面變形災害,如地面塌陷、地面沉降、地面開裂(地裂縫)等;4
礦山與地下工程災害,如煤層自燃、洞井塌方、冒頂、偏幫、鼓底、岩爆、高溫、突水、瓦斯爆炸等;5
城市地質災害,如建築地基與基坑變形、垃圾堆積等;6
河、湖、水庫災害,如塌岸、淤積、滲漏、浸沒、潰決等;7
海岸帶災害,如海平面升降、海水入侵,海崖侵蝕、海港淤積、風暴潮等;8
海洋地質災害,如水下滑坡、潮流沙壩、淺層氣害等;9
特殊岩土災害,如黃土濕陷、膨脹土脹縮、凍土凍融、沙土液化、淤泥觸變化、淤泥觸變等;10
土地退化災害,如水土流失、土地沙漠化、鹽鹼化、潛育化、沼澤化等;11
水土污染與地球化學異常災害,如地下水質污染、農田土地污染、地方病等;12
水源枯竭災害,如河水漏失、泉水乾涸、地下含水層疏干(地下水位超常下降)等。
致災地質作用都是在一定的動力誘發(破壞)下發生的。誘發動力有的是天然的,有的是人為的。據此,地質災害也可按動力成因概分為自然地質災害和人為地質災害兩大類。自然地質災害發生的地點、規模和頻度,受自然地質條件控制,不以人類歷史的發展為轉移;人為地質災害受人類工程開發活動制約,常隨社會經濟發展而日益增多。所以防止人為地質災害的發生已成為地質災害防治的一個側重方面。
地質災害的發生、發展進程,有的是逐漸完成的,有的則具有很強的突然性。據此,又可將地質災害概分為漸變性地質災害和突發性地質災害兩大類。前者如地面沉降、水土流失、水土污染等;後者如地震、崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地下工程災害等。漸變性地質災害常有明顯前兆,對其防治有較從容的時間,可有預見地進行,其成災後果一般只造成經濟損失,不會出現人員傷亡。突發性地質災害突然,可預見性差,其防治工作常是被動式的應急進行。其成災後果,不光是經濟損失,也常造成人員傷亡。故是地質災害防治的重點對象。

❼ 全國地質災害的主要類型、等級劃分與基本災情

2.1.1 地質災害的主要類型

根據《地質災害防治條例》,本書所指的地質災害種類主要是滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、地面塌陷、地裂縫。

根據地質災害對人民生命財產或環境造成明顯破壞的速度,通常將滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷稱為突發性地質災害,將地面沉降和地裂縫稱為緩變性地質災害。

2.1.2 地質災害的等級劃分

根據《地質災害防治條例》,地質災害共分為4個等級。其主要依據是:人員傷亡情況和經濟損失的大小。具體分級如下:

1)特大型:因災死亡30人以上,或者直接經濟損失1000萬元以上;

2)大型:因災死亡10人以上、30人以下,或者直接經濟損失500萬元以上、1000萬元以下;

3)中型:因災死亡3人以上、10人以下,或者直接經濟損失100萬元以上、500萬元以下;

4)小型:因災死亡3人以下,或者直接經濟損失100萬元以下。

需要指出的是,上述災害等級的劃分只是以致災地質體所造成的災害損失為依據的。它與致災地質體的規模,比如:以崩塌、滑坡、泥石流的變形岩土體的數量為依據進行劃分的規模,並沒有直接的必然聯系。巨型滑坡體造成的災害並不一定就是大型或特大型的。但是致災地質體的規模與災害受體(廠礦、市鎮和基礎設施等)的人口密度、經濟價值、人群的防災減災意識和措施等,也有著密切的關系。在大型或巨型致災地質體分布的地區,如果人口稀少、沒有重要的工程設施,也不一定會造成高等級的地質災害。但在發展經濟的過程中,這樣的地區畢竟具有高地質災害風險,或者說具有重大地質災害隱患,值得人們在進行經濟建設規劃中,在防災減災方面給予充分的注意。反之,在中小型致災地質體分布的地區,如果人口較為集中、工程設施的經濟價值較高,也有可能造成中、高等級的地質災害。因此,在這些地區,對那些中小型致災地質體也必須給予足夠的重視。

2.1.3 全國地質災害的基本災情

2.1.3.1 總體損失

我國是世界上地質災害最發育、危害最嚴重的國家之一。滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地面沉降和地裂縫災害在我國31個省(區、市)均有分布。

