第七章大地形变监测主要内容 大地形变概述大地形变概述 城市地表变形观测城市地表变形观测 矿山地表移动监测矿山地表移动监测 滑坡观测滑坡观测 大地形变监测系统大地形变监测系统7-1 大地形变概述大地形变概述 研究目的：研讨大地的时空变化，预测预报研究目的：研讨大地的时空变化，预测预报研究目的：研讨大地的时空变化，预测预报研究目的：研讨大地的时空变化，预测预报一、地质构造一、地质构造 地壳运动产生地层的变形和破坏所形成的地层（岩层和地壳运动产生地层的变形和破坏所形成的地层（岩层和地壳运动产生地层的变形和破坏所形成的地层（岩层和地壳运动产生地层的变形和破坏所形成的地层（岩层和岩体）的基本形态在空间的分布。岩体）的基本形态在空间的分布。岩体）的基本形态在空间的分布。岩体）的基本形态在空间的分布。 1 1、地质构造运动的分类、地质构造运动的分类、地质构造运动的分类、地质构造运动的分类 2 2、地壳活动的方式及特征、地壳活动的方式及特征、地壳活动的方式及特征、地壳活动的方式及特征 3 3、大地形变与构造的关系、大地形变与构造的关系、大地形变与构造的关系、大地形变与构造的关系4 4、大地形变与地震活动的关系、大地形变与地震活动的关系、大地形变与地震活动的关系、大地形变与地震活动的关系5 5、我国地壳形变研究概况、我国地壳形变研究概况、我国地壳形变研究概况、我国地壳形变研究概况6 6、大地测量与、大地测量与、大地测量与、大地测量与 地震背景预报地震背景预报地震背景预报地震背景预报二二地震地震11地震概述地震概述地壳形变是孕震过程中地应力集中及演化直接产生的地壳地壳形变是孕震过程中地应力集中及演化直接产生的地壳运动效应。运动效应。 1 1、地壳：、地壳：、地壳：、地壳：地球最外面地球最外面地球最外面地球最外面的一层，一般厚的一层，一般厚的一层，一般厚的一层，一般厚3333公里公里公里公里（大陆）或（大陆）或（大陆）或（大陆）或7 7公里（海公里（海公里（海公里（海洋）。洋）。洋）。洋）。2 2、地幔：、地幔：、地幔：、地幔：介于地壳和介于地壳和介于地壳和介于地壳和地核之间的部分，平均地核之间的部分，平均地核之间的部分，平均地核之间的部分，平均厚度为厚度为厚度为厚度为28702870公里左右。公里左右。公里左右。公里左右。3 3、地核：、地核：、地核：、地核： 地球的中心地球的中心地球的中心地球的中心部分，半径为部分，半径为部分，半径为部分，半径为34733473公里公里公里公里左右。左右。左右。左右。地震分为天然地震和人工地震地震分为天然地震和人工地震地震分为天然地震和人工地震地震分为天然地震和人工地震1 1、天然地震天然地震天然地震天然地震主要是主要是主要是主要是构造地震构造地震构造地震构造地震，它是由于地下深处岩石破裂、错，它是由于地下深处岩石破裂、错，它是由于地下深处岩石破裂、错，它是由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来，以地震波的形式向四动把长期积累起来的能量急剧释放出来，以地震波的形式向四动把长期积累起来的能量急剧释放出来，以地震波的形式向四动把长期积累起来的能量急剧释放出来，以地震波的形式向四面八方传播出去，到地面引起的房摇地动。构造地震约占地震面八方传播出去，到地面引起的房摇地动。构造地震约占地震面八方传播出去，到地面引起的房摇地动。构造地震约占地震面八方传播出去，到地面引起的房摇地动。构造地震约占地震总数的总数的总数的总数的90%90%以上。其次是由火山喷发引起的地震，称为以上。其次是由火山喷发引起的地震，称为以上。其次是由火山喷发引起的地震，称为以上。其次是由火山喷发引起的地震，称为火山火山火山火山地震地震地震地震，约占地震总数的，约占地震总数的，约占地震总数的，约占地震总数的7%7%。此外，某些特殊情况下了也会产。此外，某些特殊情况下了也会产。此外，某些特殊情况下了也会产。此外，某些特殊情况下了也会产生地震，如岩洞崩塌（陷落地震）、大陨石冲击地面（陨石冲生地震，如岩洞崩塌（陷落地震）、大陨石冲击地面（陨石冲生地震，如岩洞崩塌（陷落地震）、大陨石冲击地面（陨石冲生地震，如岩洞崩塌（陷落地震）、大陨石冲击地面（陨石冲击地震）等。击地震）等。击地震）等。击地震）等。 2 2、人工地震人工地震人工地震人工地震是由人为活动引起的地震。如工业爆破、地下核爆是由人为活动引起的地震。如工业爆破、地下核爆是由人为活动引起的地震。如工业爆破、地下核爆是由人为活动引起的地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。了地壳的压力，有时也会诱发地震。了地壳的压力，有时也会诱发地震。了地壳的压力，有时也会诱发地震。 地震波发源的地方，叫作震源。震源在地面上的垂直投影，叫地震波发源的地方，叫作震源。震源在地面上的垂直投影，叫地震波发源的地方，叫作震源。震源在地面上的垂直投影，叫地震波发源的地方，叫作震源。震源在地面上的垂直投影，叫作震中。震中到震源的深度叫作震源深度。通常将震源深度小作震中。震中到震源的深度叫作震源深度。通常将震源深度小作震中。震中到震源的深度叫作震源深度。通常将震源深度小作震中。震中到震源的深度叫作震源深度。通常将震源深度小于于于于7070公里的叫浅源地震，深度在公里的叫浅源地震，深度在公里的叫浅源地震，深度在公里的叫浅源地震，深度在70-30070-300公里的叫中源地震，公里的叫中源地震，公里的叫中源地震，公里的叫中源地震，深度大于深度大于深度大于深度大于300300公里的叫深源地震。破坏性地震一般是浅源地震。公里的叫深源地震。破坏性地震一般是浅源地震。