綜合物探技術(shù)在兩水滑坡勘察中的應(yīng)用

張宗輝，喻璀璨

綜合物探技術(shù)在兩水滑坡勘察中的應(yīng)用

張宗輝，喻璀璨

（桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004）

滑坡是地質(zhì)災(zāi)害中最常見(jiàn)的、分布范圍最廣，產(chǎn)生危害最嚴(yán)重的一種。結(jié)合工區(qū)地質(zhì)情況和地球物理特征，本文選用了高密度電法、瑞雷波法以及地震映像法在滑坡區(qū)進(jìn)行研究和應(yīng)用。研究表明，相比常規(guī)的勘察手法，采用綜合物探方法對(duì)滑坡進(jìn)行勘察，實(shí)驗(yàn)表明：高密度電法對(duì)地下的電性分布有較好的的反映，但無(wú)法直接判斷滑動(dòng)面的幾何形態(tài)；地震映像法能夠較為直觀的反映地下彈性界面的起伏情況，對(duì)不良地質(zhì)現(xiàn)象反映明顯；瑞雷波法對(duì)淺層有較高的分辨率，可以不受地層速度的干擾，能夠較詳細(xì)的探測(cè)滑坡體的內(nèi)部情況。不僅解決了單一物探結(jié)果的多解性問(wèn)題，提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且工作效率高、相對(duì)成本較低。

滑坡；勘查；綜合物探方法；高密度電法；瑞雷波法；地震映像法

滑坡災(zāi)害發(fā)生地的地形地貌特征、地質(zhì)構(gòu)造、地下水情況等客觀因素都會(huì)對(duì)滑坡發(fā)育及分布規(guī)律產(chǎn)生一定的影響，同時(shí)也會(huì)受到人類(lèi)活動(dòng)等外在因素的制約，因此滑坡地質(zhì)災(zāi)害的形成和發(fā)生是一個(gè)較為緩慢的綜合性物理變化的過(guò)程[1,2]。

1 物探方法簡(jiǎn)介

工程地球物理勘探是基于各種地下介質(zhì)的物理性質(zhì)的差異，通過(guò)觀察地下各種地球物理場(chǎng)的變化規(guī)律，來(lái)探查目標(biāo)層或地質(zhì)體的分布，如大小、埋深、形狀等，達(dá)到解決工程和水文地質(zhì)工程問(wèn)題的目的[3,9]。本文以高密度電法、瑞雷波法以及地震映像法為例，概述了其在滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘探中的應(yīng)用。

圖1 高密度電法勘探系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1. 1 高密度電法

高密度電阻率法是一種直流電阻法，它是以常規(guī)電法勘探為基礎(chǔ)后逐漸發(fā)展而來(lái)的[4,5]。它雖然與常規(guī)電法的的原理相同，但卻具有很多優(yōu)點(diǎn)。勘探系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

不論是同一巖層還是不用的巖層，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成有一些差異，導(dǎo)致它們的電阻率也具有一定的差異。高密度電法可通過(guò)這種差異查明滑動(dòng)面情況。它利用電極將直流電向地下傳輸，形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的電場(chǎng)，然后通過(guò)儀器觀察測(cè)點(diǎn)的電阻率變化情況，進(jìn)而了解測(cè)區(qū)位置的地下巖層情況等要素。

1.2 瑞雷波法

瑞雷波的傳播及質(zhì)點(diǎn)軌跡隨深度變化如圖2所示，當(dāng)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)在水平軸和垂直軸上的分解振動(dòng)振幅異號(hào)時(shí)，合成后的質(zhì)點(diǎn)的軌跡是沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的橢圓；符號(hào)相同時(shí)，軌跡為逆時(shí)針橢圓[6]。

圖3 滑坡區(qū)全貌

瑞雷波在向地下傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅會(huì)隨著傳播深度的增加而逐漸減小。通過(guò)觀察瑞雷波的傳播特性，來(lái)分析地下的地質(zhì)情況。當(dāng)波長(zhǎng)相同時(shí)，傳播特性反映同一深度水平方向上地質(zhì)情況；當(dāng)波長(zhǎng)不同時(shí)，反映的是地下不同深度的各個(gè)地質(zhì)情況。在野外進(jìn)行工作時(shí)，通過(guò)地面激發(fā)地震波，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，然后對(duì)振幅進(jìn)行處理得到頻散曲線，從而了解測(cè)區(qū)地層情況。

