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在巖土工程中,地下水對巖土結構和建筑物的作用和影響已經成為最需要考量的問題,對地下水對巖土結構和建筑物的作用和影響進行重點預測,并根據相關評價結果,制定切實可行措施,對工程項目順利實施有重要意義。勘察評價內容主要包括勘察目的、地下水埋藏情況、水位變化情況、場地穩定性、地下水對建筑材料的腐蝕情況等等。
1.2水文地質勘察要與建筑物地基類型結合
水文地質勘察需要與建筑物地基類型緊密結合,查明地質水文情況,可以為建筑物地基選擇提供最準確地質資料。勘察內容評價主要包括水文地質歷史情況、地下水成因類型、巖土性質、巖土風化程度、巖土物理力學性質等,還要將巖土、水文和建筑物三者因素進行對比分析,形成完善的評價體系。要在具體操作中判定和明確場地是不是存在地震斷裂的地質情況、場地有沒有斷裂活動,周圍有沒有其他不良的地質作用。通過多元評價,為工程提供全面水文地質評價報告。
1.3地下水對工程建設的作用和影響
地下水對工程的作用和影響呈現多元性,需要從不同角度展開具體評價。首先是對埋藏在地下水水位以下的建筑物基礎和砼內鋼筋的腐蝕情況進行評價;其次是地下水對選用的軟質巖石、殘積土、膨脹土等基礎持力層形成的軟化情況進行評價;再就是地下水對地基基礎范圍內存在的粉細砂、粉土產生的潛蝕、流砂、管涌的可能性進行評價;在地下水水位以下開挖基坑,需要進行富水性和滲透性試驗,要對人工降水可能引起的土體沉降、邊坡失穩等情況進行評估。
2巖土主要水理性質和具體測試方法
根據地下水在巖土中的存在方式可以分為:結合水、毛細管水和重力水三種形式。所謂巖土的水理性質,是指巖土和地下水相互作用產生的物理性質。根據地下水存在的方式具體分析其物理性質,對制定科學測試方法有積極作用。
2.1巖土的軟化性
巖土的軟化性,是指巖土在地下水作用下發生了力學強度降低的變化,一般情況要用軟化系數進行表示,根據軟化系數可以判斷巖土的耐水浸、耐風化的能力。如果在巖土層中存在較多容易被軟化的巖層,地下水對其產生的軟化作用就會更為顯著。在粘性土壤、泥巖、頁巖、泥質砂巖等地質條件下,都存在軟化特性。在地下水作用時,也容易產生較多軟化層,對建筑工程的影響自然呈現顯性。
2.2巖土的透水性
巖土都有透水性,自然水在重力作用下,穿過巖土下沉。巖土性質有差異,其透水性也表現出個體差異。松散巖土的顆粒加大,透水性較好;如果顆粒很細小,其透水性就差。巖土透水性用滲透系數來表示。巖土透水性大小,對巖土產生的軟化作用自然不同,進而對工程建設產生直接影響。巖土的滲透系數需要通過抽水試驗獲得。
2.3巖土的崩解性
巖土在地下水作用下,土粒連接被破壞,很容易造成土體崩散和解體等現象。巖土崩解系數高低,與巖土的顆粒成分、礦物質和結構有直接關系。如果是水云母、高嶺土為主的殘積土,大多會以散開方式崩解,如果是石英為主的殘積土,則會以裂開的形式崩解。厘清巖土崩解方式,可以針對性地制定防范措施。
2.4巖土的脹縮性
巖土在地下水浸透下,會吸收眾多水分,土體增大,而失水后,土體又會縮小。這是由于巖土的顆粒表面結合水膜吸水變厚了,而水分失去后,顆粒表面就會變薄。如果巖土發生大幅度脹縮,就會形成地裂、基坑隆起等現象,嚴重影響工程基礎的穩定性。對巖土的脹縮性進行測量時,需要針對如下指標:膨脹率、自由膨脹率、體縮率、收縮系數等。
2.5巖土的給水性
所謂給水性,是指巖土在地下水重力作用下從孔隙裂縫中自由流出水分的性能。測量巖土給水指數,對巖土穩定性做出科學推斷。給水性以給水度進行標識,需要進行相關試驗才能測定。
3水文地質問題對工程造成的危害分析
3.1地下水活動產生的壓力形成的危害
地下水活動會產生一定的壓力,對巖土形成的危害也不容小視。地下水活動是自然現象,在天然情況下,地下水活動產生的壓力不會造成多么嚴重的地質裂變現象,但在人工作用下,由于工程施工打破了地下水活動的平衡狀態,地下水活動會形成比較大的壓力,對巖土工程的危害也就顯示出來。在地下水活動作用下,巖土中的粉土、粉細砂等,在地下水活動中很容易形成流砂、管涌、基坑突涌等情況,給工程施工造成嚴重的影響。
3.2地下水水位變化引發巖土縮漲變形
地下水水位處于周期性變化之中,對巖土形成的物理作用也是非常顯著的。地下水水位變化,可以促使巖土結構發生不均勻脹縮,甚至會形成地裂,導致地基較淺建筑物出現坍塌現象。如果地下水水位發生大幅度變化,還會導致巖土脹縮幅度提升,對工程施工造成嚴重影響。在工程施工時,要注意對地下水具體情況進行勘察,盡量減少在地下水變動比較大的地帶進行施工。地下水水位變化雖然有一定規律,但也存在很多例外情況,在針對地下水水位變化勘察時,要注意地下水水位變化的多種可能性。通常情況下,如果地下水水位在建筑基礎底面以下壓縮層范圍內,不管是上升還是下降,都會造成建筑物的基礎失去穩定性。地下水水位上升,建筑物基礎地基的土質就會發生軟化現象,自然會導致建筑物發生沉降和變形。如果地下水水位下降,壓縮層巖土的自重力就會增加,也會導致建筑物發生沉降或變形。地下水發生頻繁升降,對巖土工程造成的危害更為嚴重。地下水水位變化能夠引起巖土結構產生脹縮變形等現象,當地下水升降頻率加大,巖土產生的脹縮幅度也會不斷加大,有可能形成地裂等劇烈地質現象,很容易造成建筑物的坍塌。由于地下水水位升降過于頻繁,也會促使巖土中鐵、鋁等成分的流失,土壤發生內質變化,土質變松、含水量孔隙增多,其承載力自然降低,也會對工程基礎造成嚴重威脅。工程水文地質勘察中,要了解和明確基坑開挖對周圍多種自然因素的影響,主要是巖性、承壓性、含水層類型等。
2滑坡解譯
2.1遙感數據源和解譯方法GoogleEarth影像在研究區的覆蓋情況較好,大部分區域有Quickbird(0.6m)、Worldview-2(0.5m)和Geoeye-1(0.5m)等高精度影像,只有少部分區域為Spot-5(5m)影像(圖2)。滑坡解譯直接在GoogleEarth軟件三維視圖下進行,采用添加多邊形的方式直接進行滑坡的解譯。由于研究區面積較大,為了避免遺漏和重復解譯,全區被劃分為34小塊,逐一對每小塊進行解譯,如圖2所示。為了后期滑坡分布規律統計的準確性,將滑坡滑源區和堆積區分別用不同的多邊形表示,并賦予相同的滑坡編號。所有解譯的滑坡多邊形都放在同一個文件夾下,解譯完成后將該文件夾存為KLM格式文件,再由GlobalMapper軟件轉換為Shapefile文件。
