黄润秋对地震的研究成果

⑴ 地质灾害防治工程中监测新技术的开发应用与展望

季伟峰

（中国地质科学院探矿工艺研究所，四川成都，610081）

【摘要】地质灾害防治工程中对地质灾害体的监测十分必要。本文简要介绍了我国当前地质灾害监测的主要方法及新技术在工程实践中的应用，指出了地质灾害监测工程实践中存在的主要问题，展望了我国在本领域技术发展的趋势。

【关键词】地质灾害监测技术应用展望

自然地质环境和人为活动是引发地质灾害的两大主要原因。在最近的20多年时间里，随着我国人口的增加，经济建设的快速发展，特别是基础设施建设规模的扩大，建设与用地的矛盾十分突出。植被的破坏严重，使山体滑坡、泥石流、地面沉降等地质灾害在全国许多地区频繁发生，严重阻碍了灾害发生地的经济建设和社会发展。

1我国主要的地质灾害形式及危害

1.1地质灾害及常见形式

地质灾害是指由自然地质作用和人为活动作用形成的，对人类生存和工程建设可能构成危害的各种特有的自然环境灾害的总称。

常见的地质灾害形式主要有6种，它们是崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉降，简称为崩、滑、流、塌、裂、沉。

1.2三峡库区的主要地质灾害

三峡水利工程建成后将产生巨大的经济效益和社会效益。但它的建设对库区的自然环境也带来一定的直接或潜在影响。三峡工程的一期蓄水、二期蓄水和新城镇的建设已经给库区带来了不少地质灾害问题。在淹没区的新城镇建设中，由于在选址时考虑地质环境因素不够，使有些新城镇从建设一开始就与地质灾害结下了“不解之缘”。主要表现形式为人为高切坡和深基坑诱发的滑坡和崩塌。湖北的巴东、秭归，重庆的巫山、奉节、云阳、万县等地在新城镇的建设中都引发了大量的地质灾害，如何趋利避害是摆在我们面前的重大课题。

1.3地质灾害的主要危害

地质灾害的危害是显而易见的。我国幅员辽阔，地质构造复杂，地貌千姿百态，山地和丘陵面积占国土总面积的2/3以上。全国34个省、直辖市、自治区以及特别行政区均存在着不同形式和不同程度的地质灾害，每年都要造成惨重的人员伤亡和财产损失。其中滑坡、泥石流和山洪等突发性地质灾害被定为国际减灾10年的主要灾种，由于这些灾害具有潜在性和突发性，一旦发生，来势凶猛，常造成断道、断航、构筑物损毁、人员伤亡和财产损失。在我国，每年丧生地质灾害的总人数达800～1000人，经济损失超过100亿元人民币。

1.4地质灾害监测的特点

（1）滑坡等变形体分布通常较为分散，成因机制复杂。开展监测工作前，需有一定前期地质环境勘察、研究工作基础；

（2）地质灾害体大多位于交通、通讯十分不便地区，电源接入也很困难；

（3）目前大多数监测以手动为主，数据汇交速度相对较慢，人工劳务成本较高；

（4）与大坝、桥梁、隧道等固定建筑物、构筑物的安全监测相比，地质灾害监测具有开放的监测边界，条件复杂，自动化监测和遥测等监测手段、监测仪器的选择、固定安装、运行等须注意仪器设备的环境适应性和抗干扰性能，保证正常使用和安全运行。

2地质灾害防治工程中监测的必要性

地质灾害防治工程的监测根据工程所处的不同阶段，可分为施工安全监测、防治效果监测和长期稳定性监测，目前一般简单地统称为监测。在以往的工作实践中经常发现，除经济原因外，在地质灾害的治理过程中存在一定的盲目性。有些地质灾害进行了治理，理由是认为它不稳定。有些没有进行治理，理由是认为它是稳定的。除一些简单粗糙的勘察资料外，几乎没有充分的证据证明一个变形体稳定与否，是否需要进行工程治理。如果对滑坡等变形体进行必要的监测，将会减少这种盲目性，收到事半功倍的效果。

2.1对于已采取工程措施的地质灾害体

对于已采取工程措施的地质灾害防治工程，在治理过程中，根据监测结果进行效果评价，指导施工，及时对设计进行修改；防治工程竣工后，随着周围环境条件的变化，约束条件也会发生变化。如锚索的腐蚀和松弛、地下水位变化、临空面加大、工程质量不高、巨大外力（如地震和大爆破）等，都有可能使一些已经治理过、暂时处于相对稳定的滑坡变形体重新失稳，如不进行持久的监测，它们具有更大的欺骗性和危险性，并非就可以高枕无忧，仍需通过必要的监测来评判它的治理效果和长期稳定性。

2.2对于未采取工程措施的地质灾害体

对于一些未经治理、而又具有潜在危害的地质灾害体，监测也是十分必要的。一些暂时没有资金进行工程整治但又对人民生命财产构成较大潜在威胁的大型滑坡变形体，以投资较小的监测工作来弥补是有效的方法和途径。通过有效的监测既可对其稳定性进行评价，监测结果又可为是否治理和如何治理提供设计依据。用监测的手段对滑坡等变形体进行有效的监控，是一项投资少、见效快的方法，目前已逐步被一些政府官员和业主所接受并推崇。他们也意识到用工程手段进行整治后应该用监测数据来验证，否则是盲目的。但目前仍有相当多的管理和设计部门只注重被动的治理和亡羊补牢，而不注重防患于未然。

3当前地质灾害监测的主要方法

以往作为监测工作的对象，主要是对一些重要的构筑物和大型建设工程的变形、位移、沉降等进行监测，如水利水电大坝、大型桥梁、重要厂房、大型地下隐蔽工程、矿山边坡和尾矿坝等。对复杂的地质灾害体进行监测，则是近些年才逐渐开始应用的，当前采用的主要监测方法有以下几种。

3.1地面绝对位移监测

绝对位移监测是最基本的常规监测方法，测量崩滑体测点的三维坐标，从而得出测点的三维变形位移量、位移方位与变形位移速率。主要使用经纬仪、水准仪、红外测距仪、激光准直仪、全站仪和GPS等，应用大地测量法来测得变形体上某点的三维坐标。

3.2地面相对位移监测

地面相对位移监测是量测崩滑体重点变形部位点与点之间相对位移变化（张开、闭合、下沉、抬升、错动等）的一种常用的变形监测方法。主要用于对裂缝、崩滑带、采空区顶底板等部位的监测、沉降观测等，是位移监测的重要内容之一。目前常用的监测仪器有振弦位移计、电阻式位移计、裂缝计、变位计、收敛计等。

3.3钻孔深部位移监测

对于滑坡等变形地质体来讲，不仅要监测其地表位移，也要监测其深部位移，这样才能对整体的位移进行判断监测。方法是先在滑坡等变形体上钻孔并穿过滑带以下至稳定段，定向下入专用测斜管，管孔间环状间隙用水泥砂浆（适于岩体钻孔）或砂、土石（适于松散堆积体钻孔）回填固结测斜管；下入钻孔倾斜仪，以孔底为零位移点，向上按一定间隔（一般为0.5m或1m）测量钻孔内各深度点相对于孔底的位移量。常用的监测仪器有钻孔倾斜仪、钻孔多点位移计等。

3.4应力监测

对于滑坡等变形体不仅要监测其位移的变化，还需要监测其内部应力的变化。因为在地质体变形（或称运动）的过程中必定伴随着变形体内部应力变化和调整，所以监测应力的变化是十分必要的。常用的仪器有锚杆应力计、锚索应力计、振弦式土压力计等。

3.5水环境监测

对于崩滑体来讲，除了自然地质条件和人为扰动外，水是对滑坡的稳定状态起直接作用的最主要因素，所以对水环境（含过程降雨及降雨强度、地表水的流量、地下水位、渗流量、渗流压、孔隙水压力、地下水温度等）进行监测十分重要。常用的监测仪器有量水堰、遥测雨量计、测钟、电测水位计、遥测水位计、渗压计、渗流计、电测温度计等。

3.6地震监测

地震监测适用于所有的崩滑监测。地震力是作用于崩滑体的特殊荷载之一，因此对崩滑体的稳定性起着重要作用。当地质灾害位于地震高发区时，应经常及时收集附近地震台站资料；必要且条件许可时，可采用地震仪等监测区内及外围发生的地震强度、发震时间等。分析震中位置、震源深度、地震烈度、评价地震作用对区内的崩滑体稳定性的影响。

3.7 人类相关活动监测

人类活动如掘洞采矿、削坡取土、爆破采石、加载及水利设施的运营等，往往造成人工型地质灾害或诱发产生地质灾害，在出现上述情况时，应予以监测并停止某项活动。对人类活动监测，应监测对崩滑体有影响的项目，监测其范围、强度、速度等。

3.8宏观地质调查监测

采用常规地质调查法，定期对崩滑体出现的宏观变形痕迹（如裂缝发生及发展、地面沉降、塌陷、坍塌、膨胀、隆起、建筑物变形等）和与变形有关的异常现象（如地声、地下水异常等）进行调查记录。该法具有直观性强、适应性强、可信程度高的特点，为崩滑监测的主要手段，也是群测群防的主要内容。适用于所有崩滑体，具有准确的预报功能。

4监测新技术的研究与工程实践

4.1国外监测新技术的研究与应用

发达国家在岩土工程及地质灾害监测领域不但有传统的监测方法和仪器，近年来已将高新技术应用于地质灾害预测、预警工程。美国的PDI公司、Geokon公司、意大利Sisgeo公司、瑞士Leica公司、瑞典Geotech公司、德国Zeiss公司、日本尼康公司等在监测方法的创新和新技术的应用方面都处于领先地位。红外技术、激光技术、微波技术、光纤技术、格区式光栅技术、机电一体化、自动化技术、卫星通讯技术、计算机及人工智能等高新技术在监测技术方法和仪器的开发研究中得到了广泛的应用。可以这样讲，作为岩土工程监测一个分支的地质灾害监测及监测仪器，已经不是传统意义上的大地测量仪器，而是实现了传统方法和仪器与现代高新技术的完美结合，把监测仪器的技术水平推到了一个崭新的阶段，并正在向更高层次发展。国外具有代表性的产品有 Leica公司的TCR1800全站仪、TCR2003测量机器人、Geomos系统、DNA电子水准仪、GPS,Zeiss公司的DiNi12系列电子水准仪、North America公司的钻孔多点位移计、Sicon公司的岩土工程监测系列仪器等。

4.2国内监测新技术的研究与应用

国内水电系统和国土资源部都开展了这方面的研究，如水利科学院、中科院有关院所、国土资源部技术方法研究所等。我所伴随着三峡工程的建设，在国土资源部的大力资助下，也开发了多种岩土工程及地质灾害防治监测仪器，如钻孔倾斜仪系列、应力测量系列、地面位移测量系列等监测仪器、多参数遥测系统等，还承担了科技部“崩滑地质灾害自动化监测系统”项目的研究，为测量仪器国产化做了大量的工作，产品在三峡库区和国家的重大工程中得到了较好的应用。我所近几年研究的成果并形成的产品主要有以下8项：