據不完全統計,1995~2003年,全國滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等突發性地質災害共造成10499人死亡和失蹤、65356人受傷、575億元的財產損失,平均每年死亡和失蹤1167人、財產損失64億元(圖2.1,圖2.2)。

全國有21個省(區、市)82個城市存在較嚴重的地面沉降。其中,有監測資料的14個城市的地面沉降面積已經超過6.4萬km2。據估算,這14個城市由於地面沉降造成的直接經濟損失超過800億元,平均每年27億元以上。1921~2000年的80年間,僅上海市區地面沉降造成的直接經濟損失已達176.6億元,平均每年2.2億元;間接經濟損失達2943.07億元,平均每年36.8億元(據上海市地質環境監測總站資料)。

據不完全統計,全國24個省(區、市)已發現地裂縫1232多處,造成的直接經濟損失在17.5億元以上。

圖2.2 1995~2003年全國突發性地質災害造成的直接經濟損失情況(據2002年和2003年《中國地質環境公報》資料)

2.1.3.2 區域分布情況概述

我國地質災害的區域分布情況如圖2.3所示。

滑坡、崩塌、泥石流災害具有區域性分布規律。就全國來說,西南地區的雲南、四川、重慶、貴州等省(市),中南地區的湖南、廣東、廣西等省(區),西北地區的陝西、甘肅等省,以及華東地區的江西、湖北、福建、江西等省,滑坡、崩塌、泥石流災害的發生頻度最高,危害程度也最為嚴重;西南、西北地區的滑坡、崩塌、泥石流的規模往往較大,而東南部地區多發育小規模和淺層的滑坡。

地面沉降主要分布在我國東部平原地區,其中又以沿海城市和華北平原等地區最為嚴重。發生地面沉降的城市或地區有的孤立存在,有的則密集成群或斷續相連形成大面積的地面沉降區(帶)。黃淮海平原的天津-滄州-衡水-德州-濱州-東營-濰坊地區和長江三角洲的嘉興-上海-蘇州-無錫-常州-鎮江-南通地區,就是地面沉降十分嚴重且密集分布或斷續相連已形成地面沉降區(帶)的地區。

地面塌陷在岩溶地區和礦山開采地區廣泛分布。其中,岩溶塌陷在中南和西南地區的岩溶地區廣泛分布,且以廣西、雲南、貴州、四川和重慶5個西部省(區、市)最為嚴重,這5個省(區、市)內岩溶塌陷的數量可佔全國岩溶塌陷總數的78%;礦山開采塌陷則以黑龍江、遼寧等省礦山分布區最嚴重。

地裂縫主要集中在汾渭盆地、太行山東麓平原、大別山東北麓平原地區,已形成3個規模巨大的地裂縫密集帶。

2.1.3.3 地質災害主要成因簡述

(1)自然條件是決定地質災害發生的基本條件

區域性和地區性的地質、地貌、氣候等自然條件,控制著災害性地質作用發生的可能性,以及發育的程度和特點。

岩土體鬆散破碎的山地丘陵區,地形起伏、溝壑縱橫,具有孕育滑坡、崩塌、泥石流災害的有利地形地質條件。而其中的降水集中分布區,又往往是崩塌、滑坡、泥石流多發的地區。

暴雨、強降雨或連續降雨是誘發上述地質災害的主要因素。據統計,我國由於降水誘發的崩塌、滑坡、泥石流災害佔全國崩塌、滑坡、泥石流災害總數的65%,而其中由暴雨誘發的又在降水誘發的災害中佔到66%以上。這使得我國滑坡、崩塌、泥石流災害的主要分布區也大多與年降水量較高、特別是暴雨集中的地區相一致。

具有厚度較大的鬆散沉積物、且其中蘊涵豐富地下水的平原、盆地與河谷地區、岩溶發育的可溶性岩石分布區,是地面沉降、地面塌陷和地裂縫災害的多發區。這是地質、水文地質條件對地質災害控制性的又一表現。

(2)人類活動越來越成為引發地質災害的重要因素

誘發崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、地面塌陷和地裂縫災害的人類活動,突出表現在工程開挖(如修路、切坡建房)、礦山開采、不合理抽取地下水和石油開采等方面。

在山地和丘陵區,修建鐵路、公路、房屋等工程,經常採用切坡、削坡等手段整理工程場地,採石、采礦開挖山坡和堆棄尾礦,都改變了原有的地形地貌,在很多情況下破壞了地面與斜坡的穩定性。這種變化本身,以及在其他有關因素的作用下,往往足以引發上述災害。據統計,全國由於上述各種人類活動引發的崩塌、滑坡、泥石流災害佔全國上述災害總數的50%以上。

