江苏省地质工程勘查院 江苏南京 211102
摘要：我国社会经济的不断发展，城市人口密集，土地资源锐减、环境负荷增加，资源的过度开发和对环境的破坏，产生了许多地质灾害问题，在一定程度上损害了城市发展、社会稳定和人类生存环境。我国国土部门以及受地质灾害影响的单位和地方政府都高度重视地质灾害的分布及发展趋势，并加大了对地质灾害易发区的勘查工作力度。当前地球物理勘探技术在地学领域被广泛应用，且近几十年里在地质灾害勘查工作中成为较重要的辅助手段之一。本文主要介绍运用地球物探方法勘探地下介质的物理原理、特性和应用以及在工作中存在的某些问题，鉴于其低成本，高效率，物探仪器广泛应用于地质灾害调查，并为城市地质勘查提供了大量的综合资料。
关键词：城市地质灾害；地球物探方法；环境负荷
前言
近年来，地球物探技术已广泛应用于地质灾害勘查工作，且发挥着巨大的作用。由于社会经济的不断发展，人口大量涌入城市，城镇建设不断向外围扩张，改造人们周围的生存环境。城市人口密集、土地资源锐减、环境负荷的增加，资源的过度开发以及对环境的破坏，并产生诸如地面沉降、山体周边住宅小区和自然山体的边坡稳定性等问题。城市地质灾害勘查治理的任务也逐渐增加。地球物理勘探方法作为一种独特的勘探方法，在地质灾害勘查领域起着非常重要的作用。本文着重介绍在地质灾害勘查治理过程中常用的地球物理勘探方法对地质灾害体的勘测所取得的物性数据来分析其分布、产状和岩性特征等。
1地质灾害
地质灾害通常是指在自然或人为因素影响下，或者是两者共同作用下，在地表发生严重破坏人民生命财产和生存环境的岩土体变形或位移的事件。地质灾害在成因上具有自然演变和人为活动的双重性。城市地质灾害是指发生于城市及其周边对城市社会经济发展有严重影响的地质灾害，诸如：崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面沉降、地面塌陷、特殊岩土（膨胀土、软土等）等。崩塌、浅层滑坡趋于浅部勘测，深层滑坡趋于中深部勘测，采空区、岩溶塌陷区趋于深部探测。
2常用地球物理方法概述
2.1浅层地震勘探方法
浅层地震勘探方法就是人工制造小型地震（利用爆破方法），对仪器接收到的地震波及其反射波等进行分析，根据波速等参数确定地层特性，地质构造。优点快速，设备简单对断层及其破碎带比较敏感，区分能力强和空间定位准确的，通常检测的深度不超过200米。目前，地震探测方法主要由折射波法、反射波法和面波（也称作“瑞雷法”），此方法不受高压线等强电磁场的干扰，在野外具有很大优势。此方法主要应用于采空区（塌陷）探测。
2.2瞬变电磁法
瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。其基本工作方法是：于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次电磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。根据瞬变电磁法对低阻体反应敏感的特点，将其用于煤矿井下水文勘查还是近几年的事情。瞬变电磁法是一种极具发展前景的方法，可查明含水地质如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等。此方法具有分辨率高，探测深度适中，穿透高阻能力强，不受地形影响等特点。在地质灾害勘查中，通过此方法易于确定采空区的分布位置、深度和空间分布状态及充填情况等问题。
2.3核磁共振技术
核磁共振（NMR）技术是一个基于原子核特性的物理现象，是指具有核子顺磁性的物质选择性地吸收电磁能量。在稳定地磁场的作用下，氢核像陀螺一样绕地磁场方向旋进，其玄金频率与地磁场强度和原子核的磁璇比有关。地面核磁共振技术探测地下水信息的方法利用了不同物质原子核驰豫性质差异产生的NMR效应，即利用了水中的氢核（质子）的驰豫特性差异，在地面上利用核磁共振找水仪，观测、研究在地层中水质子产生的核磁共振信号的变化规律，应用核磁感应系统实现对地下水信息的探测，进而获得地下水的存在性及空间赋存特征。采用核磁共振技术通过反演不同时期不同位置不同深度的地下水含量，首先根据勘探点柱状图分析岩层分布与 NMR 反演的不同深度含水量分布的对应关系，并以此作为标准根据其他 NMR 测点地下水含水量特点确定各测点岩层分布，最终达到确定滑带和各岩层的空间分布（包括深度和厚度）。该方法经济、方便、实用、有效，对滑坡研究提供准确的资料。
