黄河口沉积物动力学与地质灾害
❶ 贾永刚的发表论文
单红仙，刘晓磊，贾永刚（通讯作者），郑杰文. 黄河口沉积物固结过程电阻率监测研究. 岩土工程学报，待刊
杨秀娟，贾永刚，单红仙，吴? 琼，刘? 辉，水动力作用对黄河口沉积物强度影响的现场试验研究，岩土工程学报，2010，32（4）：
常方强，贾永刚，郭秀军等，黄河口粉土液化过程的现场振动试验研究，岩土工程学报，2009，31（4）：609~616
常方强，贾永刚，涂帆，波浪引起海床土体液化的概率研究，水利学报，2009，40（4）：449-456
常方强，贾永刚，张建等，黄河水下三角洲硬壳层特征及其液化过程研究，工程地质学报，2009，，17（3）：349~356
常方强，贾永刚（通讯作者），常方伟，波浪作用下黄河口埕岛海域海床非均匀液化研究，华东师范大学学报，2008全国博士生学术论坛（河口海岸方向），2009，3：83-89
常方强，贾永刚（通讯作者）. 黄河口埕岛海域土性特征的统计分析. 海洋地质与第四纪地质，2009，28（6）：35~39
张衍涛，常方强，孟祥梅，张建，贾永刚（通讯作者），黄河口埕岛海域表层沉积物土性的区域变化及其机理分析，海洋科学进展，2009，27（3）：351-357
单红仙，郑杰文，贾永刚（通讯作者），张民生，刘晓磊. 黄河口粉质土沉积物侵蚀性动态变化试验研究. 海洋学报，2009，31（4）：112~119
杨秀娟，贾永刚（通讯作者），刘红军，单红仙. 黄河三角洲沉积物超固结特征及其成因. 海洋地质与第四纪地质，29（5）：30~34
常方强，贾永刚（通讯作者），黄河水下三角洲海底管线差异沉降的安全性分析，中国海洋大学学报，2009,39(2)：281-284
杨秀娟，贾永刚（通讯作者）. 黄河三角洲粉质土前期固结压力的探讨. 华东师范大学（自然版），2009，（3）：146~152
常方强，涂帆，贾永刚，城市主干道软基处理的现场试验研究，华侨大学学报，2009
陈友媛，赵文娟，贾永刚，许国辉，黏粒和有机体对黄河口潮间带沉积物微团聚体的影响，海洋地质与第四纪地质，2009，29（1）：31-38
陈友媛，高丽，刘红军，许国辉，贾永刚，生物洞穴对黄河口土样扰动试验研究，中国海洋大学学报，2009，39（6）：1295-1300
郎印海，贾永刚，刘宗峰，高振会，王鑫平，黄河口水中多环芳烃（PAHs）的季节分布特征及来源分析，中国海洋大学学报，2008，38（4）：640-646
侯晓东，郭秀军，贾永刚，孟庆生，基于探地雷达回波信号获取土壤中污染物含量的研究进展，地球物理学进展，2008，23（3）：962-968
贾永刚，侯晓东，郭秀军，单红仙，利用探地雷达确定土中污染物含量的研究，湖南大学学报，2008，35（11）：50-56
常方强，贾永刚，孟祥梅等，波浪引起埕岛海域海床液化程度分区，海洋地质与第四纪地质，2008. 28(2)：37-43
常方强，孟祥梅，刘景昆，何峰，贾永刚，黄河口埕岛海域土性特征的统计分析，海洋地质与第四纪，2008，28（6）：35-42
张建，常方强，贾永刚，黄河水下三角洲海底管道沉降量确定方法研究，海岸工程，2008.27（3）：39-46
贾永刚，常方强，孟祥梅等，黄河口埕岛海域海床波致液化模糊综合评判，《工程地质学报》第八届全国工程地质大会，2008
杨秀娟，贾永刚，远航，张建，张衍涛，冯春健，黄河口裸置管线对海床土影响范围实例研究，海洋地质与第四纪地质，2008，28（6）：27-33
黄河口海底裸置管线对海床土强度影响实例研究，杨秀娟，贾永刚，远航，张建，张衍涛，冯春健，海岸工程，2008，28（6）27-34
单红仙，刘涛，陈友媛，贾永刚，波浪载荷导致黄河口潮坪沉积物垂向运移现场观测研究，工程地质学报，2008(16):216-222
戴茜、单红仙、孟祥梅、夏欣、崔文林、贾永刚（通讯作者），基于电阻率测定海水悬沙含量试验研究，海洋学报，2008，30（5）：137-142
常方强，涂帆，贾永刚，Verhulst模型在预测软基路堤沉降中的应用，岩石力学与工程学报，2007.26增1：3122-3126
单红仙、秦昊、贾永刚，黄河三角洲堤前泥沙起动现场观测研究，中国海洋大学学报，2007（37）5：825－828
陈友媛、刘道彬、贾永刚、刘红军、刘小丽，生物活动对黄河口潮滩表层沉积物扰动作用的研究，中国海洋大学学报，2007（37）5：829－833
许国辉、尹晓慧、王秀海，浅表土体强度对黄河水下三角洲微地貌形成的控制作用，中国海洋大学学报，2007（37）4：657-662
贾永刚，董好刚，单红仙，刘小丽，许国辉，黄河口海床硬壳成因机制研究，岩土力学，2007，28（10）：2029－2035
陈友媛，刘红军，贾永刚，循环荷载作用下海床结构性土的液化渗流机理定性研究，岩土力学，2007（28）8：1631-1635
张建民，单红仙，贾永刚，刘红军，许国辉, 黄河口快速沉积海床土在波浪和潮波作用下的孔压响应及固结过程试验研究, 岩石力学与工程学报，2007（28）7：1369-1375
郭秀军，张志阔，贾永刚，黄河口粉土的电性特征及其工程地质意义，岩土力学，2007，28（3）：593－598
贾永刚 栾海晶，振动导致黄河口粉质土物理力学指标与起动流速的变化，岩土力学，2007，28（6）：1123－1128
郑琳，崔文林，贾永刚，海洋倾倒导致生态环境变化实例研究，海洋环境科学，2007, 26(5):413-417
纪大伟、杨建强、高振会、贾永刚，莱州湾西部海域枯水期富营养化研究，海洋环境科学，2007, 26(5):427-430
张珂，贾永刚，刘正银，黄河三角洲地区地基承载力的确定，岩土力学，2007（28）2：0420-0422
刘小丽，刘红军，贾永刚，黄河三角洲饱和粉土层地震液化判别方法及液化特征研究，岩石力学与工程学报，2007(26)增1：1－7
冯玉岩，郭秀军，贾永刚，魏丽，郭健，黄河口粉土层震动响应过程的电性变化反映，岩石力学与工程学报，2007(26)增1：3271-3276
孟庆生，楚贤峰，郭秀军，高分辨率数据处理技术在近海工程地震勘探中的应用，地球物理学进展，2007（22）3：1006-1010
马志杰，孟庆生，贾永刚，循环荷载作用下黄河口海床土的动力响应数值模拟研究，中国水运，2007（7）4：68-70
顾莹莹，高孟春，贾永刚，王延敦，李丹，海绵铁还原水中硝酸盐的初步研究，环境污染治理技术与设备，2006，22（7）：1－4
董好刚，张卫明，贾永刚，循环荷载导致黄河口粉质土成分结构变异研究，海洋地质与第四纪，2006，26（3）：133－141
刘红军，张民生，贾永刚，波浪导致的海床稳定性分析，岩土力学，2006，27（6）：986－990
贾永刚，杨秀娟，安英杰，透水与隔水夹层对粉质土液化影响试验研究，工程地质学报,2006,14(1):52-59
单红仙，张建民，贾永刚，黄河口快速沉积海床土固结过程研究，岩石力学与工程学报，2006，25（8）：1676－1682
单红仙， 段兆臣， 刘正银， 贾永刚，黄河口潮坪粉质土重复振动液化与效果研究，水利学报,2006,37(1):75-81
周其健 贾永刚 马德翠，黄河口潮滩粉土体固结非均匀性研究，岩土力学，2006，27（7）：1147－1152
马安青，单红仙，贾永刚，陈勇，基于VB的高速公路工程地质信息查询系统的建立，遥感技术与应用，2006
马安青，贾永刚，单红仙，王一谋，基于GIS贺兰山两侧沙漠边缘带近二十年来土地景观格局变化研究，水土保持通报，2006，25（6）33－39
聂新华，郎印海，贾永刚.胶州湾河口沉积物中耗氧有机物的释放研究.海洋环境科学.，2006
郎印海，聂新华，贾永刚.零价铁渗透反应格栅原位修复地下水中氯代烃的应用及研究进展. 土壤. 2006（38）2：23－28
郭秀军，贾永刚，黄潇雨，基于电性变化进行黄河水下三角洲饱和粉土触变过程研究，岩石力学与工程学报：2006，25（增）：1－6
单红仙? 孟祥梅? 贾永刚，振动导致黄河口海床渗透性变化研究，岩土力学，2005，26（增刊）：73－78
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刘红军，王小花，贾永刚，乔社，张洪岗，黄河三角洲饱和粉土液化特性及孔压模型试验研究，岩土力学2005，26（增刊）：83-87
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贾永刚， 史文君， 单红仙，许国辉， 郑建国， 刘红军，黄河口粉土强度丧失与恢复过程现场振动试验研究，岩土力学，2005，26（3）：351－358
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李鸿江，郭秀军，金春姬，贾永刚，魏丽，垃圾填埋场渗漏电学监测系统设计及室内模拟试验，环境污染与防治，2005，27（4）：311－313
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刘红军，贾永刚，深基坑支护设计弹性抗力有限元法，青岛海洋大学学报，1999，Vol.29, No.1, 309～313
刘红军，贾永刚，探地雷达在大范围场区岩土工程勘察中的应用—以苏丹喀土穆炼油厂为例，工程勘察，1999，No.1，69～71
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贾永刚，孙永福,胶州湾环境与工程建设，海岸工程，1996，Vol.15, No.1
贾永刚，单红仙，三峡及邻区晚第三纪以来构造应力场特征探讨，海洋科学，1995，No.2，36～40
贾永刚，单红仙，崂山旅游区地质灾害类型、成因、分布研究，海洋科学, 1995，No1，64～67
贾永刚，贾信远，方志海，青岛地铁沿线花岗岩风化规律研究，青岛海洋大学学报，1995，Vol.25，No.3，368～374.
