探访自然资源部地裂缝地质灾害重点实验室 ——

　　科技巧手修复地球“伤疤”

　　新华日报 2023年4月26日 第14版

　　4月中旬，春光融融，无锡市光明村杨墅里的围墙边草木繁茂，郁郁葱葱。围墙呈方形，里面布设了各类监测设备，监测这块原本深受地裂缝困扰的土地。这片“围墙”之内是自然资源部地裂缝地质灾害重点实验室建设的地裂缝自动化监测站，该重点实验室由江苏省地质调查研究院、长安大学、南京大学共同建设。

　　地裂缝的背后是地面沉降，如何治理地面沉降？4月24日，新华日报《科技周刊》记者走进该重点实验室，从实验室中探寻防控地面沉降的故事。

　　上世纪80年代，苏南地区逐渐出现地面沉降地质灾害。上世纪末一份监测资料显示，地面沉降严重区5年内地面下降了500多毫米，照这个速度，平均海拔3米左右的苏锡常地区，用不了多久就可能会沉到海平面以下。水井井管相对抬升、桥梁净空减小、河水水位相对上升、房屋出现裂缝……江苏省地质调查研究院专家调查后发现，过度开采地下水是引起苏南地区地面不均匀沉降最主要的原因。

　　“江苏省自然资源系统先后在苏锡常地区围绕地面沉降问题开展了一系列综合性环境地质调查工作，从基础地质条件入手，对地面沉降及地裂缝灾害分布规律、形成机理以及综合防治等方面进行了系统研究。” 自然资源部地裂缝地质灾害重点实验室主任朱锦旗说，省地调院专家采取点面结合的方法进行探测，在点上通过钻探，在面上通过地震波探测不同深度松散层下面的基岩形态等；为快速遏制地面沉降发展迅速的态势，苏锡常地区在全国率先实施了全面禁采深层地下水，并合理规划利用浅层地下水。在本世纪初，地面沉降便得到遏制，控沉效果优于其它类似地区。

　　“上世纪80年代末期至本世纪初，省地调院共调查发现20多条地裂缝，长度累计23km。”朱锦旗说，差异地面沉降在造成土层变形破坏形成地裂缝的同时，对公路、桥梁、管线等重要基础设施造成重大损坏，数百栋民房开裂成危房。为破解地裂缝防灾减灾的关键理论技术问题，自然资源部地裂缝地质灾害重点实验室于2012年5月批准建设。

　　“地面沉降对经济社会的影响一般可划分为两类。”朱锦旗说，一类是显性的，即直接造成经济损失，如房屋因地面沉降出现裂缝，只能对房屋进行加固或重建；另一类是隐性的，由于地面沉降渐次降低建设环境和生态环境的总体质量，在不知不觉中导致一系列地质环境质量恶化。

　　与房屋裂缝等显性损失相比，更须让人提防的是隐性影响。就像慢性病不能立马治愈一样，需要医生时时问诊，根据不同的时间不同的人开出不同的药方。这就是“地面沉降风险管理”。实验室办公室主任张岩介绍，实验室在国际上首次实现了区域—场地双尺度的地裂缝地质灾害预测预警，既能在区域尺度上精准预测地裂缝发生位置，又能在场地尺度上定量化模拟预测野外地裂缝动态演变，为地裂缝灾害风险管理与防控措施的制定提供了决策依据。此外，光纤技术也作为“新星”被引入到地裂缝监测中，使地裂缝的监测由二维跨入三维，为地裂缝孕灾快速识别提供了技术支撑。

　　在实验室中，一束激光穿过几面透镜变化为横条形状，再在头发丝粗细的光纤纤芯上刻出格栅。有了这格栅，满足光栅衍射条件的入射光在格栅处被耦合反射，其他不满足的继续往后传播，得到了该格栅的中心波长，当光纤外界的温度、湿度、压力、形变等发生变化，该中心波长随即发生漂移，漂移量的多少就能够测出这些温度、湿度、压力、形变等的变化量。

　　“传统的测量仪只能单独测水位、压力、位移等参数，但光纤通过共光源和共光路结合不同类型传感器的串联能够同时测量多种数据。”实验室技术专家卢毅说，光纤传感器设备出厂前，都要先在测试室中进行标定实验，通过人为制造变化量，对光纤传感器的测试参数进行率定。这些传感器已应用于如东县小洋口、无锡市光明村、苏州黄埭镇等曾被地面沉降困扰的地区，实时监测地面沉降发生位置的各类指标。

　　一座长方体的模型箱内，将苏锡常地区基底起伏和地层结构概化为基岩潜山、黏性土—砂性土—黏性土的三层结构，两侧入水、底下排水及水流控制系统可模拟地下水的开采过程，这是一座我国最大的“采水型”地裂缝物理模型。“早在2000年前后，省地调院就建立了苏锡常地区基岩地质模型、第四系结构模型、水文地质结构模型，清晰刻画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。”张岩表示，该模型并不只是简单的地裂缝形成场景的再现，它的每个地层都布设了光纤传感器，实时监测地层变形并传输数据。为了对地面沉降问题有更直观的认知，实验室还研发了地裂缝地质结构三维可视化软件和地裂缝预测预警系统。“比如，我们通过监测了解地下水分布范围、分析地下水可采资源量，对开采后会产生什么影响等进行数值模拟从而进行预测预警，实现更精细化的管理。”张岩介绍。

　　目前，实验室已构建了较为完善的地面沉降、地裂缝监测网络，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站网，部分站点已实现了对灾情自动化监测和数据实时传输。“鉴于江苏地裂缝灾害已得到成功遏制，未来，实验室将立足于全国地裂缝灾害的多样性与复杂性，聚焦地裂缝防灾减灾的关键问题，开展创新性研究，力争打造国际领先的，基础理论、监测技术、模拟预警、工程应用四位一体的科技创新平台，为我国地裂缝灾害防治提供支撑！”朱锦旗表示。

原文链接：http://kxjst.jiangsu.gov.cn/art/2023/4/27/art_83499_10878751.html
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