不合理的地下水抽取、石油開采和礦山地下采空,改變了這些地區的地質結構,是引發地面塌陷、地面沉降和地裂縫災害的重要原因。

隨著經濟與社會的發展,上述人類工程活動的范圍和強度正在不斷加大,而且在發展過程中,對於規劃布局與地質災害的關系認識不足,使得人類活動誘發的地質災害不斷增多,形成了地質災害日益嚴重的局面。

❽ 地質災害包括哪些

一、地質災害按處所進行劃分
按致災地質作用的性質和發生處所進行劃分,常見地質災害共有12類、48種。它們是:
1、地殼活動災害,如地震、火山噴發、斷層錯動等;
2、斜坡岩土體運動災害,如崩塌、滑坡、泥石流等;
3、地面變形災害,如地面塌陷、地面沉降、地面開裂(地裂縫)等;
4、礦山與地下工程災害,如煤層自燃、洞井塌方、冒頂、偏幫、鼓底、岩爆、高溫、突水、瓦斯爆炸等;
5、城市地質災害,如建築地基與基坑變形、垃圾堆積等;
6、河、湖、水庫災害,如塌岸、淤積、滲漏、浸沒、潰決等;

7、海岸帶災害,如海平面升降、海水入侵,海崖侵蝕、海港淤積、風暴潮等;
8、海洋地質災害,如水下滑坡、潮流沙壩、淺層氣害等;
9、特殊岩土災害,如黃土濕陷、膨脹土脹縮、凍土凍融、沙土液化、淤泥觸變化、淤泥觸變等;
10、土地退化災害,如水土流失、土地沙漠化、鹽鹼化、潛育化、沼澤化等;
11、水土污染與地球化學異常災害,如地下水質污染、農田土地污染、地方病等;
12、水源枯竭災害,如河水漏失、泉水乾涸、地下含水層疏干(地下水位超常下降)等。
地質災害按動力因素進行劃分:
致災地質作用都是在一定的動力誘發(破壞)下發生的。誘發動力有的是天然的,有的是人為的。
據此,地質災害也可按動力成因概分為自然地質災害和人為地質災害兩大類。
自然地質災害發生的地點、規模和頻度,受自然地質條件控制,不以人類歷史的發展為轉移;人為地質災害受人類工程開發活動制約,常隨社會經濟發展而日益增多。所以防止人為地質災害的發生已成為地質災害防治的一個側重方面。
地質災害的發生、發展進程,有的是逐漸完成的,有的則具有很強的突然性。據此,又可將地質災害概分為漸變性地質災害和突發性地質災害兩大類。
前者如地面沉降、水土流失、水土污染等;後者如地震、崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地下工程災害等。漸變性地質災害常有明顯前兆,對其防治有較從容的時間,可有預見地進行,其成災後果一般只造成經濟損失,不會出現人員傷亡。突發性地質災害突然,可預見性差,其防治工作常是被動式的應急進行。其成災後果,不光是經濟損失,也常造成人員傷亡。故是地質災害防治的重點對象。

❾  淺層地震法

12.1.1基本原理

淺層地震勘探(Shallow Seismic Prospecting)是地質災害勘查的重要手段,它具備分辨能力強,空間定位準確的技術特點。所有的地球物理勘探方法都是以研究岩石的某一種物性為基礎,地震勘探所依據的是岩石彈性。其勘探原理是:用炸葯或非炸葯震源人為的激發地震波;沿測線的不同位置用地震勘探儀器檢測、記錄地震波;分析、研究這些記錄,從而獲得勘探地區(段)地下地質信息。激發地震波,接收地震波,處理、分析地震波記錄是實施地震勘探的三個主要技術環節。激發、接收地震波稱為地震勘探數據採集,處理、分析地震波稱為地震勘探數據處理。

地震勘探可以看成是一個特殊的、以地層為傳輸訊道的通訊系統。震源激發的地震波是通訊系統的輸入信號,它在地層中傳播時發生波的折射、反射、吸收、干涉、疊加等物理過程,從而攜帶了地層的結構和岩性等信息,因此地震波可以看成是攜帶地層信息的載體。用數字地震勘探儀器接收地震波信號並轉換成二進制數值,存貯在磁記錄介質上,為用計算機處理地震數據提供了方便的信息源。地震勘探數據處理充分運用了現代數據通訊中信號處理方法、波動場的層析成像方法和計算機數值計算方法,從而提高信號的信噪比,可靠地提取蘊含在地震波中的地質信息,或進行層析成像處理,獲得地下被勘查的地質體的數字圖像。