贾永刚，青岛地铁工程岩体质量评价方法探讨，青岛海洋大学学报，1994，Vol.24,增刊，3～8.
贾永刚，三峡及邻区上限发震水平预测研究，青岛海洋大学学报，1993，Vol.23,增刊，68～75.
贾永刚，三峡及邻区潜在震源预测，青岛海洋大学学报，1992，Vol.22，No.4，90～96.
贾永刚，三峡及邻区现今构造应力场特征成因，第四届全国工程地质大会论文集，北京：海洋出版社，1992，34～38.
贾永刚，沈渭铨，黄河三角洲前缘的短周期内波，L.D.赖特，杨作升，B.D.博恩霍尔德等（译文），河口沉积动力学研究文集（一）黄河口水下底坡不稳定性，青岛：青岛海洋大学出版社，1991，125～132.
薄景山、贾永刚，论仙女山地区构造应力场的演化及对三峡水库诱发地震的影响，长春地质学院学报(长江三峡工程专集)，1988，25～31.
薄景山、李同录、贾永刚，水库地震研究的回顾与展望，长春地质学院学报(长江三峡工程专集)，1988，54～59.
谭周地、李同录、刘树田、贾永刚、薄景山，长江三峡水库库首区断裂壤中汞气分布特征及断裂活动性分析，长春地质学院学报(长江三峡工程专集)，1988，18～24.
❷ 2黄河三角洲盐渍化严重的原因是什么
1 土地盐碱化的地质环境因子
黄河三角洲是1855年黄河自铜瓦厢决口夺大清河改道以来,携大量泥沙淤海造陆形成的,位于华北地台区济阳坳陷的东北部,是中、新生代的一个沉降区,在第四系海相沉积物上覆盖一层河相沉积物,这种二元结构沉积物特性,深刻影响该区土壤积盐状况和盐碱特性.
2 土地盐碱化的物质基础
大气降水、黄河水侧渗、引黄水、海水侵染和风暴潮侵袭给黄河三角洲带来大量的水分和盐分,成为土地盐碱化的重要物质基础.所有进入三角洲地区的水分和盐分都经过土壤进入地下水系统,抬高了地下水位.由于地势低平,区域径流滞缓,在强烈的蒸发作用下,区域土壤向积盐方向发展.
3 土地盐碱化的动力条件
黄河三角洲位于我国东部沿海季风盛行区,多年平均气温11.12.6℃,降水量530～630mm,蒸发量1750～2430mm,大气蒸发可使土壤水分汽化,促使地下水补给土壤水,成为土壤水盐向上运动的动力条件.黄河三角洲蒸降比达到3.5左右.蒸发量和降水量的比值大于1时,说明土壤水的毛管上升运动超过了重力下行水流的运动,土壤及地下水中的可溶性盐类随水流上升蒸发,浓缩、累积于地表.在一般情况下,气候愈干旱,蒸发愈强烈,土壤积盐也愈厉害.
季风气候最显著的特点是一年内干湿交替,降水集中.从而引起土壤的季节性积盐和脱盐.春季干旱多风,强烈蒸发,土壤表层盐分大量积累；到了雨季,盐分受降水的淋洗,土壤表层发生脱盐；雨季过后,随着蒸发的逐渐增强,土壤又开始下一周期的积盐.从而造成土地盐碱化的年内动态变化.
降水不仅年内分配不均,年际变化也很大,平均相对变率为21%～23%,降水最多年为最少年的2.3.5倍,造成了黄河三角洲洪、涝灾害频繁,洪沥顶托,加重土地盐碱化.
4 土地盐碱化的社会因子
黄河三角洲土地次生盐碱化的主要原因是水土资源的不合理利用导致的区域地下水位的升高,区域地下水位的抬高反过来又加剧了区域生态环境的恶化进程.黄河三角洲土地盐碱化的社会因子主要包括：盲目垦荒 粗放经营；植被破坏；灌溉用水浪费严重,导致地下水位抬高.