2.4探地雷达
探地雷达又称地质雷达，透地雷达，是用频率介于106-109Hz的无线电波来确定地下介质分布的一种方法。
探地雷达的使用方法和原理是通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。在坝体渗漏探测中，渗透水流使渗漏部位或浸润线以下介质的相对介电常数增大，与未发生渗漏部位介质的相对介质常数有较大的差异，在雷达剖面图上产生反射频率较低反射振幅较大的特征影像，以此可推断发生渗漏的空间位置、范围和埋藏深度。
2.5可控源音频大地电磁法
可控源音频大地电磁法是属于频率域电磁法，是探测地下介质的电阻率的一种方法。其工作原理是通过人工向地下发射不同频率的电磁信号，并利用接收机同步接收。不同频率的电磁信号与地层的深度游对应关系（频率越低，探测深度越大），在此基础上研究不同深度电阻率变化，从而探测地层及地下不均匀地质体的分布。目前该种方法在地质灾害领域多用于探测较深的地质灾害体，例如：采空塌陷和岩溶塌陷等。
3城市地质灾害中地球物理方法的应用
3.1崩、滑、泥石流灾害
3.1.1崩塌
常用于崩塌灾害调查和地球物理方法主要有探地雷达、磁法、电法和弹性波法、综合测井等地球物探方法。在崩塌灾害调查中主要用于探测第四纪覆盖层厚度、分布及与下伏基岩界面；崩塌的节理发育程度；碳酸盐岩区发育的溶蚀列席、溶洞等具有沿垂向的裂隙崩塌剥落。
3.1.2滑坡
城市地质灾害往往给城市建设、交通、河流运输和水利水电造成严重伤害，滑坡灾害是一个大类别。目前我国应用于滑坡调查常见的地球物探方法有：地质雷达（GPR）、激发极化法、电测深法、充电方法和微重力方法、地面甚低频电磁法和高密度电阻率法等。这些方法主要是确定滑坡边界的空间分布，探测滑坡区含水层赋存情况、滑面空间展布和滑面深度等等，对滑坡体的结构特征、边界和隐伏地质情况深入的理解和掌握。
3.1.3泥石流
目前我国针对泥石流灾害调查的地球物探方法分上游区和堆积区两个部分考虑。在上游形成区一般采用千层地震、电阻率法和自然电磁法；在堆积区一般采用千层地震、探底雷达等。通过上述方法确定岩土层的分布、厚度和层次；基岩的埋深、起伏形态等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.2地面变形灾害
3.2.1岩溶塌陷
岩溶强烈发育的地区，通常岩溶地面塌陷灾害易发，且严重影响区内人民生命和财产安全，甚至对社会稳定造成严重影响。岩溶地面塌陷的毁灭性的，一旦发生，不仅对工业与民用建筑、城市基础设施、水利水电设施造成严重破坏，还可以引起喀斯特地区水土流失，自然环境的恶化，资源的开发利用。岩溶塌陷的变性特征：地面向下陷落二不连续，周边有明显断壁获陡坎，多呈圆形、椭圆形洼坑、宽深比相对较小。在对于岩溶塌陷区采用地球物探方法无疑是一种成本低、效率高的有效勘测手段。通过测定地质体物场变化及有关物理参数，来探查隐伏地质体的分布于特征。例如：以探测基岩埋深及基岩面起伏为目的可以采用电阻率法、浅层地震法等；以探测岩溶洞穴、岩溶发育和地下河道为目的可以采用电阻率法、探地雷达获甚低频法等。
3.2.2地裂缝
地裂缝是指岩体或土体中直达地表的现状开裂。可以是现今构造活动在地面产生的地表破裂，也可能是现代人类工程活动对地质环境的强烈影响的一种反应，例如人工开采地下水的影响。地球物探技术作为一种辅助手段，针对地裂缝点多，面广具有一定的隐蔽性的特点，可以采用深层地震勘探、浅层地震勘探以及地面甚低频电磁法等。深层地震勘探主要用于查清区域地质构造，但费用较高、费时费力，且因深层“地震”有一定的社会影响。浅层地震勘探主要是用于查明断层的产状、性质以及地裂缝的发育特征，与下部断层的关系等。地面甚低频电磁法主要用于测量地表浅层地质变异体，因此对于测定地裂缝影响宽度的测定非常有效。此法施工难度小，成本低，但易受电场干扰。
3.3海水入侵
中国海水入侵主要出现在辽宁、河北、天津、山东、江苏、上海、浙江、海南、广西9个省份的沿海地区。最严重的是山东、辽宁两省，入侵总面积已超过2000平方公里。海水入侵是人为活动强烈干扰自然生态系统而诱发的缓慢发生而又长期危害的人为自然灾害，具有隐蔽、多变、难治理的特点。它不仅是一个自然科学问题，而且是一个与社会经济发展密切相关的问题，其直接危害是造成农业水土生态环境的恶化。山东的昌邑、寿光、寒亭受海（咸）水入侵影响，由以前的全国百强县变成了经济发展相对缓慢的地区。海水入侵造成的上述经济损失是难以用具体数字表达的。经济越发达的地区，海水入侵造成的经济损失也越大。最严重的会导致工厂、村镇整体搬迁，海水入侵区成为不毛之地。国内常用的物探方法有电测井、井液电阻率、地层电性特征分析等方法，主要是要圈定海水入侵空间分布界限、海水入侵通道、观测咸淡水界面运移规律等。