2.2解譯標志區別于其他植被覆蓋較茂密的區域,黃土高原地區植被稀少,地表光禿,通過以下影像特征可以較容易識別出滑坡。(1)圈椅狀滑坡后壁滑坡后壁是滑坡解譯最直接的解譯標志。海原地震滑坡發生已有90多年,雖然經歷了長期的水土侵蝕和人工改造,但由于海原地震觸發的滑坡后壁都很高陡,其圈椅狀特征仍然非常明顯,在影像上呈弧狀深色調,尤其在GoogleEarth三維視圖下,較容易識別出滑坡(圖3)。圈椅狀滑坡后壁是本次遙感解譯中最主要的解譯標志。(2)影像紋理黃土斜坡在遙感影像上一般呈現與等高線平行的連續條狀紋理,滑坡位置條狀紋理會突然錯位或者中止(圖4),是識別黃土滑坡的重要標志。(3)堰塞湖大量規模較大的海原地震滑坡堵斷河流形成堰塞湖,共有43處保留至今,主要集中分布在西吉縣境內。在影像上堰塞湖呈深色調,容易識別,可以作為地震滑坡的輔助解譯標志(圖5)。
2.3解譯結果利用上述解譯標志,我們前期在研究區共解譯滑坡805處。2012年7-8月對其中473處滑坡進行了野外驗證,這473處全部被證明為滑坡。在野外調查的基礎上,我們進行了第二次補充解譯,最終確定滑坡為1000處,如圖6所示。滑坡總面積102.6×106m2,其中滑源區總面積45.2×106m2,堆積區總面積57.4×106m2。最小滑坡面積755m2,最大滑坡面積2.3×106m2,平均面積102.5×103m2(圖7)。從圖6可以看出,地震滑坡主要集中分布于兩個區,海原縣東南部和西吉縣西南部,其中后者分布滑坡最多,約有600處滑坡分布在該區域。此外,絕大多數滑坡都分布在發震斷裂的西南側,僅有14處滑坡分布在東北側。需要說明的是,由于海原地震距離現在已經有90年,大量地震觸發的中小型滑坡由于后期自然和人為改造已經無法通過遙感解譯辨別出來,因此海原地震觸發的滑坡應該要遠遠多于1000處,本研究解譯的1000處滑坡是規模較大或后期改造較小,滑坡形態保持較好的滑坡。
2.4黨家岔滑坡和地震堰塞湖位于西吉縣城大約30km的黨家岔滑坡(35°50''''3″N,105°27''''38″E)是海原地震觸發的大規模、低角度、高速、遠程災難性滑坡的最典型代表。該滑坡為黃土滑坡,滑體由同一山脊的兩部分組成,如圖8所示。滑坡先沿著溝谷快速運移了約2km,直至溝口主河,再順主河向下游運動了約1.1km。滑坡壩堵塞主河,形成了一個長約5km,寬約400m的堰塞湖,是海原地震觸發堰塞湖中保留至今規模最大的,滑坡體積約1500萬m3。該滑坡滑源區原始坡度約20°,前后高差僅約170m,卻總共運動了約3100m,其視摩擦角僅0.05,表現出了非常大的運動性。ZhangDX等[23]通過現場調查和大量環剪試驗認為主要是由于地震過程中黃土液化和孔隙水壓力導致該滑坡具有大的運動性。
3地震滑坡分布規律
地震滑坡的分布主要受到地震參數、地質構造背景和地形地貌等因素的影響和控制。本文擬從震中距離、地震烈度、發震斷層距離、高程、坡高、坡度和坡向等參數來分析海原地震滑坡的分布規律。統計分析利用ARCGIS9.3的Spatiala-nalysis功能完成,分別將滑坡滑源區多邊形與對應參數進行疊加,統計滑源區面積在各參數內的百分比。
3.1震中距離與地震滑坡分布不同的研究人員確定的海原地震的震中位置差別較大,本文以蘭州地震研究所確定的海原縣干鹽池(36°39″N,105°17″E)為震中位置(見圖6)。利用ARCGIS9.3軟件,以5km為間隔統計地震滑坡的分布情況,結果如圖9所示。地震滑坡距離震中最大距離約140km。與大部分地震滑坡不一樣,海原地震滑坡并不是距離震中越近滑坡就越多,大部分(67%)的滑坡分布于距離震中80~100km范圍,這說明海原地震滑坡主要不受震中距離控制。
3.2地震烈度與地震滑坡分布海原地震震中位置地震烈度達到Ⅻ度,本研究解譯滑坡分布范圍為Ⅸ~Ⅻ度范圍。統計分析發現,滑坡分布密度隨地震烈度遞減,47.4%的滑坡位于Ⅸ度區,35.0%的滑坡位于Ⅹ度區,10.3%的滑坡位于Ⅺ度區,而Ⅻ度區內滑坡最少,占總滑坡的7.3%(圖10)。可見Ⅸ、Ⅹ度區內的滑坡要遠遠多于Ⅺ和Ⅻ度區,而且Ⅺ和Ⅻ度區內滑坡總體上較小,這可能主要由于Ⅺ和Ⅻ度區主要為六盤山脈(見圖6),黃土厚度較小或為基巖出露。
3.3斷層距離與地震滑坡分布發震斷層矢量化于1:50萬地質圖,并根據遙感影像特征進行了局部修改,如圖6所示。以5km為間隔對地震滑坡與發震斷裂的關系進行統計,結果如圖11所示。地震滑坡具有兩個集中分布區,即0~5km(22.0%)和40~70km(66.8%)范圍,分布對應海原縣和西吉縣集中分布區,其中40~70km范圍內地震滑坡最多。兩集中分布區之間為六盤山脈,可見地震滑坡還主要受到地層巖性和地形地貌等因素的影響。
3.4高程與地震滑坡分布高程數據來源于ASTERG-DEM,ASTERG-DEM單元格大小為30m,高程標準差為7~14m。整個研究區高程范圍為1245~2992m,而地震滑坡的滑源區分布范圍為1407~2423m,且集中分布于1800~2200m高程范圍(90.3%)。
3.5斜坡高度與地震滑坡分布斜坡高度由ASTERG-DEM數據利用ArcGIS軟件計算得來,即斜坡坡底至坡頂的高程差。整個研究區斜坡高度范圍為0~496m,而地震滑坡滑源區斜坡高度范圍為0~224m,且集中分布于15~100m坡高范圍(74.0%)。
3.6坡度與地震滑坡分布斜坡坡度也由ASTERG-DEM數據利用ArcGIS軟件計算得來。整個研究區地形坡度都較小,91.6%的范圍斜坡坡度都小于20°,而地震滑坡滑源區的坡度范圍為0°~41°,且集中分布于5°~20°坡高范圍(87.9%)。
