多源遥感技术在地质灾害早期识别应用中的问题探讨——以西南山区为例

在对滑坡、崩塌等地质灾害的早期识别工作中,基于InSAR、光学遥感、机载LiDAR等多源遥感技术发挥了重要作用。针对应用中出现的一些问题,基于多个项目实践,总结了多源遥感技术在西南山区地质灾害早期识别领域的适用条件,提出了相应的应用建议。主要认识如下: ①InSAR对地质灾害隐患的识别效果受植被覆盖程度、地形条件和数据源类型的制约; 广域InSAR应用中,需注意数据处理关键参数的取舍问题,尽快建立InSAR识别效果的野外判定方法,统一地表形变区“变形程度”和地质灾害InSAR识别效果的评价标准; ②地质灾害光学遥感早期识别适用于“斜坡区域具有明显变形特征”、“历史斜坡灾害”、“泥石流灾害和潜在泥石流沟”这3种类型,在具体应用中应根据不同工作任务要求,选取适合的数据源,注意对地质环境背景条件的分析,不挑战“微变形”探测短板; ③相比较InSAR和光学遥感,机载LiDAR在高密度植被覆盖区地质灾害早期识别方面优势明显,在具体应用中,建议激光点云密度不少于30~50处/m²; ④贴近摄影测量技术适用于高位崩塌(危岩体)早期识别,该技术属于光学遥感范畴,识别效果同样受植被覆盖程度影响,在具体应用中应设置合理探测距离,其具体数值需根据危岩壁分布情况进行调整,建议不小于30 m; ⑤提出了“多源遥感技术手段综合应用,优势互补”“工作部署多层次布置”“注重交叉学科应用及解译人员综合培养”“尽快开展地质灾害信息化获取能力建设”等应用建议。     

基于无人机摄影测量技术的高陡边坡危岩体特征构建与分析

在高陡边坡的危岩体调查中, 受限于调查人员可到达的范围, 难以获取危岩体的特征参数, 从而影响危岩体的稳定性判别。无人机摄影测量技术能够安全、快速、全面、精准的获取危岩体的特征信息。本文以鸡冠岭崩塌隐患为例, 利用无人机摄影测量技术获取坡面高精度影像, 通过提取点云数据构建三维模型, 基于最小二乘法完成平面拟合获取危岩体的体积及结构面产状信息, 并结合实际测量数据, 采用赤平极射投影法和极限平衡法定性和定量评价危岩体的稳定性。经过分析计算, 鸡冠岭崩塌四处主要危岩体的体积分别为102.86 m3、355.27 m3、236.60 m3和454.91 m3, 根据定性分析和定量计算, 危岩体均为欠稳定状态。通过本文的实践, 体现了无人机摄影测量技术在识别高位隐蔽危岩体方面的优势, 对于发展基于无人机摄影测量技术定量判定危岩体的稳定性方面具有借鉴意义。     

基于数字表面模型的岩体结构面产状获取

针对传统现场接触式测量获取岩体结构面参数效率低、工作量大、结果精确性受人为因素影响等问题,本文结合数字摄影测量技术与运动法（structure from motion,SFM）进行岩体三维数字表面模型重建,并在此基础上建立了岩体结构面自动识别方法。岩体数字表面模型重建步骤主要为岩体影像资料采集,基于尺度不变特征变换（Scale-Invariant Feature Transform,SIFT）算法进行图像特征匹配、稀疏点云构建、点云稠密化以及岩体曲面模型重构。结构面识别方法流程主要为:首先平滑岩体数字表面模型;通过改变搜索半径和角度阈值实现模型平面分割;基于区域生长原理进行结构面搜索;最后基于随机采样一致性拟合结构面得到结构面产状。将该方法应用于甘肃北山地下实验巷道,实现了巷道三维数字表面模型的重建与结构面产状数据获取,最后将识别到的结构面分组表征在模型表面。与人工实地测量方法以及现有的结构面识别软件相比,本文提出的方法具有良好的准确性,可为工程应用提供一定的参考。     