（1）DMY型激光隧道断面张敛测量系统；

（2）BYT型光纤崩滑体推力监测系统；

（3）DZQX新型多功能钻孔倾斜仪；

（4）崩塌无线自动化监测预报系统；

（5）PSD型微位移变形测量系统；

（6）MS型锚索（锚杆）测力系统；

（7）DHS型地层含水率仪；

（8）岩心定向与取心技术研究。

4.3工程监测实践

在研究开发的同时，我所用自己研究的成果积极参与国家重大基本建设工程的监测工作和三峡库区地质灾害防治的工程监测，取得了较好的经济效益和社会效益。最近几年承担的重大监测工程有：

（1）宝成复线清江大断面双线长隧道变形量测；

（2）成昆铁路电气化改造西昌南马鞍堡隧道变形量测；

（3）北京地铁复八线变形量测；

（4）上海地铁一号线人民广场站变形量测；

（5）青岛地铁试验段变形量测；

（6）成（都）—南（充）高速公路高陡边坡变形及量测；

（7）内（江）—宜（宾）高速公路高边坡变形量测；

（8）丹（东）—沈（阳）高速公路丹本（溪）段全线隧道验收工程；

（9）318国道二郎山—康定段 K2794+860～980滑坡的地面位移、深部位移及应力监测；

（10）奉节县、云阳县地质灾害监测工程。

5监测技术发展展望

（1）地质灾害的发生将更加频繁，危害程度更大，监测工作将受到更多的重视，监测成果应用将产生更大的社会效益。

（2）在我们的上级主管部门——中国地质调查局的支持下，我们的监测仪器研究及运行系统软件开发将会得到更多资助，并使我们的监测手段更加完备，登上一个新的台阶，具有更强的市场竞争能力。

（3）自动化监测和遥测是地质灾害监测的发展方向，但目前实施还有很多困难。

（4）地质灾害具有一定区域性，是一项公益性的事业，更需要政府的引导和支持。

6结语

通过几年的监测工程实践，目睹了不少由于忽视地质灾害的工程安全监测和失效工程而导致生命和财产的损失，也看到不少通过监测成功预报灾害而避免灾害发生的实例。在实行工程质量终生追究制的今天，对地质灾害及相关岩土工程的安全进行长期监测显得尤为重要和迫切。

监测工程是地质灾害防治工程体系的重要组成部分，不能重治轻防，应做到治理、防范、监测并重，有时甚至重于工程治理手段。

在一定时期内对滑坡变形体实施监测工程，可以节省大量的投资。

地质灾害防治工程应建立在科学监测的基础上，以监测指导设计、施工、工程效果评价，以科学的态度面对它，应从过去的凭经验和粗糙的勘察上升到定量阶段，只有这样，才能对滑坡变形体进行深入的认识和科学评价。

监测工作不是可有可无的，它是工程诊断的需要，是从事地质灾害研究和预测必不可少的一项工作。

防范重于救灾，监测胜于治理。

参考文献

[1]殷跃平等.地质工程设计支持系统与链子崖锚固设计.北京：地质出版社，1995

[2]黄润秋主编.高边坡稳定性的系统工程地质研究.成都：成都科技大学出版社，1991

[3]乔建平主编.滑坡减灾理论与实践.北京：科学出版社，1997

[4]唐邦兴主编.山洪泥石流滑坡灾害及防治.北京：科学出版社，1994

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[6]国家技术监督局，建设部.工程岩体试验方法标准.北京：中国计划出版社，2001

[7]王永年，殷世华主编.岩土工程安全监测手册.北京：中国水利电力出版社，1999

[8]季伟峰主编.工程地质与地质工程.北京：地质出版社，1999.

⑵ 地震属性裂缝预测技术

霍志周 董 宁 许 杰 周 刚

（中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083）

摘 要 随着石油天然气资源的开发利用，常规孔隙型油气藏储量日益减少，开发难度逐渐增大，石油与天然气勘探方向逐渐由浅部转向深部、由常规油气藏转向特殊油气藏，特别是裂缝型储层。国内裂缝型储集层（碳酸盐岩、致密砂岩）的分布十分广泛。裂缝型油气藏勘探、开发的最大难点，是对储层岩体中裂缝发育程度和分布范围的预测。地震属性（曲率、相干）从不同角度反映了地层受构造应力挤压时地层的变形和破裂情况。因此，通过对曲率和相干属性的计算，可以对地层中裂缝发育情况进行预测。本文利用地震属性（曲率、相干）对YB地区碳酸盐岩裂缝型储层进行了预测，精细地刻画出研究区碳酸盐岩储层中的断裂分布和展布规律，为该区裂缝的综合描述提供了依据。

关键词 裂缝预测 地震属性 曲率属性 相干属性

Seismic Attribute Fracture Prediction Techniques

HUO Zhizhou，DONG Ning，XU Jie，ZHOU Gang

（Exploration and Proction Research Institute，SINOPEC，Beijing 100083，China）

Abstract With the development and utilization of oil and gas resources，reserves of oil and gas reservoirs of conventional porosity become less and less，the development becomes harder and harder，the oil and gas exploration graally turns from shallow and conventional hydrocarbon reservoirs to those which are deep and special，especially the fractured reservoirs.Fractured reservoirs（carbonates，tight sands）are widely distributed inland.The most difficult thing in fractured reservoir exploration and development，is the prediction of fracture development and distribution in the reservoir rocks.Seismic attributes（curvature，coherence）can indicate the abruption and deformation of stratum by tectonic stress squeezing from different angles.Therefore，through the calculation of the curvature and coherence properties，we can predict the development of the formation fractures. In this paper，seismic attributes（curvature，coherent）are used to forecast the fractured carbonate reservoirs in YB area，finely depicting the fracture distribution in carbonate reservoirs and the distribution rule for the area cracks，providing a basis for the comprehensive description of fractures in this area.

Key words fracture prediction；seismic attributes；curvature attributes；coherence attributes

国内外无论是陆地还是海上，都已经在砂岩、泥质岩、碳酸盐岩和火山岩中发现了裂缝型储集层，并获得大量工业油气流。据美国能源部预测：在2030年以前，美国国内一半以上的天然气产量将来自低渗透的裂缝型储层。国内裂缝型储集层（碳酸盐岩、致密砂岩）的分布十分广泛。据统计，我国裂缝型油气藏的储量占已探明油气储量的三分之一左右。“九五” 期间，我国四分之三的可用油气储量在低渗透致密裂缝型油田中。因此，裂缝型油气藏的勘探对我国未来石油工业的发展有着十分重要的意义^［1，2］。

裂缝型储层是指以裂缝为主要储集空间、渗流通道的储集层。由于缺乏有效的预测手段，人们对裂缝发育和分布规律的研究不够准确，而使油气井钻探和油气田开发方案达不到预期目的，造成的间接损失也是难以完全统计的。裂缝型油气藏勘探、开发的最大难点，是对储层岩体中裂缝发育程度和分布范围的预测。传统方法是借助岩心露头和井数据来进行裂缝检测，虽然岩心露头资料能提供直观、可靠的裂缝资料，综合各种测井资料能对裂缝进行准确识别，但岩心及测井资料控制点有限。通过理论研究和现场试验已经证明：利用地震各向异性特征和不连续性特征来识别、表征地下裂缝的走向、发育程度及分布范围是可行的。三维地震数据庞大的数据量使得三维叠后地震属性分析手段在裂缝预测方面仍然具有较为广阔的发展空间^［3～10］。与精细的裂缝识别与预测相关的三维叠后属性分析是围绕地震反射波型式的突变（不连续性）而开展的，倾角/方位角分析、曲率分析、相干分析、频谱分解等技术^{［11～20］}是近年来业界的研究亮点。

目前在断裂解释及裂缝预测中，曲率和相干属性已经得到广泛的应用。本文将详细论述曲率和相干属性的原理，并将该方法应用于塔里木YB地区碳酸盐岩储层的裂缝预测中，可以更客观、更精细地刻画碳酸盐岩油气藏的裂缝型储集体，从而达到寻找裂缝型油气藏的目的。

1 曲率技术原理

曲率用来描述曲线（或曲面）上任一点的弯曲程度，曲率越大曲线越弯曲。曲率的数值及其变化，不仅能够提供一个比较清晰的地质体形态特征，而且还对裂缝的判别有很好的指导作用。从几何地震学的角度看，反射点集合可以视为一个时间标量场，该标量场某一反射面的梯度反映的是该反射面的起伏变化率，即单位反射时间内反射面沿不同方向的变化增量，它表示的是反射曲面沿方向矢量所在法截面截取曲线的一阶导数——视倾角的大小；而该方向上的曲率定义为该曲线上密切圆半径的倒数，亦即为该方向上该曲线的二阶导数。由此可见，看似复杂的地震几何属性系列不过是沿不同方向计算的一阶、二阶导数体。但是，要准确地获取地震数据的曲率信息也是非常困难的。

通常，地震的曲率属性反映了地层受构造应力挤压时层面弯曲的程度。裂缝在曲率较大的地方容易发育，裂缝方向平行于最小曲率方向。在诸多曲率属性之中，最大正曲率和最小负曲率被认为对裂缝识别最有价值。最近几年较为突出的进展是Marfurt、Chopra等在三维曲率体计算、构造倾角滤波、多尺度曲率分析等方面的研究成果^{［21～23］}。

1.1 曲率的计算公式

曲率作为描述曲线（或曲面）上任一点的弯曲程度的数学参数^{［24，25］}，与曲线y＝f（x）的二阶导数密切相关，其数学表达式为

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

对于三维地震数据体的曲率计算，首先，要在选取的时窗中，在一定范围内按一定步长同时扫描倾角和方位角，求取相应倾角和方位角的相干系数，扫描得到的相干系数形成了一个关于倾角和方位角的曲面。然后，通过曲面拟合，找出曲面上最大的相干系数所对应的倾角和方位角，则认为它是真实的倾角和方位角。在此计算地震数据倾角、方位角方法的基础上，使用高阶逼近的方式，可以比较准确地拟合出待估点附近的曲面。

具体的做法是，以待估点为中心，其所在的小面元可近似地看成是一个二维曲面，曲面方程可以由下式表示：

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

式（2）中的系数可由以下表达式求得：

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

1.2 各种曲率的定义

根据式（2）中的系数，可以算出地震层位的各种曲率属性^{［19，21，24～26］}。

1.2.1 平均曲率km

平均曲率是空间曲面上某一点任意两个相互垂直的正交法向曲率的平均值。如果一组相互垂直的正交法向曲率可表示为k₁、k₂，那么平均曲率k_m表示为

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

1.2.2 最大曲率k_max和最小曲率k_min

过曲面上某一点的无穷多个正交法向曲率中存在一条曲线，使得该曲线的曲率绝对值为最大，这个曲率称为该曲面的最大曲率k_max，垂直于最大曲率的曲率称为最小曲率k_min，这两个曲率属性为主曲率，计算表达式为