公里的叫深源地震。破坏性地震一般是浅源地震。公里的叫深源地震。破坏性地震一般是浅源地震。如如如如19761976年的唐山地震的震源深度为年的唐山地震的震源深度为年的唐山地震的震源深度为年的唐山地震的震源深度为1212公里。公里。公里。公里。20082008年汶川地年汶川地年汶川地年汶川地震真源深度震真源深度震真源深度震真源深度1818公里，公里，公里，公里，20112011年日本东部海域年日本东部海域年日本东部海域年日本东部海域9 9级地震震源深度级地震震源深度级地震震源深度级地震震源深度1010公里。公里。公里。公里。地震的产生和类型地震的产生和类型地震破坏建筑物的原因地震破坏建筑物的原因1 1、地震动的惯性效应、地震动的惯性效应、地震动的惯性效应、地震动的惯性效应22、地震动间接效应、地震动间接效应、地震动间接效应、地震动间接效应 大地震前宏观异常大地震前宏观异常大地震前宏观异常大地震前宏观异常1 1、动物异常：鱼上跃、牛马不进圈、鸭不下水、鸡上树、动物异常：鱼上跃、牛马不进圈、鸭不下水、鸡上树、动物异常：鱼上跃、牛马不进圈、鸭不下水、鸡上树、动物异常：鱼上跃、牛马不进圈、鸭不下水、鸡上树、蛇出洞、鼠外逃等蛇出洞、鼠外逃等蛇出洞、鼠外逃等蛇出洞、鼠外逃等22、地下水异常：发浑、翻花、涨落、冒气泡、变味等、地下水异常：发浑、翻花、涨落、冒气泡、变味等、地下水异常：发浑、翻花、涨落、冒气泡、变味等、地下水异常：发浑、翻花、涨落、冒气泡、变味等33、地光：奇妙的光，低空多色、地光：奇妙的光，低空多色、地光：奇妙的光，低空多色、地光：奇妙的光，低空多色44、地声：像雷声、像狂风怒吼、像炮声、像机器声、像、地声：像雷声、像狂风怒吼、像炮声、像机器声、像、地声：像雷声、像狂风怒吼、像炮声、像机器声、像、地声：像雷声、像狂风怒吼、像炮声、像机器声、像撕布声撕布声撕布声撕布声 我国的地震监测能力我国的地震监测能力中国地震局在全国建立了中国地震局在全国建立了中国地震局在全国建立了中国地震局在全国建立了415415个专业地震台站、个专业地震台站、个专业地震台站、个专业地震台站、2020余个包含近余个包含近余个包含近余个包含近300300个站（点）的遥测地震台网、个站（点）的遥测地震台网、个站（点）的遥测地震台网、个站（点）的遥测地震台网、560560余个地方、企业观测站（点），余个地方、企业观测站（点），余个地方、企业观测站（点），余个地方、企业观测站（点），12001200余部短波、余部短波、余部短波、余部短波、超短波电台组成的地震数据信息通信网络。按观测类超短波电台组成的地震数据信息通信网络。按观测类超短波电台组成的地震数据信息通信网络。按观测类超短波电台组成的地震数据信息通信网络。按观测类别分，专业台站（点）中：测震有近别分，专业台站（点）中：测震有近别分，专业台站（点）中：测震有近别分，专业台站（点）中：测震有近600600个站（点）个站（点）个站（点）个站（点）800800套仪器，强震观测台（点）套仪器，强震观测台（点）套仪器，强震观测台（点）套仪器，强震观测台（点）240240个，形变有个，形变有个，形变有个，形变有160160个站（点）个站（点）个站（点）个站（点）297297套仪器，电磁有近套仪器，电磁有近套仪器，电磁有近套仪器，电磁有近150150余个站余个站余个站余个站（点）（点）（点）（点）280280余套仪器，地下流体有近余套仪器，地下流体有近余套仪器，地下流体有近余套仪器，地下流体有近110110个站（点）个站（点）个站（点）个站（点）200200套仪器；地方、企业台站（点）中：测震有近套仪器；地方、企业台站（点）中：测震有近套仪器；地方、企业台站（点）中：测震有近套仪器；地方、企业台站（点）中：测震有近220220个站（点）个站（点）个站（点）个站（点）250250余套仪器，形变有余套仪器，形变有余套仪器，形变有余套仪器，形变有6060余个站余个站余个站余个站（点）（点）（点）（点）6565套仪器，电磁有套仪器，电磁有套仪器，电磁有套仪器，电磁有120120余个站（点）余个站（点）余个站（点）余个站（点）125125套套套套仪器，地下流体有仪器，地下流体有仪器，地下流体有仪器，地下流体有300300余个站（点）余个站（点）余个站（点）余个站（点）313313套仪器。套仪器。套仪器。套仪器。22研究地震活动的特征研究地震活动的特征 1)1)研究确定地震频率、强度和震源的深浅研究确定地震频率、强度和震源的深浅 2)2)研究地震的周期性研究地震的周期性 3)3)了解地震的分区特性了解地震的分区特性 4)4)强震震中位移状况分析强震震中位移状况分析3 3地形变前兆观测地形变前兆观测地形变前兆观测地形变前兆观测 伴随地震的孕育、发生将产生多方面的异常现伴随地震的孕育、发生将产生多方面的异常现象，如地震活动、地壳形变、地下流体变动、大地象，如地震活动、地壳形变、地下流体变动、大地电场、磁场、重力场的异常变化，以及地壳介质多电场、磁场、重力场的异常变化，以及地壳介质多种物理性质的变化等。通常把这些与地震孕育和发种物理性质的变化等。通常把这些与地震孕育和发生过程相关联的、在正常变化背景上所出现的异常生过程相关联的、在正常变化背景上所出现的异常变化称之为地震前兆。变化称之为地震前兆。