中國礦業大學資源學院
課程結課報告
課程名稱工程與環境地球物理
任課老師老師
姓名學號
時間 2014.1
物探與泥石流
泥石流是一種攜帶大量泥土和碎屑物質的間歇性洪流。與一般的挾沙水流相比,泥石流中固體物質含量高,顆粒粒徑分布範圍廣,可能有從幾微公尺直至幾公尺的變化範圍。一般挾沙水流中的顆粒粒徑分布呈單峰型,且符合正態分佈;而對固體含量較高的泥石流,粒徑分布多為雙峰型。
誘發泥石流的外界因素有降雨、融雪(冰)、潰壩、**等。其中以降雨引起的泥石流(稱降雨型泥石流)分布最廣,活動最頻繁,因此是泥石流研究的主要物件。
泥石流是降雨、地形地貌、固體鬆散堆積物等因素共同作用的結果。當除降雨以外的其它因素達到某種程度時,一旦有足夠大的降雨量,就可能發生災害性的泥石流。降雨為這類泥石流形成的主要誘發因素,而其它因素則是形成降雨型泥石流必不可少的基本條件,為基本因素。
圖1為典型泥石流示意圖。
圖1 典型泥石流示意圖
泥石流常常具有暴發突然、來勢凶猛、迅速之特點。並兼有崩塌、滑坡和洪水破壞的雙重作用，其危害程度比單一的崩塌、滑坡和洪水的危害更為廣泛和嚴重。它對人類的危害具體表現在如下四個方面：
(1)對居民點的危害：泥石流最常見的危害之一，是衝進鄉村、城鎮，摧毀房屋、工廠、企事業單位及其他場所設施。淹沒人畜、毀壞土地，甚至造成村毀人亡的災難。
(2)對公路、鐵路的危害：泥石流可直接埋沒車站，鐵路、公路，摧毀路基、橋涵等設施，致使交通中斷，還可引起正在執行的火車、汽車顛覆，造成重大的人身**事故。有時泥石流匯入河道，引起河道大幅度變遷，間接毀壞公路、鐵路及其它構築物，甚至迫使道路改線，造成巨大的經濟損失。
(3)對水利、水電工程的危害：主要是沖毀水電站、引水渠道及過溝建築物，淤埋水電站尾水渠，並淤積水庫、磨蝕壩面等。
(4)對礦山的危害：主要是摧毀礦山及其設施，淤埋礦山坑道、傷害礦山人員、造成停工停產，甚至使礦山報廢。泥石流的具體危害如下圖所示。
圖2 泥石流的危害
對於如何預防泥石流災害呢？我們可用下圖詳細說明。
圖3 如何預防躲避泥石流災害
泥石流是地質災害的主要型別之一，如何準確地探測泥石流層的厚度，對於判斷泥石流的規模與地質災害評價非常重要。這裡簡要敘述了探地雷達和直流電阻率測深法的探測原理，由於泥石流與基岩的物性有差別，因此應用以上兩種物探方法探測泥石流理論上是可行的。通過探地雷達和直流電阻率測深法在滬定縣泥石流區域的應用例項分析，證明了採用綜合物探方法能夠快速、有效地解決地質災害方而的相關問題。
地質災害是自然災害的主要型別之一，常見的有斜坡岩土體地質災害、地而變形地質災害、礦井地質災害、特殊岩土工程病害、地下水資源惡化及水土環境異常等型別。由於泥石流災害情況複雜多變，單靠某一種方法往往難以奏效，必須採用綜合地球物理方法才能解決問題。不同物探方法的綜合應用，不僅可以解決地表淺層(幾厘公尺至幾公尺)的地質問題，而且可以解決較深地層(幾十公尺至幾百公尺)的地質問題，為解決地殼淺部地質災害的調查提供了有力的手段和可靠的方法。
在物探方法中，常採用電阻率剖而法、電阻率測深法、自然電場法、高密度電阻率法、探地雷達法、瑞雷波法、瞬變電磁法、音訊電磁測深法，以及微波遙感、紅外測溫、地層測溫等技術。實踐表明，電阻率測深法、探地雷達法和高密度電阻率法是相對較成熟和較可靠的泥石流探測技術。
1.探底雷達法
探地雷達工作原理：探地雷達(ground penetrating radar)是基於不同介質的電性差異，利用發射天線(t)以寬頻帶、短脈衝方式向地下介質發射一定強度的高頻電磁脈衝(幾十兆赫茲至上千兆赫茲)，電磁脈衝遇到不同電性介質的分界而(如空洞、土層分界而)時即產生反射或散射，採用接收天線(r)接收反射訊號並記錄這些訊號，再通過進一步的訊號處理和解釋即可了解地下介質的情況。從物探角度來講，探地雷達訊號的處理和解釋在方法上與眾所周知的反射**法大體相同，只是它所涉及的波型和物性不同。
探地雷達的工作原理及探測方法見下圖。
圖4 探底雷達工作原理圖