❸ 机构设置与学科结构
中国地质科学院是中国地质调查局直属的国家公益性科学事业单位，主要开展地球科学知识创新与技术创新研究及国土资源地质调查研究，承担公益性、基础性地质工作和战略性矿产资源勘查评价任务。中国地质科学院几经改革、调整、发展，成为国家科技创新体系和中央公益性地质调查队伍的重要组成部分，是国土资源部“科技兴地”核心力量和中国地质调查局科技创新研究基地。
中国地质科学院目前由院部、地质研究所、矿产资源研究所、地质力学研究所、水文地质环境地质研究所、地球物理地球化学勘查研究所、岩溶地质研究所、国家地质实验测试中心等8个事业单位组成，拥有8个部级重点实验室和6个院级重点开放实验室；设有研究生部、博士后流动站，拥有2个博士学位授权一级学科点，8个博士学位授予专业和11个硕士学位授予专业。联合国教科文组织国际岩溶研究中心、中国国际地球科学计划全国委员会秘书处、世界数据中心中国地质学科数据中心、国际地质科学联合会地质遗产北京办公室等国际地学组织与相关机构及中国地质学会、李四光地质科学奖基金会、全国地层委员会挂靠在中国地质科学院。
中国地质科学院通过科技体制改革和学科结构调整，将原有学科整合为5个学科群、25个重点研究领域及5项公益类工作。5个学科群包括：大陆地质与地球动力学、成矿作用和资源评价、地下水资源与表层动力学、地壳变形与地质灾害动力学、应用地球化学与地球物理探测及分析测试技术。形成了10个优势领域：①大陆动力学研究；②地球生命起源和古生物研究；③同位素地质研究；④成矿作用研究与矿产资源评价；⑤地应力测量与地壳稳定性评价；⑥地下水资源与地质环境调查评价；⑦实验测试技术方法；⑧勘查地球物理；⑨应用地球化学；⑩基础地质图件编制。
装饰—新的中国地质科学院办公楼实景图
（北京市西城区阜外百万庄大街26号）
中国地质科学院年报.2008
中国地质科学院科学技术委员会
主任：陈毓川
副主任：董树文李廷栋
委员：陈毓川李廷栋张宗祜肖序常袁道先许志琴卢耀如任纪舜郑绵平赵文津杨文采朱立新董树文吴珍汉尹明龙长兴侯增谦耿元生王春书王瑞江毛景文石建省王弭力刘敦一王小凤季强肖克炎杨振宇罗立强张永波刘再华吕国印
中国地质科学院第五届学位评定委员会
主席：李廷栋
副主席：朱立新董树文郑绵平
委员：（按姓氏笔画排序）
王安建王登红龙长兴毛景文石建省朱祥坤肖序常陈毓川吴珍汉吴淑琪吴树仁杨经绥杨永亮杨振宇侯增谦姚建新袁道先聂凤军高锐韩子夜
❹ 地球的海洋环境
海洋占据地球71%的表面，环境动力状况十分复杂，海洋对大陆、全球的气象、环境有重要影响，随着人类对海洋的开发利用能力的扩展，海洋环境的监测研究就更加重要。随着地球动力学的新发展，已往很多问题就有待重新认识，尤其是要改变对海洋下垫面热状态的重新估价，已往认为广大海洋基底是一种低热能的、比较均匀的冷床底，经过近年的研究，发现在海洋基底中发现很多地内热很强、很高的地带、海沟火山带、更多的散点状地内高强热力喷射口、海底地震、隐火山、地内强爆、海底烟囱，而且这些溢喷点的分布与已往的海底地质构造概念很不一致，万里海床并不像已往理解的那么平静、均匀、安静，相反的是反差强烈、分布很不均匀的强热动荡局势，这就需要重新认识海洋环境的新地球动力学背景和理论基础。
1.海洋基底的地质结构和热动力存在强烈的反差是重新认识海洋环境的重要依据
随着海洋地质调查的深入开展，近年来发现海洋地壳并不是很均匀的大洋玄武岩薄板块，而是存在很多圆块状、孤岛状的花岗岩类团块，特别在大洋海沟地带发现了大量的火山、隐火山、深源强热动力喷射口、海底烟囱，它们与海洋进行着强烈地热能量物质交流，因而不断形成火山、隐火山、地内强热爆炸、地震、海啸、海内不明潜浮物(USO)和海上不明飞行物(UFO)、海空罹难事件等。同时引起海水的剧烈运动，形成强风暴、涌浪、台风型海浪、气旋型海浪、风暴潮、强冲涌流、垂直海水运动加强，海水温度不均匀，再现瞬时的短期的高温中心和低寒地段，引起台风、飓风或热带强气旋、暴雨中心，不仅造成海洋地区的狂风巨浪，而且强烈冲击着沿海地带，以至全球的气候、气象环境，而且往往是强烈的、灾难性的。这些进一步表明，海洋热动力环境对全球气象条件起着主导作用。
图4-7，4-8，4-9所示的中国南海美济礁岛涌浪和内波就表明了该岛的形成有着特定的海床地质动力背景，这一点状动力源目前又造成强涌浪的动力背景。近海地带复杂的洋流，河口交汇，形成了长江、黄河口不同程度的悬浮沙浓度(图4-10;图版43-14)。
图4-7 南沙群岛美济礁ERS-2SAR影像(1998年9月25日)
图4-8 南海北部内波ERS-2SAR影像
图4-9 台湾东南部的海流与溢油ERS-1SAR影像
图4-10 黄河口悬沙分级图
海底的温度是海水运动的主动力，决定了海流的主要形式，各时期各地段的海流都严格受海床温度场的控制。而传统的海流概念有待重新考虑。
海冰的旋涡流就显示这种局部旋涡流的特点。大范围的异常海潮流如厄尔尼诺、赤潮、暖流、寒流等也都源于海床温度，后来才决定了海水温度、盐度和海陆气象的。
2.海底海床的地质运动来源于地内热动力冲击
海底的地质块体升降、移动、断裂活动受到地内热动力的冲击，发生海底火山、岩浆侵入、块体升降、旋转。引起海底、崩塌、滑坡和浊流、泥沙蠕滑。广大的海底海床地质环境亦如大陆一样复杂，因此海底工程、海底矿产开发也需要重视对海底环境的研究。海岩带和浅海地带是海陆交互的地质环境敏感区，这里往往也是地内强热动力的集中喷射区，地质构造环境动荡，活动频繁，同样影响着海岸和岛屿的海浪、潮汐、海蚀、海积。图4-11就显示了海岸带到浅海的地形、地质复杂概况。
图4-11 圆涌构造成矿、环境、灾害系列示意图
3.海洋的生态环境
由海洋地内热导引出来的其他生态环境条件中也是与其地内热地学环境相伴生地显示出来。
海洋气象是全球气象的主体，瞬时的地内热力场引起海水的温度、盐分、生物变化，形成了包括大陆在内的世界大气动力局势，支配着各类型的气象环境和气象灾害、生物生态环境，这一点在每天每时的各类卫星遥感图像中都可以看到，从地深内部，经过海洋层，到大陆，气象的动力环境统一运动在不断地进行着，表明地球的海洋、大陆、大气层环境是一个密切相关的大系统。
海洋的人为污染虽然严重，但是源自地内部各种气体、热力、地球化学和电磁辐射等的污染程度和危害远远超过人为污染，需要重新评估，分析本底污染对生态环境的危害强度，客观地评价造成各类海洋生态环境、海洋灾害的两类污染的影响程度。在海洋地带的特殊生态环境经常发生各类海空罹难事故，已往人们对地内的地质动力因素注意不够，而归咎于技术原因，这是不客观的。如果继续忽视对地内灾害点的探索监测，不去防灾避浪，人类还将遭遇更难以预料的重大损失和危难。
❺ 黄河三角洲土壤盐渍化自然原因
1 土地盐碱化的地质环境因子
黄河三角洲是1855年黄河自铜瓦厢决口夺大清河改道以来，携大量泥沙淤海造陆形成的，位于华北地台区济阳坳陷的东北部，是中、新生代的一个沉降区，在第四系海相沉积物上覆盖一层河相沉积物，这种二元结构沉积物特性，深刻影响该区土壤积盐状况和盐碱特性。
2 土地盐碱化的物质基础
大气降水、黄河水侧渗、引黄水、海水侵染和风暴潮侵袭给黄河三角洲带来大量的水分和盐分，成为土地盐碱化的重要物质基础。所有进入三角洲地区的水分和盐分都经过土壤进入地下水系统，抬高了地下水位。由于地势低平，区域径流滞缓，在强烈的蒸发作用下，区域土壤向积盐方向发展。
3 土地盐碱化的动力条件