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

1.2.3 高斯曲率k_g

两个主曲率的乘积即为高斯曲率，又称总曲率，反映某点总的弯曲程度。高斯曲率k_g被定义为主曲率的乘积

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

1.2.4 最大正曲率k_pos和最小负曲率k_neg

在所有法向曲率中的最大正值和最小负值即分别为最大正曲率k_pos和最小负曲率k_neg，其计算表达式为

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

1.2.5 倾向曲率k_d与走向曲率k_s

在最大倾角方向求取的曲率定义为倾向曲率，在走向上求取的曲率叫做走向曲率。倾向与走向曲率的计算公式分别为

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

1.3 曲率属性的解释^{［21，25，26］}

曲率用来反映几何体的弯曲程度。在构造解释中，如果我们根据层位的解释数据计算曲率，自然就可以定量来描述其构造特征，图1给出了背斜、单斜、向斜、平层和断层的曲率描述。其中，背斜的曲率为正，向斜的曲率为负，而且褶皱越厉害，曲率值越大；平层和单斜层的曲率为零；断层在平滑后可近似认为其曲率有由正到负或由负到正的变化。显然，上述曲率对于单斜和水平地层的区分是无能为力的，对于平行断层、水平面上或沿层面上有方向变化的复杂构造，也是无能为力的，必须要借助于以二维曲面分析为基础的曲率属性。在刻画断裂、地质体方面，最大正曲率、最大负曲率是最容易计算也是最常用的曲率属性^{［2，21，25，26］}。

图1 2D曲率属性示意图^［27］

2 相干技术原理

相干分析技术主要用于描述地震数据的空间连续性，通过对地震波形纵向和横向相似性的判别，得到地震相干性的估计值。相似地震道有较高的相干系数，对应于连续性较好的地质体，而较低的相干系数对应于连续性较差的地质体，如断层、褶皱等^{［28，29］}。

Bahorich和Farmer在1995年首次提出了地震相干体技术，其方法是在经典的归一化互相关基础上建立的，算法效率高，但抗噪能力较差，适用于高信噪比的地震数据，称为第一代相干算法^{［30，31］}（简称C1算法）。Marfurt等在1998年提出了沿倾角（方位角）、基于多道相似性的第二代相干算法^［32］（简称C2算法），该算法提高了抗噪能力和计算结果的垂向分辨率，但是计算道数的增加降低了侧向分辨率和计算时间。1999年，Gersztenkorn和Marfurt提出了基于本征结构的第三代相干算法^［33］（简称C3算法），是通过计算协方差矩阵的特征值来得到相干属性的方法。该算法克服了第一代、第二代算法的一些缺点，虽然具有最佳的横向分辨率，但对大倾角敏感性稍差，而且计算耗时较大。

此后又有一些新的、改进的第三代相干算法，如Randen等^［34］提出的几何结构张量方法，这种几何结构张量算法包含了反射界面的倾角和方位角信息，可以稳健地估算时窗内分析点的反射界面的倾角和方位角。张军华等^［35］将小波多分辨率分析应用到本征值结构的相干计算中，提高了相干体的分辨率，增强了抗噪声的能力。宋维琪^［36］等在本征值结构的基础上，提出了地震多矢量属性相干数据体的计算方法。该算法在属性提取方面，既考虑了方位，又考虑了倾向，即计算地震矢量属性。通过计算综合相干值，提高了地质体边界的检测能力。

2.1 第三代相干算法的计算公式

假设在一个分析窗口中有j道地震数据，N个采样点，用矩阵D表示三维地震数据体：

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

式中：d_nj为第j道的第n个采样点值。

矩阵D中的第n行向量 表示数据体的第n个采样点的集合。假设每个计算窗口中数据的平均值为零，则第n个采样点的协方差矩阵为

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

如果d_n是个非零向量，则协方差矩阵 是一个秩的半正定对阵矩阵，有一个不为零的特征值。整个数据体的协方差矩阵为

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

协方差矩阵C的秩可以表示分析窗口中地震数据的自由度，而特征值的大小可以定量地描述数据体的变化程度。通常，对于J×J的协方差矩阵，如果有J个独立的本征值，那么J表示空间分析时窗内地震道的道数。另一方面，矩阵的本征值是按降阶排列的，本征向量之间是斯密史正交的，任何2个本征向量的内积为零，第一本征值和第一本征值向量代表了矩阵的主要变化量，其他的依次类推，所起的作用逐渐降低。一般地只需少数几个本征值和本征向量就能代表整个数据体95％的信息量。事实上，本征值结构的相干体估算只用了第一本征值，即

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

式中：分母代表了分析时窗内的所有能量；λ₁表示协方差矩阵的第一本征值。如果分析时窗内的所有道的波形都一致，则本征值相干系数E_c等于1。

第三代相干技术的最大优点是抗噪能力和分辨率更高，但需要消除地层倾角的影响，首先需要求出各道之间的倾角和方位角值，拟合成一个光滑的曲面，由此构建地震子体矩阵D，从而提高了该算法的精度。

2.2 相干属性的解释

相干属性是基于局部地震波的不连续性，运用相关性原理突出相邻道之间地震信号的不连续性，进而达到检测断层和反映地质异常特征展布的目的。根据相关值高低的空间变化，能快速识别出断层与裂缝的发育带。地层不连续性越强，相邻地震数据道的相关程度越低，对应的相关值也就越小。

由于地震反射不连续性特征相应于地质异常具有多尺度性。Partyka等^［37］提出了谱分解方法，利用不同频带的地震数据识别不同尺度的地质体。Zeng等^［38］利用分频地震数据研究地质沉积体时发现，某些单频数据体对地质体边界、范围的刻画比常规有限带宽的地震数据体更清楚，反映的地质细节也更丰富，从而为频率域的地震地质解释提供了一条很好的思路。通过生成不同频率数据体，利用纵横向上时频点或时频段上的频谱差、频谱比、频谱下降率等描述不同尺度的地震波衰减特征，可以识别断层和裂缝，揭示裂缝发育带，乃至对其含油气性进行检测^［39］。

3 应用效果分析

塔里木盆地YB地区奥陶系碳酸盐岩储层受多期构造运动、岩相、成岩、古地貌等多重因素控制，储层空间非均质性强。钻探表明，该区奥陶系碳酸盐岩胶结作用强烈，原生孔隙几乎消失殆尽，宏观储集空间以裂缝与溶洞为主。本区储集层多位于断裂带裂缝发育区，表明裂缝对本区的岩溶储集层发育具有重要的建设性作用。岩心与薄片分析表明，本区奥陶系鹰山组风化壳裂缝开启程度高，裂缝不仅大大提高了储集层的渗流性能，而且沿裂缝溶蚀作用普遍发育，甚至形成溶蚀缝洞体。因此该区的断裂对油气的富集起重要作用，裂缝发育的强度与方向等要素对有效储层分布有重要的意义。

对该区三维地震数据分别进行了曲率属性和相干属性计算，主要研究的储层为奥陶系鹰山组的碳酸盐岩。图2为YB地区奥陶系储层的曲率属性裂缝检测结果，可以看出该区的断裂及与之伴生的微裂缝发育区在曲率属性上表现为线条状或网团状的异常。图2（a）中的最大正曲率属性对界定断裂和断裂的几何形态非常有效，以该属性表示的断裂表现为正曲率值。图2（b）中的最大负曲率同最大正曲率具有非常相似的特征。图2（c）中的高斯曲率虽然表现出与裂缝有关系，但它却没有显示出分散的断层。图2（d）中的平均曲率为最小和最大曲率的平均值，并且受最大曲率的制约。平均曲率表示出形态的高与低，给人以断层落差的感觉，通过颜色的变化可以判别出断层的落差。

图2 曲率属性检测裂缝分布

为了比较曲率属性与相干属性在裂缝检测方面的差异，沿目的层提取了相干属性。在提取相干属性时，首先对地震数据进行了谱分解，分成不同频带范围的单频数据体，然后对这些单频数据体分别计算相干属性。图3和图4分别展示了全频相干数据和40Hz单频相干数据在目的层的剖面和平面特征。对比分析发现，40Hz高频体对小断层的反映更为清晰和准确。图3和图4表明，利用分频相干数据体的多尺度分辨率特性可以识别一些常规数据难以发现的小断裂和裂缝发育带。

对比曲率属性和相干属性可以看到，曲率属性包含了更多的有关地层的不连续性信息，且其显示的断层更清晰、更容易识别，搭接关系明朗，更适合断层的快速解释和目标评价。但是曲率是一种基于二阶导数的方法，对地层中的任何噪声污染都很敏感。因此在计算曲率时，研究对象的尺度是需要重点考虑的另一个因素。同时在对曲率属性进行裂缝分析时要与相干属性等相结合，这样才能更为准确地得到裂缝空间的分布信息。

为了在一张图上反映更丰富的裂缝信息，在上述研究的基础上，选择对研究区断裂及裂缝发育特征敏感的各种属性体进行数据融合、重构，可以得到更为丰富的断层及裂缝发育带信息（图5）。

4 结论

本文利用YB地区的三维地震资料，分别计算了各种曲率属性、不同频率的相干属性，通过多属性的综合分析和研究，较好地揭示了该区奥陶系碳酸盐岩储层的裂缝分布和发育情况。通过研究可以看出：

图3 全频带相干数据剖面（a）和40Hz相干数据剖面（b）

图4 沿层全频带相干切片（a）和40Hz相干切片（b）

图5 裂缝综合预测成果图

1）曲率属性对地层的弯曲程度非常敏感，而地层的非塑性弯曲程度又与裂缝发育状况高度相关，因此曲率属性可以比较有效地识别裂缝发育带。

2）高频的相干数据体可以识别一些全频带数据难以发现的小断裂和裂缝发育带，可以得到更为丰富的断层及裂缝发育带信息。

3）针对越来越复杂的地质情况，采用单一的属性已不能很好地解决地质问题，同样不能单独判断裂缝发育带，应结合多种属性分析才能提高预测成果的精度。多种方法相互结合、相互验证，可以减少预测结果的多解性。

所有地震属性的计算都受地震资料的频带宽度和信噪比所限，对于更小尺度裂缝的预测，还需在拓展频带、提高地震分辨率等方面开展进一步研究工作。

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⑶ 中国西部科学院叠溪地震调查及其著述《四川叠溪地震调查记》

欧阳辉 侯江 张锋

(重庆自然博物馆)

1933年8月25日下午，四川茂县松潘等地发生强烈地震。15时50分30秒，地震中心在北纬30°、东经103.7°的叠溪的震级为7.5级。国内，北京鹫峰、南京地震台几乎同时记录到震波。国外，马尼拉、大阪、棉兰、孟买、哥本哈根、汉堡、檀香山、巴黎、突尼斯、悉尼、多伦多、威林顿、渥太华、拉巴斯等世界百多家地震台都测收到了这次震波。

此次地震发生之时，岩石飞崩，击死居民，村舍沉没，岷江上游因之隔断，余波续震四五日不绝，叠溪一带，正当地震中心，罹祸尤为惨重，地震造成6945人死亡，伤1万人以上，叠溪全镇陷没，岷江江水被山体崩塌物堵塞断流，形成中国地震史上较为突出的地震堰塞湖，其坝高有的甚至高达百余米。之后决口造成的次生洪灾又夺走数千人生命，震区伤亡惨重，共计死亡人数近万人。自1900～1950年，据不完全统计，中国7级以上地震59次。^[1]这是民国时期四川最大的地震，也是民国时期中国最强烈的地震之一。