3.7坡向與地震滑坡滑向分布關系整個斜坡坡向由ASTERG-DEM數據計算得來,整個研究區斜坡坡向分布比較均勻,而地震滑坡滑向是ArcGIS軟件里逐個量取得來,二者分布關系見圖15。可見地震滑坡的優勢滑向為40°~80°和260°~330°。結合滑坡的整體分布位置,即大部分滑坡分布于震中東南方向和發震斷裂的西南方向(圖15),則地震滑坡的滑向主要是朝向震中和發震斷裂方向,這正好與汶川地震觸發滑坡的規律相反。
4討論
上述滑坡分布統計分析結果表明,海原地震滑坡的空間分布主要受高程、坡高、坡度、坡向等地形地貌因素的控制,而與距震中距離、距發震斷層距離、地震烈度等地震本身因素相關性較小。海原地震滑坡的空間分布規律與汶川地震滑坡相差較大,汶川地震滑坡主要受發震斷層的控制,可能主要是由于兩地震發震斷裂性質和觸發滑坡類型不同的緣故。汶川地震發震斷層為逆沖走滑型,而海原地震發震斷裂主要為左旋走滑型。汶川地震滑坡主要為巖質滑坡,而海原地震觸發滑坡主要為黃土滑坡。陳永明等[30]認為黃土厚度對黃土地震滑坡有重要影響,滑坡厚度越大,黃土滑坡的規模也就越大,西吉縣境內滑坡的集中分布,也可能是由于該處黃土厚度較其它地方厚的緣故。前述研究表明,海原地震滑坡普遍發生在坡度較緩的斜坡上且運動距離較遠。許多研究人員都試圖對其機制進行解釋。袁麗霞[22]對西吉縣境內的滑坡進行了調查和室內試驗研究,認為由于非飽和黃土中大量孔隙的存在,地震中地下水位迅速上升,導致孔隙水壓力陡增,在地震作用下,黃土瞬間液化導致低角度高速遠程滑坡的發生。在遙感解譯中,我們發現位于固原縣西北約14km的石碑塬滑坡黃土液化的特征最為明顯(圖16)。該滑坡原始坡度非常緩,只有2°~5°,其滑動距離則達1500m。圖16顯示滑坡表面呈排列整齊的波浪狀,液化流動特征非常明顯,是黃土液化的重要證據。
圣弗朗西斯科盆地經歷了復雜構造演化,地質條件復雜,由于形成年代久遠,盆地中烴源巖經歷了長期熱演化。此外,盆地最終演化為前陸盆地,因此石油地質特征也部分呈現出前陸盆地的特點。
1生烴潛力分析
圣弗朗西斯科盆地主要烴源巖為Bambui群和Macaubas群中富含有機質的黑色淺海相頁巖以及Macaubas群中富含有機質的疊層石碳酸鹽巖,這些生烴層位于Bambui群和Macaubas群頂部[11-13]。Macaubas群和Bambui群中的2套烴源巖在形成時代上分別屬于被動大陸邊緣沉積期和前陸坳陷期,2套烴源巖為典型前陸盆地烴源巖系[14]。Bambui群和Macaubas群中黑色頁巖的有機碳含量平均值為4%—6%,最大值可達15%,而疊層石碳酸鹽巖的有機碳含量也較高[12]。Bambui群沉積過程中,盆地在巴西利亞造山運動作用下處于前陸負載階段。Macaubas群和Bambui群底部的烴源巖在上覆地層仍接受沉積時即進入生烴門限,而生烴高峰則在巴西利亞構造運動發生期間達到[1]。這是因為受前陸撓曲作用的影響,Bambui群沉積厚度巨大,在該群尚未完全形成時下伏烴源巖已具有足夠的埋深。由于烴源巖進入生烴門限的年代很早,因此必然經歷長時期的熱演化。盆地中烴源巖的鏡質體反射率約為2%,說明盆內烴源巖的成熟度已非常高,基本上處于深部高溫生氣階段[14]。
2儲蓋特征
圣弗朗西斯科盆地中主要的儲層有2套:Bambui群的碳酸鹽巖和Macaubas群粗粒的硅質碎屑巖[15]。Bambui群儲層形成于淺海相沉積環境,可分為2類:一類為白云石化碳酸鹽巖,原生鮞粒灰巖和內碎屑被白云石化,形成中粒結晶白云石;另一類為破碎的碳酸鹽巖,發育近水平的裂縫,部分裂縫被溶蝕成溶蝕孔洞。Macaubas群的粗碎屑巖儲層受構造運動的影響發生破碎,形成大量裂縫,儲集物性得到極大提高。研究區發育2套蓋層:一套為Bambui群厚層淺海相頁巖和致密碳酸鹽巖,另一套為盆地頂部的白堊系蓋層的泥巖。此外,一些層內的頁巖夾層亦可提供一定的封堵作用。
3生儲蓋組合
盆地中可劃分出Bambui和Macaubas兩套生儲蓋組合。Bambui群下部發育黑色淺海相頁巖烴源巖,破碎碳酸鹽巖和白云石化碳酸鹽巖則為有利儲層,上覆于儲層的頁巖及致密碳酸鹽巖構成了封堵層(圖3)。因此,在該群可構成“自生自儲自蓋”組合特征。在Macaubas群中還發育有一套烴源巖和儲層(圖3),該群烴源巖和Bambui群儲層可構成“古生新儲、下生上儲”的源儲組合類型,該群內部儲層則形成“自生自儲”的組合類型。
4圈閉特征
盆地中圈閉類型多樣,包括構造圈閉、地層圈閉以及地層-構造復合型圈閉。由于圣弗朗西斯科盆地最終為前陸盆地,因此盆內由構造沖斷作用控制的背斜圈閉和各種斷層相關褶皺是盆地內最普遍也最重要的一類圈閉,在這些圈閉中,蛇頭構造最為有利[15]。除蛇頭構造外,Bambui群和Macaubas群還均具備形成地層圈閉的條件。Bambui群SeteLagoa組生物礁(如疊層石)發育良好,呈條帶狀展布,向盆地西南部逐漸變薄,形成一些透鏡體,這些透鏡體在盆地西北部的MinasGerais連接成片,且生物礁多被白云石化,形成中粗晶白云巖[11]。這些呈條帶狀展布的白云石化生物礁亦可形成有利的生物礁圈閉。
5油氣成藏特征
1北流市地質災害現狀
北流市近年來地質災害發生比較頻繁,各鎮不同程度受到災害威脅,災情較為嚴重,災害經濟損失較大。如西埌鎮西沖村大竹根泥石流(BL-049),造成死亡14人,毀房40間,直接經濟損失27萬元;塘岸鎮金城村紅日巖崩塌(BL-348),造成4人死亡;新圩鎮覃沖村旺廟腳滑坡(BL-035)造成5人死亡;大里鎮冠塘村佛子沖滑坡(BL-029)造成4人死亡,毀房30間,直接經濟損失20萬元;大里鎮林垌村斗田肚滑坡(BL-026)造成3人死亡,毀房15間,直接經濟損失10萬元;民樂鎮石垌村文魁田滑坡(BL-062)造成5人死亡,3人受傷,毀房30間,直接經濟損失20萬元;民樂鎮蘿村村黃嶺山滑坡(BL-055)造成2人死亡,3人受傷,毀房30間,毀田30畝,迫遷6戶,直接經濟損失200萬元;六麻鎮六美村根竹滑坡(BL-209)造成3人死亡,毀房8間,直接經濟損失5萬元。
2北流市常見地質災害及防治措施
據調查統計結果,北流市地質災害主要以人為引發地質災害為主,災害種類有滑坡、泥石流、地面塌陷等。
2.1滑坡
2.1.1滑坡影響因素滑坡形成的影響因素是多方面的,但主要的影響因素是:
