1、第七章 區(qū)域變形監(jiān)測(cè),7-1 大地形變概述,研究目的：研討大地的時(shí)空變化，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào) 一、地質(zhì)構(gòu)造 地殼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生地層的變形和破壞所形成的地層（巖層和巖體）的基本形態(tài)在空間的分布。 1、地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的分類 2、地殼活動(dòng)的方式及特征 3、大地形變與構(gòu)造的關(guān)系 4、大地形變與地震活動(dòng)的關(guān)系 5、我國(guó)地殼形變研究概況 6、大地測(cè)量與 地震背景預(yù)報(bào),二 地震,1 地震概述 地殼形變是孕震過(guò)程中地應(yīng)力集中及演化直接產(chǎn)生的地殼運(yùn)動(dòng)效應(yīng)。,1、地殼：地球最外面的一層，一般厚33公里（大陸）或7公里（海洋）。 2、地幔：介于地殼和地核之間的部分，平均厚度為2870公里左右。 3、地核： 地球的中心部分，半徑為34

2、73公里左右。,地震分為天然地震和人工地震 1、天然地震主要是構(gòu)造地震，它是由于地下深處巖石破裂、錯(cuò)動(dòng)把長(zhǎng)期積累起來(lái)的能量急劇釋放出來(lái)，以地震波的形式向四面八方傳播出去，到地面引起的房搖地動(dòng)。構(gòu)造地震約占地震總數(shù)的90%以上。其次是由火山噴發(fā)引起的地震，稱為火山地震，約占地震總數(shù)的7%。此外，某些特殊情況下了也會(huì)產(chǎn)生地震，如巖洞崩塌（陷落地震）、大隕石沖擊地面（隕石沖擊地震）等。 2、人工地震是由人為活動(dòng)引起的地震。如工業(yè)爆破、地下核爆炸造成的振動(dòng)；在深井中進(jìn)行高壓注水以及大水庫(kù)蓄水后增加了地殼的壓力，有時(shí)也會(huì)誘發(fā)地震。 地震波發(fā)源的地方，叫作震源。震源在地面上的垂直投影，叫作震中。震中到震源

3、的深度叫作震源深度。通常將震源深度小于70公里的叫淺源地震，深度在70-300公里的叫中源地震，深度大于300公里的叫深源地震。破壞性地震一般是淺源地震。如1976年的唐山地震的震源深度為12公里。,地震的產(chǎn)生和類型,地震破壞建筑物的原因 1、地震動(dòng)的慣性效應(yīng) 2、地震動(dòng)間接效應(yīng) 大地震前宏觀異常 1、動(dòng)物異常：魚(yú)上躍、牛馬不進(jìn)圈、鴨不下水、雞上樹(shù)、蛇出洞、鼠外逃等 2、地下水異常：發(fā)渾、翻花、漲落、冒氣泡、變味等 3、地光：奇妙的光，低空多色 4、地聲：像雷聲、像狂風(fēng)怒吼、像炮聲、像機(jī)器聲、像撕布聲,我國(guó)的地震監(jiān)測(cè)能力,30多年后的今天，中國(guó)地震局在全國(guó)建立了415個(gè)專業(yè)地震臺(tái)站、20余個(gè)包

4、含近300個(gè)站（點(diǎn)）的遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)、560余個(gè)地方、企業(yè)觀測(cè)站（點(diǎn)），1200余部短波、超短波電臺(tái)組成的地震數(shù)據(jù)信息通信網(wǎng)絡(luò)。按觀測(cè)類別分，專業(yè)臺(tái)站（點(diǎn)）中：測(cè)震有近600個(gè)站（點(diǎn)）800套儀器，強(qiáng)震觀測(cè)臺(tái)（點(diǎn)）240個(gè)，形變有160個(gè)站（點(diǎn)）297套儀器，電磁有近150余個(gè)站（點(diǎn)）280余套儀器，地下流體有近110個(gè)站（點(diǎn)）200套儀器；地方、企業(yè)臺(tái)站（點(diǎn)）中：測(cè)震有近220個(gè)站（點(diǎn)）250余套儀器，形變有60余個(gè)站（點(diǎn)）65套儀器，電磁有120余個(gè)站（點(diǎn)）125套儀器，地下流體有300余個(gè)站（點(diǎn)）313套儀器。,2 研究地震活動(dòng)的特征 1)研究確定地震頻率、強(qiáng)度和震源的深淺 2)研究地震的

