多源物化探技術在地質災害監測中的應用研究

關鍵詞：多源物化探技術；地質災害監測；數據融合；干擾抑制；監測布局中圖分類號：P694 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）04-0063-03DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.017

Research on the Application of Multi-Source Physical and Chemical Exploration Technology in Geological Hazard Monitoring

DONG Xiang （Zhejiang Geotechnical Survey and Design Institute Co.，Ltd.，Shaoxing 312Ooo，China）

Abstract：Withtheintensificationofglobalclimatechangeandhumanactivities，geologicdisastersoccurfrequentlyposing aserious threattothesafetyofhuman lifeand property.Asanefectivemeans ofgeological hazard monitoring，multisourcephysicalandchemical exploration technologycanproviderich geological informationand providescientificbasis fordisasterearly warningand prevention.However，multi-source physicaland chemical exploration technology faces many challenges inpracticalapplicatio，suchascomplexdatafusion，umerous interferencefactors，porquipmentadaptability andunreasonable monitoring layout.Basedon this，the strategies of establishingdata matching mechanism，optimizing interference suppression，improving equipmentadaptabilityand perfecting monitoring layout are proposed inorder to provide more scientific and efficient solutions for geological hazard monitoring.

Keywords： multi-source physical and chemical exploration technology; geological hazard monitoring;data fusion; interference suppression; monitoring layout

地質災害的時空分布規律既受制于自然環境，又與人類活動有關，往往是人類與自然界相互作用的結果。傳統的單一物化探技術在面對復雜的地質環境時存在局限性，難以提供全面準確的信息支持。多源物化探技術通過集成電法、磁法、重力、地震及地球化學勘探等手段，能獲取更為詳細的地下結構信息，有利于提高地質災害監測預警的精度和可靠性。然而，該技術的應用面臨著數據融合復雜、信號解析難度大等挑戰。因此，深入研究多源物化探技術在地質災害監測中的應用，具有重要的意義。

1多源物化探技術的原理

多源物化探技術基于地球物理和地球化學的理論，通過探測地殼中物理場和化學成分的變化來推斷地下結構和物質分布[1]。該技術利用不同方法測量地質體的電性、磁性、密度、彈性波速等物理屬性以及化學元素含量，進而構建地質模型。多源物化探技術可分為電法勘探、磁法勘探、重力勘探、地震勘探及地球化學勘探，如表1所示。其中，電法勘探依賴于電阻率或極化率差異；磁法勘探關注磁場強度變化;重力勘探關注重力加速度異常；地震勘探關注地震波傳播特性；地球化學勘探關注土壤和巖石的化學組成。這些方法單獨使用時各有局限，但綜合應用可以彌補單一技術的缺陷，提供更為全面的地質信息。

2多源物化探技術在地質災害監測中的應用難題

在地質災害監測中，多源物化探技術的應用展現了其獨特的優越性，但在實際應用中面臨諸多難題，涉及數據處理、信號提取、設備操作以及監測布局等方面，影響了該技術在地質災害監測中的有效性和準確性，對數據解讀和災害預警提出了更高要求。

2.1數據融合復雜，多源信息協同困難

多源物化探數據源于不同探測手段，融合存在困難。一方面，數據特性差異大。不同物化探方法得到的數據在量綱、尺度、時空范圍等方面有很大不同。例如，電法勘探數據以電位、電阻率等電學量為特征，而地球化學勘探數據側重于元素含量等化學量，使構建統一的數據模型融合數據存在挑戰。另一方面，數據語義理解不同。多源數據所代表的地質意義不同，各數據之間的關聯難以直接確定。比如，物理探測數據反映地質體的物理結構和狀態，化學數據反映物質組成，將兩者基于地質災害特征協同起來，需要深入理解地質過程，但目前的知識體系尚不完善，難以實現多源信息協同。

2.2干擾因素多，信號精準提取不易

在地質災害監測中，多源物化探信號易受多種因素干擾。從自然環境方面看，地質條件復雜是一大干擾源。不同地質體的物理性質、化學性質存在差異，使物化探信號產生不規則波動，干擾了與地質災害相關信號的識別。地球物理場的自然變化也會帶來干擾，會增加從背景信號中準確提取與地質災害相關信號的難度。從人為因素來看，人類活動的干擾日益增強。城市化進程中的基礎設施建設、工業生產中的電磁干擾等都會對物化探信號產生影響，使精準提取有用信號變得更加復雜。

2.3設備適配性差，聯合監測操作受阻

多源物化探設備在聯合監測時存在適配性問題。第一，設備原理與功能的差異導致聯合困難。不同的物化探設備在測量范圍、精度、靈敏度等功能指標上存在差異，造成聯合監測時難以協調各設備的工作參數，無法形成高效的聯合監測體系。第二，設備的操作與維護體系不同。不同廠家生產的設備在操作流程、數據輸出格式等方面存在差異，在設備維護方面所需的技術和配件也不一樣，在聯合監測時增加操作的復雜性和出錯的概率，從而阻礙聯合監測的順利進行。

2.4監測布局不合理，動態跟蹤時效差

一方面，監測布局缺乏全面性考慮。在規劃監測布局時，往往未能充分考慮地質災害的多種類型及其潛在分布規律。例如，山體滑坡和地面塌陷的影響因素和發展模式不同，但在監測布局時沒有針對差異進行優化，導致某些關鍵區域未被有效監測，無法全面反映地質災害的發展態勢。另一方面，監測布局缺乏靈活性。地質災害是動態發展的過程，隨著時間的推移，災害的范圍、強度等會發生變化。但現有的監測布局一旦確定，很難根據災害發展的實際情況及時調整，導致監測數據不能及時反映災害的最新動態，從而影響動態跟蹤的時效性。