由於將地震勘探的本質理解為以地質體為介質的通訊過程,地震波是通訊過程的信息載體,使得地震勘探數據採集和處理吸收了現代數字通訊技術的最新成果,實現了數字化,擁有更強的解決地質問題的能力。

地球物理勘探工作者習慣將200~300m以上探測深度的地震勘探稱為「淺層地震勘探」,它符合水文、工程地質勘查和地質災害的勘查深度。在地質災害勘查中應用淺層地震勘探可以解決下列地質問題:

(1)按照速度值的變化,對各種類型的鬆散沉積物較詳細地分層;

(2)查明覆蓋層下的基岩埋深和起伏形態;

(3)查明基岩風化殼厚度和變化形態;

(4)查明基岩斷層、破碎帶,確定斷層斷距、斷層性質,確定破碎帶寬度和埋深;

(5)查明隱伏岩溶發育帶,確定溶洞位置;

(6)查明隱伏溶洞和覆蓋層之間,由於水力聯系而形成的覆蓋層中的溶蝕地段和土洞;

(7)應用在鬆散覆蓋層中的詳細分層能力,查明基岩斷層在第四系地層中的形跡,從而判斷是否是活動斷裂;

(8)可以獲取地質體的彈性力學參數和抗壓能力。

12.1.1.1縱波、橫波、瑞雷(Ralyleigh)表面波

在地震勘探應力波動場范圍內,地質體可視為彈性介質,依據固體介質彈性波理論,地震勘探震源在地質體中激起三種類型的地震波:縱波、橫波、表面波。縱波和橫波是在彈性體內部傳播,又稱為體波。傳播縱波介質的質點振動方向與波傳播方向一致,它是由脹縮力性質的震源所激發,例如放置在爆炸孔中的炸葯包。橫波振動方向與傳播方向相互垂直,它是具有旋轉力特徵的激勵震源激發,如水平方向敲擊置於地面上的木板塊,對地面作用的剪切力,是常用的激發橫波震源。僅存在於介質與空氣接觸的自由界面下,一個波長范圍內的表面波被稱為瑞雷表面波,它沿介質表面傳播,質點振動軌跡呈橢圓狀。

利用縱波作為信息載體稱為縱波地震勘探,橫波地震勘探是利用橫波作為信息載體。應用瑞雷表面波進行勘探稱為表面波勘探法,是近年發展起來的地震勘探方法的一個分支,本書另闢章節論述。

對同一彈性參數的固體,縱波比橫波有較快的傳播速度,它們都是彈性參數的函數(具體計算公式詳見手冊附錄)。通過綜合測試縱、橫波速度,可以推斷被探測體的彈性模量和泊松比等力學參數。

地質體中的橫波速度不像縱波速度那樣受濕度影響大,橫波速度與地質體力學強度有很好的正相關關系,速度值愈大,強度愈高。

介質對橫波能量的吸收衰減比縱波小,因此在縱、橫波混合的直達波組中,橫波的振幅要大於縱波,但橫波的頻率比縱波低。在相同頻率的條件下,橫波速度較低,波長較短,因此它比縱波有較高的水平和垂直分辨力。

限於目前的技術水平,只能用機械震源激發橫波,激發能量相對較小,最大探測深度一般不超過100m,遠不如縱波所能達到的探測深度。

由於橫波地震勘探的分辨能力較強,可以判斷被探測地質體的力學強度,在地質災害勘查工作中應當加以重視,特別是橫波反射地震勘探,但是其技術方法和裝備要比縱波勘探復雜,常用的橫波「叩板」震源比較笨重並且勘探深度相對較小。

圖12-1地震波入射到速度界面上發生的物理現象

12.1.1.2地震波反射、折射

由不同的時代、不同的岩性組成的地層,可以近似地看成彈性層狀介質,分層的主要依據是地震波速度。相鄰兩種介質之間存在速度界面,地震波入射到速度界面上,部分能量被反射,剩餘的能量透過界面入射到下部介質中,即入射波在速度界面上發生波的反射和透射這一物理現象。如果地震波的入射速度v1低於透入速度 v2,就會出現入射角小於透射角的現象(稱之為遠離法線的透射),因而就會存在使透射角為90°的入射角。在這種極端的情況下,透射波就在透射介質一側,沿著速度界面以v2速度傳播,此時的透射波稱為滑行波,入射角稱為臨界角(圖12-1)。滑行波沿著界面滑行的過程中,引起界面各個質點振動,它可以看作為二次震源,在入射介質(v.)中激起波的傳播,這種由滑行波派生的在上覆介質中傳播的波被稱為折射波,速度界面被稱為折射面。