我国目前开展三大类前兆学科的几十种前兆观测，主要观测项目如下我国目前开展三大类前兆学科的几十种前兆观测，主要观测项目如下我国目前开展三大类前兆学科的几十种前兆观测，主要观测项目如下我国目前开展三大类前兆学科的几十种前兆观测，主要观测项目如下 地震前兆观测地壳形变前兆观测流动形变观测区域水准观测跨断层形变观测流动重力观测GPS观测应变观测地倾斜观测重力观测跨断层形变观测水平摆倾斜仪观测水管倾斜仪观测钻孔倾斜仪观测石英伸缩仪观测钻孔应变仪观测绝对重力观测相对重力观测线应变观测体应变观测台站形变观测流动地磁观测地电观测地磁场总强度观测地磁观测台站地电地磁观测地电阻率观测大地电场观测绝对地磁观测（D、I、F或D、F、Z）相对地磁观测（D、H、Z或X、Y、Z）地电地磁前兆观测电磁波观测降雨量观测气压观测气温观测温度观测风速风力观测浅井水位观测地表水位观测前兆辅助观测44大地形变观测站的设计大地形变观测站的设计 1)1)地震强度分析地震强度分析 2)2)大地与地震形变观测站的设站原则大地与地震形变观测站的设站原则持久性和阶段性相结合持久性和阶段性相结合持久性和阶段性相结合持久性和阶段性相结合 稳定可靠的控制点稳定可靠的控制点稳定可靠的控制点稳定可靠的控制点 观测线垂直于构造体的走向观测线垂直于构造体的走向观测线垂直于构造体的走向观测线垂直于构造体的走向 地质构造区加密布点地质构造区加密布点地质构造区加密布点地质构造区加密布点 选用适宜的高斯投影带选用适宜的高斯投影带选用适宜的高斯投影带选用适宜的高斯投影带 选择可靠的形变基准选择可靠的形变基准选择可靠的形变基准选择可靠的形变基准55我国地震预报研究概况我国地震预报研究概况 19661966年邢台地震以来，我们在地震预报及其年邢台地震以来，我们在地震预报及其研究方面，已初步建立起研究方面，已初步建立起5 5大基础：大基础：1 1建立了地震预测的多学科观测系统建立了地震预测的多学科观测系统建立了地震预测的多学科观测系统建立了地震预测的多学科观测系统目前，我国约有目前，我国约有400400多个地震观测台，多个地震观测台，17001700多个前兆多个前兆观测台，组成了多学科的观测系统。观测台，组成了多学科的观测系统。2 2取得了一批中强以上乃至大地震的震例资料取得了一批中强以上乃至大地震的震例资料取得了一批中强以上乃至大地震的震例资料取得了一批中强以上乃至大地震的震例资料自自19661966年以来，已取得年以来，已取得123123个个5 5级以上震例资料，其中级以上震例资料，其中6 6级以上震例级以上震例4040个，个，7 7级以上震例级以上震例1414个。共获得个。共获得20002000余条余条前兆异常，其中地震学科异常约占前兆异常，其中地震学科异常约占1/31/3，其它学科异常约，其它学科异常约占占2/32/3。3 3建立了经验性预测的方法和判据（经验预报基础）建立了经验性预测的方法和判据（经验预报基础）建立了经验性预测的方法和判据（经验预报基础）建立了经验性预测的方法和判据（经验预报基础） 异常类型（趋势异常和突发性异常）与阶段预报（中期预报与短临预异常类型（趋势异常和突发性异常）与阶段预报（中期预报与短临预报）；报）； 异常的统计特征（及其参量）与未来地震关系；异常的统计特征（及其参量）与未来地震关系； 震级与异常种类、数量、密度的关系；震级与异常种类、数量、密度的关系； 震级与异常（趋势异常）持续时间、展布范围关系；震级与异常（趋势异常）持续时间、展布范围关系； 震中与异常分布范围、异常集中区关系。震中与异常分布范围、异常集中区关系。 异常群体的时空动态演化与未来地震发震地点、时间的关系；异常群体的时空动态演化与未来地震发震地点、时间的关系；4 4建立了地震分析预报技术系统（技术基础）建立了地震分析预报技术系统（技术基础）建立了地震分析预报技术系统（技术基础）建立了地震分析预报技术系统（技术基础） 地震数据自动采集、传输系统；地震数据自动采集、传输系统； 数据处理和资料分析系统；数据处理和资料分析系统； 震情分析和演示系统。震情分析和演示系统。5 5初步探索了地震孕育的理论和模型（初步的理论基础）初步探索了地震孕育的理论和模型（初步的理论基础）初步探索了地震孕育的理论和模型（初步的理论基础）初步探索了地震孕育的理论和模型（初步的理论基础） 单个震源：组合模型、膨胀单个震源：组合模型、膨胀蠕动模型、坚固体孕震模型等；蠕动模型、坚固体孕震模型等； 成组地震：多应力集中点场、构造块体成组孕震模型、活动地块动力成组地震：多应力集中点场、构造块体成组孕震模型、活动地块动力学模型等。学模型等。我国我国GPS监测网概况监测网概况我国应用GPS研究地壳运动始于90年代初期，在全国布设了22个不定期复测的GPS站。后复测了7条边，其结果首次给出了认为影响中国大陆地壳运动的主要力源来自印度板块向北推挤欧亚大陆的看法的直接定量证据。滇西地区的GPS结果，监测到剑川丽江断裂和红河断裂带的明显活动，并根据活动断层变形的反演计算，在1993年预测在该断裂带上将发生一次6.87.0级的地震，而1996年的丽江发生了7.0级地震与预测震中位置相差仅30km，证实了GPS的有效性。我国在GPS研究地壳运动方面与先进国家相比，有一定的差距。主要是用于地壳运动监测的GPS连续观测站数量太少，定期复测网点数也严重不足，空间分布太稀，复测次数过少，无法取得一定时空分辨率的全国地壳运动图像和参数，更谈不上为地震预报所需的实时或准实时的数据了。1997年国家正式启动了国家重大科学工程中国地壳运动观测网络（CMONOC）。它是以GPS为主，辅之已有的VLBI和SLR等空间技术，结合精密重力和精密水准构成的大范围、高精度、高时空分辨率的地壳运动观测网络。CMONOC是一个综合性、多用途、连续观测、数据共享、全国统一的观测网络，从根本上改善地球表层固、液、气三个圈层的动态监测方式和功能。由中国地震局牵头，总参测绘局、中国科学院和国家测绘局共同建设。