内陆湖盆"深水成盐"形成条件和识别标志:以东濮凹陷与现代盐湖为例

位于我国东部的许多新生代盆地,在地质历史时期发育了巨厚的岩盐沉积。尽管这些盆地的成盐模式研究已经历了40多年,但由于缺乏“深水成盐”的现代沉积模式,到底是“深盆-深水”还是“深盆-浅水”成盐,一直难以定论。为了理解“深水成盐”的控制因素,很多现代盐湖开展了水文学和水化学调查,然而这些湖盆的矿物组合各不相同,“深水成盐”的形成条件和控制因素尚不清楚。本文对死海、佛瑞湖等“深水成盐”的现代盐湖以及我国东濮凹陷沙三段的成盐特征进行了解剖,从盐度、水深、湖平面波动以及卤水分层等角度探讨了“深水成盐”的形成条件,对比分析了“深水成盐”的相对位置以及沉积物特征,总结了“深水成盐”的识别标志。研究表明,盐岩层系在岩心和测井资料上显示出多尺度的旋回性。“深水成盐”为水深较大的洼陷中心成盐,与盆缘的“浅水成盐”同盆共存。沉积相对岩盐层系的结构和组成有明显的控制作用,其中洼陷带的“深水成盐”,主要在洼陷带的卤水-湖底沉积物界面附近,析出和增生粗晶的盐类矿物,常与富含有机质和黄铁矿的暗色泥岩共存;而湖滨附近的“浅水成盐”,单层厚度薄,结晶粒度细小,通常含有较多的陆源碎屑。死海为代表的现代盐湖以及东濮凹陷等古代成盐盆地的沉积特征表明,“深水成盐”发生于湖平面的下降期,而且卤水剖面的厚度对蒸发岩的形成分布有明显的控制作用,同时具有“深水”和“深盆”特征的内陆盐湖更容易形成单层厚度大、横向稳定的岩盐沉积。本研究有助于改变人们以往对内陆湖盆成盐机理的认知,尤其是现代盐湖的卤水分层析盐特征,对解读地质历史中的其他成盐事件具有重要启示。基于现代沉积实例的“深水成盐”识别标志,可以为古代岩盐沉积模式的建立提供限定条件。     

基于数字近景摄影测量的岩体结构面几何信息解算模型

为了快速、全面地获取岩体随机结构面信息而提高稳定性评价工作,在数字近景摄影测量测取结构面空间坐标的基础上,应用立体几何、方位概念和投影变换理论,提出并建立了基于空间坐标的结构面迹线三维模型、任一投影展示面的迹线二维模型和详细判据的产状解算模型。迹线三维模型数据更加详实展示迹线分布状况,迹线二维模型数据又能获得任一重要投影面的迹线信息并突显迹线物理意义;应用误差理论,探讨了基于数字近景摄影测量的产状解算模型获取产状的精度。实验表明,在数字近景摄影测量建立边坡三维模型点位测量精度≤2 cm时,能够解决近似线状结构面的产状获取问题。因此,岩体结构面几何信息解算模型与数字近景摄影测量相结合,可采集到更为全面的结构面几何信息并用于岩体稳定性评价。     

综合物探方法在覆盖区找矿中的应用——以皖东五河金矿整装勘查为例

五河地区处于郯庐断裂带南段,有大面积第四系覆盖且构造复杂,基础地质调查工作难以开展,长期以来没有取得找矿突破。为获取地质找矿信息,利用综合物探方法并结合区域地质特征解译异常有效地筛选矿致异常,提高钻探验证的成功率。通过开展中大比例尺的综合物探测量,研发了“中大比例尺组合”覆盖区基岩地质构造探测技术,并结合“一选三定四阶段反复循环”覆盖区综合勘查模式,克服了复杂构造条件下覆盖区深部寻找金矿的难题,取得了重要找矿成果: 已发现中型规模金矿床2处、小型规模金矿床1处,总规模已达大型,实现了安徽省境内郯庐断裂带金矿找矿的重大突破。中大比例尺综合物探测量和“一选三定四阶段反复循环”的勘查模式对覆盖区金多金属矿勘查具有重要的参考意义。     