①人類工程活動:人類工程活動對滑坡形成的影響主要表現為:a建房削坡:北流市是一個以山地為主的市,山地面積約占全市總面積的85%,因此廣大農村農民建房多于坡腳挖坡修建,一般形成高5~20m,坡度將近直立的邊坡,使邊坡上土體處于臨空狀,在降雨作用下極易產生滑坡。前述滑坡多與該活動有關。b修筑公路:在修筑公路過程中,普遍高角度切坡,形成高邊坡,導致邊坡巖體結構受到破壞,巖體,加速巖石風化,巖石力學強度體降低,加上坡體臨空,支擋、護坡措施失當,邊坡失穩。如北流市至容縣一級公路滑坡。
可見,人為工程活動強度與滑坡形成關系密切,是滑坡形成的主要影響因素之一。
②降雨:北流市降水充沛,降雨量集中在5~8月份,根據調查統計,滑坡大多在豐水期時發生,其中7~8月滑坡發生的頻率最高,發生滑坡159處,占滑坡總數的91.9%。而降雨量少的1、2、3、4、9、10、11、12月份,滑坡極少發生,有的月份甚至沒有發生。滑坡數量與多年月平均降雨量、時間關系見圖1-1。
2.1.2滑坡防治措施滑坡的防治要貫徹“及早發現,預防為主;查明情況,綜合治理;力求根治,不留后患”的原則結合邊坡失穩的因素和滑坡形成的內外部條件,治理滑坡可以從以下兩個大的方面著手:
①消除和減輕地表水和地下水的危害滑坡的發生常和水的作用有密切的關系,水的作用,往往是引起滑坡的主要因素,因此,消除和減輕水對邊坡的危害尤其重要,其目的是:降低孔隙水壓力和動水壓力,防止巖土體的軟化及溶蝕分解,消除或減小水的沖刷和浪擊作用。具體做法有:防止地表水進入滑坡區,可在滑坡邊界修截水溝;在滑坡區內,可在坡面修筑排水溝。在覆蓋層上可用漿砌片石或人造植被鋪蓋,防止地表水下滲。對于巖質邊坡還可用噴混凝土護面或掛鋼筋網噴混凝土。排除地下水的措施很多,應根據邊坡的地質結構特征和水文地質條件加以選擇。常用的方法有:a水平鉆孔疏干;b垂直孔排水;c豎井抽水;d隧洞疏干;e支撐盲溝。
②改善邊坡巖土體的力學強度通過一定的工程技術措施,改善邊坡巖土體的力學強度,提高其抗滑力,減小滑動力。
常用的措施有:a削坡減載;用降低坡高或放緩坡角來改善邊坡的穩定性。削坡設計應盡量削減不穩定巖土體的高度,而阻滑部分巖土體不應削減。此法并不總是最經濟、最有效的措施,要在施工前作經濟技術比較。b邊坡人工加固;常用的方法有:修筑擋土墻、護墻等支擋不穩定巖體;鋼筋混凝土抗滑樁或鋼筋樁作為阻滑支撐工程;預應力錨桿或錨索,適用于加固有裂隙或軟弱結構面的巖質邊坡;固結灌漿或電化學加固法加強邊坡巖體或土體的強度;SNS邊坡柔性防護技術等。
2.2泥石流
2.2.1泥石流的形成條件泥石流的形成需要豐富的固體物源、充足的水源和有利的地形,因此,泥石流的形成受地形條件、地質條件、水文氣象條件的控制。
①地形條件泥石流形成區地形多為三面環山一個出口的瓢狀或漏斗狀,地勢陡峻,溝床縱坡大,地形上有利于水和碎屑物質的集中。堆積區的地形較平坦開闊,利于碎屑物質的堆積。
②地質條件a地質構造:地質構造復雜,斷層褶皺發育,造成巖石破碎,巖石風化強烈,為泥石流提供了物質條件。b地層巖性:地層是泥石流松散固體物質的物源。區內花崗巖表層風化強烈,上部第四系殘坡積層松散,遇水極易崩解,產生滑坡、崩塌,為區內泥石流的形成提供了豐富的物質基礎,如大竹根泥石流。
③水文氣象條件水是泥石流的組成部分,又是搬運介質的基本動力。泥石流的形成與短時間內突然性的大量流水密切相關。同時降水入滲軟化巖土體,引發巖土體的滑坡、崩塌。2.2.2泥石流防治措施按照“以防為主、防治結合、全面規劃、綜合治理”的原則,根據滑坡泥石流發生的規律和活動強度,全面規劃,采取遠近結合,工程措施與生物措施相結合等方式,進行綜合防治。近期目標是:嚴禁亂砍濫伐、亂采亂挖、亂堆亂倒等不良行為;遠期目標是:對從事地面和地下資源開發的單位和個人,嚴格執行“三同時”制度,認真落實水土保持治理措施,盡量減少植被破壞,減少人為水土流失。
2.3巖溶地面塌陷
2.3.1巖溶地面塌陷的形成條件和影響因素巖溶洞隙的存在,一定厚度的覆蓋層和地下水活動是塌陷形成的必要條件。多種外界動力因素的作用,影響著土洞的產生、發育和塌坑的形成。
①必要條件
a巖溶巖溶洞隙是巖溶塌陷賴以產生的基礎,它為塌陷產生提供了物質運移空間。質純灰巖巖組易被溶蝕,在淺層部位可形成連通性好的洞隙網絡系統。在不純灰巖和白云巖巖組的局部地段,由于構造影響和地下水逕流條件較好,巖體洞隙也很發育,亦可形成塌陷。
b松散履蓋土層調查區的第四系土層具有一個特點:厚度小、松散、欠固結、孔隙度大、強度低、含砂量大、易崩解,因此其抗潛蝕、抗崩解、抗塌能力弱。
c地下水活動地下水活動是形成巖溶地面塌陷的一種極為重要的又十分活躍的因素,能產生多方面的作用和效應:
A改變土的容重,增加土層的有效重量,改變土的塑性狀態和力學強度。
B水位下降可發生滲流潛蝕作用。
C水位急降引起洞隙中負壓力產生吸蝕作用,帶走洞隙充填物,加速土洞垌壁土體的剝蝕和崩解,同時加強滲流潛蝕,作用在土洞頂板,成為附加致塌力。
②動力因素
a降雨其效應為使土層增重和降低土體強度。
b抽汲地下水其效應主要是產生滲流潛蝕,開采地下水使地下水位頻繁波動,造成地下溶洞中的充填物被淘空,當地下水位下降時,對巖溶空腔上的土層產生反吸作用,誘發地面塌陷。
③荷載與振動荷載與振動使地面變形,土洞頂板變形下陷誘發地面塌陷。
2.3.2巖溶地面塌陷防治措施巖溶塌陷的防治措施包括控水措施、工程加固措施和非工程性的防治措施。
①控水措施
a地表水防水措施:防地表水進入塌陷區,可以:清理疏通河道,加速泄流,減少滲漏;對漏水的河、庫、塘鋪底防漏或人工改道;嚴重漏水的洞穴用粘土、水泥灌注填實。
b地下水控水措施根據水資源條件,規劃地下水開采層位、開采強度、開采時間,合理開采地下水,加強動態監測。危險地段對巖溶通道進行局部注漿或帷幕灌漿處理。
②工程加固措施
a清除填堵法:用于相對較淺的塌坑、土洞。
b跨越法:用于較深大的塌坑、土洞。
c強夯法:用于消除土體厚度小,地形平坦的土洞;
d鉆孔充氣法:設置通風調壓裝置,破壞巖溶封閉條件,減小沖爆塌陷發生的機會。