5、周期性 3)了解地震的分區(qū)特性 4)強(qiáng)震震中位移狀況分析 3地形變前兆觀測(cè) 伴隨地震的孕育、發(fā)生將產(chǎn)生多方面的異?，F(xiàn)象，如地震活動(dòng)、地殼形變、地下流體變動(dòng)、大地電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)的異常變化，以及地殼介質(zhì)多種物理性質(zhì)的變化等。通常把這些與地震孕育和發(fā)生過(guò)程相關(guān)聯(lián)的、在正常變化背景上所出現(xiàn)的異常變化稱之為地震前兆。,我國(guó)目前開(kāi)展三大類前兆學(xué)科的幾十種前兆觀測(cè)，主要觀測(cè)項(xiàng)目如下,4 大地形變觀測(cè)站的設(shè)計(jì) 1)地震強(qiáng)度分析 2)大地與地震形變觀測(cè)站的設(shè)站原則 持久性和階段性相結(jié)合 穩(wěn)定可靠的控制點(diǎn) 觀測(cè)線垂直于構(gòu)造體的走向 地質(zhì)構(gòu)造區(qū)加密布點(diǎn) 選用適宜的高斯投影帶 選擇可靠的形變基準(zhǔn),5 我國(guó)地震預(yù)報(bào)

6、研究概況 1966年邢臺(tái)地震以來(lái)，我們?cè)诘卣痤A(yù)報(bào)及其研究方面，已初步建立起5大基礎(chǔ)： 1建立了地震預(yù)測(cè)的多學(xué)科觀測(cè)系統(tǒng) 目前，我國(guó)約有400多個(gè)地震觀測(cè)臺(tái)，1700多個(gè)前兆觀測(cè)臺(tái)，組成了多學(xué)科的觀測(cè)系統(tǒng)。 2取得了一批中強(qiáng)以上乃至大地震的震例資料 自1966年以來(lái)，已取得123個(gè)5級(jí)以上震例資料，其中6級(jí)以上震例40個(gè)，7級(jí)以上震例14個(gè)。共獲得2000余條前兆異常，其中地震學(xué)科異常約占1/3，其它學(xué)科異常約占2/3。,3建立了經(jīng)驗(yàn)性預(yù)測(cè)的方法和判據(jù)（經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)基礎(chǔ)） 異常類型（趨勢(shì)異常和突發(fā)性異常）與階段預(yù)報(bào)（中期預(yù)報(bào)與短臨預(yù)報(bào)）； 異常的統(tǒng)計(jì)特征（及其參量）與未來(lái)地震關(guān)系； 震級(jí)與異常種類、

7、數(shù)量、密度的關(guān)系； 震級(jí)與異常（趨勢(shì)異常）持續(xù)時(shí)間、展布范圍關(guān)系； 震中與異常分布范圍、異常集中區(qū)關(guān)系。 異常群體的時(shí)空動(dòng)態(tài)演化與未來(lái)地震發(fā)震地點(diǎn)、時(shí)間的關(guān)系； 4建立了地震分析預(yù)報(bào)技術(shù)系統(tǒng)（技術(shù)基礎(chǔ)） 地震數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)處理和資料分析系統(tǒng)； 震情分析和演示系統(tǒng)。 5初步探索了地震孕育的理論和模型（初步的理論基礎(chǔ)） 單個(gè)震源：組合模型、膨脹蠕動(dòng)模型、堅(jiān)固體孕震模型等； 成組地震：多應(yīng)力集中點(diǎn)場(chǎng)、構(gòu)造塊體成組孕震模型、活動(dòng)地塊動(dòng)力學(xué)模型等。,目前地震預(yù)測(cè)的最大困難 1、震源在地下，不能直接觀測(cè) 2、異常變化與地震關(guān)系的不唯一性 3、各局部地區(qū)異常變化關(guān)系的復(fù)雜性 4、地震可能性前