反射波攜帶有反射界面空間位置的信息,折射波除了攜帶有折射界面位置信息外,還有折射界面的速度信息。由於只有在臨界角入射時才能出現折射波,因此在離開震源某個距離以外才能接收到折射波。地面上接收不到折射波的地段稱盲區。只有下層介質的速度大於上層時,才會出現折射波。折射波是由滑行波派生出來的,因此它的能量較小,為了接收折射波需要較強的激發能量。這些都是開展折射波勘探時,必須考慮的地球物理條件。

用反射波作為信息載體的地震勘探稱為反射波地震勘探,它又可分為反射縱波地震勘探和反射橫波地震勘探。用折射波作為信息載體稱為折射波地震勘探,在目前的技術條件下,只利用折射縱波。

反射波地震勘探是地質災害勘查中最常用的方法,它的技術成熟,裝備輕便、精良,微機控制的數字化地震儀器、諧振頻率100Hz的高頻檢波器、不同級別能量的震源,能夠滿足地質調查要求的各種勘探深度。應用源於石油地震勘探的多次覆蓋技術,使用計算機處理、分析資料,能夠實現地質災害勘查工作提出的多種任務要求,是地質學家優先選擇的方法。

1970年以前,淺層反射地震勘探技術尚處於研究、開發階段,折射波地震勘探在地質災害勘查工作中得到使用,特別是該方法能夠測得界面速度值,很受使用者歡迎。但它要求被勘查地層的下層縱波速度大於上層,並且不適合多於二層以上介質的勘探。由於存在盲區,勘查場地太小就無法施工;由於要求能量較大的震源,因而只能使用炸葯。這些都限制了淺層折射波地震勘探的使用。

12.1.2觀測方法

地震勘探的信息載體——地震波是用人工震源激發的。地質災害勘查時常用的震源類型有炸葯震源和機械錘擊震源兩種。炸葯震源的優點是裝備簡便,能適應不同勘探深度的要求,激發出的地震波的頻帶較寬,主頻較高,有利於高解析度地震勘探,但是這種震源存在安全隱患,不符合環境保護的要求,不適於在城市、工礦區等人口密集的地方使用。

錘擊震源使用安全、便捷,可以激發縱波也可以激發橫波,目前是激發橫波的主要震源類型。但錘擊震源激發能量相對較弱,勘探深度一般不超過100m,激發出的地震波頻帶窄,主頻低,解析度低。目前國外開發出了用於淺層地震勘探的陸地氣槍震源和電火花震源,有廣闊的應用前景。

淺層地震勘探的觀測方法是:在地表安置地震檢波器,將地震波到達時引起的地表微弱振動轉換成微弱的電信號,經由電纜送至地震儀記錄。地震儀有多個信號通道,常用的24通道地震儀,與24個檢波器連接。我們將安置在地表並與電纜連接的檢波器稱之為排列,檢波器之間距離稱為道距,檢波器與激發點之間距離稱為偏移距,最接近炮點的距離稱為最小偏移距。

激發點位置,排列位置,激發點和排列沿測線移動方式就組成了地震勘探觀測系統。道距、組成排列的地震道數目、最小偏移距離、激發點和排列沿測線移動的距離等,統稱為觀測系統參數。

地震儀在工作時預置的采樣間隔,每道采樣點數目,地震放大器的前置濾波器截止頻率等,稱為觀測儀器的參數。

在地震勘探現場採集數據時,正確設置觀測系統和觀測儀器的參數是確保完成地質任務的技術關鍵,要慎之又慎,應當在開工前進行參數選擇試驗,特別是在缺少經驗的新勘探區。

採用多次覆蓋觀測系統採集反射波數據可使地下每個地震波反射點數次被不同偏移距激發的地震波勘查。同一反射點被重復勘查的次數稱為覆蓋次數。通過多次覆蓋數據處理可以提高反射信號的信噪比,有利於提取微弱的反射信號,從而提高了識別地下地質情況的能力。覆蓋次數愈多,效果愈好,但勘探成本要相應提高。人們常用6~12次覆蓋,3次覆蓋屬於「經濟型」的勘查。

折射波觀測的關鍵是要避開盲區,這就要了解勘探地區的物性,判斷是否具備折射波勘查的地球物理前提。採用固定激發點,移動檢波器排列的方式,連續追蹤折射波,在排列兩端輪流激發,才能組成完整的對比觀測系統,獲得與排列對應的完整的折射界面形態。測線較長時,激發點與排列距離太大,無法可靠接收折射波,此時應當移動激發點,但要確保它與上個激發點有一段重復接收段,保證折射界面的連接。可靠地追蹤、對比和連接折射波是觀測系統設計原則。