黄河三角洲位于我国东部沿海季风盛行区，多年平均气温11.7～12.6℃，降水量530～630mm，蒸发量1750～2430mm，大气蒸发可使土壤水分汽化，促使地下水补给土壤水，成为土壤水盐向上运动的动力条件。黄河三角洲蒸降比达到3.5左右。蒸发量和降水量的比值大于1时，说明土壤水的毛管上升运动超过了重力下行水流的运动，土壤及地下水中的可溶性盐类随水流上升蒸发，浓缩、累积于地表。在一般情况下，气候愈干旱，蒸发愈强烈，土壤积盐也愈厉害。
季风气候最显著的特点是一年内干湿交替，降水集中。从而引起土壤的季节性积盐和脱盐。春季干旱多风，强烈蒸发，土壤表层盐分大量积累；到了雨季，盐分受降水的淋洗，土壤表层发生脱盐；雨季过后，随着蒸发的逐渐增强，土壤又开始下一周期的积盐。从而造成土地盐碱化的年内动态变化。
降水不仅年内分配不均，年际变化也很大，平均相对变率为21%～23%，降水最多年为最少年的2.7～3.5倍，造成了黄河三角洲洪、涝灾害频繁，洪沥顶托，加重土地盐碱化。
4 土地盐碱化的社会因子
黄河三角洲土地次生盐碱化的主要原因是水土资源的不合理利用导致的区域地下水位的升高，区域地下水位的抬高反过来又加剧了区域生态环境的恶化进程。黄河三角洲土地盐碱化的社会因子主要包括：盲目垦荒 粗放经营；植被破坏；灌溉用水浪费严重，导致地下水位抬高。
❻ 主要环境地质和地质灾害问题研究现状
从广义上讲，环境地质问题包括地质灾害在内。为了便于区分，把地质作用造成的灾害如火山活动、地震等作为自然地质灾害；而人类活动诱发的地质灾害，如地面沉降，地下水污染等则纳入狭义的环境地质问题的范畴。当然，自然规律是十分复杂的，有些地质灾害是两种作用，即地球的内、外动力作用，再加上人类活动的作用造成的。如地裂缝、滑坡等。因此这只是相对的区分，并不是在任何情况下都能截然分开的。
1）大江、大河开发中的环境地质问题
在大江、大河兴建水利枢纽工程，使地质环境（岩土体环境、地应力环境、水环境）发生变化，导致库岸崩塌、滑坡、浸没、水库渗漏、淤积甚至可能诱发水库地震等及其它次生地质灾害发生。目前世界上已有100余座水库发生了诱发地震。研究多围绕灾害的成因机制、预测评价进行。中国的长江、黄河，巴西的亚马逊河、美国密西西比河、俄罗斯伏尔加河等的开发中，都曾有各自不同的环境地质问题发生。近年来开始重视对工程兴建后造成流域内生态地质环境的变化。在第30届国际地质大会上交流了这方面的研究成果。中国学者提出在江湖整治和长江中下游防洪中一个重大的环境地质问题是：洞庭湖地质环境系统由于受到构造沉降、沉积物的淤积和人为围垦因素的相互作用，很可能湖区将会继续逐渐缩小，以致消失。黄河三门峡水库淤积造成环境恶化，无法达到原设计效益，虽然后来采取泄洪排沙等措施，但已造成很大的影响。这是个沉重的教训。
2）核废料处置的环境地质问题
核能的利用在各国能源结构中的比例近年来有所上升。现实的地质问题就是核电站的选址及核废料的处置库选址。对于后者，尤其是高水平放射性废物处置库的环境水文地质、工程地质条件要求很高。德国、中国、瑞士、日本等国都开展了这方面的研究工作。他们提出除了考虑场址的地壳构造稳定性，介质的低透水性和一定的对核素吸附滞留能力外，对地震的影响也要考虑。
高放核废物的泄漏主要原因是和地下水接触。在处置后长达104～106a内高放核废物仍保持其有害性质。在此期间北半球有可能经历几次冰河期，地表水、地下水及其物化性质都将发生变化，对此英国学者作了重要的探索。Boulton G.S利用过去几次冰河期的数据建立了冰河作用下岩石水力学和地球化学模式，重现了冰河期地表水加速入渗，地下水流速及物化性质的变化，并探讨了处置库主岩在冰河作用下的长期特性。King-ClaytonLouisa M等和瑞典合作，研究了今后100ka内北欧四次冰河对一个假设的瑞典南部深度为500m的核废料处置库的安全影响，进行了预测性的探讨。这里涉及到全球和当地的海平面变化，冰盖厚度、永久冻土厚度的变化以及地形变化等问题。美国新墨西哥州WIPP（Waste Isolation Pilot Plant）开展了军用超铀废物处置库的研究。处置库主岩为岩盐，深度300m左右，重点研究不同地质概念模式对处置库性能预测的影响。
低渗透性介质一般选择结晶岩、粘土和蒸发岩等。比利时、韩国学者对粘土的主要特性（如吸附性）以及处置的可行性和安全性进行了研究。中国从80年代中期开始研究高放核废物的处置。
3）地质资源、矿业开发的环境地质问题
采矿活动不仅造成地表破坏，引起地面沉降、塌陷或边坡崩塌、水土流失等灾害，还因废渣、尾矿堆放造成土壤和水以及大气的污染。捷克西部波希米亚地区因采矿引起土壤、水和空气的污染。从发电厂排出的废物酸化了土壤和地表水，每燃烧1t煤就会向大气释放60kg的SO2。1987年捷克全国就有2.9×106t排放物，此外还有各种痕量金属，结果之一是本地的云杉完全枯萎，另一结果是当地地表水中铍的含量增加。溶解法开采铀已引起了严重而复杂的环境问题。乌兹别克斯坦地质科学院开展了对KEMIN采矿联合体的多金属矿、稀有金属及稀土矿周围地区被重金属污染的研究。一些西方发达国家如加拿大80年代便开始重视矿业开发环境的研究，如减轻酸性排水和发展生物工程技术，从废水中除硒、铜等，取得成效。美国、加拿大、澳大利亚等国还制定了相应的矿业环境法规以加强环境管理。德国学者指出，当今采矿搬运量为17.8km3/a，远远超过先前全球河流搬运物4.5km3/a。这说明人类采矿活动对环境影响是原来风化作用的4倍。据不完全统计，中国因采矿塌陷造成环境破坏的城市近40个。因采矿产生的大量废水、废液未经处理自然排放，处理率不到5%。固体废物、尾矿的治理量也很低。矿山环境恶化趋势尚未得到有效遏制。
工业区排放的大量工业废气，尤其是SO2,NO2等与水汽结合，降落成为含硫酸、硝酸腐蚀性很强的“酸雨”（pH＜5）。它不仅使地表水水质变坏，土壤酸化，还渗入地下污染地下水。世界现有三大酸雨区：北美酸雨区、欧洲（北欧）酸雨区以及中国西南华南酸雨区。前两地区正在治理。中国SO2年排放量约1800×104t，超过美国现在水平（1600×104t），雨水中pH值已低于4.5。据1995年的分析观测资料，我国酸雨面积逐渐扩大，已占国土面积29%，出现频率也在上升，个别南方省市还有年平均pH＜4.0的地区。
4）城市建设的环境地质问题
城市建设牵涉到土地利用、地下资源开发、水资源（主要是地下水）利用和环境污染等环境地质问题。香港、加德满都和麦德林等城市，由于在不稳定斜坡上大量建筑，发生滑坡和其它块体运动，遭到很大损害。
现在世界各大城市如何安全处理大量的固体废弃物（垃圾）、有毒废液和工业废料已成为一个重要问题。一些主要城市每天垃圾产生量东京高达3×104t，纽约、巴黎也各有1.4×104t和0.9×104t，不过这些都经过处理。北京日产垃圾量1.2×104t，只有部分处理，这就成为污染水源、土壤和大气的重要来源。
当前侧重研究的问题有：垃圾填埋场的选址，垃圾淋滤液的控制与调查，污染水晕的阻渗墙设计，废液含水层注射以及废物综合利用等方面。国外在城市垃圾填坑设计和运转方面防治环境污染的对策，主要采取冲洗－减缓法和包容方法，即填坑顶底部有盖层和垫层。第30届国际地质大会交流了对地质环境污染指数因子的研究，如澳大利亚利用泻湖深部特殊沉积物（底栖有孔虫）查明了人为污染来源。日本学者利用地质污染单元的概念，将地质环境污染划分为地下空气污染、沉积介质污染和地下水污染。由于有机物污染在治理上难度较无机物更大，现研究重点已逐渐由“无机污染”转向“有机污染”，如研究地下水中非水相有机重液监控和有机物在含水层中的转化程式等问题。