CMONOC以地震预测预报为主，兼顾大地测量和国防建设的需要，可服务于广域差分GPS、气象、电离层等领域。目前地震预测的最大困难目前地震预测的最大困难1 1、震源在地下，不能直接观测、震源在地下，不能直接观测、震源在地下，不能直接观测、震源在地下，不能直接观测2 2、异常变化与地震关系的不唯一性、异常变化与地震关系的不唯一性、异常变化与地震关系的不唯一性、异常变化与地震关系的不唯一性3 3、各局部地区异常变化关系的复杂性、各局部地区异常变化关系的复杂性、各局部地区异常变化关系的复杂性、各局部地区异常变化关系的复杂性4 4、地震可能性前前兆表现的差异性、地震可能性前前兆表现的差异性、地震可能性前前兆表现的差异性、地震可能性前前兆表现的差异性5 5、各种观测方法在预报中的局限性、各种观测方法在预报中的局限性、各种观测方法在预报中的局限性、各种观测方法在预报中的局限性6 6、各种临震异常的短暂性、各种临震异常的短暂性、各种临震异常的短暂性、各种临震异常的短暂性7 7、各种统计、类比、外推方法的局限性、各种统计、类比、外推方法的局限性、各种统计、类比、外推方法的局限性、各种统计、类比、外推方法的局限性7-2 城市地表变形观测城市地表变形观测一一 城市地表沉降概况城市地表沉降概况 11地面沉降严重地面沉降严重地面沉降严重地面沉降严重 长三角在经济发展城市沉陷间抉择长三角在经济发展城市沉陷间抉择长三角在经济发展城市沉陷间抉择长三角在经济发展城市沉陷间抉择在长三角在长三角在长三角在长三角( (长江以南长江以南长江以南长江以南)10)10万平方公里的范围内，因为长万平方公里的范围内，因为长万平方公里的范围内，因为长万平方公里的范围内，因为长期超采地下水，引起了区域性地面沉降与地裂缝等地质灾期超采地下水，引起了区域性地面沉降与地裂缝等地质灾期超采地下水，引起了区域性地面沉降与地裂缝等地质灾期超采地下水，引起了区域性地面沉降与地裂缝等地质灾害，区内三分之一范围内累计沉降已超害，区内三分之一范围内累计沉降已超害，区内三分之一范围内累计沉降已超害，区内三分之一范围内累计沉降已超200200毫米，面积近毫米，面积近毫米，面积近毫米，面积近1 1万平方公里。其中上海市是我国发生地面沉降现象最早、万平方公里。其中上海市是我国发生地面沉降现象最早、万平方公里。其中上海市是我国发生地面沉降现象最早、万平方公里。其中上海市是我国发生地面沉降现象最早、影响最大、危害最严重的城市；江苏省的苏、锡、常地区，影响最大、危害最严重的城市；江苏省的苏、锡、常地区，影响最大、危害最严重的城市；江苏省的苏、锡、常地区，影响最大、危害最严重的城市；江苏省的苏、锡、常地区，浙江省的杭、嘉、湖等地已经形成三个区域性沉降中心，浙江省的杭、嘉、湖等地已经形成三个区域性沉降中心，浙江省的杭、嘉、湖等地已经形成三个区域性沉降中心，浙江省的杭、嘉、湖等地已经形成三个区域性沉降中心，最大累计沉降量分别达到最大累计沉降量分别达到最大累计沉降量分别达到最大累计沉降量分别达到2.632.63米、米、米、米、1.081.08米和米和米和米和0.820.82米，米，米，米，形成了三个大形成了三个大形成了三个大形成了三个大“ “漏斗漏斗漏斗漏斗” ”。“ “长三角地区因地面沉降造成的长三角地区因地面沉降造成的长三角地区因地面沉降造成的长三角地区因地面沉降造成的经济损失共计为经济损失共计为经济损失共计为经济损失共计为31503150亿元亿元亿元亿元” ”。 上海市地面沉降量分区统计表(1980-1995)地域-8095年累积沉降量（mm）-年均沉降量(mm)中心城区-118.6-7.9浦东新区-78.9-5.3宝山区-111.8-7.5嘉定区-90.0-6.0闵行区-76.9-5.1松江区-55.2-3.7金山区-62.2-4.1奉贤县-57.7-3.8南汇县-76.3-5.1青浦县-52.7-3.5崇明县-59.6-4.0全市平均-81.4-5.422北京启动地面沉降预警北京启动地面沉降预警北京启动地面沉降预警北京启动地面沉降预警 首都正在加速下沉首都正在加速下沉首都正在加速下沉首都正在加速下沉 据市地勘局水文地质大队负责人介绍，北京供据市地勘局水文地质大队负责人介绍，北京供水三分之二来自地下水。近年来，由于地下水的超水三分之二来自地下水。近年来，由于地下水的超量开采，北京平原地面沉降呈快速增加趋势。到目量开采，北京平原地面沉降呈快速增加趋势。到目前为止，在东郊八里庄前为止，在东郊八里庄大郊亭、东北郊来广营、大郊亭、东北郊来广营、昌平沙河昌平沙河八仙庄、大兴榆垡八仙庄、大兴榆垡礼贤、顺义平各庄礼贤、顺义平各庄等地已经形成了五个较大的沉降区，沉降中心累计等地已经形成了五个较大的沉降区，沉降中心累计沉降量分别达到沉降量分别达到722722毫米、毫米、565565毫米、毫米、688688毫米、毫米、661661毫米、毫米、250250毫米。最严重的地方，地表还在以每年毫米。最严重的地方，地表还在以每年2020至至3030毫米的速度下沉。毫米的速度下沉。由于地面沉降，北京城市基础设施受到一定程度由于地面沉降，北京城市基础设施受到一定程度的损害。在部分沉降区发现工厂、居民区楼房墙壁的损害。在部分沉降区发现工厂、居民区楼房墙壁开裂、地基下沉、地下管道工程损坏等开裂、地基下沉、地下管道工程损坏等5050余处险情，余处险情，一些建筑物的抗震能力和使用寿命也受到影响。一些建筑物的抗震能力和使用寿命也受到影响。