橫波反射的觀測系統與縱波基本相同,只是橫波反射採用橫波震源激發和用橫波檢波器接收。「叩板」是目前常用的震源,採用炸葯或壓縮氣體的震源處於研究、開發階段。

數字地震儀的通道數目是使用者關注點之一,24道儀器是必不可少的,如果能夠裝備有48道或96道儀器則更為理想。多道儀器可以降低成本,提高覆蓋次數。模數轉換器擁有的位數則是關注點之二,位數多,儀器的動態范圍大,接收的地震信號保真度高,地震波承載的信息丟失少,這就提高了數據處理和信息提取的效果和解決地質問題的能力。

12.1.3技術要求

提高地震勘探的解析度是技術要求的主導思想。所謂解析度,就是對被勘查地質體探查的精細程度,可分為垂直和水平兩種解析度。垂直解析度愈高,就愈能精細地劃分地層;水平解析度高,對地質體水平方向的定位精度就高,例如准確地確定斷層的水平位置。

理論研究和實踐均證明,縮短地震波振動延續周期,或者是擴展地震波的頻帶寬度,可以提高解析度。為了提高水平解析度,除了上述要求外,還要適當地縮小檢波器的道距。

由於大地介質對地震波傳播的作用相當於低通濾波器,高頻成分吸收衰減的程度較低頻部分強,兩者相差可達30~40dB。因此補償高頻成分的丟失,就可以擴展地震波頻帶寬度,從而提高分辨能力。提高激發和接收的信號頻率,防止在數據處理時損失信號的高頻成分,是技術要求的關鍵。

此外,應當嚴格遵守《淺層地震勘查技術規范》各項規定和技術要求。附錄中收錄了此規範文本。

12.1.3.1測線布設

根據地質任務的要求在勘探區布置地震測線時,測線的方位要盡可能地垂直於被勘探體的走向,避開地物障礙和地形劇烈起伏的地段。如果無法避免,允許測線有轉折或彎曲,但要符合《淺層地震勘查技術規范》要求。測線要通過勘探區內鑽孔,或者以鑽孔為中心另行布置十字測深短測線,以了解反射層位和地質層位關系。如果有地層出露,要進行出露地層的波速測量,這有助於資料的地質解釋。

12.1.3.2地震波激發

由於炸葯震源激發的地震波主頻率值與葯量成反比,為了提高主頻率,增加方法的解析度,應當用小炸葯量激發地震波。在鬆散的地層中激發的地震波頻率較低,應將炸葯放入注水的爆炸孔中激發地震波。炸葯包直徑與孔徑接近,緊密耦合,可提高激發能量。爆炸速度高的炸葯(例如T.N.T)特性阻抗與岩土體的特性阻抗接近,能夠達到阻抗匹配,能量損失小,有利於激發地震波。

勘查目的層較淺時,人工錘擊是最方便的震源。應用地震儀多次疊加的功能,在同一個激發點處,多次錘擊,使地震信號疊加,增強信號能量。在激發點上安放鐵質或玻璃鋼墊板,錘擊墊板,激發的信號重復性好,主頻率較高。

用三角架支撐,拉起重錘,自由落下撞擊地面,激發地震波,稱為機械錘擊震源,其能量較強,但是頻率低,裝置較笨重。

國內開發了一種稱為「震源彈」震源,形似獵槍子彈,放入配套的「震源槍」中,插入地面上預先挖好的孔中激發,激發能量和頻率均能滿足地質災害勘查要求,比炸葯安全,能夠在城市中使用。

12.1.3.3地震波接收

應當採用諧振頻率高的檢波器接收地震波。當前,100Hz的高頻檢波器是最佳選擇。採用渦流型檢波器就更為理想,動圈式的檢波器在諧振頻率以上靈敏度變化不大。渦流式檢波器靈敏度隨頻率提高而增加,更加有利於補償地震波高頻損失,提高分辨能力。

檢波器將振動信號轉換為電信號後,通過地震電纜送到地震儀信號輸入端,為提高解析度必須將地震信號通過低截濾波器,使得低頻成分得到衰減,壓制低頻求得其與高頻成分處於相同數量級,顯然也就是擴展了帶寬,提高了分辨能力。低截濾波器的頻率是可調的,正確選擇頻率是技術要求的重要內容。