8、前兆表現(xiàn)的差異性 5、各種觀測(cè)方法在預(yù)報(bào)中的局限性 6、各種臨震異常的短暫性 7、各種統(tǒng)計(jì)、類比、外推方法的局限性,7-2 城市地表變形觀測(cè),一 城市地表沉降概況 1 地面沉降嚴(yán)重 長(zhǎng)三角在經(jīng)濟(jì)發(fā)展城市沉陷間抉擇 在長(zhǎng)三角(長(zhǎng)江以南)10萬(wàn)平方公里的范圍內(nèi)，因?yàn)殚L(zhǎng)期超采地下水，引起了區(qū)域性地面沉降與地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，區(qū)內(nèi)三分之一范圍內(nèi)累計(jì)沉降已超200毫米，面積近1萬(wàn)平方公里。其中上海市是我國(guó)發(fā)生地面沉降現(xiàn)象最早、影響最大、危害最嚴(yán)重的城市；江蘇省的蘇、錫、常地區(qū)，浙江省的杭、嘉、湖等地已經(jīng)形成三個(gè)區(qū)域性沉降中心，最大累計(jì)沉降量分別達(dá)到2.63米、1.08米和0.82米，形成了三個(gè)大“漏斗”。

9、“長(zhǎng)三角地區(qū)因地面沉降造成的經(jīng)濟(jì)損失共計(jì)為3150億元”。,2 北京啟動(dòng)地面沉降預(yù)警 首都正在加速下沉 據(jù)市地勘局水文地質(zhì)大隊(duì)負(fù)責(zé)人介紹，北京供水三分之二來(lái)自地下水。近年來(lái)，由于地下水的超量開(kāi)采，北京平原地面沉降呈快速增加趨勢(shì)。到目前為止，在東郊八里莊大郊亭、東北郊來(lái)廣營(yíng)、昌平沙河八仙莊、大興榆垡禮賢、順義平各莊等地已經(jīng)形成了五個(gè)較大的沉降區(qū)，沉降中心累計(jì)沉降量分別達(dá)到722毫米、565毫米、688毫米、661毫米、250毫米。最嚴(yán)重的地方，地表還在以每年20至30毫米的速度下沉。 由于地面沉降，北京城市基礎(chǔ)設(shè)施受到一定程度的損害。在部分沉降區(qū)發(fā)現(xiàn)工廠、居民區(qū)樓房墻壁開(kāi)裂、地基下沉、地下管道工

10、程損壞等50余處險(xiǎn)情，一些建筑物的抗震能力和使用壽命也受到影響。,3 西安市區(qū)地面沉降 西安市的地面沉降主要發(fā)生在城區(qū)和近郊區(qū)。從1959年開(kāi)始大范圍的水準(zhǔn)測(cè)量以來(lái)，截止1995年，累積沉降量超過(guò)200mm的范圍。西起魚(yú)化寨，東到紡織城，南抵三爻村，北至辛家廟，面積為145.5km2。 在西安沉降區(qū)內(nèi)，11條地裂縫呈NNE向展布，把沉降區(qū)分割成同走向的條塊體，使地面沉降水平方向的發(fā)展受到了制約。地面沉降區(qū)總體形態(tài)呈橢圓形，所形成的各個(gè)沉降漏斗水平擴(kuò)展多限于兩條地裂縫之間，形成了一系列NNE走向平面形態(tài)呈狹長(zhǎng)的橢圓形沉降槽，其長(zhǎng)軸方向與地裂縫走向基本一致。沉降槽一般是北深南淺，地裂縫南側(cè)沉降量大