北京市地面沉降监测网站预警预报系统（二期）工程包括建成昌平区八仙庄站、顺义区平各庄站、通州区土桥(张家湾)站以及大兴区榆垡站4个地面沉降监测站；在已有14个地面沉降GPS监测点的基础上，再建设100个地面沉降GPS与水准一体点、10个INSAR地面角反射器和100个地面沉降专门监测点；在原有地下水动态监测网的基础上，在空白区建设5组15眼地下水位动态监测井；实现全市7个监测网站监测数据自动采集与传输，并建设可视化演示系统，实现各站点地面沉降监测操作可视化。“二期工程”建成后，将形成覆盖全市整个沉降区的地面沉降监测网，实现实时监测北京市平原区地面沉降发展变化。2006年立项，08年建成。北京市地面沉降监测网站预警预报系统（二期）北京市地面沉降监测网站预警预报系统（二期）33西安市区地面沉降西安市区地面沉降西安市区地面沉降西安市区地面沉降西安市的地面沉降主要发生在城区和近郊区。从西安市的地面沉降主要发生在城区和近郊区。从19591959年开始大范围的水准测量以来，截止年开始大范围的水准测量以来，截止19951995年，累积沉降量年，累积沉降量超过超过200mm200mm的范围。面积为的范围。面积为145.5km2145.5km2。 在西安沉降区内，形成了在西安沉降区内，形成了7 7个沉降槽，中心分别位于个沉降槽，中心分别位于北郊的辛家庙、西安交通大学、沙坡村、南郊的大雁塔什北郊的辛家庙、西安交通大学、沙坡村、南郊的大雁塔什字、东八里村和西北工业大学。西安城郊大部分地区（除字、东八里村和西北工业大学。西安城郊大部分地区（除城区西北角外）累积沉降量均超过了城区西北角外）累积沉降量均超过了600 mm 600 mm ，有，有41 km241 km2的的地区超过了地区超过了1000mm,1000mm,东八里村、大雁塔什字、沙坡村、胡家东八里村、大雁塔什字、沙坡村、胡家庙沉降中心超过了庙沉降中心超过了2000 mm2000 mm，其中东八里村地段达到，其中东八里村地段达到2322 2322 mmmm。 地面沉降强度的另一个指标是沉降速率。沉降速率超地面沉降强度的另一个指标是沉降速率。沉降速率超过过100 mm/a100 mm/a的地区大约的地区大约8.5km28.5km2，分布在东八里村、省军区、，分布在东八里村、省军区、大雁塔什字、沙坡村、胡家庙附近，与沉降中心基本吻合。大雁塔什字、沙坡村、胡家庙附近，与沉降中心基本吻合。沉降速率在沉降速率在5050100 mm/a100 mm/a的地区约的地区约42.5km2,42.5km2,主要分布在西主要分布在西安市南郊、东郊及城区范围内，而西安市北郊、西郊及东安市南郊、东郊及城区范围内，而西安市北郊、西郊及东郊纺织城地区沉降速率均小于郊纺织城地区沉降速率均小于50 mm/a50 mm/a。西安市区地面沉降主要特征如下：西安市区地面沉降主要特征如下： 1 1、地面沉降中心与承压水降落漏斗基本一致、地面沉降中心与承压水降落漏斗基本一致 受水文地质条件及井群分布等因素的影响，地面沉降中受水文地质条件及井群分布等因素的影响，地面沉降中心与承压水降落漏斗基本对应，二者的平面分布范围总体心与承压水降落漏斗基本对应，二者的平面分布范围总体上呈上呈NENE向椭圆形，承压水水位下降大的地区，地面沉降量向椭圆形，承压水水位下降大的地区，地面沉降量也相应的较大。也相应的较大。 2 2、地面沉降速率的年内变化、地面沉降速率的年内变化 由于一年内承压水各季度开采量不同，水位下降速率也由于一年内承压水各季度开采量不同，水位下降速率也不相同，因而导致了地面沉降速率年内的变化，一般第三不相同，因而导致了地面沉降速率年内的变化，一般第三季度沉降量大，可占年内沉降量的季度沉降量大，可占年内沉降量的30%30%50%50%。 3 3、地面沉降中心发展具有继承性、地面沉降中心发展具有继承性 自自19591959年西安发生地面沉降以来，形成了小寨、沙坡、年西安发生地面沉降以来，形成了小寨、沙坡、西工大及胡家庙等沉降中心，直到现在，这些沉降中心仍西工大及胡家庙等沉降中心，直到现在，这些沉降中心仍在发展，它们在时空上的分布与发展具有继承性。在发展，它们在时空上的分布与发展具有继承性。 4 4、地面沉降具有垂向发展迅速，水平扩展缓慢的特点、地面沉降具有垂向发展迅速，水平扩展缓慢的特点 在井群分布基本不变而地下水持续超采的情况下，地面在井群分布基本不变而地下水持续超采的情况下，地面沉降范围水平扩展较缓慢，而垂向沉降发展迅速。沉降范围水平扩展较缓慢，而垂向沉降发展迅速。二二 地面沉降概念地面沉降概念地面沉降是由多种因素引起的地表海拔缓慢降低地面沉降是由多种因素引起的地表海拔缓慢降低的现象，是的现象，是一种缓变的地质灾害一种缓变的地质灾害，既会造成市政基础，既会造成市政基础设施、道路桥梁、港区码头、地下管线和深井等直接设施、道路桥梁、港区码头、地下管线和深井等直接损失，也会造成运力下降、挡潮和排水等间接损失。损失，也会造成运力下降、挡潮和排水等间接损失。在美国在美国5050个州中，大约有个州中，大约有2424个州由于开采地下水、个州由于开采地下水、石油和可燃性天然气而产生不同程度的地面沉降。意石油和可燃性天然气而产生不同程度的地面沉降。意大利的威尼斯，素有大利的威尼斯，素有“ “水都水都” ”之称，地面沉降非常严之称，地面沉降非常严重，著名的市政府大楼罗内丹宫已下沉了重，著名的市政府大楼罗内丹宫已下沉了3.183.18米。米。 三三 城市地表沉陷观测城市地表沉陷观测 11观测精度与周期观测精度与周期精度指标主要根据需要和年平均沉陷量大小、沉陷地区的面精度指标主要根据需要和年平均沉陷量大小、沉陷地区的面积选用国家一、二等或三四等水准进行。积选用国家一、二等或三四等水准进行。