盡量提高A/D轉換器的位數,使相對較弱的高頻成分獲得足夠位數的轉換值,有助提高解析度。目前,淺層地震儀A/D轉換器已從過去的12bit(二進制位)或18bit提高到24bit。

12.1.3.4淺層地震勘探的應用條件

在地質災害勘查中應用淺層地震勘探方法,要分析解決地質任務的有效性,注意淺層地震勘探的應用條件:

(1)被探查的地質目的物(層)與圍岩體有速度差異;

(2)如果是採用折射法,還要求被探查的地質目的物(層)的速度大於上覆地層速度值;

(3)被探查的地質目的物(層)在垂直方向上的尺度不小於地震波有效信號主波長λ的八分之一,即A/8(Widess分辨准則),否則目的物不能被地震勘探發現;

(4)工作地區如果存在有人文雜訊干擾(例如城市或工礦區),必須採用有效的抗干擾措施,否則會降低方法的信噪比,影響地質效果,甚至無法工作。

12.1.4數據處理方法

12.1.4.1折射波數據處理方法

將記錄在磁介質中的折射波數據送入計算機後,採用相位對比的方法識別折射波並拾取折射波到達各個觀測點上的時間值。為了達到較好的效果,可採用計算機自動識別和拾取與人工檢測相結合的方法。隨後,啟動折射波資料處理程序,最終輸出折射界面形態圖和界面速度值。

時間場法和哈萊斯(Hales)法是常用的處理解釋方法,用於折射波數據自動解釋。

12.1.4.2反射波數據處理方法

反射波數據處理方法涵蓋波動場理論、信號處理理論、計算數學等學科的豐富內容。

反射波數據處理的目的之一是提高信噪比,讓背景雜訊掩蓋的反射信號顯現出來。視覺能力研究表明,人眼視力動態范圍約60dB(1000倍),如果地震儀A/D轉換器低於10bit,它就低於視覺動態范圍,此時地震監視記錄中看不到反射波信息。目前地震儀 A/D轉換器已高達18~24bit,遠遠超過視覺動態范圍,採集的反射信號通過數據處理,可提取出豐富的地質信息。

反射波處理的第二個目的,是使反射波正確歸位,即採用動校正、波動方程偏移等各種方法,將反射信號回歸到產生它的界面上去。正確歸位後的反射波表徵了界面的位置和形態,是一種波動場成像的方法。

反射波數據處理,按地震處理作業流程的先後次序,可分為下列各項。

(1)預處理:

解編:將地震數據讀取到計算機,解編成處理程序認可的格式。

編輯:用刪除或拷貝的方法編輯不正常地震道的數據。

動平衡:將地震數據按其自身大小加權放大,實現各數據之間相對平衡。

(2)獲取處理參數:

富氏分析:求得有效反射信號的功率譜,為選擇帶通濾波器的中心頻率和頻帶寬度提供依據。

速度掃描:求得動校正的速度組,為動校正提供速度參數。

(3)提高信噪比處理:

數字濾波:地震信號通過帶通濾波器,增強反射信號,壓制雜訊干擾。

相干加強:相鄰地震道進行互相關運算,用相關系數作權值,調整地震道的數據。由於反射信號有較好的波形相似性,調整後獲得加強,隨機雜訊相關系數接近於零,受到了壓制。

圖12-2偏移歸位

水平疊加:將同一反射點上的數據進行動校正,消除時差,疊加在一起,起到加強信號壓制干擾作用。

(4)歸位處理:

動校正:將不同偏移距的地震信號都校正為自發自收的零偏移距,此時地震信號之間的時差是由反射點位置不同引起,反映了反射界面形態。

偏移:動校正後的歸位界面深度,是界面垂線與地面交點的距離。如果是傾斜界面,則不是它的真正深度,需要偏移處理,校正成與地面垂直的直線距離,參見圖12-2。

12.1.5成果表達形式

12.1.5.1折射波法

折射界面剖面圖和界面速度分布圖是折射波法勘探成果表達的最終形式。通常可以用計算機繪圖儀輸出最終處理結果。

12.1.5.2反射波法

在地質災害勘查時,反射波法勘探成果常用反射波剖面圖的形式表達。該圖能直觀、形象地反映被勘查地層的空間分布形態,斷層位置,斷層的性質(正斷層或逆斷層),基岩破碎帶位置和寬度等地質現象,溶洞以雙曲線形態的繞射波出現,雙曲線極小點位置是溶洞的頂點。