城市水源污染问题也日益严重。墨西哥城、圣保罗的饮用水源面临工业废物的污染。第30届国际地质大会上，英、俄、南非、中国学者介绍了城市环境地质问题及评价方法，城市规划中的土地利用、评价、水资源开发、地震等方面的研究现状。会议认为目前大城市建设规划只注意了地表条件，对于深层次的地质环境问题和地质灾害问题重视不够，导致许多环境与灾害问题未能及早发现和治理。在城市地质研究中值得重视的是地质信息如何及时提取表述，以便规划和决策者使用。这方面荷兰De Mulder E.F.Jyz研制的“地下市政信息系统”（MUIS），存入了有关地质、环境及市政建设数据和图形信息，使用很方便。国际地科联地学环境委员会组织了国际城市地质工作组以推动城市地质学和城市地质工作的进展。
5）不合理的土地利用和水资源开发引起的环境地质问题
人类过度垦殖、放牧、砍伐森林、灌溉不善，造成土地荒漠化或水土流失的危害达到了惊人的程度。全球每年有600×104hm2土地变成沙漠，经济损失每年约423亿美元。中国荒漠化总面积已达国土总面积的8%。到80年代中国每年有2100km2沦为沙漠。据专家调查统计，中国北方土地沙漠化的成因类型中，有89.7%是由于过度放牧、开垦和樵采，有9.6%是由于水资源利用不当造成的。水土流失在欧洲各国中，以西班牙最严重，造成植被减少，农业产量降低，流入河中泥沙增多，导致洪水爆发频率及严重程度的增加。中国水土流失面积达179万km2，每年流失土壤总量达50×108t。黄河每年的泥沙携带量50年代为16×108t，实际上现已达到19.7×108t。这绝大部分是黄河上、中游水土流失造成的。
由于人类对地表水与地下水资源开发缺乏统一协调和综合利用，使①有限的水资源严重浪费，大水漫灌，造成大面积的土壤盐碱化。如中国西北地区因此形成的土壤盐碱化面积达113×104hm2。新疆1/3以上耕地不同程度地发生盐碱化，宁夏灌区也存在类似问题。②流域上游大量消耗水资源、兴建水库等，造成下游水量减少，甚至河流断流、湖泊干涸、水质恶化、沙漠化、荒漠化现象扩展、地下水补给减少、泉水枯竭。如著名的黄河下游断流已由1995年的122天延至1997年的226天。新疆的罗布泊湖现已全部干涸，成为一片荒漠。据统计，近30年来全疆沙漠面积扩大了3.4万km2，使333×104hm2土地和草原被沙漠所吞没。
6）超采水资源（主要是地下水）造成的环境地质问题
超采地下水引起水位大幅度下降，导致水井变干，水质恶化，地面沉降，在沿海地区发生海水入侵等。中国长江三角洲平原及河北平原的区域性地面沉降就是由于大面积超采地下水造成的。前者在5000km2内的累计沉降量约1m。地处三角洲腹地的苏锡常地区已沿沪宁线形成沉降洼地，地面沉降量大于0.3m的面积超过1000km2。地面沉降发展过程与地下水开采强度有关，其沉降量与地下开采量大小呈同步变化趋势。河北平原以农业用水为主。70年代以来大量开发利用深层地下水，现累计沉降量超过0.1m的区域面积已达3.6万km2。城市地面沉降影响损失更为突出。上海地区已下沉1～2m，天津50年下降了2.7m。地面沉降造成地裂缝、洪涝积水、工程破坏等危害。世界上不少城市，如休斯敦、威尼斯、曼谷、雅加达和加尔各答等，位于河流三角洲和滨海平原，都有严重的地面沉降。
沿海城市由于超采地下水还受到海水入侵的灾害。主要表现在淡水资源日益短缺和地下水环境逐渐恶化。如中国，位于渤海的辽东湾、渤海湾、莱州湾，黄海的胶州湾、海州湾，都受到海水入侵的灾害。其中尤以山东莱州湾最为严重，入侵面积1995年已发展到970km2。研究的内容侧重海水入侵规律、水－岩作用及其数值模拟和水资源的开发、管理等。
7）主要地质灾害问题
地质灾害灾种繁多，危害严重且突发性强的有地震、火山喷发、岩崩、滑坡、泥石流、地面塌陷、岩溶灾害，还有煤矿突水、瓦斯爆炸等。
（1）地震灾害。从地质角度当前主要侧重研究其区域活动构造（特别是大陆内部的活断层），古地震，破坏性大地震的地震地质构造以及与地震危险性评价有关的地震地质问题等热点。在第30届国际地质大会上探讨了1995年日本阪神大地震的地震构造、地面断层、活动断裂、海下和城区活动层等问题，反映了在大城市附近的强破坏性地震的最新研究动向。
地震预报近期在国际上的新进展突出表现在空间技术的应用，从方法、机理到实际震例。地震前兆观测还引进了地热观测，地气（Hg、He等）观测等新技术方法，反映了在地球物理、深部气体地球化学等方面探索地震前兆的工作。地震预报的分析研究方法运用遗传算法、神经元方法、非线性理论等取得良好效果。俄罗斯提出多种前兆综合时空动态图像的分析方法，地下水应力场研究，以及地下水形变场的动力学研究都有较高的水平。
在地震灾害方面正在执行两个大型的国际合作计划：“全球地震危险性评估计划”（GSHAP）和“全球地震灾害图计划”（WSRM）。印度、尼泊尔、巴基斯坦、中国协调合作研究喜马拉雅地区地震灾害定量分析时，建立了跨国家的地区级数据库，并规划了方法，这在以往研究中是不多见的。据陈祺福研究，关于全球地震损失估计的研究在科学上的重要突破主要表现在：发展了地震危险性评价的面源、潜在震源模型；提出了估计面源模型参数及其不确定性的新方法；得到了地震发生概率和超越概率之间关系的公式；用GDP作为表示社会财富的宏观指标体系；首次得到了GDP－地震动－损失关系曲线；发展了估计未来地震灾害损失基于GIS的计算机算法。
（2）火山活动。第30届国际地质大会反映了以中国吉林长白山天池近代火山活动为例的最新研究进展，如该火山喷发的年代学，喷发的物理过程及动力学，深部岩浆囊探测及大喷发触发机制，火山喷发气候效应等。
（3）海平面上升。全球性气候变暖导致全球性海平面上升，而沿海地带首当其冲受害：低地淹没，风暴潮和海蚀加剧，咸水入侵，河口生态环境发生变化。如淤积、倒灌、污染程度加重，沿海防御工程抗灾能力降低，需要提高设计标准。经过实地考察及有关资料综合分析预测，中国学者对中国沿海三大三角洲地区，到2050年海平面可能上升的幅度作出评估：珠江三角洲地区50～60cm，长江三角洲地区60～80cm，天津地区70～90cm。沿海城市如上海、天津由于超采地下水形成的地面沉降幅度远大于海平面上升率，因此相对海平面的上升还要叠加上地壳下沉的幅度。
（4）滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害。这类地质灾害突发性强，造成损失很大。据中国统计每年发生的滑坡数以万计，泥石流沟有一万多条，多集中在中部南北带。40年研究结果表明，在时间上1954～1960年，1963～1975年，1980～1985年均为频次高发期。泰国南部的山麓地带由于花岗岩岩石风化形成1～10m厚的砂砾质土，坡度达35°以上，1988年发生大规模滑坡及泥石流，损失达2.5亿美元。
当前在研究地区性滑坡及实例方面，对于其形成机制、稳定性分析、预测及控制措施问题，较广泛采用模型模拟及数值模拟的方法。在灾害区划方面运用了遥感及地理信息系统（GIS）。在空间预测方面有采用人工神经网络方法的。在滑坡发生时间预测方面不少研究论文采用离散元分析、离散元与时序分析相结合的方法。在滑坡发生时间预报方面有用滑坡变形功率的新理论准确（仅差22h）预报甘肃永登黄泗滑坡的实例。黄泗滑坡总体积近6×106m3，居民因预先撤离，无一伤亡。这在世界滑坡预报史上是一个极为罕见的成功实例。