基于活动控制的岩体结构面几何信息快速获取

在应用数字近景摄影测量进行岩体结构面几何信息快速获取时,需要在岩体上布设一定数量的控制点,但特殊区域岩体（隧道、硐室、采石场）的结构面相对破碎、特征点极不明显,并且受施工进度的影响,无法在岩体上布设控制点。针对这一问题,本文应用自行设计的活动控制架,在控制架上布设28个控制点,将控制架和岩体结构面一起摄影,然后在VZ（VirtuoZo）工作站上进行内业解译,获取岩体结构面上特征点的空间坐标,再依据所给产状公式获取结构面信息。以净月二采石场岩体边坡为研究对象,进行了活动控制架安装与检验、外业数据采集与内业数据处理等工作;同时基于误差理论点位精度评定方法,对解译的控制点坐标与岩体结构面产状（倾向、倾角）同实测值对比并进行精度分析。结果表明,该方法测量的岩体结构面产状中误差：m_倾向=±4°,m_倾角=±3°,满足岩体结构面精度测量要求。     

地基InSAR技术及其典型边坡监测应用

为了开展边坡活动实时监测,研究以IBIS-L地基InSAR系统为代表的地基InSAR形变时序分析关键技术,进行针对不同变形特征的观测方案和数据处理方法的优化,并开展了奉节大树场镇灾后滑坡、神农架林区人工不稳定斜坡和备战铁矿露天采矿边坡等边坡活动的监测应用,以及备战铁矿隧道南口冰川运动的监测试验。4种类型边坡地基InSAR监测结果表明,在复杂工作情况下,地基InSAR设备具有较高的观测稳定性,在满足观测条件的情况下,地基InSAR测量精度能达到亚mm级,已成为监测边坡微小形变的重要技术手段。这扩展了形变监测模式从星载InSAR技术的“大尺度、宽覆盖”走向地基InSAR技术的“小尺度、局部精细测量”,进一步丰富了科研人员对边坡变形现象的动力学过程认识,为“星-地”联合InSAR技术监测地表形变过程奠定了技术基础。     

长江中下游地区新华夏构造体系的“米字型”结构特征

构造体系由强变形构造带和弱变形地域共同构成,这些构造带和变形带可以用结构面的形式表达。构造体系结构面的分布分析,更加适用于变形规律研究,便于追索构造应力场及其演化。以长江中下游地质结构与导矿-控矿要素研究为基础,总结了新华夏构造体系结构面的“米字型”分布特征。新华夏系“米字型”构造,由NNE 25°方向挤压断裂和褶皱带、NNW 345°方向(大义山式)张扭断裂、NEE 75°方向(泰山式)压扭构造和NWW 300°方向(长江式)的横张构造组成。其演化分先后三个阶段;NNW 345°方向—NEE 75°方向的共轭剪切构造阶段、NNE 25°方向挤压构造阶段和NWW 300°方向的张性剪切构造阶段。新华夏构造体系的“米字型”构造样式的识别,为研究构造体系的应力-应变成因、探讨构造体系的形成演化以及浅部构造和深部构造相关性研究提供了重要的地质构造基础。在其它类型的构造体系中,结构面也具有“米字型”分布特征。     

倾斜摄影测量技术在崩塌隐患调查评价中的应用

本次研究选取北京房山区一处典型崩塌隐患点,采用倾斜摄影测量技术获取了研究区三维实景模型,圈定了危岩体及受威胁对象,开展了崩塌隐患的稳定性分析,模拟了典型危岩体发生崩落后的运动轨迹。研究成果表明倾斜摄影技术能够获取崩塌灾害隐患的地形地貌、岩性构造、几何形态等特征信息,可以为崩塌灾害隐患的勘查、防治工作提供参考依据。     

基于高分影像与InSAR解译的西藏林芝则隆弄高位链式地质灾害发育特征分析

则隆弄沟位于西藏林芝米林县雅鲁藏布江右岸,属于震后影响区,因沟内地形陡峻、物源充足以及水源充沛,1950—2020年期间沟内高位地质灾害活动频繁,沟口村庄和桥梁长期遭受其严重威胁。根据现场调查与无人机航拍,结合多期遥感影像和InSAR数据,对则隆弄沟形成区高风险物源类别、数量以及流通区、堆积区的松散堆积物运动堆积特征进行解译,结果显示:目前则隆弄沟内形成区与流通区陡缓坡交界区域多级多期堆积有大量冰碛物松散物源,流动性较强,区域地质条件、地震活动、气象水文等因素为则隆弄高位链式地质灾害发生提供不稳定的物源结构、良好的临空条件和储藏平台、充足的势动能转换条件以及水动力条件。总结出则隆弄高位地质灾害链形成及演化过程为:高位冰崩（岩崩）-碎屑流-泥石流-堵江堰塞坝（湖）-洪水灾害,其长期具备高易发性和高危险性,后期应加强则隆弄沟高位地质灾害链的监测预警与风险防控。     