22城市地表沉降监测网的布设城市地表沉降监测网的布设地面沉降监测网络由地面沉降监测水准网、地面沉降地面沉降监测网络由地面沉降监测水准网、地面沉降监测监测GPSGPS监测网、地面沉降监测地下水位监测网、地面沉降监测地下水位( (水量水量) )动态监动态监测网组成，有条件时可利用测网组成，有条件时可利用InSARInSAR监测技术作为补充监测技术作为补充 33水准网（点）布设原则与要求水准网（点）布设原则与要求 11） 采用从整体至局部，逐级水准测量的高程控制方法。采用从整体至局部，逐级水准测量的高程控制方法。2 2） 一等水准网一等水准网( (环线环线) )布设在沉降漏斗外围区；二等水准网在布设在沉降漏斗外围区；二等水准网在一等水准网环线内布设。在地面沉降明显的漏斗区可选取剖面一等水准网环线内布设。在地面沉降明显的漏斗区可选取剖面施测线，加密观测点。施测线，加密观测点。33） 根据监测区的水文地质、工程地质特征和年均沉降量的大根据监测区的水文地质、工程地质特征和年均沉降量的大小，将整个监测区划分成若干个不同的地面沉降结构单元，并小，将整个监测区划分成若干个不同的地面沉降结构单元，并按其不同单元设置高程基准标、地面沉降标和分层沉降标按其不同单元设置高程基准标、地面沉降标和分层沉降标( (组组) )。4 4） 地面沉降监测水准网的网形结构，可以是单个起算点的自地面沉降监测水准网的网形结构，可以是单个起算点的自由网，也可以是多个控制网的复合网。起算点应是基岩标，其由网，也可以是多个控制网的复合网。起算点应是基岩标，其高程一般从国家一等水准网点引测。水准网建成后应与已有的高程一般从国家一等水准网点引测。水准网建成后应与已有的国家一、二等水准网接测，并绘制水准网结点接测图国家一、二等水准网接测，并绘制水准网结点接测图55）地面沉降标点的选布，采用测区平均布点与沉降漏斗区加密）地面沉降标点的选布，采用测区平均布点与沉降漏斗区加密布点相结合的方法，由沉降漏斗外围区向中心区，布点密度逐布点相结合的方法，由沉降漏斗外围区向中心区，布点密度逐渐加大。渐加大。66）在监测区内水准点布设密度应当满足监测工作的需要。普通）在监测区内水准点布设密度应当满足监测工作的需要。普通沉降水准点布设密度和复测周期见表沉降水准点布设密度和复测周期见表1 1。 77）水准测量测线原则上不宜过长）水准测量测线原则上不宜过长, ,一般平均线长一般平均线长8 812km12km。8 8） 地面沉降监测的精度，可根据需要和年均沉降量的大小、地面沉降监测的精度，可根据需要和年均沉降量的大小、沉降区域的面积、复测周期长短的不同要求确定。沉降区域的面积、复测周期长短的不同要求确定。9 9）为消除或削弱地面沉降观测过程中水准点间的不均匀下沉所）为消除或削弱地面沉降观测过程中水准点间的不均匀下沉所产生的影响，保证观测精度，采取以下措施：产生的影响，保证观测精度，采取以下措施：a a尽量缩短水准环线或路线的长度。亦可用两架同级仪器代替往尽量缩短水准环线或路线的长度。亦可用两架同级仪器代替往返测量，以缩短观测时间。返测量，以缩短观测时间。b b测量路线、测量季节及所使用的测量仪器应保持固定。测量路线、测量季节及所使用的测量仪器应保持固定。c c测量作业应从沉降量大的地区开始，依次向沉降量小的地区推测量作业应从沉降量大的地区开始，依次向沉降量小的地区推进。当高等水准路线和低等水准路线在同一年施测时，宜同期进。当高等水准路线和低等水准路线在同一年施测时，宜同期进行。进行。d d在沉降量较大的地区，应在短时间内完成一个闭合环的测量，在沉降量较大的地区，应在短时间内完成一个闭合环的测量，沉降水准网中的结点由几个小组协同作业时，应同时接测。沉降水准网中的结点由几个小组协同作业时，应同时接测。e e最佳测量时段应选择沉降量相对最小的时段，一次测完。最佳测量时段应选择沉降量相对最小的时段，一次测完。1010）监测网络布设时，应尽量利用或靠近已有的国家水准点、）监测网络布设时，应尽量利用或靠近已有的国家水准点、城市高程网点、地下水动态监测点，以利于利用已有的资料或城市高程网点、地下水动态监测点，以利于利用已有的资料或便于进行水准测量的联测。便于进行水准测量的联测。1111）各等水准测量路线应选设在坡度较小、土质坚实、施测方）各等水准测量路线应选设在坡度较小、土质坚实、施测方便的道路附近。尽量避免通过大河、沙滩、草地等地段。便的道路附近。尽量避免通过大河、沙滩、草地等地段。1212）地面水准测量点位应选在坚实稳固之处。基岩水准点不得）地面水准测量点位应选在坚实稳固之处。基岩水准点不得位于活动断裂带上；位于活动断裂带上；1313）水准测量点不得选在下列地点：）水准测量点不得选在下列地点：a a 即将进行建筑施工的位置或准备拆修的建筑物上；即将进行建筑施工的位置或准备拆修的建筑物上；b b 地势低洼，易于积水淹没之处；地势低洼，易于积水淹没之处；c c 地质条件不良（如崩塌、滑坡、泥石流等）之处或地下管线地质条件不良（如崩塌、滑坡、泥石流等）之处或地下管线之上；之上；d d 附近有剧烈振动的地点；附近有剧烈振动的地点；e e 位置隐蔽，通视条件不良不便于观测之处。位置隐蔽，通视条件不良不便于观测之处。1414）各等水准点均应埋设永久性标石或标志。标石或标志埋设）各等水准点均应埋设永久性标石或标志。标石或标志埋设应满足下列要求：应满足下列要求：a a水准标石应埋设于表层土中，并选在便于长久保存和使用处；水准标石应埋设于表层土中，并选在便于长久保存和使用处；b b稳固耐久，防腐蚀，抗侵蚀，并能保持垂直方向的稳定；稳固耐久，防腐蚀，抗侵蚀，并能保持垂直方向的稳定；c c标石的底部应埋设于冻土层以下，并浇筑混凝土基础。标石的底部应埋设于冻土层以下，并浇筑混凝土基础。