一、关于1933年叠溪地震的调查

地震为人类最为惨烈的灾害，叠溪地震发生后，地方政府及中央相关部门派人深入灾区进行调查。

震后近1个月后，四川善后督办刘湘派成都水利知事公署技术主任全晴川率四川大学学生诸有彬等10余人前往调查，重点是岷江地震堰塞湖的积水情况，调查时间9月至10月9日。12月7日善后督办刘湘再派即任的成都水利知事周郁如同督署上校参谋郭雨中带30余人再次调查，历时5天，提出了疏导叠溪地震堰塞湖的具体工程方案。^[2]

学术机构的调查有受北平地质调查所委托的中国西部科学院地质研究所，另外还有四川大学等。

四川大学的叠溪震区野外考察，由该校生物系(开设了地质学与古生物学课程)师生组成12人地质考察团，教师周晓和带队，于1933年12月21日出发，次年1月14日回到成都，历时25天。考察以了解灌县至叠溪一带的地质、地史、古生物和叠溪地震的震灾情况为主。

另外，以个人身份进行考察的有地理学家徐近之。1933年秋，徐近之在青海地区考察，闻叠溪地震消息，立即于10月21日至11月29日，对叠溪震区乃至整个岷江上游进行历时40天的实地考察。^[3]

中国西部科学院的叠溪地震考察。为研究此次松茂地震来源状况及原因等，1933年10月，该院地质研究所主任常隆庆(北京大学地质系毕业后即在北平实业部地质调查所工作，1932年9月由所长翁文灏推荐，受卢作孚邀请到重庆北碚中国西部科学院任地质研究所主任)、罗西伊(即罗正远，字君平)奉实业部地质调查所之命，前往叠溪实地调查松茂地震，所有一切费用概由北平地质调查所负担。考察历时两个月。

由于地震区域辽阔，人力有限，在实地考察中辅以信函调查。由中国西部科学院致函各县政府及文化机关，请其告以当地情况，同时又发出通启，致各界人士公启、致各报馆函，征求各地关心科学之人士予以援助，赐以资料。调查过程中，拟就表格一张，油印分寄川中各县教育局、建设局以及中级以上学校，发出地震调查表，以便调查参考和将来绘制地震区域强度图。^[4]

地震强度调查表^[5]

(此表共分十度，请将所在地的地震强度与此表相当之度数注明，寄回巴县北碚场中国西部科学院地质研究所为祷)

一、人不能觉。

二、甚少数静坐者觉之，楼上较易。

三、少数人觉之，不恐慌，经他处报告始确信地震。

四、屋内觉者多数，屋外少数，器物微动，地板或响悬物稍动。

五、屋内人皆觉之，屋外人多觉之，睡者惊醒，少数人惊逸，摇铃鸣，时钟停，悬物摇。

六、人人皆觉恐慌，争出，器物坠落，不坚固之房舍稍有损伤。

七、钟鸣，烟囱倒，屋瓦落，多数房屋稍有损伤。

八、少数房屋毁坏，多数重损，少数人受伤，无死者。

九、少数房屋全毁，多数重损，不能复居，人烟稠密之处，死人颇多。

十、多数房屋毁坏，人口多数死亡，地裂山崩。

附注：

甲、地震发生于民国 年 月 日午 时 分

乙、震时间共

丙、以后又震动若干次，在何月何日何时发生震力相当上表何度。

填表机关

填表人

民国 年 月 日寄

调查途中，常隆庆给地质调查所所长翁文灏致函报告地震现场考察情况，翁文灏附记数言。1934年，常隆庆基于收集、拍摄的大量地震资料，对调查情况进行分析，写成《四川叠溪地震调查记》。在近代，由于战争、交通、经费等原因，对地震的调查也有采取函调的方式，给所在地区及相关单位发函收集资料，再分析汇编成册。而现场的科学考察就显得尤为可贵和难得了，能够在第一时间掌握第一手资料。采用现代科学方法对大震现场进行科学考察，在我国西南地区还是第一次，在国内也仅次于1920年宁夏海原大地震后的现场科学考察(震后次年，内务、教育、农商三部曾派翁文灏、谢家荣等六委员赴灾区调查，这是我国地震史上第一次对大地震所作的详细的科学调查)^[6]。在中国近代地震地质调查研究中，中国西部科学院的叠溪地震调查是这一时期重要的实地地震调查活动。

二、关于1933年叠溪地震的研究著述

叠溪地震1933年8月25日发生后几个月，翔实的地震报告就刊行出来。

中国西部科学院地质研究所常隆庆连续刊发几篇调查记，有《叠溪地震调查记》，刊发于1934年5月的《中国西部科学院地质研究所丛刊》第一卷第三号；《四川叠溪地震区调查记》，刊发于《国立北平研究院院务汇报》1934年第5卷第1期上^[7]；《叠溪地震调查记略》，刊发于《新世界》1934年第38期。^[8]

除此之外，徐近之的《西宁松潘间之草地旅行》和《岷江峡谷》刊发在《地理学报》1934年第1期(创刊号)上。(《岷江峡谷》中“地震后峡谷实察纪要”，对叠溪地震灾害和水患作了真实的记述和分析，并提出震后建议对策：预防地震灾害、疏导堰塞湖积水、建筑物抗震、交通及通信对策、保护岷江河谷生态环境、发展山区经济等)^[9]；四川大学编著《叠溪地质调查特刊》1934年7月出版(国立四川大学秘书处出版课，1934年7月出版，54页32开，有图、表、照片)。内收调查报告6篇，调查地质情况，并有考察日记，叠溪地震损失统计表及羌人风俗等，其中最珍贵的资料是细致到村寨的地貌改变、房屋垮塌、人员伤亡的考察记录^[10]；地质调查所李善邦著《四川叠溪地震记录简报》发表在《国立北平研究院院务汇报》1934年第5卷第3期^[11](当时，世界地震学还处于相当初级的阶段，没有“震级”的概念和定义)。李善邦采用巧妙算法分析计算此次地震的发震时刻和震源深度，测定叠溪地震参数，所确定的震中坐标相当准确，与宏观震中叠溪的位置非常相近，至今基本采用这一数值^[12]。在常隆庆到四川地质调查所后，著《四川叠溪地震调查记》，刊发在《地质论评》1938年第3卷第3期上。

这之后二三十年，尤其到了20世纪70～80年代，关于四川叠溪地震的调查、记录和报告又才陆续增多。有“叠溪地震琐记和对地震的初步认识”(周郁如，1958年手稿)、“1933年四川叠溪地震补充调查报告”(国家地震局西南烈度队，1973年11月打印稿。另一资料记为“叠溪地震补充调查报告”国家地震局西南烈度队影响场组，1973，未出版)、“1933年叠溪地震宏观调查表”(地震地质队松潘大组，1977年8月手稿本)、“1933年叠溪地震调查报告”(成都地震大队地震地质队，1977年11月复写稿。另一资料记为“1933年叠溪地震调查报告”四川省地震局地震地质队，1977，未出版)、“四川省历史地震资料汇编 1933年叠溪地震”(讨论稿)(王元海，1977，未出版)、“叠溪1933年地震调查材料”(阿坝州地震史料小组，1978年5月复写稿)、《四川地震资料汇编(第一卷)》(《四川地震资料汇编》编辑组，1980，四川人民出版社)^[13]、《叠溪大地震亲历记》(张雪岩，《四川文史资料选辑.第二十七集》四川人民出版社，1982)、《叠溪7.5级地震的地质构造背景及其对发震构造条件的认识》(唐荣昌、蒋能强、刘盛利，《地震研究》1983年第6卷第3期)^[14]、《1933年叠溪地震》(四川省地震局著，成都：四川科学技术出版社，1983)^[15]、《徐近之实察叠溪地震及对震后的建议对策》(江在雄，《山西地震》1994第3期)。

常隆庆所著一系列关于四川叠溪地震的调查报告，在后来的叠溪地震研究中一直起到重要的参考作用。1983年由四川省地震局编著的对叠溪震区现场考察、研究总结的著作《1933年叠溪地震》参考了常隆庆的著述，尤其对于分布在不同经纬度的各地点的地震烈度、场地条件、震害情况等提供了直接而翔实的参考，一些照片，如常隆庆1933年所拍摄的“较场东侧台面地震时被断成阶梯状”被采用。^[16]其著述被引用和参考还见于诸如《四川地震资料汇编(第一卷)》^[17]、《中国岩石圈动力学概论〈中国岩石圈动力学地图集〉说明书》^[18]、《四川省岩石地层》^[19]、《中国水利网络全书——水利工程勘测分册》^[20]、《中国典型灾难性滑坡》^[21]等。

而1934年常隆庆所写的约2.6万字的《四川叠溪地震调查记》，将叠溪地震情形及前后事实，旁征博引，附以照片、图件和统计表格，对地震各灾区，尤其以叠溪为中心的叠溪南路、西路、北路的具体情况，作了翔实的记录。记述了叠溪震中区各村寨房屋建筑破坏、人畜伤亡、山崩地陷等地震破坏状况，并对地震成因作了初步分析，说明当地地震地质特点。这是中国近代地震地质研究的重要著述，对叠溪及其周边震区的崩塌滑坡、交通阻断、人员伤亡、水灾过程以及震中区的地质地貌特征、余震序列等情况的详细叙述，成为我国以科学方法记载叠溪地震的第一篇详细而确实的学术报告。

三、结语

中国是地震活动频繁的国家，对于地震学的研究，近代中国学者从现代科学的角度多加着力，政府也视为重要事业而加以注意。对于民国时期中国最强烈的地震之一、同时也是民国时期四川最大的地震——叠溪地震，中国西部科学院作为第一个专业学术机构进行调查，并写下第一篇专门学术报告《四川叠溪地震调查记》。中国西部科学院的叠溪地震调查及其著述，其详细的现场考察和研究，对地震前兆、震后效应、地震现象、地震后的破坏现象、社会影响，地震发生类型与序列特征等的描述，为当时和今后的叠溪地震研究。例如，区域地震研究、地震地质研究、历史地震研究等多方面，提供可靠的科学数据和研究的可比性，是重要的科学考察和学术文献。

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［18］冯长根，李后强，祖元刚等.非线性科学的理论、方法和应用［M］.北京：科学出版社，1997.

［19］E.N.洛伦兹，刘式达，刘式适，严中伟译.混沌的本质［M］.北京：气象出版社，1997.

［20］吴祥兴，陈忠.混沌学导论［M］.上海：上海科学技术文献出版社，1996.

［21］宋毅，何国祥.耗散结构论［M］.北京：中国展堂出版社，1986.

［22］李如生.非平衡态热力学和耗散结构［M］.北京：清华大学出版社，1986.

［23］赵松年，于允贤.突变理论及其在生物医学中的应用［M］.北京：科学出版社，1987.

［24］吴大进，曹力.协同学原理和应用［M］.武汉：华中理工大学出版社，1990.

［25］Carmeliet J，Abeele K V D.Poromechanical approach describing the moisture influence on the non-linear quasi-static and dynamic behaviour of porous building materials.Materials and Structures，Vol.37，No.4，271～280.2004.

［26］Craft T J，Iacovides H，Yoon J H.Progress in the Use of Non-Linear Two-Equation Models in the Computation of Convective Heat-Transfer in Impinging and Separated Flows.Flow，Turbulence and Combustion，Vol.63，No.4，59～80.1999.