e灌注填充法:用于埋深較深的溶洞。
f深基礎法:用于深度較大,不易跨越的土洞,常用樁基工程。
g旋噴加固法:淺部用旋噴樁形成一“硬殼層”,(厚10~20m即可),其上再設筏板基礎。
③非工程性的防治措施
a開展巖溶地面塌陷的風險評價。
b開展巖溶地面塌陷的試驗研究,找出臨界條件。
(2)地下水位下降帶來的危害。我國屬于多地形多氣候環境,很多地區都缺水嚴重,地表水不足,地下水位明顯下降,從而導致整個地質結構發生變化,這些是由于氣候干旱帶來的水位下降,從而影響了巖土層,影響施工操作;同時,還有一些水位下降是由于地表一些工廠施工,抽取了大量了地下水,造成地下水位明顯下降,也會直接危害到后續的建筑施工,從而使得水源越來越少,環境受到嚴重威脅,建筑工程受到阻礙。
(3)地下水位影響巖土結構帶來的危害。水文地質變化是影響巖土結構的主要因素,而且這種變化是沒有規律的、隨機的,地下水位如果忽高或者忽低,就容易造成巖土結構發生變形,導致地表開裂,對建筑物帶來損害,水位上升時,巖土結構變得松軟,強度低,使得低沉易于壓縮,這就會造成建筑物下沉和變形;而數位下降時,巖土結構就會變得堅硬,強度增高,使得地基隨之而下降,從而造成地表建筑下沉,遭到損壞。
2解決水文地質帶來的危害的具體措施
(1)對地下水位變化危害的解決措施。地下水位的上升和下降都會直接影響巖土結構,影響水源分布,進而影響了建筑物地基的穩定性,所以,在工程地質勘察中,要高度觀察地下水位的變化,結合周圍環境和氣候的變化,密切注意巖土層隨地下水位變化的規律,從而制定出切實可行的預先規劃和施工方案,對發生意外的情感做好預測措施,使得建筑物所承受的危害降到最低。
(2)水源性質危害的解決措施。在實際的水文地質勘察過程中,地下水由于會和巖土結構發生相互作用,從而影響巖土層的含水量,使得巖土結構發生變化,進而對建筑物帶來安全隱患,所以,在勘察時,要注意定期的對地下水進行取樣和監測,使得巖土含水量變化可以更好的被監測,對地下水進行綜合的分析,得出可靠的數據,以便于可以第一時間發現問題,從而做出正確的解決措施,降低安全隱患。
(3)評價機制不足的解決措施。完善的水文地質評價體系可以提高勘察質量和水平,所以,勘察部門要提高工作人員的技術水平和責任意識,不斷完善工程勘察的評價機制,從而提高管理水平,使得水文地質勘察工作更為高效和準確,對地下水位的監控更為嚴格,確保對各類問題可以做出正確的預防和解決措施,從而有助于建筑工程的施工規劃,提高建筑工程的穩定性。
(4)地下水性質變化的解決措施。在勘察過程中,對地下水自身的性質分析也是非常重要的,地下水的PH值、硬度等相關因素的變化,也會對巖土結構和建筑工程帶來一定的危害,為此,必須要對地下水的性質做出準確的分析,找出性質變化與巖土結構變化的規律,及時發現問題,確保將風險降到最低,全方位的保證建筑施工可以有序開展。
1地質災害總是發生在一定的地質環境中地質環境是地球自身運動與人類活動的相互作用的結果,而地質環境在不斷演變過程中,會帶來不同程度的地質災害,尤其是在近些年來,我國的地質環境變化比較快速,人類改造自然的速度以及強度都在增加,追去經濟效益的腳步越來越快,因此,地質環境的變化速度,也超過人們的想象,并超出了環境本身所能承擔的范圍,這樣的結果,就是地質災害頻發,地質災害的發生必然是在一定的地質環境中,它不可能脫離地質環境而獨立存在,地形、地貌以及地質構造儀器構成了地質災害的發生的條件,它們的變化以及相互作用,成為了地質災害發生的誘因。
2地質災害影響地質環境質量的優劣按環境學的定義,所謂環境質量一般是指:“在一個具體的環境內,環境的總體或環境的某些要素,對人類的生存和繁衍以及社會經濟發展的適宜程度。”對地質環境而言,環境質量就是指構成地質環境的各要素對人類的生存和發展的適宜程度。如前所述,如果地質環境的改變超過了地質環境的自適應能力,就會產生某種地質災害。從地質災害的危害程度來看,地質災害的發生給人類社會的發展造成難以估量的損失。在中國這樣一個地域遼闊、地質條件復雜、氣候因素繁多的國家,每年地質災害造成的損失是以百億元計的。總體來說,地質災害的影響主要體現在兩個方面:一方面影響人類的生命財產安全,另一方面是間接地影響整個人類經濟與社會的健康發展。從地質環境保護角度來說,地質災害的產生與發展,影響了反映地質環境質量優劣的地質環境各要素對人類生存和發展的適宜程度。地質災害越嚴重,發展速度越快,危險性越大,對地質環境質量的影響也就越大。
二、地質災害防治與地質環境保護
進行地質災害的綜合防治,必然要遵循地質環境發展規律的基礎上,在災害發生之前,采取可續的防預措施,減少其發生的幾率,或者是在災害發生之后,在第一時間內采取治理措施,減少災害所造成的損失,這兩者就是人們常說的“防”與“治”。只有采取防治結合的手段,才能受到更好的治理效果。防止受災對象與致災作用遭遇的方法也有兩種,一是防止將擬建工程設施(含居民點)放進有致災作用存在或有其發生危險的危險區,這是“避”;二是將已處于致災作用威脅之下的人、物、設施撤離危險區,這是“撤”。
按照不同的劃分標準,包括礦體分布范圍、礦產規模大小、礦質形態變化以及鐵礦構造的難易程度等將鐵礦類型劃分為四類。在完成類型劃分后,依據不同的類型使用不同的工程密度設置工程,以此圈定礦體進而控制鐵礦的變化。在我國的鐵礦分布中,第一類型的鐵礦主要是由變質沉積而形成的,如蒙庫鐵礦;還有的是由于海相沉積而形成的,比如龐家堡鐵礦。第二類型的鐵礦有由于巖漿作用產生的鐵質,比如攀枝花鐵礦,另外,以梅山、大頂鐵礦為代表的形態比較簡單的鐵礦也屬于第二類型。第三類鐵礦形成原因較為復雜,是由陸相火山巖作用形成的鐵礦床,比如大冶鐵礦。第四類鐵礦因其規模較小、形態復雜且礦石質量與數量不穩定的特點而單獨成為一大類型。
1.2工程密度
在進行鐵礦勘探時,依據經濟的原則對鐵礦控制礦體,最為基礎的一步是確定工程密度。當前,我國常使用的鐵礦勘探確定方法包括:經驗法、類比法、精度分析法以及地質對比法、資料對比法。隨著科技的不斷進步與應用,梳理分析法正逐步成為廣泛應用的新的確定礦床的方法之一,除此之外,地質對比法也是常用的確定探礦工程密度的方法。