4目前地质灾害勘查中存在的一些问题
4.1滞后性
我国对于地质灾害的勘查工作一般都是在灾害发生了以后才进行，处理的手段多以应急、抢险的形式进行。不能在灾害发生之前就进行一定的预判和预警，而只能在事件发生了以后再查找原因。造成这一结果的原因是对我国的地质灾害分布特征、影响因素等缺乏全面的认识，对其发展规律了解不充分。对于地质灾害隐患点早做准备，加强巡视、布设监测设备以及在重点区域采用物探方法，查明地质灾害现状，预测发展趋势，评估其稳定性。
4.2重视次要因素
在对地质灾害勘查的过程中，不仅要重视灾害的主要成因，还需要对诱发灾害的次要成因进行深入研究。因为在不同的环境中，主、次要因素是可以相互转变的。重视灾害的次要因素，对将来判断主要灾害有着重要的参考价值。
4.3因地制宜
地质灾害可能发生在各种地质结构的岩土体上，现场条件也都各不相同。为了应对这些复杂的地质灾害，勘查技术人员需要实际情况选用适宜的勘探方法。地球物探方法作为一种辅助手段，需要根据不同情况，提高其对数据的解译程度，对于不同的研究目的，选用更适合的勘探方法。
4.4各种手段的综合使用
由于地质灾害的种类繁多，导致某种灾害的原因也不是单一的，所以仅靠单一手段难以对地质灾害的发生原因进行准确的测定，而是要采用多种地球物理方法的综合运用。多种地球物理方法的综合运用不仅能够测定地表浅层的地质问题，而且能够解决较深层次的地质问题，拓宽了地质勘查的范围和研究精度。但是也如同前文所述，综合地球物理方法的组合方式必须考虑到多种方法的合理选择和有效搭配，同时必须按照现场的条件来选取地球物理方法，这样就能有效避免方法的错用。
5治理研究
目前，地球物理方法在地质灾害方面的运用还仅限于对地质灾害的监测及预报，未来应该延伸到对于地质灾害的治理研究中去。让地球物理技术深入对地质灾害的监测，预防和治理的全过程中，达到良好的效果。
5.1建立监测体系
通过建立地质灾害监测系统，能够主动监控城市内可能发生的重大地质灾害，及时发现并提前进行预报，为相关部门采取防范措施提供基础依据。对于地质灾害数量相对较多，类型繁杂其规模较小城市，建立监测所有地质灾害的系统是不现实的。因此可以有针对性的对每一灾种选择具有代表性的灾害点进行专业及系统监测，从而为城市地质灾害的提前预防及处置提供基础依据。
5.2建立地质灾害数据库和信息管理库
通过前期的地质调查研究，将勘查中得到的地质灾害类型、分布特征、发育程度以及地质结构、构造等基础数据录入到GIS系统中，通过系统的存储、处理及分析等功能，为后期城市规划及城市建设等提供基础依据和参考，并不断更新调查数据，确保地质调查数据能够切实反映城市地质的真实情况。
当前城市化进程不断加快，城市用地矛盾日趋凸显的时代背景下，进行城市地质调查是十分必要的。通过城市地质调查，能够为城市规划和建设提供基础依据和数据，并能有效防范城市地质灾害，是践行可持续发展观的重要途径。
6结语
在城市的各种灾害不断发生的情况下，地球物探方法是地质灾害调查中最有效的辅助方法之一，发挥着越来越重要的作用。与其它勘探方法相比，有成本低、效率高、装备轻便、成果获取快的特点，对不同类型的地质灾害可以快速和及时的提供地质体的物性数据，辅助解译相关地质信息。因此，地球物探技术更广泛的应用势必在今后地质灾害勘查治理中提高其可信度，为城市地质灾害勘查提供更准确的信息。
参考文献：
[1] 刘晓丽.地质灾害勘查指南[M].北京：地质出版社，2000.
[2] 吴烟杰.浅层地震勘探在岩溶调查中的应用效果[J].物探与化探，1996.
[3] 杨志华，赵永数.环境地球物理勘探及在滑坡中的应用[J].西安工程学院学报，2001.
[4] 赵小敏.物探方法在工程地质勘查中的应用[J].科海故事博览；科技探索，2011，（6）：41-41，36.
论文作者:徐家明
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/21
标签：地质灾害论文; 方法论文; 物探论文; 地质论文; 岩溶论文; 灾害论文; 城市论文; 《基层建设》2017年第9期论文;