［27］Bart De Maerschalck，Marc I.Gerritsma.Higher-Order Gauss-Lobatto Integration for Non-Linear Hyperbolic Equations.Journal of Scientific Computing，Vol.27，No.3，201～214.2006.

［28］Schreiber F A，Baiguera M，Bortolotto G，Caglioti V.A study of the dynamic behaviour of some workload allocation algorithms by means of catastrophe theory.Journal of systems Architecture，Vol.43，605～624.1997.

［29］Lignos X，Ioannidis G，Kounadis A N.Non-linear buckling of simple models with titled cusp catastrophe.International Journal of non-linear mechanics，Vol.38，1163～1172.2003.

［30］Sinha S C.On the analysis of time-periodic nonlinear dynamical systems.Sadhana，Vol.22，No.3，411～434.1997.

［31］秦四清.初论岩体失稳过程中耗散结构的形成机制［J］.岩石力学与工程学报，2000，19（3）：265～269.

［32］秦四清.斜坡失稳过程的非线性演化机制与物理预报［J］.岩土工程学报，2005，27（11）：1241～1248.

［33］Qin Siqing，Jiao Jiu Jimmy，Wang Sijing.A Nonlinear Catastrophe Model of Instability of Planar-slip Slope and Chaotic Dynamical Mechanisms of Its Evolutionary Process［J］.International Journal of Solids and Structures，38：8093～8109.2001.

［34］龙辉，秦四清，万志清.降雨触发滑坡的尖点突变模型［J］.岩石力学与工程学报，2001，21（4）：502～508.

［35］龙辉，秦四清，朱世平等.滑坡演化的非线性动力学与突变分析［J］.工程地质学报，2001，9（3）：332～335.

［36］秦四清.斜坡失稳的突变模型与混沌机制［J］.岩石力学与工程学报，2000，19（4）：186～492.

［37］胡广韬等.斜坡动力学［M］.北京：地质出版社，1995.

［38］房营光.土质边坡失稳的突变性分析［J］.力学与实践，2004，26（4）：24～27.

［39］杨永波，刘明贵.滑坡预测预报的研究现状与发展［J］.土工基础，2005，19（2）：61～65.

［40］吴忠良，蒋长胜.近期国际地震预测预报研究进展的几个侧面［J］.中国地震，2005，21（1）：103～112.

［41］黄润秋，许强等.突变理论在工程地质中的应用［J］.工程地质学报，1993，1（01）：65～73.

［42］梅国雄，宰金珉.现场检测时分析中的土压力计算公式［J］.土木工程学报，2000，33（5）：79～82.

［43］梅国雄，宰金珉.考虑变形的朗肯土压力模型［J］.岩石力学与工程学报，2001，20（6）：851～853.

［44］秦四清，李晓.非线性库仑主动土压力分析理论［J］.岩石力学与工程学报，2006，25（12）：2399～2406.

［45］殷有泉，杜静.地震过程的燕尾突变模型［J］.地震学报，1994，16（4）：416～422.

［46］苗天德.湿陷性黄土德变形机理与本构关系［J］.岩土工程学报，1999，21（4）：383～387.

［47］高国瑞.黄土湿陷变形的结构理论［J］.岩土工程学报，1990，12（4）：1～10.

［48］黄润秋，许强.斜坡失稳时间的协同预测模型［J］.山地研究，1997，15（1）：7～12.

［49］左字军，李夕兵，赵国彦.洞室层裂屈曲岩爆的突变模型［J］.中南大学学报，2005，36（2）：311～316.

［50］李荣强.突变理论在顺层边坡稳定分析中的应用［J］.同济大学学报，1993，21（3）：380～386.

［51］刘钧.顺层边坡弯曲破坏的力学分析［J］.工程地质学报，1997，5（4）：326～329.

［52］芮孝芳，刘方贵，邢贞相.水文学的发展及其所面临的若干前沿科学问题［J］.水利水电科技进展，2007，27（1）：75～79.

［53］李天斌.滑坡实时跟踪预报概论［J］.中国地质灾害与防治学报，2002，13（4）：17～22.

［54］李天斌.滑坡预报的几个基本问题［J］.工程地质学报，1999，7（3）：200～206.

［55］余宏明，胡艳欣.滑坡位移动实时跟踪预测［J］.地质科技情报，2001，20（2）：83～86.

［56］秦四清，张倬元，黄润秋.滑坡灾害预报的非线性动力学方法［J］.水文地质与工程地质，1993，20（5）：1～4.

［57］廖小平.滑坡破坏时间预报新理论探讨［J］.地质灾害与环境保护，1994，5（3）：25～29.

［58］徐峻龄，廖小平.黄茨大型滑坡的预报及其理论和方法［J］.中国地质灾害与防治学报，1996，7（3）：18～25.

［59］桂立铭，廖小平.滑坡位移动态遥测系统在滑坡预报中的应用［J］.路基工程，1997，（4）：1～5.

［60］文宝萍.滑坡预测预报研究现状与发展趋势［J］.地学前缘，1996，3（1）：89～92.

［61］黄润秋，许强.斜坡失稳时间的协同预测模型［J］.山地研究，1997，15（1）：7～12.

［62］许强，黄润秋.斜坡演化的自组织特征初探［J］.中国地质灾害与防治学报，1997，8（1）：7～11.