2地質勘探深度
鐵礦具體的勘探深度以及勘探程度要遵照礦山建設的實際要求來確定。就目前我國的勘探及建設實例來說,鐵礦勘探深度一般控制在1000m以內,對于深度超過1000m的勘探礦體要以特殊技術控制其儲量,以為將來的遠景規劃提供數據支持。對于難度較高的大型鐵礦礦床勘探來說,一般采用分階段的方式進行,以避免全面開采而導致浪費現象的出現。
3地質勘探技術要求
為保證鐵礦地質研究的可靠性及真實性,使用的各項地質勘探技術必須嚴格遵照相關勘探規范,以促使勘探質量有據可循,進而達到規定要求,比如對地質圖的比例尺要求,必須使用國家測地坐標的規范比例尺,除此之外,鐵礦探礦工程必須依據礦體形狀以及具體的地形、地質條件使用。鐵礦石的質量是鐵礦質量最為關鍵的影響因素,因此,鐵礦勘探的最主要目標就是要采集最為可靠的礦體標本以確定鐵礦質量,為此必須最大限度穿切礦體,以保證礦石樣本的科學性,保證礦石化驗的真實性。
3.1基本分析
礦石中的鐵含量是鐵礦質量的最為關鍵的部分,為保證化驗結果的真實可靠,必須對鐵礦石實地取樣。一般樣長在1~2m為佳,采樣方法常使用1/2劈心發法,采集規格一般為10cm×3cm。基本的化驗分析項目為全鐵,但當樣本中含有較高含量的硫化鐵或者硅酸鐵時,應做磁性鐵實驗。除此之外,對于礦石中含有的伴生成分,要依據含量變化及具體的要求具體分析。
3.2組合分析
所謂組合分析是指在查明礦石基本成分的基礎上,對礦石中的伴生成分進行具體分析的過程,組合樣重量一般為100g到200g,分析方法包括光譜全分析和化學全分析兩種。
3.3光譜全分析
采用光譜全分析的方法是為了了解礦石中的化學成分及其含量,以確定礦石的不同類型。化學全分析方法是為了全面了解礦石類型中的主要組成元素及其元素成分,進而以此為依據確定鐵礦石的不同性質及特點,化學全分析是以光譜全分析為基礎的。
3.4物相分析
物相分析方法是利用礦石中含有的化學成分,以此確定礦石中鐵含量的分析方法,為確定鐵礦石的自然分帶提供最為真實的數據支持。物相分析方法一般應用于分析磁性鐵、硫化鐵以及碳酸鐵等類型。
3.5單礦物分析
單礦物分析是為了分析出礦石中含有的礦物化學成分,以確定鐵礦石中的鐵含量以及分布情況,為鐵礦冶煉工藝的選擇提供依據,較為容易分析出的單礦物重量一般在2~20g。為保證礦石的利用性能,確定礦石冶煉的工藝流程,必須選取試驗樣進行可選性試驗或者流程試驗。一般情況下,選礦試驗基本由勘探單位負責,半工業試驗則有工業部門與勘探單位協助完成,工業試驗則主要有工業部門單獨完成。
4水文地質勘探技術要求
地質水文條件對于鐵礦的開發影響尤為顯著,在礦產開發的各個階段都要對地質水文的詳細變化情況了解清楚。不但要進行地質調查,開展水文觀測工作,還要詳細部署礦區水文及地質勘查工作。主要的地質水文工作是在研究掌握區域水文地質條件的基礎上,查明導致鐵礦礦床充水的具體原因,了解地質復雜的原因以及復雜程度,進而為保證鐵礦開發的安全性全面掌握礦區含水層的富水性。除此之外,通過專門的試驗,取得真實可靠的數據,為礦床開發開拓方案的實行提供數據支持。要依據礦區地質的復雜程度,分析礦床的地質類型,以便進一步開展鐵礦地質勘探工作。對礦產開發可能引起的環境問題做出正確的預測,以最大程度降低礦產開發的阻撓因素影響。
2.儲集層儲集層在地殼中分布廣泛且集中,成為儲集層包括兩個條件,一是必須具大量的孔隙,能夠效地容納流體;二是必須能夠使流體在儲集層中流動,同時具備過濾流體和滲透流體的能力。儲集層主要包括碎屑巖類、碳酸鹽巖類、火山巖、變質巖、泥巖等。
(1)碎屑巖儲集層碎屑巖儲集層由砂巖和礫巖構成。目前地質界發現的最重要的儲集層是碎屑巖儲集層,目前發現的新生代陸相盆地、中生代陸相盆地大多屬于碎屑巖油氣儲集層。
(2)碳酸鹽巖儲集層碳酸鹽巖的主要成分為:石灰巖、白云巖、生物碎屑灰巖等。碳酸鹽儲集層主要分為孔隙、溶洞和裂縫。孔隙近乎等軸狀,主要是指顆粒間形狀細小的空隙;溶洞是孔隙經過溶解后擴大后的結果。孔隙和溶洞又可統稱為孔洞。孔洞一方面可以起到油氣儲集的效果,另一方面也作為流體的通道存在。裂縫就是伸長的儲集孔隙,能夠儲集一定數量的油氣,起到流體通道的作用。
3.蓋層蓋層指的是防止油氣上溢并封隔儲集層的巖層,能夠及時阻礙油氣溢散。儲集層周圍的蓋層的好壞也可以影響儲集層的保持時間和聚集效率,蓋層的分布范圍和發育層位直接影響到油氣田的位置和區域。所以,對蓋層的勘察也是石油勘探的重要依據。蓋層巖石主要包括鹽巖、泥頁巖、致密灰巖以及膏巖等,其主要特征就是孔隙度極低,對于流體的滲透明顯的抑制作用。
二、區域特征分析
(1)大陸邊緣區域大陸的邊緣因為地殼的運動,形成了成藏的絕佳條件。地殼的運動導致了膏鹽層的發育,形成了儲蓋層的組合。些大陸的裂解之后,逐漸發育成為富油氣區。在對深水中的沙礫碎屑結構的研究發現,砂質碎屑流比濁流沉積形成的砂體范圍更大、分布更廣。
(2)克拉通正向構造區域克拉通大型正向構造是長期發育的古代隆起,其圈閉和構造發育較早,持續接受烴類供給,使得后期成為烴類聚集的指向區域,從而構成了生烴排聚和圈閉組合。此外,由于大型的古隆起具特殊地形地貌,同時還能夠為地層尖滅帶和淺水高能沉積相帶的發育提供利條件。通過后期暴露遭受剝蝕和淋濾等沉積和成巖作用的控制進而形成了優質儲集層的發育和分布。
2太陽能在石油地質勘探中的應用
石油地質勘探中的太陽能可以直接應用于室外采光系統,太陽光經過漫射系統可以轉化為較為柔弱的自然光,可以最大限度避免太陽光帶來的炫目、頭暈等現象。同時太陽能的使用還表現在晶硅電池的使用上,晶硅電池在現如今屬于能夠流水線化批量生產的一種高效的新能源,它是通過將乙硼烷B2H6、硅烷與磷化氫PH3等氣體進行結合后,再將含有SiH4的等離子進行分解的技術。晶硅電池的原理是在其內部含有的半導體元件吸收太陽光能量之后,內部的帶電載流子分部會相應的發生變化,其后將太陽能進行轉化產生光伏效應。通常根據電池內部晶硅含量的不同,其太陽能的轉化率也是有差別的,一般根據其轉化率的不同儲電量也會不同的,為了能夠合理使用晶硅電池,有效的延長其壽命及使用頻率,通常會嚴格限制其充放電條件。在石油地質勘探的現場,氣候、地形都屬于極端惡劣的,且其日照情況也是相當的不穩定,經過反復的實驗,得出了單晶硅、多晶硅與非晶硅電池的太陽能轉化率分別為17%、15%與12%,此數據對于電池在石油地質勘探工程中的使用有著極大的作用。