❼ 在地质灾害评价与其他地质调查中的应用
一、地质灾害评价与监测
地质灾害主要指崩塌（含危岩体）、滑坡、泥石流、岩溶、地面塌陷和地裂缝等。灾害的地质评价与监测的目的是为了科学地确定地质体特征、稳定状态和发展趋势，为分析地质灾害发生的危险性，论证地质灾害防治的可行性和比选防治方案，最终确定是否要治理，采取躲避方案或实施防治工程对策提供依据。
地质灾害勘查的任务与内容包括查明地质灾害体的特征及其地质环境以及自然演化过程或人为诱发因素；分析研究地质灾害体的成因机制；勘查地质灾害体的形态、结构和主要作用因素等，并评价其稳定性；预测地质灾害体的发展趋势，评价其危险性；和进行防治工程可行性论证，提出防治工程规划方案。
1.工程建筑场地的岩溶和洞穴的调查
对于机场、公路及大型工程建筑场地，地下洞穴、人防工程严重威胁着地面建筑的安全。由于地下洞穴或人防工程的存在，引起地表塌陷，地面建筑遭受破坏的现象时有发生，这一现象已引起人们的高度重视，如我国北方的一些城市，废弃的人防工程已经成为城市建设的主要地质灾害之一。因此，在工程地质勘查中采用物探方法查明埋藏地下的土洞、人防工程等不良地质现象，对合理地进行地面建筑设计和地基加固是十分必要的。
柳州机场在施工过程中发现有数处大小不一的土洞，为确保机场跑道的安全，在跑道位置进行了探地雷达探测。探测中采用了SIR-10型地质雷达，天线频率为100 MHz。在跑道位置探查出三处洞穴异常。经开挖验证，均发现有较大洞穴。洞穴在雷达图像上的反映呈双曲线形，图5-4-1为土洞的地质雷达图像，开挖验证的实际洞穴如图5-4-2。这一探测结果，排除了机场跑道的隐患。
溶洞是可溶岩的一种常见的地质现象，溶洞的存在对可溶岩区的工程建筑有较大的危害。当岩面覆盖为易被冲蚀的渗透地层，且岩溶与上覆地层存在水力联系时，这种水力联系加速了岩溶发育。当岩溶顶部变薄不能支持上方地层负荷时，就会发生塌落。
图5-4-3为广州花都市某地的开口溶洞的探地雷达图像。该处覆盖层为细颗粒粉砂，有一定渗透性，其下为灰岩。灰岩面附近岩溶发育，在灰岩面的地质雷达图像中可见不规则强反射波。强反射波形成的区域内有一组周期短的弱反射波，其特征与上覆地层反射波特征类似，这表明灰岩中空洞已被上覆地层冲蚀的土体所充填。由于开口溶洞上方土体已遭冲蚀，因此，其反射波形态特征与周围土层的反射波形态特征不同，表明上覆地层已受到扰动。扰动土层与充填溶洞构成了开口溶洞特征。这类溶洞使上覆地层承载力明显降低，容易引起坍塌。
图5-4-1 柳州机场洞穴的雷达图像
图5-4-2 开挖验证的实际洞穴图像
唐山市坐落在断裂活动带和隐伏岩溶区，在自然和人为因素影响下曾多次发生岩溶塌陷、地面变形等地质灾害，给人民生命、财产安全和经济建设带来巨大危害。为了查明第四系覆盖层厚度并确定基岩中溶洞与断层位置。在唐山市第十中学操场，对曾经发生过岩溶塌陷并已作填石处理的地段开展了人工地震勘探。纵波反射观测采用1 m道间距，20 m偏移距，12 次水平叠加；横波反射观测参数采用1m道间距，20m偏移距，6次水平叠加。
图5-4-3 某开口溶洞的地质雷达图像
该区基岩为中厚微晶灰岩夹泥岩，埋深24.2 m。图5-4-4为该测区纵波剖面图，图中，基岩反射波在已知塌陷坑处同相轴缺失，并有错断，反映了断层破碎带的形态。其他部位基岩反射波同相轴连续，是完整基岩的反映。
图5-4-4 唐山市第十中学操场岩溶塌陷地震纵波反射剖面图
2.地裂缝的物探勘查
西安市是地裂缝的多发区，近年来由于频繁的构造运动及大量抽水等作用，地面及地下常出现地裂缝，严重地破坏了地面及地下的各种建筑设施。查明地裂缝的存在与否及地裂缝的位置、埋深、下延深度及其走向延伸，对西安地区的城市规划和建设有重要意义。
为了证实地裂缝是基底断裂构造向上延展活动的成因机制，开展了浅层高分辨率地震勘探，对展布在西安市的十条地裂缝带布置了垂直地裂缝带的地震测线，任务是探查地裂缝带下是否有隐伏的第四纪断层。
观测系统为道间距5 m，最小偏移距220 m。仪器参数为：采样间隔1 ms，记录长度512 ms或1024 ms，低截频率90 Hz。
在第四系平均厚度600 m的地层内，存在可连续追踪的地震反射层有七组，按其反射时间由小到大标记为t1～t7，与钻孔地质剖面对比，七组反射层与地质层位关系如表5-4-1。
表5-4-1 地震反射与地层关系表
地震勘查结果证明，跨越地裂缝带的24条地震剖面，均存在有第四纪断层，断层面南倾，倾角较陡，南侧的上盘下降，北侧的下盘上升，其产状和断层特性与其上部地裂缝具有的正断层式差异沉降特征是一致的，即以地裂缝为界，南侧的上盘土体相对下沉，北侧的下盘土体相对上升（图5-4-5）。
随着反射层t1～t6深度逐渐加深，各反射层所对应的断距逐渐加大，而不是所有反射层的断距都相等。这种现象在所有地震剖面上都存在，它反映了第四纪断裂是基底断裂继承性发展，地裂缝是第四纪断层在地表的出露。
由于地裂缝具有宽度小、埋深变化大和走向延伸较长等特点，因此，高密度电阻率法对地裂缝探测也有较好的效果。西安工程学院采用中间梯度法和高密度电法相结合对西安市地裂缝进行实验研究。图5-4-6是在已知地裂缝上的电探综合剖面图，由图可见，视电阻率高值带不仅反映出地裂缝的位置，而且也反映出其倾向和位错动情况。该处探槽可见地裂缝F1、F2宽度分别为1 cm和2 cm。可见，高密度电阻率法在地裂缝探测中有较高的分辨率。
地质雷达方法对地裂缝的探测也十分有效（图5-4-7）。地层受剪切和张力作用产生裂缝，造成地层某一位置错断。垂直裂缝走向布置地质雷达测量，地裂缝在雷达剖面上表现为同相轴错断，其错断程度与裂缝发育程度有关，若裂痕沿横向发育，裂缝内物质电磁波的吸收，也往往造成此部位反射波同相轴局部缺失，其缺失的范围与裂缝发育范围有关。
图5-4-5 跨越地表地裂缝的反射地震剖面
图5-4-6 地裂缝上的综合勘测剖面图
3.滑坡的监测与调查
在滑坡动态监测中，根据岩土的动力学特征的动态变化与地球物理场变化的相关性研究，可监测滑坡的形成与发展的动态过程，为灾害的预测与防治提供参考资料。
滑坡是由岩石的突然崩塌或岩（土）体滑动造成，地质环境各异，成因各不相同。目前用于调查滑坡范围及随时间变化过程研究的地球物理方法较多，如用重力测量圈定滑坡范围，自然电位监测滑坡动态，地温测量监测与滑坡有关的地下水流动态。放射性、电法、地震、地质雷达测量也是滑坡调查中常用的方法。
图5-4-7 地裂缝上的地质雷达剖面图
此外，目前正在进行研究的有：利用岩石破碎时的声发射与电磁脉冲辐射，采用声波测量与电磁波测量监测滑坡动态；利用微动观测监测滑坡体震动频谱，确定滑坡滑动方向与滑动面蠕变等方法。
图5-4-8 为电法和地震研究滑坡的实例，滑坡体靠近高加索，由砂质粘土组成，下部为泥岩风化壳。电测深结果将斜坡断面分三层，上层为滑体（ρ1=13～29Ω· m），中层为风化泥岩，属滑动面（ρ2=2～4Ω·m），下层是未风化泥岩组成滑床（ρ3=2～12Ω·m）。地震测量结果将滑坡分上、下两层与滑体和滑动带相对应（vP=340～360 m/s），下层与未风化泥岩顶部相符（vP=1360～1400 m/s），速度界面只有一个。在滑坡上部电法和地震的上界面十分吻合，而在滑坡底部速度界面高出电性界面，原因是未风化泥岩上部裂隙度增大造成，这种软弱带有可能产生新的滑坡。