四川名山白马沟危岩体稳定性评价与落石轨迹分析

危岩体是指由结构面切割形成的在一定诱发因素下失稳破坏的岩体,其作为常见的自然地质灾害之一,严重影响山区人类生命财产安全。对危岩体的勘查、稳定性评价、风险评价是地质灾害预防的研究难题。受人类工程活动影响,名山县新店镇白马沟内存在多处危岩体。通过对国内外研究文献的查阅分析并结合白马沟危岩体的分布特征、发育特征、崩塌落石运动特性进行分析与研究,初步总结出了白垩系上统灌口组(K2g)危岩体的形成、分布规律及成灾机理,并对该区4个危岩体利用Rockfall进行数值模拟计算,计算其运动速度及运动轨迹,计算岩石弹跳高度及距离等。为此类工程地质条件下的的危岩体稳定性评价及运动轨迹的分析提供参考,同时对于崩塌危岩体灾害预防与减灾技术研究有积极意义。     

无锡市鼋头渚景区岩质边坡崩塌形成机制及防治对策研究

崩塌地质灾害是苏南低山丘陵地区岩质边坡的主要工程地质问题之一。在对无锡鼋头渚景区沿湖景观路崩塌危岩体开展应急调查与测绘的基础上,文章对崩塌危岩体地质背景条件和灾害特征进行了描述,并采用赤平投影法对危岩体结构面组合特征进行了分析;在深入研究崩塌灾害形成原因与破坏模式后,提出采用危岩清除+钢筋混凝土肋柱锚固+挂网喷射混凝土护面+系统截排水+纳入群测群防应急体系的综合防治对策,为苏南丘陵地区同类型软硬互层岩质边坡崩塌灾害防治提供一定的科学依据和参考。     

基于光纤传感的石膏矿地面塌陷监测预警系统

近年来,江苏省邳州市北部石膏矿区发生了20多起采空塌陷灾害。由于传统的采空区地表土体变形监测方法均难以满足采空区地面塌陷监测超前预报的要求,为解决石膏矿区采空塌陷监测预警机制缺乏的问题,邳北石膏矿区开展了基于光纤传感技术的监测预警工作。根据前期调查分析和数值模拟等成果推导石膏矿地面塌陷机理,并采用光纤传感器对采空区上覆松散层底部含水层地下水位动态监测、深部岩土体位移监测及微震监测。在监测过程中,当水位变动幅度、岩土体位移突然超出正常波动值时或接收到较强震动信号时触发报警,在地面塌陷发生前期进行有效的预警,为防灾减灾工作提供充足的准备时间。通过监测预警工作的实施,验证了这些监测预警手段的有效性,可以为矿区地面塌陷地质灾害的监测、预报以及防治提供数据基础与科学依据,也可为石膏矿和其它类似条件的地面塌陷地质灾害防治和监测预警工作提供参考。     

太行山大峡谷崩塌发育特征及成因模式研究

太行山大峡谷位于山西省壶关县境内的南太行山区,历经亿万年的沧海桑田形成了以峡谷群、峰林石柱、河流瀑布、溶洞等为典型景观的大型高山峡谷景观系统,大峡谷现已建设成为“国家地质公园”和“5A”景区。同时,太行山大峡谷因地处我国第二、三阶梯的地表突变带,构造活动强烈,地表侵蚀严重,在山地特殊气候作用下崩塌灾害频发,时常损毁道路桥梁、破坏生活设施,并危及居民和游客安全,制约景区建设发展。本文立足大峡谷景区地质灾害详细调查,查明大峡谷内发育崩塌达318处,以高位小型岩质崩塌为主,主要分布于海拔700~1100 m之间,崩落高度平均120 m左右,最高可达300 m以上;崩塌多发育在断层带附近和软弱岩层处,沿峡谷两侧呈带状分布,以倾倒式和坠落式的破坏方式为主,具有明显的“群发、多发、复发”的特点。基于对大峡谷景区地形地貌、地层岩性、岩体结构、地表营力及人类活动等崩塌孕灾环境的分析,依据发育区位和致灾效应将崩塌划分为陡壁崩落带、梯状崩石链、碎裂崩滑带和水岸崩塌带4种类型;结合崩塌运动轨迹和对承灾体的效应归纳出崩落滚石型、崩链型、碎裂溃散型、落石涌浪型4种典型成灾模式,并分析提出景区安全防控的对策和建议。研究成果可为高山峡谷区的地质灾害防灾减灾、太行山区的景区开发规划和建设及地质环境保护提供借鉴。     