3太陽能在石油地質勘探中取得的成果
太陽能在石油地質勘探工程中的應用完全符合了現如今“綠色能源”與“可持續發展戰略”的要求,在推動石油地質勘探新型技術應用的同時也達到了節能的要求,也更進一步的將太陽能資源進行應用推廣,其取得的成果主要有以下幾點:
3.1太陽能更加適應惡劣的環境
石油地質勘探工程現場的環境是十分惡劣的,而在這種情況下能源的供給是否及時充分,直接影響到各個儀器設備的正常使用,因此能源問題是勘探工作能否順利開展的關鍵所在。太陽能在石油地質勘探工程中使用之后,15cm的非晶硅太陽能電池便可以提供20mA~80mA的電流以及4.5V~5V的電壓,這樣的能量已經可以滿足石油地質勘探工作前期的需求。
3.2太陽能實現了“以人文本”的作業理念
在石油地質勘探過程中,設備儀器的正常工作以及新型技術的應用無疑是工作順利進行的先決條件,但工作的開展是建立在充分發揮人的主觀能動性基礎之上的。但據施工現場的實地考察,施工人員經常會在現場生活半個月甚至更久的時間,但大多數時間用電、熱水以及補給都不能及時保證,甚至在寒冷的冬天,施工人員經常要面臨無熱水可以飲用的窘境。太陽能的使用,無疑解決了作業人員在施工現場的基本生活問題,如此便能從“以人為本”的人因工程理念出發,最大限度的發揮作業人員的主觀能動性,保證石油地質勘探工作順利進行。
3.3太陽能幾乎屬于“零污染”
我國石油地質勘探所處的位置大多為山區、沙漠、戈壁、海上等人煙稀少的區域,施工時因采集能源的問題,會對周圍環境產生較大的污染。而太陽能本身屬于一種可再生的“綠色能源”,其在良好的保證發電量的同時,本身不會對周圍環境產生任何影響,完全符合中國“可持續發展戰略”的要求,是一種理想的能源。
3.4太陽能降低了勘探成本
現如今,在石油地質勘探的施工過程中,為供應電能,則必須設置一個專用房間,配置發動機來進行能源的輸入,這無疑是一項不小的投資。而太陽能在石油地質勘探工程中應用之后,僅僅只需要幾塊太陽能電池,便解決了這一問題。太陽能到電能的轉化,保證了石油地質勘探過程用電的同時,極大程度地節約了輸電過程中的能源制造成本。
2降水引發地質災害的特征
地質災害的發生與氣象因素有很大的關系,降水在甘肅引發的地質災害具有以下特征。
2.1突發性特征局地強對流天氣形成的短時強降水強度大,歷時短,覆蓋面積較小。可形成突發性崩塌、滑坡、泥石流災害。尤其是泥石流災害,往往形成嚴重的人員傷亡和經濟損失。典型的如舟曲8.8特大泥石流災害,距離縣城15km的東山站記錄的小時降水量達77.3mm,過程降水量達96.6mm,造成嚴重的人員傷亡和經濟損失[14]。
2.2群發性特征區域性的暴雨往往是誘發滑坡、泥石流的主要因素。據調查和統計,5月下旬~9月上旬,為甘肅大暴雨或暴雨發生期,其中7月上旬~8月中旬,為大暴雨或特大暴雨集中期,同時也是崩滑流的集中發生期。如2013年隴東南部“7•25”群發性地質災害,天水、平涼、慶陽等地區形成了滑坡、泥石流數量近千次。
2.3滯后性特征大型滑坡一般出現在降雨過程后期,甚至降雨結束后數天。典型的如天水珍珠溝滑坡,在經歷了2013年4次強降水過程后在2013年12月21日發生大規模滑動。
3地質災害預警模型研究
3.1研究思路從理論上講,地質災害氣象預警指標應全面考慮前期巖土體含水量、未來降水以及實時降水情況。但目前準確獲取前期巖土體含水量還不具備條件。因此要解決問題必須從宏觀上結合地質環境條件和氣象條件綜合分析研究,建立適合的模型,得出有效的地質災害氣象預警指標。目前國內采用的地質災害氣象預警多是把崩滑流災害考慮在一起,但實際情況是泥石流的激發雨量比滑坡小,且往往為短歷時強降雨。因此考慮地質災害預警的實際需求,本次將分別建立泥石流和滑坡的預警模型,并考慮如前期降水、新近強震、地面高程等關鍵影響因素。
3.2滑坡預警指標和模型
3.2.1滑坡與降水關系據統計降雨類型的滑坡約占滑坡總數的70%,同時調查表明95%的降雨型滑坡發生于雨季[17]。對1967~2010年80個氣象站逐日降水量資料與滑坡災害的關系分析表明,滑坡與雨型、前期降水等具有顯著關系,根據甘肅實際降雨可歸類為連陰雨型、暴雨(雷暴)、前期—暴雨型、持續暴雨型(表1)。根據對汶川地震、岷縣漳縣6.6級地震研究表明,地震烈度大于6度區時,各種雨型對應的滑坡臨界雨量呈顯著下降趨勢,降幅可達20%~50%[18-19]。例如2013年7月25日,岷縣漳縣地震災區烈度Ⅵ度區范圍內降雨量僅30mm,就出現了大量的小型滑坡,對搶險救災造成了嚴重的影響。
3.2.2滑坡預警模型構建前述分析表明,滑坡與雨型、過程等有著直接的關系。根據歷史滑坡災害資料、降雨資料和災害易發度綜合統計分析,并借鑒國內外研究應用成果,建立基于綜合有效累積降雨量的滑坡24h趨勢預警模型和基于實時雨量的滑坡實時預警模型。(1)滑坡24h趨勢預警模型基于綜合有效累積降雨量,并考慮地震影響,建立滑坡24h趨勢預警模型。式中:RL為綜合有效累計雨量,Ri為前i天實測雨量,包括當日最新實況雨量(i=0-4),RF為24h預報雨量。a為前期降雨影響時間衰減系數,一般取0.5~0.8,b為地震烈度修正系數,取1.25~2.0。對應不同的災害預警等級和災害易發度等級,兩者共同確定某一綜合有效累積雨量值為該易發區內該預警等級的指標臨界值,具體數值可根據當地情況進行動態調整。(2)基于實時雨量的滑坡預警模型目前甘肅省氣象、水利、國土等部門建設的雨量計接近4000處,網格密度5~30km2,基本可以滿足滑坡實時監測預警。因此綜合考慮不同雨型特征,建立基于實時監測的區域滑坡預警模型。采用臨界雨量系數來表征。公式(6)適用于1h、3h、6h暴雨雨量計算;公式(7)適用于12h和24h暴雨雨量計算。
3.2.3滑坡氣象預警等級劃分根據全國統一的地質災害氣象等級,將甘肅省地質災害氣象預警等級劃分為4個等級(表2),當預報出現1~3級地質災害時,對外預報或預警。