图5-4-8 根据地球物理研究结果综合绘制的电性界面断面图
前苏联成功的采用氡气测量判断坡度的稳定性，圈闭滑坡体并监测滑坡发展的过程。图5-4-9示出莫斯科列宁山滑坡地区氡气测量结果，由图可见，滑动地块中氡的浓度通常高于周围的稳定地段。因此，在不同时间系统进行氡气测量将可监测滑坡从稳定地块向活动地块发展的过程，以及趋向稳定的转变。
4.煤田陷落柱的调查
陷落柱是煤田开采中危害极大的地质灾害之一，它通常是由于基底厚层灰岩中古溶洞的塌陷加上煤层盖层塌落形成的。目前对陷落柱的调查中通常采用的地球物理方法有放射性、电法及人工地震等。
图5-4-9 俄罗斯莫斯科列宁山一个滑坡上氡气测量的结果
放射性方法调查陷落柱的根据是地下水在循环过程中由浅部氧化带溶解的微量铀，到达深部还原带并沉淀在陷落柱的空隙带中，使得铀的含量高于周围的岩石。铀衰变为镭后在还原条件下易溶于水，含镭的地下水沿孔隙向上运移到达氧化带又沉淀在土壤表面形成镭晕，同时铀、镭衰变后形成氡气异常，氡气又衰变为210Po核素，因此，通过氡气测量或210Po测量，可以间接调查陷落柱。通过氡气测量或210Po测量，可以间接调查陷落柱。一般来讲，210Po法在陷落柱上方的剖面曲线特征为马鞍形，即陷落柱边缘上异常曲线出现高峰值，而在陷落柱的中间210Po值较低，但仍然高出正常值。
河北大油村煤矿陷落柱调查以210Po测量为主，配合电测深、甚低频电磁法、伽马测量等地球物理方法，取得较好结果。矿区第四纪地层厚80～120 m，其中河卵石厚30～50 m，下部为二叠纪砂岩、粉砂岩、泥岩互层及煤层，矿区已发现两个陷落柱，其中DX-1已由巷道控制，DX-2刚开始揭露。210Po测量结果如图5-4-10所示，210Po脉冲数为60的异常值圈定的结果与已知陷落柱的范围相符，并圈出新的异常区DX-2的范围。
5.采空区的调查
采空区是由人类活动引起的地质灾害之一，它对地面建筑和人身安全带来严重隐患。为了研究对采空区的有效探测方法技术，近年来，煤炭科学研究总院和其他一些科研部门对此进行了大量的研究工作。研究成果表明，采用地震勘探、高密度电法、瞬变电磁、地质雷达、钻孔弹性波CT、α卡法测量法等物探方法对探测采空区都具有一定的效果。由于每一种物探方法的应用都受到探测深度、地形地貌和岩土特征的影响，因此，各种方法都有其适应范围，在实际应用中，应根据具体的地质情况和方法的有效性实验后选择适用的物探方法。
图5-4-10 大油村煤矿210Po异常平面图
高密度电阻率法和地质雷达对埋藏较浅的采空区具有较好的探测效果。石—太高速公路山西平定境内遇有矾土采空区，由于工程治理的需要，在施工前需查明采空区的空间分布和规模。探测区段上部为第四系覆盖层，以粘土为主，电阻率为20～30Ω·m，厚度为0～10 m不等。底部为石炭系地层，以粉砂岩和泥岩为主，电阻率为50～100Ω·m，厚度较大。采空区由于坍塌、充填物松散、潮湿或充水，电阻率与围岩相比差异较大，呈低阻特征。其中3号采空区由于采用旁柱式开采，截面积较大，其坍塌也更严重，埋深大约为20 m。
由于地形地表条件复杂，在高密度探测中采用了非正规测网，在120 m×100 m2，的范围内共布设12条测线。点距2 m，极距a=（1～16）·x。图5 4 11为3号采空区Ⅱ、Ⅲ测线的高密度测量结果图。由图可见，除地表局部地形和电性不均匀体形成的向上开口的“V”字型干扰异常外，在其深部（39点下方）有一低阻闭合圈异常，范围较大，相应埋深也较大，与正常背景电阻率相差仅10Ω· m，在相邻测线上连续出现类似异常，深度变化不大，该低阻异常由采空区形成，异常下方为采空区位置。
图5-4-11 3号采空区Ⅰ、Ⅲ测线的高密度测量结果
地震勘探是采空区探测中应用广泛的方法之一。由于采空区的存在，采空区周围的应力平衡受到破坏，产生局部的应力集中，采空区围岩在上覆岩层压力作用下，经过一段时间后发生变形、破碎、位移和塌落，这使得采空区地震波的特征与未开采区围岩地震波的特征相比发生较大的差异。图5-4-12为徐州某煤矿煤层采空区实测地震剖面图。
图5-4-12 徐州某煤矿煤层采空区实测地震剖面图
图中可见，在采空区上地震剖面通常有如下特征：反射波速度明显降低；反射波（组）突然中断，跨过采空区后又重新出现；反射波的波形发生紊乱。
α卡法探测采空区是通过测量地表氡射气含量大小，区分出地质异常及其异常性质。实验研究表明，地表氡射气含量与地下构造有着密切关系，岩层的裂隙、断层破碎带、岩石风化带和松散带是氡气向地表运移的良好通道，这为氡射气探测地质问题提供了地球物理条件。在老窖采空区大都存在着一定程度的塌陷冒落和裂隙，采空区上方至地表将会形成裂隙发育带和松散带，成为氡气上移的通道，通道上方将出现α粒子强度的明显异常，依此可推断采空区的位置及范围。图5-4-13为徐州某煤矿煤层采空区区段土氡射气探测剖面图，强异常出现在采空区上方。
图5-4-13 徐州某煤层采空区区段土氡探测剖面图
6.地震预报中的地球物理方法
地震频繁发生的地区一般是地壳的薄弱带和活动带。深大断裂是幔源物质上侵和地球脱气的主要通道，是地震活动的发源地。地震活动又派生出新的构造运动，构造运动产生的裂隙带是气体上移的通道。利用地表自由逸出的气体溶解于水中及吸附于土壤中气体的浓度变化来监测预报地震，是当前国内外广泛采用的地震预报方法。研究证实，地震前后由于地应力的变化，可引起地下水中化学成分的变化，特别是水中气体成分对地应力的反应十分灵敏。因此，水中气体成分的变化可作为地震发生过程的重要标志，其中汞是对地震前兆响应最为灵敏的有效指标。
1985年11月21日，北京西郊妙峰山发生4.1级地震，震中距北京火车站汞监测井40 km；同年11月30日河北巨鹿发生5.1级地震，震中距汞监测井125 km。据北京火车站观测井的水汞含量观测，水中汞浓度有明显变化，正常情况下，水中汞的平均值为14 ng/L。妙峰山地震临震前汞浓度达到629.3 ng/L，为平均值的42倍（图5-4-14）。
图5-4-14 京西妙峰山、巨鹿地震前后北京火车站观测井水中汞量变化曲线
由于大地震的发生大多与断层活动有关，而活动断层是地表与地壳深部联系的通道，在活动断层附近，通过土壤中氡和水中氡测量，可以从地表直接获得深部构造活动的信息。在山东菏泽，1987年发生7.0级地震，据刘西林和华爱军1984年进行的8条剖面氡测量结果，认为1987年的7.0级地震和1983年的5.9级地震是北西向定陶—成武断裂和北东向的解元集—小留集断裂的共轭断裂发震，并确定了其产状和活动程度。
二、在考古研究中的应用
地球物理方法在考古中发挥着重要的作用。通过地面高精度磁测对古遗址分布区内与回填土的磁性差异的探测，可了解遗址的位置、边界形态及铁磁性器物的赋存特征；通过电阻率法、激发极化法、自然电场法、地质雷达等手段了解不同岩土层及各种金属器物和介质的电性差异；通过地震反射波和地震面波方法探测古墓与周围介质的弹性差异，探索陵墓地宫的结构和深度的边界及埋深；利用放射性勘测技术及天然气态放射性元素氡浓度变化的测量，来了解某些陵墓区或古建筑遗址地下结构的分布。物探方法用于考古工作，可实现对古文化的无损探测，提高了考古发掘的准确度。例如中科院地球物理所采用地震面波、高精度磁测、大地电场岩性探测和地球化学测汞对三峡库区故陵楚墓的探测，准确地确定出故陵楚墓的位置和分布形态，证实了所推测的古墓的存在，为三峡库区文物抢救保护解决了重要的难题。