1.3 地震影像法

地震映像法也被稱(chēng)為高密度地震法，因?yàn)樗a(chǎn)生震源的方式與高密度電法相同，都是通過(guò)錘擊或者放炮的方式產(chǎn)生震源，并且測(cè)點(diǎn)密度也比較大。地震映像法最特別的地方就是在記錄每道地震波時(shí)，都是選取相同的偏移距，在進(jìn)行野外勘察工作時(shí)，每一次地震波激發(fā)和接收完成之后，激發(fā)點(diǎn)和檢波器就會(huì)順著測(cè)線方向向前移動(dòng)相同的距離，然后開(kāi)始下一次的工作，當(dāng)完成整條測(cè)線的采集工作后，就得到一條測(cè)線的地震剖面圖。從它的工作形式可以看出，主要選擇測(cè)區(qū)最適合的偏移是整個(gè)工作中的關(guān)鍵問(wèn)題，它對(duì)探測(cè)結(jié)果產(chǎn)生了直接的影響。地震映像法在工作時(shí)所利用的有效波并不是某一種特定波，而是根據(jù)測(cè)區(qū)地質(zhì)環(huán)境的具體情況選取一種或者幾種，因此它也被稱(chēng)為地震多波勘探[7]。

2 工程實(shí)例分析

2.1 地理位置

滑坡區(qū)地處資源縣兩水苗族鄉(xiāng)鳳水村對(duì)門(mén)山境內(nèi)，位于中低山地貌斜坡地帶。滑坡所處地段地貌單元屬構(gòu)造侵蝕碎屑巖中低山地貌區(qū)，地勢(shì)一般在西北高，東南低。溝壑發(fā)育，山谷大多是“V”形。山體坡度較陡，一般為35°～55°，局部達(dá)65°～75°。大部分土壤都是裸露的，沒(méi)有采取任何保護(hù)措施。

根據(jù)工作要求和場(chǎng)地條件，本次野外工作選用了以地震波映像、多道瞬態(tài)面波法為主、高密度電法為輔的綜合物探方法。場(chǎng)內(nèi)公布值了16條測(cè)線，其中滑坡1區(qū)布置了一條地震映像法測(cè)線，滑坡2區(qū)共布置了9條測(cè)線，7-7’～14-14’為地震映像法測(cè)線，15-15’為高密度電法測(cè)線；滑坡3區(qū)布置了6條測(cè)線，1-1’ ～6-6’為地震映像法測(cè)線。工程物探綜合平面圖如圖4。

圖4 工程物探綜合平面圖

2.2 資料分析

2.2.1地震波影像

從地震波映像時(shí)間剖面圖上可以看出，經(jīng)過(guò)滑動(dòng)的巖土體與下伏不動(dòng)體存在振幅、頻率等方面的差異，同相軸反射波的頻率低、振幅大，續(xù)至波有振蕩拖尾現(xiàn)象；有些反射波同相軸有錯(cuò)動(dòng)、上下位移現(xiàn)象；有些反射波同相軸呈“眼”狀、“弧形”等特征（圖5）。

圖5 測(cè)線8-8’與9-9’地震映像時(shí)間剖面

2.2.2 高密度電法

圖6 高密度電法視電阻率等值線斷面圖

從高密度電法視電阻率等值線斷面圖可以看出，測(cè)區(qū)內(nèi)地表的視電阻率一般呈高阻現(xiàn)象，而在150～250m段上，經(jīng)過(guò)滑動(dòng)的上層土體，由于相對(duì)較松散，又經(jīng)過(guò)雨水浸潤(rùn)，則呈現(xiàn)低阻的現(xiàn)象（圖6）。

2.2.3多道瞬態(tài)面波法

由多道瞬態(tài)面波視速度等值線圖可知，場(chǎng)地總共可分為三層，第一層厚度在3~6m，局部可達(dá)到8m，面波視速度在130～230m/s；第二層厚度在3～8m，面波視速度在230～330m/s；第三層面波視速度在330～850m/s（圖7）。

圖7 測(cè)線8-8’和9-9’多道瞬態(tài)面波視速度等值線圖

2.2.4小結(jié)

依據(jù)多道瞬態(tài)面波及地震波映像等對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行分層如下（圖8）：

第一層：場(chǎng)地覆蓋層，主要為種植土和粘土，局部為滑坡滑落物，主要為粘土和塊石混合物；該層厚度一般在3～6m，局部達(dá)8m以上，該層多道瞬態(tài)面波速度一般在130～230m/s之間，縱波速度一般在150～700m/s之間。

第二層：該層為強(qiáng)風(fēng)化巖，多道瞬態(tài)面波速度一般在230～330m/s之間，縱波速度一般在700～1 300m/s之間，該層厚度不均勻，一般在3～8m之間，滑動(dòng)面位于第二層強(qiáng)風(fēng)化層頂部。