相對於探地雷達所用的高頻電磁脈衝而言，通常工程勘探和檢測中所遇到的介質都是以位移電流為主的低損耗介質。在這類介質中，反射係數和波速主要取決於介電常數。從式(1}和式(2)可以看出，介質的相對介電常數越大，傳播的速度越j漫，衰減係數越大，探測的深度就越小。
式中:r為反射係數;v為速度;_ 為相對介電常數;v為光速常數;下角標「1, 2」分別表示上、下層介質。
需要特別指出的是，雷達探測的效果主要取決於不同介質層而的電性差異，即介質間的介電常數(_ )差異越大，滿足則探測效果越好，介質層而就易於區分，反之則難。
2.電阻率測深發
電阻率測深工作原理：電阻率測深法(resistivity sounding)簡稱電測深法，是以地下巖(礦)石的電性差異為基礎，人工建立地下穩定直流電場或脈動電場，通過逐次加大供電(或傳送)與測量(或接收)電極極距，觀測與研究同一測點下垂直方向不同深度範圍巖(礦)層電阻率的變化規律，以查明礦產資源或解決與深度有關的各類地質問題的直流電法勘查方法。電測深法在水文地質、工程地質和礦產地質工作中得到廣泛應用。
電測深法的裝置形式有:對稱四極裝置、三極裝置、偶極裝置、五極縱軸裝置。電測深法多採用對稱四極裝置，稱為對稱四極測深法。
在ab極距離短時，電流分布淺，p曲線主要反映淺層情況;ab極距大時，電流分布深，p曲線主要反映深部地層的影響。對稱四極裝置的工作示意圖見下圖。
圖5 對稱四極裝置的工作示意圖
在這種排列方式中，mn對稱地置於ab中心的兩側，原點0是它們的公共中心點。當保持中點0是固定的時候，測量的深度是通過增加ab供電線長度來實現的，ab與mn同步或不同步向兩側移動。_計算公式如下式:
3.野外工作方法
(1)測線布置
根據相關規程的要求，探地雷達測線沿堤壩方向布置，並盡可能垂直於河(溝)道;電測深點在地形條件許可的條件下，有選擇性地在探地雷達剖面線的合理位置進行布設。
(2)資料採集及引數設定
本次探底雷達工作採用單點測量的方式，點距0. 5 m 。採集引數設定如下:
取樣頻率:600mhz;取樣點數:580點;疊加數:
128次;視窗時間:1200ns;角蟲發方式:鍵盤觸發。
本次的視電阻率測深工作裝置為對稱四極裝置，採用ab /mn = 10固定比值，活動mn法測量，ab /2的電極距分別為5, 8, 12, 20, 35, 50, 70,100。儀器採用重慶地質儀器廠生產的dzd-6a多功能直流電法儀。
4.探測資料的推斷解釋
雷達資料的解釋，根據同一連續介面的反射訊號形成同相軸的特徵，依據同向軸的時間、形態、強弱、方向反正等進行地質解釋和判斷。但同向軸的形態與埋藏的物介面的形態並非完全一致，特別是邊緣的反射效應，使得邊緣形態有較大的差異。淺埋基岩起伏大，反射波強，斷續特徵明顯，是高速體反射波，波相與地面波反向;地層介面為強反射同相軸連續，分層清晰，有一定韻律，低頻成分為主，具有明顯的地層產狀特徵;第四系含水層為電磁波低速層，與上下地層波阻抗差異大，介面清晰，正反相位成組出現，層而連續，以低頻波為主。
為了確定雷達反射波時間剖而中界而的深度，必須給出雷達波在介質中的傳播速度，由於地下為非均勻介質，因此只能給出乙個平均速度，必須考慮各地層的綜合因素。最後，根據探地雷達資料顯示的剖面畫出假想的泥石流層厚與形態。
電測深曲線解釋是對電測深曲線進行定性、定量分析和推斷的過程。它包括研究地電斷而、定性解釋和定量解釋三方而工作。研究地電斷而，需要測定各岩層的電阻率數值，了解電性分層的特點;電測深定性解釋是將測區所有曲線綜合在一起，繪出各種定性解釋圖件，如p曲線型別圖，用來分析地下構造的總輪廓;電測深定量解釋主要是求出各地層的厚度、深度，並繪出相應的地電斷而。
最後，綜合探地雷達、電阻率測深成果資料以及以前的相關地質資料，三者相互結合，可以對泥石流層的深度進行有效的判斷，提高了物探解釋的精度。
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