1515）各等水准观测，必须等埋设的水准标石稳定后，方可进行）各等水准观测，必须等埋设的水准标石稳定后，方可进行施测。沉降监测点失效后，应及时重新设置。施测。沉降监测点失效后，应及时重新设置。1616）监测过程中，应对监测网点现状进行定期调查，并注意人）监测过程中，应对监测网点现状进行定期调查，并注意人类工程类工程经济活动对其产生的影响。经济活动对其产生的影响。1717）各等水准点埋设标志结束后，应详细绘制点之记。）各等水准点埋设标志结束后，应详细绘制点之记。1818）水准标石埋设后，一般须经过一个雨季）水准标石埋设后，一般须经过一个雨季, ,冻土地区还须经冻土地区还须经过一个冻解期，岩层上埋设的标石须经过一个月，方可进行观过一个冻解期，岩层上埋设的标石须经过一个月，方可进行观测。测。7-3 矿山地表移动监测矿山地表移动监测 研研研研究究究究地地地地表表表表与与与与岩岩岩岩层层层层移移移移动动动动的的的的方方方方法法法法主主主主要要要要有有有有实实实实地地地地观观观观测测测测法法法法、理理理理论论论论研研研研究究究究法法法法和相似材料模型法。目前最主要的方法仍是实地观测法。和相似材料模型法。目前最主要的方法仍是实地观测法。和相似材料模型法。目前最主要的方法仍是实地观测法。和相似材料模型法。目前最主要的方法仍是实地观测法。一一一一 地表移动规律地表移动规律地表移动规律地表移动规律 11地下采动是变形破坏的根源地下采动是变形破坏的根源 22采动变形破坏边界的划分采动变形破坏边界的划分 33常用的基本概念常用的基本概念( (地表移动盆地，非充分采动，充分采动，地表地表移动盆地，非充分采动，充分采动，地表移动盆地主断面移动盆地主断面) )44地表移动规律的特征地表移动规律的特征aa移动盆地位于采区正上方，盆地形状与采空区成对称分布移动盆地位于采区正上方，盆地形状与采空区成对称分布bb地表移动盆地的平底部分位于采空区中央的正上方地表移动盆地的平底部分位于采空区中央的正上方cc下沉曲线的拐点下沉曲线的拐点( (即二分之一之处即二分之一之处) )位于采区边界线正上方或偏位于采区边界线正上方或偏向采空区一侧一段距离向采空区一侧一段距离二、二、二、二、 地表移动观测站的设计地表移动观测站的设计地表移动观测站的设计地表移动观测站的设计1 1、需要收集的资料、需要收集的资料2 2、观测站的设计方法、观测站的设计方法(1) (1) 倾斜观测线位置及其长度的确定倾斜观测线位置及其长度的确定 倾斜观测线一般设置在移动盆地的倾斜主断面上。倾斜观测线一般设置在移动盆地的倾斜主断面上。 倾倾斜斜观观测测线线的的长长度度，应应保保证证线线的的两两端端在在不不受受开开采采影影响响的的范范围内。倾斜观测线的长度是在移动盆地的倾斜主断面上确定的。围内。倾斜观测线的长度是在移动盆地的倾斜主断面上确定的。(2) (2) 走向观测线位置及其长度的确定走向观测线位置及其长度的确定 走向观测线应设置在移动盆地的走向主断面上。走向观测走向观测线应设置在移动盆地的走向主断面上。走向观测线的位置是在倾斜主断面上确定的，从采空区中心按最大下沉线的位置是在倾斜主断面上确定的，从采空区中心按最大下沉角角划线与地面相交于划线与地面相交于O O点，通过点，通过O O点作垂直于煤层倾向的垂直点作垂直于煤层倾向的垂直断面即为移动盆地的走向主断面，因此，该断面与地面的交线断面即为移动盆地的走向主断面，因此，该断面与地面的交线即为走向观测线的位置。走向观测线的长度是在走向主断面上即为走向观测线的位置。走向观测线的长度是在走向主断面上确定的。确定的。 (3) (3) 测点数目及其密度测点数目及其密度 每每条条观观测测线线两两端端都都应应设设置置观观测测站站控控制制点点，且且每每端端不不得得少少于于两两个个；如如因因条条件件限限制制，也也可可只只在在观观测测线线的的一一端端设设置置控控制制点点，但但不不得得少少于于3 3个个。相相邻邻控控制制点点的的间间距距不不得得小小于于45m45m。控控制制点点应应布布设设在在观观测测线线的的工工作作长长度度之之外外，且且不不应应受受相相邻邻采采区区或或工工作作面面开开采采的的影影响响。每每条条观观测测线线的的工工作作长长度度之之内内应应布布设设观观测测点点，观测点的密度主要取决于开采深度。观测点的密度主要取决于开采深度。三、三、三、三、 地表移动观测站的设置和观测地表移动观测站的设置和观测地表移动观测站的设置和观测地表移动观测站的设置和观测 观观测测站站的的设设置置就就是是将将设设计计好好的的观观测测点点标标定定到到实实地地上上去去。标标定定方方法法是是，首首先先利利用用矿矿区区控控制制点点标标定定出出观观测测站站的的控控制制点点，再再根根据据观观测测站站控控制制点点标标定定出出观观测测点点和和另另一一观观测测线线与与该该观观测测线线的的交交点点，然后再在交点上安置仪器标定另一观测线上的控制点和观测点。然后再在交点上安置仪器标定另一观测线上的控制点和观测点。 地地表表移移动动观观测测站站观观测测工工作作的的基基本本内内容容是是：在在采采动动过过程程中中，定定期期、重重复复测测定定观观测测线线上上各各测测点点在在不不同同时时期期内内空空间间位位置置的的变变化化情情况况。具具体体可可分分为为观观测测站站的的连连接接测测量量、全全面面观观测测、单单独独进进行行的的水准测量、地表破坏的测定和编录水准测量、地表破坏的测定和编录。1 1、连接测量、连接测量 根根据据矿矿区区控控制制网网测测定定出出某某个个测测站站控控制制点点的的平平面面位位置置和和高高程程，再再根根据据该该控控制制点点来来测测定定其其他他观观测测点点和和控控制制点点的的位位置置，以以便便确确定定观测线与回采工作面间的相互位置关系。