第三層：該層為中風(fēng)化巖，多道瞬態(tài)面波速度一般在330～850m/s之間，縱波速度一般在1300～ 3 400m/s之間。

通過(guò)高密度電法、多道瞬態(tài)面波法以及地震映像法相結(jié)合，完成了資源縣兩水苗族鄉(xiāng)鳳水村對(duì)門(mén)山境內(nèi)滑坡的探測(cè)，講述了探測(cè)的測(cè)線布置情況，對(duì)每種物探方法取得的圖像進(jìn)行分析解釋?zhuān)_定了滑坡體的規(guī)模，滑坡體內(nèi)地層巖性，滑動(dòng)邊界以及滑動(dòng)面的特征，為后續(xù)滑坡的治理提供了可靠地依據(jù)；該場(chǎng)地內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害以滑坡為主，測(cè)區(qū)滑坡已導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)滑塌，產(chǎn)生拉裂縫?；瑒?dòng)面基本呈上陡下緩的弧線型?；瑒?dòng)面深度一般在3～8m之間，前緣從公路切方邊坡剪出。滑坡主要為上部覆蓋層滑坡，滑體物質(zhì)主要為第四系殘坡積土，滑動(dòng)面為巖土接觸面；滑床主要為全風(fēng)化砂巖、強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾頁(yè)巖?；聻樾⌒突拢瑢贍恳交?。

圖8 測(cè)線8-8’、9-9’工程解釋斷面圖

3 總結(jié)

選用綜合物探方法對(duì)滑坡進(jìn)行勘察應(yīng)用研究，無(wú)論是對(duì)物探技術(shù)本身的進(jìn)步，還是對(duì)滑坡災(zāi)害的研究都具有重要的意義。本文結(jié)合滑坡區(qū)的工程地質(zhì)條件以及地球物理特征，采用高密度電法、瑞雷波法以及地震映像法對(duì)滑坡進(jìn)行綜合勘探，得出的結(jié)論如下：

1）利用介質(zhì)的電性差異以及彈性特征，選用高密度電法、地震映像法以及瑞雷波法相結(jié)合，不但解決了單一物探方法的存在多解性問(wèn)題，而且提高了推斷滑動(dòng)面埋藏深度以及規(guī)模的準(zhǔn)確性。

2）高密度電法對(duì)地下的電性分布有較好的的反映，但無(wú)法直接判斷滑動(dòng)面的幾何形態(tài)；地震映像法能夠較為直觀的反映地下彈性界面的起伏情況，對(duì)不良地質(zhì)現(xiàn)象反映明顯；瑞雷波法對(duì)淺層有較高的分辨率，可以不受地層速度的干擾，能夠較詳細(xì)的探測(cè)滑坡體的內(nèi)部情況。

3）滑坡勘察工作中使用鉆探與物探相結(jié)合的方法，先物探，然后對(duì)于重點(diǎn)地區(qū)再進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證，不僅減少了鉆探的工作量，而且提高了勘察質(zhì)量。

4）一種物理勘探方法所得到的信息有限，會(huì)影響對(duì)探測(cè)對(duì)象的判斷結(jié)論。尤其是對(duì)大型滑坡的勘察中，結(jié)果存在不唯一性，并且隨著滑坡深度和廣度的增加，單個(gè)方法的探測(cè)分辨率較低，因此，在進(jìn)行滑坡的勘察工作時(shí)，結(jié)合測(cè)區(qū)的具體地質(zhì)條件和周?chē)h(huán)境，盡量選擇多種方法組合進(jìn)行綜合勘探，一方面可以提高結(jié)果的準(zhǔn)確性，另一方面也使工作效率大大提高。

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The Application of Comprehensive Geophysical Exploration Technology to the Shuangshui Landslide Investigation

ZHANG Zong-hui YU Cui-can

(College of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541006)

This study applies high-density resistivity method, Rayleigh wave method and seismic imaging method to the Shuangshui landslide investigation. The results indicate that the high-density resistivity method has a good response to the electric distribution in the ground, but can’t judge directly the geometry of the sliding surface;the seismic imaging method can directly reflect the fluctuation of the underground elastic interface and clearly reflect the adverse geological phenomena; the Rayleigh wave method has higher resolution for shallow layer and can detect the internal condition of the landslide body in detail without disturbance by the seismic velocity of the formation.

Shuangshui landslide; exploration; high-density resistivity method; seismic imaging method; Rayleigh wave method;

P319.3

A

1006-0995（2020）01-0147-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.01.029