3.3泥石流預警指標和方法
3.3.1泥石流與降水的關系分析對甘肅東部武都北峪河、舟曲三眼峪溝、天水市樺林溝、羅峪溝等典型泥石流的22組成災過程研究表明:泥石流發生時的10min雨強最小值為8.3mm,最大值為24mm,說明災害性泥石流的暴雨初始雨強是非常大的;泥石流發生的時間大都集中在一場降雨的前期,主要集中于3h之內,3h雨量達到了過程雨量的45%~100%(表3)。進一步研究表明,降水量與降水歷時呈指數相關(圖3,表4),相關系數在0.89~0.99,說明引發泥石流的降水過程具備一定的規律性,四條典型泥石流發生的10min雨量差別不同,在圖3上基本重復,而隨著時間的增加則出現自南而北、自西向東雨量不斷增大的趨勢。
3.3.2泥石流臨界雨量確定根據省內各地資料狀況,選用歷年積累的泥石流災害調查資料、實測大暴雨資料和歷史洪水調查資料,優先選擇資料較為充足完善的地方,依據上述典型泥石流研究方法,采用內插法計算全省不同時段泥石流臨界雨量值。
3.3.3泥石流實時預警模型泥石流的發生和雨強有很強的關聯性,因此當預警判據中的臨界雨量達到下限時,已開始產生泥石流,當30min降雨達到臨界雨量時,則可能暴發大規模的泥石流;根據牛最榮[21]等研究,同一流域內各時段暴雨和高程具有密切關系,暴雨雨量隨高程增高而增大,并呈直線相關。因此基于泥石流暴發的雨強特征,建立基于臨界雨量和實時雨量為參照的泥石流預警模型,該模型考慮高程對暴雨雨量的影響。
3.3.4泥石流預警等級劃分參照滑坡預警等級,泥石流預警等級仍設定為四級,當1/6h、1/2h、1h、3h臨界雨量系數符合表8的規定時,分別對應于藍色、黃色、橙色、紅色預警(表8)。
4預警模型檢驗
2013年甘肅省連續遭受強降水、暴雨襲擊,從5月14日開發預警信息,直到9月24日結束,省級地質災害氣象預警平臺共122次地質災害氣象預警產品(因降雨范圍、強度發生變化而有34個降雨日一天內了兩次預警信息),其中紅色預警信息(Ⅰ級)9次、橙色預警信息(Ⅱ級)37次,黃色預警信息(Ⅲ級)68次、藍色預警信息(Ⅳ級)8次。成功預報367起地質災害(圖2),轉移安置145868名群眾,114363.9萬元財產及時的進行了避讓,有效的保護了人民群眾生命財產安全。本年度是首次采用24h預報、臨災(2~6h)預報,預警信息量是多年平均量的150%,地質災害區域成功預報率達22.82%。典型案例如天水6.20、甘肅東部7.25(包含岷縣漳縣地震災區)(圖4)、文縣8.7等強降水過程引發的群發性地質災害。
(1)通過對氣相、液相色譜、紅外等光譜進行分析的光譜分析設備。
(2)通過對生物、實體、偏光等進行觀察所使用的顯微鏡觀察儀器。
(3)通過對樣本進行同位素質譜分析、電鏡掃描等的大型分析儀器
以上這些分析儀器通過對勘探開采出的油氣樣本進行物理、化學性質的分析,可以對油氣資源的性質以及是否含有油氣資源等的分析發揮出重要的作用。現今,隨著科技的發展,各種分析儀器更是向著自動化方向快速發展。
2石油地質分析測試所使用的技術
在石油地質分析中所使用的技術主要分為有機地化方面和沉積及儲蓋層方面的的分析技術,其中在有機地化方面所使用的分析技術主要有:巖石超臨界提取技術、烴源巖模擬實驗技術、有機巖石學分析測試技術、有機同位素分析技術等,通過以上這些分析技術可以有效的對樣本中有機質的烴含量及形成烴的能力等進行分析。沉積及儲蓋層方面的分析技術主要有:儲層地球化學研究方法、成巖作用于模擬實驗技術、油藏地球化學及油藏注入史研究等,以上這些技術通過對油氣資源的存儲環境以及巖石的地質分析從而得出油氣資源存儲的重要信息。
3新的石油地質分析測試技術的發展應用
3.1同位素分析測試技術
通過對勘探樣本進行同位素進行分析可以有效的得出沉積有機質母質的類型,從而對油氣源的分析對比有著重要意義。在原先的分析中,由于受到時代和技術的限制,造成分析只能局限于烴類及碳類物質的某一方面,但是隨著科技的進步以及油氣運移過程中的物質分異及同位素的分餾作用,可以使得單體烴同位素的分析得到更為廣發的應用,同使用此種技術可以極大的提升在油氣資源的劃分、油氣源對比工作中的精度。而通過使用新技術可以對氣態烴的碳同位素特征進行熱解模擬實驗從而模擬油氣資源在地下的存儲情況。
3.2輕烴分析測試技術
輕烴分析主要是指對于天然氣、原油等的輕烴分析,對于輕烴的成因和開采得益于輕烴測試技術的應用,隨著科技的進步和廣大科技工作者的不懈努力,現今對于輕烴的分析技術已經較為完善,現今已經形成了油—氣—源巖三位一體的對比分類研究能力。其中對于天然氣輕烴的指紋分析可以有效的對天然氣的來源進行分析,通過對天然氣干氣使用低溫或吸附的方法來得出輕烴,通過對輕烴進行分析可以得出較普通的天然氣烴更為全面的數據。而對于原油的輕烴指紋分析則主要是通過對原油輕烴的資料進行分類對比,從而可以對烴類的運移進行研究和對油層的連通性進行對比分析。在以上這些分析技術成功完成了對天然氣和石油的輕烴分析以后,在完成對于巖石的輕烴分析則可以實現油、氣和巖石三者同位一體的分類,從而實現對于原油和天然氣的運移分析以及對于原油油源的分析追蹤。現今,我國自主研發的使用特殊的有機溶劑來對巖石中的輕烴進行分離提取可以有效的滿足實驗室對于烴類物質的分析需要。
3.3對油氣資源中的含氮、氧化合物進行分析測試的技術
對于勘探樣本中的烷基苯酚以及含氮的化合物進行分布以及所具有的含量進行分析可以有效的得出油氣運移以及油氣資源的聚集和形成有著重要的意義,其中,含氮類的有機化合物是原油以及油巖中的一種非烴類的化合物,其在原油中的含量較低。由于其在原油中的含量較低,因此在對其進行分離時的難度較大,現今,通過不懈的研究發展出了一種新的通過對色譜和質譜進行過對比分析從而對含氮化合物的成分進行分析,現今使用此種方法已經能夠完成對40多種含氮類化合物的分析鑒定。
3.4對于包裹體分析測試技術流體
包裹體熱力學研究是一門較為年輕的學科,其是最近20年中發展起來的新技術,其主要是通過對巖石以及礦物中的流體介質的性質進行分析,從而確定烴類物質的運移方向以及存儲位置等,為石油的勘探帶來方便。