⑸ 李四光地质科学奖的历届获奖情况

附：历届李四光地质科学奖获得者名单 李四光地质科学奖野外地质工作者奖获得者：
刘铁铸 上海市地质矿产局，教授级高级工程师
张良臣 新疆地质矿产局，教授级高级工程师
陆忠骥 山东煤田地质勘探公司，高级工程师
周世泰 冶金部东北地质勘探公司，教授级高级工程师
胡惠民 湖北省地质矿产局，教授级高级工程师
梁珍廷 广西有色地质勘探公司，教授级高级工程师
蒋兴泉 核工业华北地质勘探公司，高级工程师
李四光地质科学奖地质科技研究者奖获得者：
马宗晋 国家地震局地质研究所，研究员（1991年当选中国科学院院士）
田在艺北京石油勘探开发研究院，研究员（1997年当选中国科学院院士）
刘宝珺 地质矿产部成都地质研究所，教授（1991年当选中国科学院院士）
杜乐天核工业北京地质研究所，研究员
汪仲英 地质矿产部探矿工程研究所，高级工程师
李四光地质教师奖获得者：
丁中一北京大学地质系，副教授
张本仁 中国地质大学（武汉），教授（1999年当选中国科学院院士） 李四光地质科学奖野外地质工作者奖获得者：
王文杰 煤炭部福建煤田地质勘探公司，教授级高级工程师
李宏骥 地矿部山东省地矿局第六地质队，教授级高级工程师
李崇佑 地矿部江西省地矿局调研大队，教授级高级工程师
王集磊 有色甘肃地质勘探局，教授级高级工程师
刘广润 地矿部湖北省地矿局，教授级高级工程师
（1999年当选中国工程院院士）
杨兆宇 上海海洋地质调查局，教授级高级工程师
巩志根 核工业华南地勘局293大队，教授级高级工程师
龚茂清 冶金部西南地勘局，高级工程师
李四光地质科学奖地质科技研究者奖获得者：
邓起东 国家地震局地质研究所，研究员（2003年当选中国科学院院士）
郑绵平 地矿部矿床地质研究所，研究员（1995年当选中国工程院院士）
於崇文 中国地质大学（武汉），教授（1995年当选中国科学院院士）
许志琴 地矿部地质研究所，研究员（1995年当选中国科学院院士）
安芷生 中国科学院西安分院，研究员（1991年当选中国科学院院士）
李四光地质教师奖获得者：
赵澄林 石油大学（北京），教授
游振东 中国地质大学（北京），教授 李四光地质科学荣誉奖获得者：
张宗祜 地矿部水工地质研究所，研究员，中国科学院、中国工程院院士
刘光鼎 中国科学院地球物理所，研究员，中国科学院、中国工程院院士
肖序常地质矿产部地质研究所，研究员，中国科学院院士
李四光地质科学奖野外地质工作者奖获得者：
袁秉衡 中国石油天然气总公司石油物探局，教授级高级工程师
康玉柱 地质矿产部西北石油地质局，教授级高级工程师（2005年当选中国工程院院士）
王光宇 地质矿产部广州海洋地质调查局，教授级高级工程师
杨明桂地质矿产部江西省地质矿产局，教授级高级工程师
钱佐国 化工部地质矿山局云南地质大队，教授级高级工程师
何伯墀 有色西北地质勘探局，教授级高级工程师
许惠龙 煤田地质总局山西煤田地质局，教授级高级工程师
祝延修 武警部队黄金指挥部九支队，教授级高级工程师
李四光地质科学奖地质科技研究者奖获得者：
殷鸿福中国地质大学（武汉），教授（1993年当选中国科学院院士）
刘国栋 国家地震局地质研究所，研究员
夏林圻地质矿产部西安地矿所，研究员
张文堂 中国科学院南京地质古生物研究所，研究员
江天寿 地质矿产部探矿工艺研究所
李四光地质教师奖获得者：
何继善 中南工业大学，教授（1994年当选中国工程院院士）
王维襄 中国地质大学（北京），教授 李四光地质科学特别奖获得者（只颁发了这一次）：
程裕淇地质矿产部，研究员，中国科学院院士 王鸿祯 中国地质大学（北京），教授，中国科学院院士
李四光地质科学荣誉奖获得者：
孙殿卿地质矿产部地质力学所，研究员，中国科学院院士
刘东生 中国科学院地质所，研究员，中国科学院院士
马杏垣国家地震局地质所，教授，中国科学院院士
董申保北京大学，教授，中国科学院院士
李四光地质科学奖野外地质工作者奖获得者：
张云湘 地质矿产部四川省地质矿产局，教授级高级工程师
王金琪 地质矿产部西南石油地质局，教授级高级工程师
冯志强 地质矿产部广州海洋地质调查局，教授级高级工程师
杨俊杰 中国石油天然气总公司长庆石油勘探局，教授级高级工程师
李万程 中国煤田地质总局河南煤田地质局，高级工程师
王世忠 中国人民武装警察部队黄金第14支队，高级工程师
李四光地质科学奖地质科技研究者奖获得者：
陈光远中国地质大学（北京），教授
裴荣富 地矿部矿床地质研究所，研究员（1999年当选中国工程院院士）
任纪舜 地质矿产部地质研究所，研究员（1997年当选中国科学院院士）
冯增昭石油大学（北京），教授
李四光地质教师奖获得者：
郝石生 石油大学（北京），教授
张卓元 成都理工学院，教授 李四光地质科学荣誉奖获得者：
杨遵仪 中国地质大学（北京），教授，中国科学院院士
韩德馨 中国矿业大学，教授，中国工程院院士
胡海涛地矿部水文地质工程地质勘查院，研究员，中国工程院院士
汤中立 地矿部甘肃省地矿局，教授级高级工程师，中国工程院院士
李四光地质科学奖野外地质工作者奖获得者：
王永基 冶金部中南地质勘查局，教授级高级工程师
包家宝 地矿部江西省地质矿产局，教授级高级工程师
石礼炎 地矿部福建地质矿产勘查开发局，教授级高级工程师
丁贵明 石油天然气总公司大庆石油管理局，教授级高级工程师
李文恒 煤田地质总局江西煤田地质局，教授级高级工程师
金庆焕地矿部广州海洋地质局，教授级高级工程师（1997年当选中国工程院院士）
李学仁 化工部四川化工地质勘查院，高级工程师
王秋华 中国石油天然气总公司辽河石油勘探局，教授级高级工程师
李四光地质科学奖地质科技研究者奖获得者：
熊光楚 有色北京地质研究所，教授级高级工程师
陈毓川中国地质科学院，研究员（1997年当选中国工程院院士）
胡见义 北京石油勘探开发院，教授级高工（1997年当选中国工程院院士）
王鹤龄 淮南理工学院，教授
李四光地质教师奖获得者：
翟裕生 中国地质大学，教授（1999年当选中国科学院院士）
金景福 成都理工大学，教授 李四光地质科学荣誉奖获得者：
郝诒纯 中国地质大学（北京），教授，中国科学院院士
郭令智 南京大学，教授，中国科学院院士
李廷栋 国土资源部，研究员，中国科学院院士
卢耀如 中国地质科学院水工所，研究员，中国工程院院士
李四光地质科学奖野外地质工作者奖获得者：
管海晏 中国煤田地质总局航测遥感局，教授级高级工程师
杨云岭 胜利石油管理局，教授级高级工程师
杨继良 大庆石油管理局，教授级高级工程师
殷先明 甘肃省地勘局，教授级高级工程师
黄兆洪 化工辽宁地质勘察院，教授级高级工程师
吕国安 甘肃有色地质勘查局，教授级高级工程师
覃慕陶 广东省地矿局，教授级高级工程师
李四光地质科学奖地质科技研究者奖获得者：
黄第藩 中国石油天然气总公司北京开发院，教授级高级工程师
李思田中国地质大学，教授
袁学诚 中国地质勘查技术院，教授级高级工程师
陈旭 中国科学院南京古生物研究所（2003年当选为中国科学院院士）
李四光地质教师奖获得者：
张一伟石油大学（北京），教授
卢良兆 长春科技大学，教授 李四光地质科学荣誉奖获得者：
叶连俊 中国科学院地质与地球物理研究所研究员，中国科学院院士
杨 起 中国地质大学（北京）教授，中国科学院院士
张彭熹 中国科学院盐湖研究所研究员，中国科学院院士
李四光地质科学奖野外地质工作者奖获得者：
潘元林 中国石油化工集团公司胜利石油管理局教授级高级工程师
蒋炳南 中国石油化工集团公司新星公司西北石油局教授级高级工程师
潘龙驹 中国有色金属矿产地质勘查中心地质资料馆教授级高级工程师
王启民 中石油大庆油田有限责任公司教授级高级工程师
吴奇之 中国石油天然气集团公司地球物理勘探局教授级高级工程师
骆耀南 国土资源部四川省地质矿产勘查开发局教授级高级工程师
姜剑虹 中国煤田地质总局黑龙江煤田地质局教授级高级工程师
王福同 国土资源部新疆地质矿产局教授级高级工程师
李四光地质科学奖地质科技研究者奖获得者：
王铁冠中国石油大学（北京）教授（2005年当选中国科学院院士）
龚再升 中国海洋石油总公司教授级高级工程师
廖椿庭 中国地质科学院地质力学研究所研究员
蒋 志 中国人民武装警察部队黄金指挥部教授级高级工程师
李四光地质教师奖获得者：
杜汝霖 石家庄经济学院（原河北地质学院）教授
何国琦 北京大学地质学系教授 李四光地质科学荣誉奖获得者：
汪集旸中科院地质与地球物理研究所研究员、中国科学院院士
钟大赉 中科院地质与地球物理研究所研究员、中国科学院院士
石耀霖 中科院研究生院教授、中国科学院院士
多 吉， 西藏地勘局地热地质大队教授级高工、中国工程院院士
李四光地质科学奖野外地质工作者奖获得者：
王保群 核工业地质局二一六大队，教授级高级工程师
王培君中化地质矿山总局地质研究院，研究员
倪斌 中国煤炭地质总局，教授级高级工程师
秦震 四川省地质矿产勘查开发局，教授级高级工程师
姚伯初 国土资源部广州海洋地质调查局，教授级高级工程师
何自新 中石油长庆油田分公司，教授级高级工程师
陈正辅 中石化石油勘探开发研究院，教授级高级工程师
李四光地质科学奖地质科技研究者奖获得者：
赵文智 中石油中国石油勘探开发研究院，教授级高级工程师（2013年当选中国工程院院士）
季强， 中国地质科学院地质研究所，研究员
李阳，中石化胜利油田有限公司，教授级高级工程师（2013年当选中国工程院院士）
何汉漪 中国海洋石油总公司，教授级高级工程师
王成善 成都理工大学，教授（2013年当选中国科学院院士）
李四光地质教师奖获得者：
刘本培 中国地质大学（武汉），教授 李四光地质科学奖荣誉奖：
赵文津 中国地质科学院研究员、中国工程院院士
李四光奖野外地质工作者奖：
夏代祥 西藏地质矿产勘查开发局，教授级高级工程师
叶天竺 中国地质调查局，教授级高级工程师
童晓光 中国石油天然气勘探开发公司，教授级高级工程师（2005年当选中国工程院院士）
王双明 陕西省煤田地质局，教授级高级工程师
李丕龙 中石化西部新区勘探指挥部，教授级高级工程师
王锡友 中国冶金地质勘查工程总局山东局，教授级高级工程师
黄永样 广州海洋地质调查局，教授级高级工程师
李文昌 云南省地质矿产勘查开发局，教授级高级工程师
李四光地质科技研究者奖：
崔盛芹 中国地质科学院地质力学研究所，教授
张培震 中国地震局地质研究所，教授级高级工程师（2013年当选中国科学院院士）
蔡希源 中石化股份有限公司，教授级高级工程师
丁悌平 中国地质科学院矿产资源研究所，研究员
孙革 吉林大学，教授
李四光地质教师奖:
曾勇 中国矿业大学（徐州），教授
郑亚东 北京大学，教授 李四光地质科学奖荣誉奖：
傅家谟，中科院广州地球化学研究所
李四光奖野外地质工作者奖：
李惠， 中国冶金地质总局地球物理勘查院
刘敬党 ，中国化工地质矿山总局辽宁化工地质勘查院
朱伟林 ，中国海洋石油总公司中海油有限公司科技委
张金带，中国核工业地质局
周海民，中国石油天然气股份有限公司冀东油田公司
李干生 ，中国石油化工股份有限公司科技开发部
徐水师，中国煤炭地质总局
刘玉书 ，四川省地质矿产勘查开发局106地质队
李四光地质科技研究者奖：
陈均远，中国科学院南京地质古生物研究所
马永生，中国石油化工股份有限公司勘探分公司（2009年当选中国工程院院士）
王弭力，中国地质科学院
刘敦一 ，中国地质科学院地质研究所
周新源， 中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司
李四光地质教师奖：
郝守刚 ，北京大学地球与空间科学学院
黄润秋，成都理工大学 李四光野外地质工作者奖：
张善文， 中国石化股份胜利油田分公司 教授级高级工程师
阎凤增 ，中国武警黄金指挥部 教授级高级工程师
李占游， 核工业二O三研究所 教授级高级工程师
邓运华， 中国海洋石油总公司 高级地质师（2015年当选中国工程院院士 ）
陈才金，四川省地质矿产勘查开发局108地质队 教授级高级工程师
王京彬，有色金属矿产地质调查中心 教授级高级工程师
张 宏 ，内蒙古自治区地质调查院 教授级高级工程师
杜金虎 ，中国石油天然气股份有限公司 教授级高级工程师
李四光地质科技研究者奖：
杨经绥，中国地质科学院地质研究所 研究员
洪友崇， 北京自然博物馆 研究员
彭善池，中国科学院南京地质古生物研究所 研究员
金之钧，中国石化股份石油勘探开发研究院 教授（2013年当选中国科学院院士）
李四光地质教师奖：
王世称， 吉林大学 教授
朱筱敏，中国石油大学（北京） 教授 李四光地质科学奖野外地质工作者奖获得者：
杨克明， 中国石化西南油气分公司教授级高工
杨华， 中国石油长庆油田分公司教授级高工
董连慧，新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局教授级高工
廖香俊， 海南省地质局（海南省海洋地质调查局）研究员教授级高工
王宇， 云南省地质调查局省地质环境监测院教授级高工（二级）
熊盛青 ，中国国土资源航空物探遥感中心教授级高工
谢玉洪，中海石油（中国）有限公司湛江分公司高级工程师
朱恒银，安徽省地质矿产勘查局313地质队教授级高工
李四光地质科学奖地质科技研究者奖获得者：
邹才能， 中国石油勘探开发研究院教授级高工
李子颖 ，核工业北京地质研究院研究员
汪啸风， 武汉地质矿产研究所（原宜昌地质矿产研究所）研究员
宋国奇， 中国石化胜利油田分公司教授级高工
毛景文，中国地质科学院矿产资源研究所研究员
李四光地质科学奖教师奖获得者：
武强，中国矿业大学（北京）教授（2015年当选中国工程院院士 ）
唐辉明，中国地质大学（武汉）教授 李四光地质科学奖野外地质工作者奖获得者：
夏庆龙 ，中海石油（中国）有限公司天津分公司
郭旭升， 中石化股份有限公司勘探南方分公司
赵贤正 ，中国石油华北油田公司
夏毓亮，核工业北京地质研究院
王香增，陕西延长石油（集团）有限责任公司
丁俊，中国地质调查局成都地质调查中心
张训华，青岛海洋地质研究所
王佟，中国煤炭地质总局
李四光地质科学奖地质科技研究者奖获得者：
宋岩，中国石油大学（北京）非常规天然气研究院
徐义刚，中国科学院广州地球化学所
杜时贵， 绍兴文理学院
殷跃平，中国地质环境监测院
李四光地质科学奖地质教师奖获得者：
舒良树，南京大学地球科学与工程学院
颜丹平，中国地质大学（北京） 李四光野外地质工作者奖：
付锁堂， 中国石油青海油田分公司 教授级高级工程师
王来明，山东省地质调查院教授级高级工程师
王振峰， 中海油湛江分公司 教授级高级工程师
郝蜀民，中国石化华北分公司 教授级高级工程师
燕长海，河南省地质调查院 教授级高级工程师
刘鸿飞， 西藏自治区地质调查院 高级工程师
范立民，陕西省地质环境监测总站 教授级高级工程师
潘彤，青海省地质矿产勘查开发局 教授级高级工程师
李四光地质科技研究者奖：
沈树忠，中国科学院南京地质古生物研究所 教授（2015年当选中国科学院院士 ）
潘桂棠，中国地质调查局成都地质调查中心 研究员
侯增谦， 中国地质科学院地质研究所 研究员
蒋少涌，中国地质大学（武汉）教授
李四光地质教师奖：
彭建兵， 长安大学 教授
赖绍聪， 西北大学 教授