3多源物化探技術在地質災害監測中的應用對策

多源物化探技術在地質災害監測中的應用面臨諸多難題，為了克服問題，需要針對性地提出一系列有效的應用對策。

3.1建立多源數據匹配機制，增強融合效果

針對多源物化探數據融合難題，應建立完善的數據匹配機制。

首先，統一數據采集標準，確保不同方法獲取的數據在時空尺度上具備可比性[2。例如，規定重力測量精度達到微伽級，電法勘探的采樣間隔為 1 0 m 使各類數據在同一基準下采集。

其次，基于小波變換、主成分分析等理論，設計多元數據融合算法。小波變換能將數據分解為不同頻率成分，凸顯局部特征，便于識別地質異常細節；主成分分析則能對高維數據降維處理，提取主要信息，減少數據冗余。以某滑坡監測為例，將重力、電法、地震波數據經小波變換后，依據頻率特征進行分層融合，再利用主成分分析提取反映滑坡體穩定性的關鍵指標，實現數據優勢互補，增強對地質災害隱患的識別能力。

最后，構建地質災害特征數據庫，存儲各類災害典型物化探數據特征及對應的地質模型。在數據融合過程中，通過與數據庫中的數據進行比對，快速匹配相似案例，為災害解譯提供參考依據。

3.2優化干擾抑制技術，提高信號提取精度

為應對地質災害監測現場的復雜干擾，需要從多方面優化干擾抑制技術。在硬件層面，研發具備強抗干擾能力的物化探儀器。例如，新型電磁傳感器可采用多層屏蔽結構，內屏蔽層阻擋儀器內部電磁泄漏，外屏蔽層抵御外界電磁干擾，中間填充吸波材料，衰減特定頻段的干擾波[3]；優化傳感器的接地設計，采用深埋式、多點接地方式，降低接地電阻，減少地電位波動對信號的影響。在軟件算法層面，運用自適應濾波技術。以監測地震活動為例，根據地震波信號與環境噪聲的差異，設計自適應濾波器，實時跟蹤噪聲變化，動態調整濾波參數，精準濾除工業振動、交通噪聲等干擾，提取微弱地震信號；針對山區地形起伏引發的重力、磁力假異常，采用地形校正算法，基于高精度數字高程模型（DigitalElevation Model，DEM）數據，模擬地形對物理場的影響，從測量數據中剔除地形干擾成分，還原真實地質體信號，提升信號提取精度[4]。

3.3提升設備適配性能，優化聯合監測效能

第一，開展設備的模塊化、集成化設計。集成重力、磁力、電法等功能模塊于一體，各模塊具備獨立的數據采集、處理單元，可依據監測任務需求靈活組合。例如，在地質構造復雜的山區，組裝重力－磁力聯合探測模塊，利用重力探測深部地質結構，磁力勘查淺層磁性地質體分布，實現一次測量獲取多源信息；優化設備接口，統一數據傳輸協議，便于聯合監測作業。第二，研發智能調控系統，依據地質環境參數自動調整設備工作參數。在地下水位淺埋區進行電法勘探時，系統實時監測土壤濕度，自動調節供電電流、電壓，避免因含水量過高導致短路或信號衰減；針對不同地形坡度，智能調整傳感器的姿態，保證測量方向的準確性[5]，提升設備在復雜地質條件下的適應性與監測效能，降低人工操作的復雜性與誤差。

3.4完善監測布局規劃，增強動態跟蹤時效

完善監測布局規劃，需要綜合考量地質災害類型、地質環境特征及災害演化規律。針對滑坡災害，采用分區、分層、分階段布局策略。在滑坡體前緣、后緣、中部關鍵部位，在不同深度布置傳感器，構建三維監測網絡。依據滑坡發展階段，在初始變形期加密監測點，獲取高分辨率變形數據，快速捕捉變形趨勢；在穩定期適當稀疏監測點，優化資源配置，實現對滑坡全過程動態精準跟蹤。

運用數值模擬技術輔助布局優化。基于地質勘查數據建立災害體力學模型，模擬不同工況下的地質體變形、應力分布，依據模擬結果確定監測重點區域與薄弱環節，針對性布設監測點；結合衛星遙感、無人機低空測繪等手段，定期更新地質災害體的地形地貌、植被覆蓋等信息，實時調整監測布局，確保監測網絡始終覆蓋災害關鍵部位，提升監測系統對地質災害動態變化的響應時效，為災害預警提供有力支撐。

4結論

針對傳統單一物化探技術存在的不足，探討了多源物化探技術在地質災害監測中的應用。然而，研究仍存在一些有待完善之處。例如，沒有深人分析該技術在極端地質條件下的適用性。未來，將進一步拓展研究范圍，深化技術細節，開展更多實際應用案例的分析，不斷優化技術方案，以提升多源物化探技術在地質災害監測中的應用效果。

參考文獻

1李成香，劉磊，周世昌，等.物探技術在巖溶塌陷災害監測預警中的應用研究[J].資源環境與工程，2021（6）：887-894.

2 付明林，王學究，張寶華.多源異構數據融合在富水軟巖地質災害監測的策略研究[J].河南水利與南水北調，2024（10）：90-91.

3 劉劍剛.基于北斗GNSS的高原鐵路地質災害監測技術研究[J].浙江水利水電學院學報，2024（5）：48-53.

4 王雅平，楊明龍，吳學群，等.InSAR技術在滇中紅層公路地質災害監測中的應用[J].中國水運，2024（16）：127-129.

5張曉飛，呂中虎，孟慶佳，等.基于物聯網和弱反射光柵陣列的地質災害監測系統設計與應用[J].現代電子技術，2025（1）：144-150.