1.高精度磁测在考古中的应用
地面高精度磁测是对古墓、古文化的分布探测中最主要的地球物理方法之一。古遗存或古人类化石本身及所处地层的磁性、磁化率、磁化率各向异性、剩余磁化强度等与周围环境存在的磁性差异是磁测考古的基础。经有关学者研究得出如下结论：被火烧过的泥土制品、土壤、石头等可获得较强的磁性；有机质的腐烂使土壤获得较高的磁性；人为翻动过的土壤或夯土、与周围天然的沉积物之间有明显的磁性差异；表5-4-2给出了不同考古材料的磁性参数。
表5-4-2 不同考古材料的磁性参数（据中国地质大学阎桂林）
考古对象的空间规模一般较小，形态复杂，埋深不一。考古对象与周围物质间虽有一定的磁性差别，但磁性还是较弱，再加上人文干扰，所以，考古对象产生的磁异常，其特点是范围小，强度低，梯度变化大，形态多样，有时干扰严重。因而，在考古调查中必须采用高精度的质子磁力仪或光泵磁力仪。
地面磁测时测网的比例尺一般为1∶100～1∶200。仪器探头距地面高度可为1 m至0.1 m。除观测磁场强度ΔT外，还可观测磁场的垂直梯度变化ΔTZ。河南新郑某古墓的调查是磁法考古探测的成功实例之一。
该测区位于一战国至汉代古墓葬区内，黄土覆盖，土质均匀，地形平坦。墓葬区已经初步钻探普查，磁力调查是作为详查和核实。采用两台MP 4 型质子磁力仪，一台用于地磁日变观测。仪器探头距地面高0.5 m。测网比例尺1∶200，线距2 m，点测1 m。观测结果见图5-4-15。由ΔT平面等值线图可见，在已知墓葬A、B、C及大型陪葬坑上显示出一定强度和轮廓明显的磁异常。有些异常还勾绘出墓葬的形态及细节。如A异常清楚显示该墓有一较长的南北向墓道，墓室南侧有两个小耳室。A墓引起的磁异常为20 nT左右。据其形态，考古工作者判定为汉代“甲”字型砖墓。B异常形态表明该墓为典型的“刀”字型砖墓。图中黑粗线轮廓是根据磁异常推断的结果。C异常较弱，对其墓的形态轮廓显示不清楚，这表明该墓为一土坑墓，非砖结构。E、D异常反映的是两个新发现的墓葬，没有原始资料。陪葬坑的磁异常南、北部分有较大的区别，它表明坑内较多的陶器物品主要堆放在坑的南半部。该区这些异常推断的遗存埋深为地下1～2m。实际钻探资料证实了磁测结果的分析。
图5-4-15 河南新郑战国至汉代某古墓的磁异常等值线图
2.电法在考古中的应用
电法也是考古工作中常采用的地球物理方法。一般古墓多埋藏于第四系松散地层中，古墓上下及周围应有厚度不等的青膏泥（粘土）填充，构成一个以厚层粘土包裹着的“古墓体”，此外，墓室有可能有地下水渗入。这就使得古墓与周围地层存在一定的磁性与电性差异，为采用电法探测古墓提供了地球物理条件。
图5-4-16是河南省某古墓地面磁测剖面平面图。图中各测线在22～26点和30～36点形成了两个近EW向的条带状正异常（ΔZmax=53 nT），其间有一下降近20 nT的鞍部，其南、北、东三面均为负异常。结合地面情况推断两条正异常的鞍部为古墓位置，而南、北、东三面负异常为高差近20 m的人工开挖陡壁引起。
图5-4-17是0号 剖面等视电阻率断面图。由图可见，0线在三角点往西有ρs小于8Ω·m的极小值区，其他测线也有同样反映。极小值出现在AB/2=40～100 m之间，以AB/2=65 m为中心部位。图5-4-18是AB/2=65 m的等ρs平面图。由该图反映出ρs小于8Ω·m的极小值范围为坐标原点往西11.2 m，坐标原点往南9.8 m。该范围内ρs值均在7.2～7.65Ω· m内，且范围外 ρs变化梯度较大。由此推断 ρs小于8Ω·m的范围为主墓葬的位置。本区电测深曲线类型以H型为主，按电性可分为三层：第一层为覆盖层，第二层为“古墓体”，第三层为“古墓体”底板。由电测深曲线解释得主墓顶部埋深为6.9 m，底板埋深为21 m。经挖掘验证，基本与物探探测结果相符。
图5-4-16 河南省某古墓磁测剖面平面图
图5-4-17 0线等ρs断面图
图5-4-18 等ρs平面图
3.地质雷达在古遗址探测中的应用
由于古遗址体与周围介质在相对介电常数上存在有差异，为地质雷达方法探测古遗址提供了地球物理条件。对于埋深较浅的古遗址，采用地质雷达方法具有较好的探测效果。湖北大冶铜录山古铜矿遗址是我国西周末期与春秋战国时期的采矿遗址，该铜矿目前仍在开采，为了协调矿山开采与古铜矿遗址保护之间的关系，应用地质雷达探测了铜矿遗址的规模及其分布，取得了令人满意的探测结果。
古铜矿遗址（称老窿区）都形成于接触破碎带中相当于矿体的氧化次生富集带中，鉴于当时开采的对象为高品位铜，因此老窿区发育地段首先要具备一定数量高品位铜矿可开采，二是当时用人力与较原始的工具挖掘，开采矿石的层位应该比较松软，老窿区对应的是接触破碎带经强烈风化区，古矿坑内都有回填土充填，回填土与原状土的差异明显。因此调查中老窿区的探地雷达图像应有如下特征：①由于地层风化是逐渐加深，因此原状土风化层应为一组均匀密集的窄反射波，同时地层风化进程是同步的，因此这些反射波的同相轴平整且可横向追踪；②老窿区现由回填土充填，而回填土与原状土差异增大，并且老窿区应处在矿石高品位地段，虽然铜已被开采，但铁矿石仍保留，因此反射信号强度大；③原状大理岩或矽卡岩由于物性相对均匀，因此反射界面相对较少，基本无明显的反射信号。
图5-4-19 老窿区的探地雷达图像
图5-4-20 地质雷达与勘探结果对照图
图5-4-19为老窿区的地质雷达图像。由图可见原状土为密集的窄反射波，而老窿区中的回填土为强反射波，横向变化大且同相轴难以追踪，原状土与回填土两者差异明显。根据雷达剖面图像我们构筑了3个高程的老窿投影与勘探解释进行对照。图5-4-20为Ⅲ号遗址老窿投影的地质雷达与勘探结果对照图。（a）是勘探结果，（b）是地质雷达解释结果。由图可见标高+53 m与+48 m老窿投影的地质雷达解释结果与勘探结果基本一致，但标高+43 m的老窿区投影与雷达解释结果有较大差异，这是因为在无钻孔区地质人员往往采用外推法解释。而这种解释在不规则的老窿区会产生较大的误差。
杭州雷峰塔始建于公元972年，于1924年倒塌，为了重建雷峰塔，浙江省考古所进行考古挖掘工作，为了确定雷峰塔是否存在有地宫，祝炜平等人开展了地质雷达方法探测工作，根据探测结果，明确了雷峰塔地宫的存在，提供了地宫的大致位置，为雷峰塔地宫的考古挖掘起到了指导作用。雷峰塔地宫探测中使用的地质雷达是瑞典玛拉公司生产的RAMAC/GPR地质雷达，选用的工作天线的中心频率为250 MHZ，在遗址上布置了四条呈“丰”字形地质雷达测线，测线间距为1.5 m，测点间距为0.03～0.05 m，采用剖面法测量。
图5-4-21为雷峰塔塔基内的一条地质雷达探测剖面图，横坐标为1.0～2.8 m，纵坐标1.3～2.6 m处雷达波同相轴错断，横坐标1.5～2.4 m，纵坐标2.6 m处有一双曲线型拱起的反射波同相轴，塔基中心位置的雷达波图像与周围介质的雷达波图像的差异明显，因此，双曲线型拱起异常应为地宫引起。地宫存在的范围，测线1.0～2.8 m，埋藏深度1.3～3.1 m。考古挖掘表明，地质雷达探测的结果是准确的，水平位置1.0～2.8 m，纵向深度1.3～2.6 m处雷达波异常反射由夯土层引起，地宫大小为0.9×0.9 m，高0.5 m。图5-4-22为地宫挖掘后绘制的地质剖面图。
图5-4-21 塔基内一条雷达探测剖面图
图5-4-22 地宫挖掘后绘制的地质剖面图