⑹ 地震与火山灾害

地震特别是强震会对一定范围内的地质环境造成强烈冲击，造成灾区范围内地表开裂、山体松弛、斜坡失稳、碎屑堆积^[40]。震后，在内外地质营力共同作用下，灾区地质环境变迁加快，并伴随着大量的崩塌、滑坡和泥石流地质灾害，对灾区灾后重建构成了极大的威胁。黄润秋通过对汶川地震灾区地震前后地质灾害发生规律进行研究，发现地质灾害的数量较震前有显著增加，地质灾害数量正常年是震前的4～5倍；震后灾区地质灾害主要以群发性泥石流为主，崩滑地质灾害次之；震后灾区地质灾害高发期预计将持续约20～25a，持续方式可能以暴雨峰年（4～5a）为周期的震荡方式衰减，并最终恢复到震前水平（图1–14）^[41]。

国际地震中心对全球历史与现代发生的地震数据进行了收集与整理。从地震时间序列来看，地震发生没有明显的规律，全球平均每年发生5.5级以上地震335次，其中6.25级以上地震71次，7.5级以上地震不足4次（图1–15）。从地震死亡人数来看，死亡人数与强震的发生密切相关，每次死亡人数的大幅度增加都是强烈地震发生的结果，地震造成的年死亡人数随时间没有明显的趋势。但是，地震造成的经济损失随时间快速增加，特别是20世纪90年代以来增加显著，由20世纪80年代的62亿美元/a增至近10年的460亿美元/a，增加了7倍多（图1–16）。这是由于随着全球经济特别是新兴市场国家经济的持续发展，以建筑、道路、水库、光缆等形式存在的社会财富存量快速增加，地震灾害发生后造成的社会财富存量损失亦随之快速增长。因此，联合国呼吁采取更协调一致和更全面的战略，降低自然灾害风险，提高经济社会抗灾能力^[42]。

图1-14 汶川地震灾区2000年以来地质灾害数量变化及预测

（据文献［41］）

图1-15 1960～2009年全球5.5级以上地震频次变化

（数据来源：全球地震模型行动计划(GEM)和国际地震中心，2013）

图1-16 1940～2012年全球地震死亡人数与经济损失变化

（数据来源：联合国国际减灾战略机构（UN/ISDR）EM-DAT数据库，2013）

火山爆发是比强震活动更稀少的事件，全球分布主要集中于东南亚、中美洲、中非等少数几个地区。火山灾害产生的火山灰、熔岩流、火山碎屑流、火山泥石流等极大地改变了灾区地质环境，对周边居民构成了重大威胁。联合国国际减灾战略机构（UN/ISDR）统计，1940～2012年，全球共发生226次火山爆发，导致3.7万人死亡，造成直接经济损失约30.2亿美元。

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⑻ 泥石流成因机理的非饱和土力学理论研究

本项研究受国家自然科学基金重大研究计划项目资助（项目编号：90102002）。

戚国庆黄润秋

（成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都，610059）

【摘要】泥石流是一种具有较强破坏力的自然山地灾害。对于它的预报研究历来为人们所重视，并建立了很多雨量预报模型。然而，这些雨量预报模型的预报时间很短，往往只能在灾害发生前几十分钟作出预报。本文应用非饱和土强度理论对降雨型泥石流的成因机理进行了研究，提出降雨型泥石流的形成过程可以划分为两个阶段，第一个阶段与前期实效降雨量有关，第二个阶段与短历时强降雨有关。并对各个阶段降雨作用机理以及固体松散物质的力学性质变化特征进行探讨。为预先判断在降雨条件下发生泥石流以及所需要的降雨条件和雨型提供依据。

【关键词】泥石流非饱和土基质吸力

1引言

泥石流是一种携带大量泥土和碎屑物质的间歇性洪流^[1]。与一般的挟沙水流相比，泥石流中固体物质含量高，颗粒粒径分布范围广，可能有从几微米直至几米的变化范围。一般挟沙水流中的颗粒粒径分布呈单峰型，且符合正态分布；而对固体含量较高的泥石流，粒径分布多为双峰型^[2]。

诱发泥石流的外界因素有降雨、融雪、溃坝、地震等。其中以降雨引起的泥石流（称降雨型泥石流）分布最广，活动最频繁，因此是泥石流研究的主要对象^[3]。

泥石流是降雨、地形地貌、固体松散堆积物等因素共同作用的结果。当除降雨以外的其他因素达到某种程度时，一旦有足够大的降雨量，就可能发生灾害性的泥石流^[4]。降雨为这类泥石流形成的主要诱发因素，而其他因素则是形成降雨型泥石流必不可少的基本条件，为基本因素。

泥石流是常见的一种自然山地灾害，以其突发性和破坏力强为人们所重视。泥石流灾害的防治首先要对其进行准确预报，而泥石流灾害的准确预报，则必须建立在对其形成机理深入研究的基础之上。运用非饱和土强度理论，将降雨型泥石流的形成过程划分为两个阶段，即：降雨型泥石流的固体松散物质中由基质吸力引起的抗剪强度丧失阶段和孔隙水压力增大引起的抗剪强度降低、发生泥石流阶段。文章以此为基础，对降雨型泥石流的形成机理进行探讨。

2从非饱和土力学理论认识泥石流物质的强度特征

2.1泥石流物质的抗剪强度

泥石流的固体松散物质在泥石流形成之前，往往处于非饱和状态。依据（Fredlund等，1978）非饱和土抗剪强度公式^[5]，其抗剪强度可以表示为：

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式中：C′为Mohr-Coulomb破坏包线的延伸与剪应力轴的截距，在剪应力轴处的净法向应力和基质吸力均为零，C′也称为有效粘聚力。由于固体松散物质无胶结，有效粘聚力 C′很低；σ_f为破坏时在破坏面上的法向总应力；u_a为破坏时在破坏面上的孔隙气压力；u_w为破坏时在破坏面上的孔隙水压力；（σ_f-u_a)_f为破坏时在破坏面上的净法向应力状态；（u_a-u_w)_f为破坏时破坏面上的基质吸力；φ′为与净法向应力状态变量（σ_f-u_a)_f有关的内摩擦角；φ^b为表示抗剪强度随基质吸力（u_a-u_w)_f而增加的速率；（u_a-u_w)_ftgφ^b为基质吸力（u_a-u_w)_f引起的抗剪强度。

关于由基质吸力（u_a-u_w)_f引起的抗剪强度，在第一届非饱和土国际会议上，许多学者建议了非饱和土抗剪强度的非线性表达式。沈珠江认为用双曲线公式表达基质吸力对抗剪强度的贡献可能更为实用^[6]：

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式中：d为实验常数。

2.2降雨过程中固体松散物质的基质吸力变化

降雨过程中形成泥石流的固体松散物料的基质吸力变化，实际上就是非饱和土基质吸力随含水量的变化关系。也被称为土—水特征曲线。包承纲等建议以对数方程来表征土—水特征曲线^[7]，为：

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式中：（u_a-u_w)_r为残余含水量θr所对应的基质吸力，（u_a-u_w)_b为土的进气值，（u_a-u_w）为非饱和土基质吸力，θ为体积含水量，θ_s为饱和体积含水量。

若将公式（3）化为：

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由公式（4）可以看出，当θ＝θr时，（u_a-u_w)＝(u_a-u_w)_r，即非饱和土含水量为残余含水量θ_r时，基质吸力（u_a-u_w）为（u_a-u_w)_r；当θ＝θ_s时，（u_a-u_w)＝(u_a-u_w)_b，即非饱和土含水量为饱和含水量θ_s时，基质吸力（u_a-u_w）为（u_a-u_w)_b；当非饱和土含水量在残余含水量θ_r与饱和含水量θ_s之间变化时，基质吸力（u_a-u_w）便在（u_a-u_w)_r与（u_a-u_w)_b之间变化。也就是说，在边坡降雨入渗的过程中，边坡非饱和区物质的基质吸力随着含水量的变化而变化。

2.3降雨过程中非饱和固体松散物质的抗剪强度变化

2.3.1由基质吸力引起的抗剪强度变化

在降雨过程中，处于非饱和状态的固体松散物质的含水量θ不断增加，使得其基质吸力（u_a-u_w）下降，进而导致非饱和固体松散物质由基质吸力引起的抗剪强度不断降低。

依据Fredlund(1978）非饱和土抗剪强度公式[公式（1)]，非饱和固体松散物质由基质吸力引起的抗剪强度随含水量的变化规律为：

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依据沈珠江双曲线公式[式（2)]，非饱和固体松散物质由基质吸力引起的抗剪强度随含水量的变化规律为：

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由公式（5）、公式（6）可以看出，非饱和固体松散物质由基质吸力引起的抗剪强度随含水量的变化关系为负指数关系。

2.3.2固体松散物质饱和后的抗剪强度变化

降雨具有一定历时后，非饱和固体松散物质含水量增加，并达到饱和后，含水量继续增加，将在固体松散物质中产生孔隙水压力 u_w，降雨渗入边坡的水量越多，孔隙水压力 u_w越大。因此，非饱和固体松散物质的抗剪强度随孔隙水压力的变化关系为：

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式中：C为饱和固体松散物质的粘聚力，φ为饱和固体松散物质的内摩擦角。

在达到饱和状态后，固体松散物质中的水量越多，孔隙水压力 u_w越大，其抗剪强度也就越低。

3泥石流的形成机理分析及其预测评价

降雨型泥石流的形成可分为两个阶段：第一个阶段，非饱和固体松散物质由于含水量持续增加，达到饱和状态，基质吸力引起的抗剪强度丧失；第二个阶段，饱和的固体松散物质由于含水量持续增加，水压力增大，有效应力减小，发生泥石流。

3.1固体松散物质由基质吸力引起的抗剪强度丧失

降雨型泥石流形成的第一阶段，固体松散物质含水量的增加与前期实效降雨量关系密切。前期实效降雨量^[8]P_a由当日降雨量H₂₄以及之前若干日降雨量P_t（赋存于固体物质中）的剩余部分组成。

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式中：R为递减系数，n为前期降雨影响期。

递减系数和前期降雨影响期，应依据当地气候条件和固体松散物质的组成岩性、含水量、孔隙率、渗透系数、基质吸力来确定。

依据公式（4），固体松散物质含水量θ的增加，将使得其基质吸力降低。公式（5）、公式（6）显示了固体松散物质由基质吸力引起的抗剪强度的丧失规律。基质吸力引起的抗剪强度的丧失与前期实效降雨量有关。

前期实效降雨量的作用主要是使固体松散物质达到饱和状态。在这一阶段，由于没有足够的含水量，不会发生泥石流。但有可能发生固体松散物质构成的斜坡的位移变形，以及斜坡稳定性降低、滑坡。

3.2固体松散物质孔隙水压力增大引起的抗剪强度降低，发生流动

降雨型泥石流的发生是前期实效降雨量和短历时雨强共同作用的结果。当前期实效降雨使固体松散物质达到饱和状态后，就进入了降雨型泥石流形成的第二阶段。此时，饱和的固体松散物质启动与否的判别式^[9]为：

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式中：A为固体松散物质与沟床的接触面积；G为固体松散物质重量；T为水流推力，其值较小，为次要影响因素；β为沟床底坡坡度；K为固体松散物质稳定性系数，当 K=1时，饱和固体松散物质处于极限状态，当 K＞1时，饱和固体松散物质处于稳定状态，不会发生泥石流，当K＜1时，饱和固体松散物质处于不稳定状态，将会发生泥石流。