11、，形成地形變陡變帶，地形上多呈陡坎或陡坡。 地面沉降的強(qiáng)度表現(xiàn)在累積沉降量與沉降速率大小上。 多年監(jiān)測(cè)資料表明，地面沉降的空間分布極不均勻，總體規(guī)律是：累計(jì)沉降量在西安市東南郊較大，西北郊較小。沉降區(qū)內(nèi)形成了7個(gè)沉降槽，中心分別位于北郊的辛家廟、西安交通大學(xué)、沙坡村、南郊的大雁塔什字、東八里村和西北工業(yè)大學(xué)。西安城郊大部分地區(qū)（除城區(qū)西北角外）累積沉降量均超過(guò)了600 mm ，有41 km2的地區(qū)超過(guò)了1000mm,東八里村、大雁塔什字、沙坡村、胡家廟沉降中心超過(guò)了2000 mm，其中東八里村地段達(dá)到2322 mm。 地面沉降強(qiáng)度的另一個(gè)指標(biāo)是沉降速率。沉降速率超過(guò)100 mm/a的地區(qū)大約8

12、.5km2，分布在東八里村、省軍區(qū)、大雁塔什字、沙坡村、胡家廟附近，與沉降中心基本吻合。沉降速率在50100 mm/a的地區(qū)約42.5km2,主要分布在西安市南郊、東郊及城區(qū)范圍內(nèi)，而西安市北郊、西郊及東郊紡織城地區(qū)沉降速率均小于50 mm/a。,西安市區(qū)地面沉降主要特征如下： 1、地面沉降中心與承壓水降落漏斗基本一致 受水文地質(zhì)條件及井群分布等因素的影響，地面沉降中心與承壓水降落漏斗基本對(duì)應(yīng)，二者的平面分布范圍總體上呈NE向橢圓形，承壓水水位下降大的地區(qū)，地面沉降量也相應(yīng)的較大。 2、地面沉降速率的年內(nèi)變化 由于一年內(nèi)承壓水各季度開(kāi)采量不同，水位下降速率也不相同，因而導(dǎo)致了地面沉降速率年內(nèi)的

13、變化，一般第三季度沉降量大，可占年內(nèi)沉降量的30%50%。 3、地面沉降中心發(fā)展具有繼承性 自1959年西安發(fā)生地面沉降以來(lái)，形成了小寨、沙坡、西工大及胡家廟等沉降中心，直到現(xiàn)在，這些沉降中心仍在發(fā)展，它們?cè)跁r(shí)空上的分布與發(fā)展具有繼承性。 4、地面沉降具有垂向發(fā)展迅速，水平擴(kuò)展緩慢的特點(diǎn) 在井群分布基本不變而地下水持續(xù)超采的情況下，地面沉降范圍水平擴(kuò)展較緩慢，而垂向沉降發(fā)展迅速。,二 地面沉降概念,地面沉降是由多種因素引起的地表海拔緩慢降低的現(xiàn)象，是一種緩變的地質(zhì)災(zāi)害，既會(huì)造成市政基礎(chǔ)設(shè)施、道路橋梁、港區(qū)碼頭、地下管線和深井等直接損失，也會(huì)造成運(yùn)力下降、擋潮和排水等間接損失。在美國(guó)50個(gè)州中，

14、大約有24個(gè)州由于開(kāi)采地下水、石油和可燃性天然氣而產(chǎn)生不同程度的地面沉降。意大利的威尼斯，素有“水都”之稱，地面沉降非常嚴(yán)重，著名的市政府大樓羅內(nèi)丹宮已下沉了3.18米。,三 城市地表沉陷觀測(cè) 1 觀測(cè)精度與周期 精度指標(biāo)主要根據(jù)需要和年平均沉陷量大小、沉陷地區(qū)的面積選用國(guó)家二、三或四等水準(zhǔn)進(jìn)行。 城市觀測(cè)周期,2 城市地表沉陷觀測(cè)水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè) 3 觀測(cè)要求 1)閉合環(huán)路線盡量短 2)儀器、標(biāo)尺和季節(jié)相對(duì)固定 3)水準(zhǔn)路線在同一年觀測(cè)時(shí)且同期進(jìn)行 4)沉陷觀測(cè)應(yīng)從沉陷量大的地區(qū)向沉陷量小的地區(qū)推進(jìn) 5)注間總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，掌握地表沉陷觀測(cè)的規(guī)律，以便提高觀測(cè)的精度,7-3 礦山地表移動(dòng)監(jiān)測(cè),一 地表移