观测线与回采工作面间的相互位置关系。2 2、全面观测、全面观测 包包括括采采动动前前的的全全面面观观测测和和采采动动后后的的全全面面观观测测。在在连连接接测测量量之之后后，设设站站地地区区未未受受采采动动影影响响之之前前，应应对对工工作作测测点点进进行行两两次次全全面面观观测测，以以确确定定工工作作测测点点在在地地表表移移动动前前的的位位置置。当当地地表表下下沉沉达达到到50-100 50-100 mmmm时时，应应进进行行采采动动后后的的第第一一次次全全面面观观测测；在在地地表表受受采采动动影影响响稳稳定定后后，需需进进行行最最后后一一次次全全面面观观测测，以以确确定定移移动动稳稳定定后后各各工工作作测测点点的的空空间间位位置置。在在地地表表移移动动的的活活跃跃期期进进行行不不少少于于四四次次的的全全面面观观测测，并并适适当当加加密密水水准准测量。测量。 全全面面观观测测的的内内容容主主要要包包括括测测定定各各工工作作测测点点的的高高程程、丈丈量量两两相相邻邻工工作作测测点点间间的的距距离离和和测测量量各各测测点点偏偏离离观观测测线线方方向向的距离的距离( (又称支距又称支距) )。3 3、日常观测工作、日常观测工作 日日常常观观测测工工作作是是指指在在地地表表移移动动的的初初始始期期和和衰衰退退期期之之间间适适当当增增加加的的水水准准测测量量工工作作。测测量量时时可可采采用用单单程程附附合合水水准准路路线线或或往往返返支水准路线，按四等水准测量的要求进行。支水准路线，按四等水准测量的要求进行。 还还应应测测量量地地表表产产生生裂裂缝缝的的位位置置和和塌塌陷陷要要素素，注注明明发发现现日日期期；在在每每次次观观测测时时，还还应应实实测测回回采采工工作作面面的的位位置置、煤煤层层厚厚度度、采采高高，并记录采矿、地质和水文地质情况。并记录采矿、地质和水文地质情况。四、地表移动观测站观测成果的整理与分析四、地表移动观测站观测成果的整理与分析四、地表移动观测站观测成果的整理与分析四、地表移动观测站观测成果的整理与分析 包括计算和绘图两部分。包括计算和绘图两部分。1 1、观测成果的计算、观测成果的计算 根根据据外外业业成成果果首首先先计计算算出出各各观观测测点点的的高高程程及及相相邻邻点点间间的的水水平平距距离离在在观观测测线线方方向向上上的的投投影影长长度度，然然后后再再按按测测线线计计算算各各种移动与变形值。种移动与变形值。(1) (1) 观测点高程的计算观测点高程的计算 观观测测点点高高程程的的计计算算首首先先应应根根据据水水准准测测量量成成果果进进行行平平差差，然后再按一般水准路线的计算方法计算出各观测点的高程。然后再按一般水准路线的计算方法计算出各观测点的高程。(2) (2) 计算各相邻测点沿观测线方向的距离计算各相邻测点沿观测线方向的距离(3) (3) 计算各种移动和变形值计算各种移动和变形值 下沉值下沉值W W、相邻两点间的倾斜、相邻两点间的倾斜i i、曲率、曲率K K、水平移动、水平移动U U、水平、水平变形变形、下沉速率、下沉速率v v2 2、观测成果图的绘制、观测成果图的绘制 绘绘制制移移动动和和变变形形曲曲线线图图时时，水水平平比比例例尺尺一一般般与与观观测测站站平平面面图图一一致致，竖竖直直比比例例尺尺的的选选取取应应以以绘绘制制的的曲曲线线能能够够清清楚楚反反映映出出移移动动和和变变形形的的分分布布规规律律为为原原则则。曲曲线线图图和和观观测测线线的的断断面面图图应应绘绘制制在在一一起起，以以便便于于分分析析各各种种地地质质采采矿矿条条件件对对移移动动和和变变形形分布形态的影响。分布形态的影响。7-4 滑坡观测滑坡观测一一 滑坡变形概念：滑坡变形概念：指的是地表斜坡上的岩土层在重力作指的是地表斜坡上的岩土层在重力作用下，以一个较大整体，沿着某一滑面向下滑动的现象。用下，以一个较大整体，沿着某一滑面向下滑动的现象。二二 滑坡变形的力学机理滑坡变形的力学机理11下滑力：由岩体自身重力产生下滑力：由岩体自身重力产生22滑动条件：指各种促使岩体滑动的外部因素滑动条件：指各种促使岩体滑动的外部因素三三 滑坡变形的影响因素滑坡变形的影响因素1 1斜坡表土土石性质因素斜坡表土土石性质因素22地质构造条件因素地质构造条件因素33水的影响作用水的影响作用44人为因素的影响人为因素的影响重庆云阳县重庆云阳县360万方滑坡险情万方滑坡险情四四 滑坡变形的类型滑坡变形的类型11均匀滑坡均匀滑坡22顺层滑坡顺层滑坡33切层滑坡切层滑坡五五 滑坡观测滑坡观测11观测点的布置观测点的布置22观测周期观测周期六六 滑坡观测成果滑坡观测成果1 1成果计算成果计算 2 2表表3 3滑坡变形图滑坡变形图七七 滑坡变形预防滑坡变形预防滑坡变形观测的目的是研究滑坡变形规律，为滑坡变形观测的目的是研究滑坡变形规律，为防治滑坡提供依据。防治滑坡提供依据。11增强岩体的搞滑能力措施增强岩体的搞滑能力措施22改变岩石物理性质的防滑措施改变岩石物理性质的防滑措施33消除或减弱滑坡产生的措施消除或减弱滑坡产生的措施指保护脚免受地表水流的冲刷，禁止人为指保护脚免受地表水流的冲刷，禁止人为破坏坡脚，以及修筑导流堤、防护堤。破坏坡脚，以及修筑导流堤、防护堤。7-5 大地形变监测系统大地形变监测系统一中国大陆地壳形变监测系统中国大陆地壳形变监测系统二区域地壳形变监测系统区域地壳形变监测系统三断层形变系统断层形变系统四固体潮汐形变监测系统固体潮汐形变监测系统人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。