公式（9）反映了降雨型泥石流启动与否的力学机制，在这一阶段，短时间具有一定强度的降雨使得渗入固体松散物质中的水量来不及排出，加上周围降雨汇流的作用，固体松散物质将启动，形成泥石流。因此，在降雨型泥石流预报模型中应考虑短期强降雨的影响。如蒋家沟模型^[10]：

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式中：R₁₀为10分钟降雨量（mm）；实效降雨量P_a为20天内的有效降雨量，递减系数R=0.8。

公式（10）预报提前时间为17～20分钟，报准率为86%，错报3%，漏报为11%。

由成昆铁路甘洛试验区64次观测资料确定的泥石流形成降雨量组合指标^[11]为：

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式中：K为前期降雨修正系数，K≥1，在甘洛试验区K=1；H₂₄、H₁、H_1/6分别为24小时、1小时、10分钟最大降雨量（mm）,H₂₄（D）、H1（D）、H_1/6（D）分别为24小时、1小时、10分钟单因子临界雨量阈值，随沟谷和地区而不同，在甘洛试验区，它们分别为60mm、20mm和10mm；R为降雨量综合指标，当R＜2.8时，不会发生泥石流；R≥3.6时，发生泥石流的几率约占85%；R=2.8～3.6时，有可能发生泥石流。

4结论

当形成泥石流的物质条件（按一定坡度堆积的固体松散物质、一定的汇水面积等条件）具备时，泥石流的发生是前期实效降雨量和短历时强降雨共同作用的结果。依据非饱和土强度理论，可将降雨型泥石流的形成划分为两个阶段：第一个阶段，非饱和固体松散物质由于含水量持续增加，达到饱和状态，基质吸力引起的抗剪强度丧失阶段。该阶段与前期实效降雨量有关，前期实效降雨量的作用使固体松散物质达到饱和状态。在这一阶段，由于没有足够的水量，不会发生泥石流，但有可能发生固体松散物质构成的斜坡的位移变形，以及斜坡稳定性降低、滑坡。第二个阶段，饱和的固体松散物质由于含水量持续增加，水压力增大，有效应力减小，发生泥石流。这与短历时强降雨有关。短时间、具有一定强度的降雨使得固体松散物质中渗入的水量来不及排出，加上周围降雨汇流的作用，固体松散物质将启动，形成泥石流。

应用非饱和土力学原理研究降雨型泥石流形成机理的优点是：可以通过对可能形成泥石流的固体松散物质的非饱和物理力学性质的研究，来预先判断在降雨条件下，会不会发生泥石流以及所需要的降雨条件和雨型，从而为泥石流的准确预报提供更强有力的理论依据。作者将在今后的研究中进一步加强这一理论在泥石流领域的应用研究。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准，工程地质术语，GB—91.国家技术监督局，1991

[2]倪晋仁，王光谦.泥石流的结构两相流模型：Ⅰ.理论[J].地理学报，1998,53（1）:66～76

[3]高速，周平根，董颖.泥石流预测、预报技术方法的研究现状浅析[J].工程地质学报，2002,10（03）:279～283

[4]魏永明，谢又予.降雨型泥石流预报（水石流）模型研究[J].自然灾害学报，1997，6（4）:48～54

[5]D.G弗雷德隆德，H.拉哈尔佐合著.陈仲颐等译.非饱和土力学[M].北京：中国建筑工业出版社，1998

[6]徐永福，刘松玉.非饱和土强度理论及其应用[M].南京：东南大学出版社，1999

[7]Fredlund D G Xing A.Equations for the soil-water characteristic curve[J].Can.Geotech.J.1994，31:521～532

[8]李德基，张德华.四川省宁南县城后山泥石流激发雨强[J].山地研究，1994，12（1）:15～19.

[9]白志勇.泥石流松散物质启动条件的分析与计算[J].西南交通大学学报，2001，36（03）:318～321

[10]崔鹏，刘世建，谭万沛.中国泥石流监测预报研究现状与展望[J].自然灾害学报，2000，9（2）:10～15

[11]谭炳炎，段爱英.山区铁路沿线暴雨泥石流预报的研究[J].自然灾害学报，1995，4（2）:43～52

⑼ 黄润秋的人物著作

1、层状岩体斜坡强震动力响应的振动台试验，岩石力学与工程学报，2013（5）2、4·20芦山Ms7.0级地震地质灾害特征，西南交通大学学报，2013（5）3、高围压卸荷条件下大理岩破碎块度分形特征及其与能量相关性研究，岩石力学与工程学报，2012（7）4、高应力卸荷条件下大理岩破裂面细微观形态特征及其与卸荷岩体强度的相关性研究,岩土力学，2012（S2）5、颗粒离散元法的颗粒碎裂研究进展，工程地质学报，2012（3）6、高应力强卸荷条件下大理岩损伤破裂的应变能转化过程机制研究,岩石力学与工程学报，2012（12）7、高应力下脆性岩石卸荷力学特性及数值模拟，重庆大学学报，2012（6）8、锦屏Ⅰ级水电站地下厂房施工期围岩变形开裂特征及地质力学机制研究， 岩石力学与工程学报，2011（1）9、锦屏Ⅰ级水电站坝基岩体块度指数量化取值分析，岩石力学与工程学报，2011（3）10、高地应力条件下卸荷速率对锦屏大理岩力学特性影响规律试验研究，岩石力学与工程学报，2010（1）

⑽ 　地质灾害研究新进展

我国地质灾害研究工作一直是围绕着重大工程和重大建设需要而展开的，并且直到解放后才得以迅速发展。50～60年代，重点开展了西南及西北交通干线和三峡等水利枢纽的地质灾害调查（重点崩滑流），以及上海地面沉降的勘察工作。70年代，上海地面沉降研究在预测和防治方面取得突破性进展，树立了我国地面沉降控制规范。进入80年代以来，我国地质灾害研究得到了空前的发展，并逐步开展了重点地区的地质灾害调查工作，编制了一系列地区性和全国性专门图件；对海城地震、新滩滑坡、元阳滑坡等进行了成功的预报、对东川和宁南泥石流和天津市区地面沉降实施了有效控制。特别是90年代以来，我国政府积极响应“国际减灾十年计划”，地质灾害研究得到进一步重视，开展了如“地震、地质灾害及城市减灾重大技术方法研究”等一批国家及省部级重点科技攻关项目的研究工作。这些都极大地推动了我国地质灾害研究工作的进一步开展。使得我国的地质灾害研究在勘察技术、预测预报水平、减灾防灾手段等方面逐步接近或达到了世界发达国家水平。总结近20年来我国地质灾害研究的成果，比较突出的有以下几个方面：

1.编制了一系列大型地质灾害图件

根据国家经济建设的需求，由原地矿部组织编制了一些全国性大比例尺的地质灾害调查图件，如1991出版的《中国地质灾害类型图》（1:500万）（葛中远主编），1992年出版的《中国地质环境图系》（中国水文地质工程地质勘察院主持编制），1996年出版的《中国分省地质灾害图集》（1∶60万～1∶500万）（段永侯主编）。这些图件从宏观上反映了我国地质灾害类型、区域分布特点及发生规律。是我国目前部署地质灾害勘察研究及制定防灾、减灾、环境保护政策和规划的主要科学依据。作为重要成果，在国内外也得到了广泛交流，在学术界有着重要的影响。

2.地面沉降防治工作取得突破性进展

进入80年代后，我国的地面沉降研究得到了空前的发展，其中以上海、天津的地面沉降研究卓见成效。在动态监测、沉降机理研究、预报模型以及降低地下水开采量和人工回灌等技术方面都取得了显著成绩，特别是在预测预报技术方面，地矿部水文地质工程地质研究所、岩溶地质研究所、上海地矿局和天津地矿局等单位，通过建立拟三维水流和一维地层压密的耦合模型，模拟地下水的水平垂直运动、含水层内外水量交换、弱透水层中水的压力变化以及动态过程中的一维固结压缩。计算评价在最优环境影响状态下，最大安全可采水资源及优化控制调度方案。对含水层在各种采灌条件下的变化规律及地面沉降幅度进行中长期预报。这些技术的研究与应用使我国地面沉降防治水平跨上了一个新的台阶，挤身于世界先进水平之列。

3.地质灾害信息系统建设空前繁荣

随着“3S”技术（地理信息系统、遥感技术和全球定位系统）的发展与成熟，以此为支撑技术的地质灾害信息系统和防灾决策支持系统建设取得长足进展。一大批各具特色的系统软件相继开发出来，使地质灾害的研究上升到一个新的水平。其中以由原地矿部水文地质工程地质研究所开发研制的“地质灾害预测防治智能决策系统”最具代表性，该系统以地质灾害预测防治为目标，将相关的数据库、图型库、模型库和知识库融为一个“四库一体”的耦联整体，实现了四者技术的有机集成，使系统具有空间数据管理、分析处理、空间建模与知识推理的分析功能。可对地质灾害进行时空演化预测、危险性区划、灾害经济评价以及减灾防灾对策选择的任务。在理论和技术上都取得了突破性进展，开创了建设大型地质灾害决策支持系统的先例。

4.地质灾害防治工程领域得到飞速发展

从1994年以来，国家每年投入了5000万元专项基金用于地质灾害治理，从而掀起了地质灾害治理工作的热潮，相继实施了对链子崖危岩体、黄腊石滑坡、豆芽棚滑坡、鸡冠岭崩塌等专项治理工程，形成了一支集勘察、设计、施工为一体的地质工程队伍，同时也使地质灾害防治工程作为专门的工程技术领域逐渐发展起来，形成了一套相对成熟的技术方法，尤其是由中国水文地质工程地质勘察院开发的“地质灾害防治工程设计支持系统”成功地应用于链子崖滑坡治理中，切实起到了灾害治理的示范作用。

5.一些新理论新方法的发展与应用

随着地质灾害研究工作的不断深入，一些新的理论与方法不断涌现，并逐步得到了学术界的认可，比较有代表性的有：

（1）滑坡过程模拟与过程控制理论技术。成都理工学院的黄润秋教授在岩土应力分析的基础上，对滑坡从其孕育、发展演化、激发成灾或防治控制进行全过程的计算机动态模拟。通过将现代数学-力学、非线性科学和计算机图形图像技术结合起来，对滑坡系统的全过程仿真模拟，直观地理性的分析灾害发生影响因素及其强度，再现灾害发生的全过程。从而将滑坡灾害定量化研究向前推进一步。

（2）地质灾害风险性评价理论与方法。在我国将风险性评价引入地质灾害研究工作中是从90年代开始的。到目前为止，地质灾害风险性评价作为一个相对独立的研究领域不断地发展和深化。其基本思想是在评价灾害自然危险性的同时，还考虑地区人口经济密度和抗灾性能等，即灾害区易损性分析，将地质灾害自然属性和社会属性结合起来，综合评价灾区地质灾害发展状况。经研院张梁等以崩塌滑坡、泥石流和岩溶塌陷为典型灾种进行了研究，建立了一套评价指标体系和模型方法，为该领域研究的深入开展提供了范例。