15、動(dòng)規(guī)律 1 地下采動(dòng)是變形破壞的根源 2 采動(dòng)變形破壞邊界的劃分 3 常用的基本概念(地表移動(dòng)盆地，非充分采動(dòng)，充分采動(dòng)，地表移動(dòng)盆地主斷面) 4 地表移動(dòng)規(guī)律的特征 a 移動(dòng)盆地位于采區(qū)正上方，盆地形狀與采空區(qū)成對(duì)稱分布 b 地表移動(dòng)盆地的平底部分位于采空區(qū)中央的正上方 c 下沉曲線的拐點(diǎn)(即二分之一之處)位于采區(qū)邊界線正上方或偏向采空區(qū)一側(cè)一段距離,二 地表移動(dòng)參數(shù)的觀測(cè) 1 觀測(cè)目的： a 確定地表移動(dòng)邊界角，斷裂角，下沉系數(shù)，水平移動(dòng)系數(shù)，拐點(diǎn)偏移距和時(shí)間系數(shù) b 確定地表移動(dòng)與變形分布狀況 c 了解地表移動(dòng)和變形與地質(zhì)采礦條件的關(guān)系,2 地表觀測(cè)站的設(shè)計(jì) 地表移動(dòng)設(shè)計(jì)書(shū)內(nèi)容： 1)

16、設(shè)置觀測(cè)站的目的 2)地質(zhì)和水文地質(zhì)說(shuō)明 3)采礦技術(shù)條件，管理方法，采區(qū)大小及布置 4)觀測(cè)線的設(shè)計(jì)：平面位置，長(zhǎng)度，工作測(cè)點(diǎn)和控制點(diǎn)的數(shù)量，點(diǎn)的間距 5)觀測(cè)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)及埋設(shè)方法 6)觀測(cè)項(xiàng)目，方法，精度，時(shí)間及儀器 7)觀測(cè)資料的整 理方法 8)觀測(cè)站的材料消耗及費(fèi)用概算 地表移動(dòng)觀測(cè)站設(shè)計(jì)書(shū)應(yīng)繪制的圖紙：觀測(cè)站平面圖和觀測(cè)線剖面圖,3 觀測(cè)站的布置 1) 確定觀測(cè)位置 2)確定觀測(cè)線長(zhǎng)度和測(cè)點(diǎn)位置 4觀測(cè)工作 1)觀測(cè)內(nèi)容：連接測(cè)量，全面測(cè)量，巡視測(cè)量，加密水準(zhǔn)測(cè)量 2)觀測(cè)方法及精度要求,5 觀測(cè)成果整理 1) 觀測(cè)成果的計(jì)算 野外觀測(cè)記錄的檢查 各點(diǎn)高程計(jì)算 計(jì)算各測(cè)點(diǎn)間沿線方向的水平距離 工作點(diǎn)移動(dòng)值的計(jì)算 變形值的計(jì)算 計(jì)算橫向水平移動(dòng) 2) 繪制各種成果圖 觀測(cè)站平面圖和測(cè)線剖面圖 地表移動(dòng)和變形曲線圖 3) 地表移動(dòng)變形參數(shù)的確定,7-4 滑坡觀測(cè),一 滑坡變形概念：指的是地表斜坡上的巖土層在重力作用下，以一個(gè)較大整體，沿著某一滑面向下滑動(dòng)的現(xiàn)象。 二 滑坡變形的力學(xué)機(jī)理 1 下滑力：由巖體自身重力產(chǎn)生 2 滑動(dòng)條件：指各種促使巖體滑動(dòng)的外部因素 三 滑坡變形的影響因素 1斜坡表土土石性質(zhì)因素 2 地質(zhì)構(gòu)造條件因素 3 水的影響作用