基于摄影测量获取岩体结构面参数的概率分布拟合检验

岩体不连续面迹长、产状、空间组合形态等的不确定性和复杂性,使结构面整体几何形态研究存在困难。利用岩体内大量随机展布的不连续面所具有的统计相似性,结合具有统计意义的数学方法进行结构面参数描述,是岩体随机不连续面三维网络模拟的基础,也为岩体稳定性评价提供可靠依据。本文基于数字近景摄影测量技术对长春市净月开发区东升采石场坡面进行调查研究,获取高精度的大量岩体结构面迹长、产状、间距、张开度等几何参数。利用Matlab编制Kolmogorov-Smirnov（K-S）检验程序,实现结构面参数的K-S法概率分布检验,分析了结构面参数所服从的概率分布类型;同时用SPSS软件检验程序正确性,并引入最优拟合度,选取符合多种概率分布参数的最优拟合概率模型。结果表明：研究区内结构面迹长、间距服从对数正态分布规律,产状服从伽马分布规律。     

秦岭山区南秦河流域崩滑地质灾害发育特征及主控因素

秦岭山区地质构造复杂、岩体结构破碎、斜坡类型特殊,是中国地质灾害高发区之一。为了查明秦岭山区崩滑地质灾害发育的主控因子,以南秦河小流域为例,通过野外实地调查和室内综合研究,查明区内滑坡、崩塌地质灾害的发育特征,分析灾害发育的孕灾环境。最后得出,长期构造变形作用下的地层奠定了灾害发育的物质基础,多种结构面对崩滑灾害的形成起着控制作用,斜坡结构类型控制着崩滑灾害的成灾模式,构造断裂控制着崩滑灾害的空间分布,人类工程活动加剧了崩塌和滑坡的发育程度,而极端降雨是崩滑地质灾害发生的主要诱因。     

贵州潜在倾倒式崩塌的识别指标

针对贵州省倾倒式崩塌的特点,选取对灾害发生具有控制性或影响较大的且易于在野外采集的因子(坡度、岩体结构、凹腔状态、主控结构面倾角、卸荷松弛、后缘裂缝贯通程度和基座软硬程度)作为识别指标。基于岩石工程系统RES方法,通过人工神经网络BP模型构建指标相互作用关系矩阵,研究指标间相互作用对潜在崩塌稳定性的影响,确定评价指标的权重,并就评价指标对整体稳定性的重要程度进行排序,旨在为潜在崩塌的野外简易识别奠定基础。研究发现,岩体结构、后缘裂缝贯通程度对潜在倾倒式崩塌的影响很强。      

贵州金海湖新区田湾子滑坡活动特征及成因机理分析

2022年1月3日18时55分,贵州毕节市金海湖新区归化街道田湾子发生一起顺层滑坡,形成约3.5×10⁴ m³的堆积体,造成14人遇难,3人受伤。综合应用无人机航拍、现场测试等技术手段,文章详细描述了现场的地质调查,初步分析了滑坡体特征、滑坡发生的运动过程和成因机理,并对滑坡残留体的潜在危险进行了监测和分析,为现场救援行动提出搜救建议。初步研究结果认为,滑坡源区特殊的地形地貌条件、风化碎裂的泥质白云岩和不利的岩体结构面是滑坡形成的内因,边坡开挖扰动致斜坡的地表形态和应力分布发生改变是滑坡发生的外因。田湾子滑坡发生前斜坡无明显的变形迹象,灾害发生具有突发性,造成了较大的人员伤亡和经济损失,深入研究田湾子滑坡的形成过程和成灾机理,对贵州山区存在类似条件的地质灾害隐患防治工作具有现实的指导意义。