反射波剖面是歸位後的地震波場的分布圖,異常的波動現象代表著介質中地質情況變化,例如地層界面、斷層、溶洞等。

熟悉地震波動場正演特徵和積累成果地質解釋的經驗,是深化認識反射剖面圖的基礎。

12.1.6資料解釋原則

資料解釋的目的,是對地震勘探成果進行地質推斷和解釋,用地質理念和規律表述勘查成果。

資料解釋應當遵循兩條原則:

(1)用於地質解釋的波動場異常是真實的,而不是由採集誤差,環境雜訊干擾,地形起伏影響等非地質因素引起;

(2)波動場異常的地質解釋、推斷要有充分的依據,要從己知推到未知。例如,有已知鑽孔剖面,已知探區的區域地質規律等,使推斷成果符合地質規律。

要正確對比、追蹤有效地震波。在相位對比時,要注意相位之間的錯開、尖滅、分叉等地震波場異常現象。在地震波干涉帶上,要正確認識、追蹤、對比波組,防止混淆不同波組的相位。

要論證反射(折射)層位和地質層位對應關系,特別是勘探地區的標准反射層。標准反射層分布在整個勘探區,與勘查目的地質層位對應。例如,在滑坡地質災害勘查時,滑面就是典型的標准反射層,通常它也是標准折射層。

由於地震儀器的測時精度可以達到毫秒級,時間測定是精確的。應當注意取得准確的速度值,它有助於提高成果定量解釋精度。

數據處理提供了時深轉換的速度值。如果條件允許,可以進行簡易的速度測井。

12.1.7儀器設備

災害地質勘查常用的淺層地震勘探儀器設備參見表12-1。

表12-1常用的淺層地震勘探儀

續表

❿ 常見的地質災害有哪些

我國地質災害種類齊全,按致災地質作用的性質和發生處所進行劃分,常見地質災害共有12類、48種(國土資源部地質環境管理司等,1998)。它們是:

1、地殼活動災害,如地震、火山噴發、斷層錯動等;

2、斜坡岩土體運動災害,如崩塌、滑坡、泥石流等;

3、地面變形災害,如地面塌陷、地面沉降、地面開裂(地裂縫)等;

4、礦山與地下工程災害,如煤層自燃、洞井塌方、冒頂、偏幫、鼓底、岩爆、高溫、突水、瓦斯爆炸等;

5、城市地質災害,如建築地基與基坑變形、垃圾堆積等;

6、河、湖、水庫災害,如塌岸、淤積、滲漏、浸沒、潰決等;

7、海岸帶災害,如海平面升降、海水入侵,海岸侵蝕、海港淤積、風暴潮等;

8、海洋地質災害,如水下滑坡、潮流沙壩、淺層氣害等;

9、特殊岩土災害,如黃土濕陷、膨脹土脹縮、凍土凍融、沙土液化、淤泥觸變等;

10、土地退化災害,如水土流失、土地沙漠化、鹽鹼化、潛育化、沼澤化等;

11、水土污染與地球化學異常災害,如地下水質污染、農田土地污染、地方病等;

12、水源枯竭災害,如河水漏失、泉水乾涸、地下含水層疏干(地下水位超常下降)等。

(10)淺層地質災害擴展閱讀:

在所有的地質災害中,除地震災害外,崩、滑、流災害是最為嚴重的,其以分布廣、災發性和破壞性強,具有隱蔽性及容易鏈狀成災為特點,每年都造成巨大的經濟損失和人員傷亡。另外,土地沙(漠)化、地面沉降和水土流失等緩變型地質災害發展迅速,危害愈來愈大,成為令人擔憂的地質災害。

從「成災」的角度看,中國地質災害的區域變化具有比較明顯的方向性,即從西向東、從北向南、從內陸到沿海地質災害趨於嚴重。這是因為雖然不同類型、不同規模的地質災害幾乎覆蓋了中國大陸的所有區域,但由於人類活動和社會經濟條件的差異,使不同地區地質災害的發育程度和破壞程度顯著不同。

東部和南部地區,人類活動頻繁而又劇烈,區內人口稠密,城鎮及大型工礦企業、骨幹工程密布,因而,一方面,一旦發生地質災害則損失慘重,另一方面,人類經濟工程活動加劇了地質災害的發生與發展。而西部北部地區,雖然地質災害分布十分廣泛,但大部分地區人口密度和經濟發展程度低,所以危害和破壞程度相對較低。

調查表明,凡是人口密集,工業發達地區在人類活動的影響下,地質災害正由自然動力型向人為動力型發展,由點狀向帶狀、樹枝狀、片狀發展。

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