上世纪80年代以来,苏锡常地区国民经济持续高速发展,但对地下水资源的超量开采,破坏了均衡的地质环境,诱发了一系列地质灾害,如地面沉降、地裂缝、渍害等等,尤其是发展迅速的地面不均匀沉降——地裂缝灾害,破坏性大,给社会造成了不安定因素和负面影响。    20世纪90年代起,江苏省地质调查研究院对长江三角洲苏锡常地区25处地裂缝进行详细勘察,历经二十多年的勘察实践和科学研究,已经系统掌握苏锡常地区地裂缝的特征、形成机制、分布规律,更在地质资料、监测设施、监测技术、监测数据、分析研究方法等方面都有了丰富的积累。2012年6月,国土资源部批准依托江苏省地质调查研究院建设部级地裂缝地质灾害重点实验室。近日,该实验室开放课题开始申请,它将以解决经济建设过程中的突出人地矛盾为目标,以差异型地面沉降引起的地裂缝灾害为研究重点,通过理论与实践结合,多技术方法相融合、高精尖技术的推广运用,实现地裂缝研究水平的总体提升和各研究方向的均衡发展,最终构建起围绕地裂缝地质灾害防治的完整理论、技术方法体系。如今的苏锡常地区已经成为地裂缝监测和防治工作开展最早、研究水平较高、监测网络最完备的地区之一。基础先行:查明五种成因模式    欲避其害,必求其因。上世纪90年代末,江苏省地质调查研究院在长三角苏锡常地区开展了地裂缝地质背景调查,探索建立了苏锡常地区基岩地质模型、第四系结构模型、地下水系统结构模型,描述了区域含水层系统分布、地下水位漏斗形态、地面沉降及地裂缝分布之间的关系,为解释地面沉降地质灾害发生机理、预测其发展趋势提供了较为完善的基础地质资料。    地裂缝的空间展布及成灾时间与地下水水位、地面沉降、基岩起伏变化以及土层结构差异等因素密切相关。江苏省地质调查研究院采用钻探、三维物探等方法开展地裂缝勘查,发现地裂缝的发育分布有线性展布、环形展布的特点。结合大量野外勘察资料,提出地裂缝是在特定的地质环境条件下(指基岩起伏形态差异、第四纪沉积结构差异和水文地质条件差异)地面沉降不均匀发生的结果,其受内外两种因素控制。特定的地质环境条件是地裂缝产生的先决条件,是内因,而长期过量开采地下水,形成区域性水位降落漏斗后引发严重的地面沉降,是诱发地裂缝灾害的必要条件,是最主要的外因。由此总结出因强烈开采地下水所引发地裂缝灾害的五种成因模式:基岩潜山型、基岩陡崖型、浅隐伏灰岩型、地层结构差异型和地下水综合开采型,并出版了相关学术专著,为国内地裂缝灾害研究奠定了基础。平台突破:搭建监测平台,钻研监测技术    江苏省地质调查研究院在苏锡常地区建立了较为完善的地面沉降、地裂缝监测网络系统。包含GPS监测点239座、基岩深标12座、分层标7组、水准控制剖面260公里,另有配套的地下水长期观测网,部分站点已实现了对灾情自动化监测和数据实时传送。这些基础设施已成为跟踪分析苏锡常地区地裂缝(包括地面沉降)活动性的窗口,也是和国内外开展学术交流的良好硬件平台。    通过近10年的试验摸索,已形成了严密的地面沉降地裂缝GPS监测技术方案。从2007年起,连续5年实施地面沉降GPS静态观测,累计观测点数达395个,初步建立起了以常州南部、江阴南部、吴江南部为重点监测区,其他地区为一般监测区的整体框架。    同时,江苏省地质调查研究院大力开展以InSAR(合成孔径雷达差分干涉测量)、光纤监测为代表的新监测技术试验。5年来,共积累JERS、ERS1、ERS2、EnviSAT数据223景,覆盖12000平方公里,利用InSAR集成PS/SBAS时序分析技术,揭示了苏锡常1992-2010年地面形变的时空特征。及时发现了地下水禁采以来区域地面沉降中心向常州南部、江阴南部、吴江南部“迁移”的新格局,为地裂缝防控指明了方向。科学预测:数值模拟,研判发展趋势    江苏省地质调查研究院成功建立了研究区区域非线性地面沉降耦合模型,同时创造性地引入多尺度有限单元法(MsFEM)进行了模型的求解及地面沉降趋势预测。在数值模型基础上,利用VRT首次实现地面沉降地质结构的三维可视化。运用虚拟现实技术(VRT)首次在计算平台上成功再现了苏锡常地区地层结构及含水层空间分布特点,并将苏锡常地区地面沉降模型模拟预测结果及地裂缝破坏效应进行了三维可视化表达,突出表现了研究区地下水流场变化和地面沉降的发生发展及演变过程、地面沉降与地裂缝的时空对应关系,实现了实时动态显示。    运用GIS技术强大的空间分析功能,对苏锡常地裂缝易发区带进行了划分,确定出安全区、较易发生区和极易发生区三种类型;同时运用人工神经网络技术(ANN)分析了地下水位和地面沉降两项动态地质条件对地裂缝形成的作用关系;最后采用灰色GM模型对长泾、河塘两地已有地裂缝的未来发展变化趋势进行了模拟计算,预测了可能的变形量,为地裂缝防灾减灾和综合治理奠定了基础。瓜熟蒂落:广泛应用地灾防控实践    苏锡常地区地面沉降防控经历了限采和禁采两个阶段。2000年起,江苏省人大通过决议,在苏锡常地区开展了以禁采为主要手段的地面沉降防控。经过5年的禁采工作,地下水位得到有效恢复,地面沉降及地裂缝活动明显减弱。至此,江苏省在缓变型地质灾害防治方面走出了具有本地特色的道路,也为国内外此类问题的解决积累了宝贵的经验。    地裂缝与城市建设、社会经济发展规划关系密切,为降低灾害区的建设风险,实验室依据对周边地裂缝形成条件及发展机理的分析研究,为无锡市提供了地裂缝易发区评价区划成果,直接指导了新城区选址方案的调整。    地面沉降引起沪宁高速公路无锡段路面起伏不平,在京沪高速铁路、宁沪城际铁路建设中,实验室凭借翔实的监测数据和科学的地质推论,给出了明确的铁路沿线危险区段界线和风险程度评述,对工程建设方案提出了建议,在西气东输管线安全地质评估上也发挥了重要作用。    针对当前苏锡常地裂缝灾害区农村城镇化改造中面临的土地资源开发利用难题。实验室科学评价每一条地裂缝带的风险,从建设成本和预期收益两方面开展综合分析,取得了显著经济和社会效益。 

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