综合物探方法在青岛某滑坡探测中的应用

高　瑜　张　帆　龙　泉

(1．山东大学岩土与结构研究中心，山东济南　250061;2．解放军军事交通学院，天津　300161)



综合物探方法在青岛某滑坡探测中的应用

高瑜1张帆1龙泉2

(1．山东大学岩土与结构研究中心，山东济南250061;2．解放军军事交通学院，天津300161)

摘要:介绍了瞬变电磁法与探地雷达的基本原理，采用两者相结合的综合物探方法，对青岛崂山区某滑坡开展了探测工作，论述了野外测线的布置方式，通过钻孔检测，验证了利用综合物探方法进行滑坡探测是可行的。

关键词:滑坡，综合物探，瞬变电磁法，探地雷达

0　引言

青岛崂山区东部常年受黄海暖湿气流影响，导致花岗岩质山体风化严重，严重威胁着周边社区居民的生命财产安全。2007年、2011年返岭前村附近曾两度发生严重的滑坡地质灾害，给当地政府和居民敲响了警钟。因此，采用快速有效的探测手段对潜伏滑动面进行调查，查明其埋深、空间分布情况等，为后续安全治理提供可靠资料，具有非常重要的意义。目前，用于滑坡探测的技术手段主要有地质分析法、钻探法和地球物理探测法［1-3］，其中地球物理勘探法包括地震法、电阻率法、电磁法及其他新兴技术方法(如核磁共振法、钻孔电视等)。地球物理探测法以其无损、高效、精确等优势，取得了许多成功的应用［3-6］。然而，由于滑坡区域地质条件复杂，以及地球物理方法本身存在多解性等因素，单一物探方法探测结果的精确度和可靠性不高。因此，对于滑坡区域滑动面的探测工作，采用综合物探方法是一套可行的方案。

1　区域地质概况

探测区域属于暖温带季风气候区，雨量充沛，同时明显受到黄海的调节作用。据贾永刚、谭长伟等著《青岛市城市工程地质》的研究成果，区内的泉心河暴发山洪的临界日降水量为100 mm，重现间隔为2年～3年［7］。区内地下水分为基岩裂隙水和第四系松散岩孔隙水，多属于潜水，局部属浅层微承压水。探测区域地层岩性较简单，90%以上面积为岩浆岩。岩体风化带一般较厚，厚度3 m～15 m。区内多山，且多呈上陡下缓趋势，山脚为居民聚集区，省道212自北向南穿过山脚，沿道路两旁有输电线通过。测区内公路为当地主要交通要道，来往车辆较多。

图1　探测区域实景图

由图1可见，探测区域分为四部分:滑坡三、已滑滑坡、滑坡一和滑坡二。

2　物探方法可行性及基本原理

2．1物探方法的可行性

瞬变电磁法对滑坡滑动面等低阻异常反应较灵敏，且具有不受地形影响，探测深度大以及剖面测量和测深工作同时进行等优点［8］。

考虑到滑坡区域复杂陡峭的地形条件，不宜采用像高密度电法的传统剖面测量方式，而应采用瞬变电磁法，通过单点测量方式实现剖面测量与测深测量同步进行，既很好地克服了上述困难，保证了探测质量，同时又提高了工作效率。

探地雷达所采用的高频电磁波对浅层地表岩土体分界面、裂隙和小断层等具有很高的分辨率，对于滑动面的精细识别具有明显优势。同时，探地雷达可以弥补瞬变电磁法存在浅层探测盲区的缺陷。因此，应用瞬变电磁法和探地雷达探测滑坡滑动面的方案具有可行性。下面简单介绍这两种物探方法的基本原理。

2．2瞬变电磁法基本原理

瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method，简称TEM)是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布，来解决有关地质问题的时间域电磁法［9］。

瞬变电磁法的激励场源主要有两种，一种是回线形式(或载流线圈)的磁源，另一种是接地电极形式的电流源。对于回线形式磁偶源激发的瞬变电磁场，瞬变电磁场在大地中主要以“烟圈”扩散形式传播(见图2)，在这一过程中，电磁能量直接在导电介质中传播而消耗，由于趋肤效应，高频部分主要集中在地表附近，且其分布范围是源下面的局部，较低频部分传播到深处，且分布范围逐渐扩大。

2．3探地雷达基本原理

探地雷达(Ground Penetrating Radar，简称GPR)，是利用频率介于106 Hz～109 Hz的电磁波来确定地下介质分布的一种地球物理方法［10］。其基本原理是:发射天线将高频短脉冲电磁波定向送入地下，电磁波在传播过程中遇到存在电性差异的地层或目标体就会发生反射和透射，接收天线收到反射波信号并将其数字化，然后由电脑以反射波波形的形式记录下来(见图3)。对所采集的数据进行相应的处理后，可根据反射波的传播时间、幅度和波形，判断地下目标体的空间位置、结构及其分布特征。

图2　地面半空间瞬变电磁法探测原理示意图

图3　探地雷达探测原理示意图

3　野外测线布置

由于探测区域地形异常陡峭，不便于开展测线沿山体纵向布置的探测工作，物探测线走向均按照近似平行于地形等高线的方式来布置。由于版面限制，本文仅介绍探测区域中已滑坡部分的测线布置方式，该部分共布设探地雷达测线10条，瞬变电磁测线4条，测线位置如图4所示，测线统计见表1。

图4　已滑坡部分物探测线布置示意图

表1　已滑坡部分物探测线统计表

探地雷达采用点测方式，点距0．1 m，时窗420 ns，16次叠加，发射率为50 kHz，仪器为美国GSSI公司TerraSIRch SIR 3000探地雷达系统;瞬变电磁法采用中心回线装置，发射线框采用3 m× 3 m×8匝的矩形回线，接收线框采用探头接收，采用点测方式，点距5 m，时基20 ms，32次叠加，发射电流1 A～3 A，仪器为IGGETEM30A型瞬变电磁仪。

4　探测成果分析

下面以已滑坡部分的探地雷达测线L3和瞬变电磁测线T1探测成果为例，来说明探地雷达法和瞬变电磁法在滑坡探测中综合应用的地质效果。同时，由已掌握的资料可知，钻孔ZK4-1经过测线T1。

图5　瞬变电磁测线T1视电阻率断面图

图6　探地雷达测线L3成果图

由图5瞬变电磁法视电阻率等值线分布情况可知，除测线两端各5 m，深度约10 m以内的视电阻率相对较低，该层位地层存在一定含水量，深度约10 m以下地层整体视电阻率普遍较高。由图6探地雷达伪彩色成果图可知，深度约13 m处存在明显界面，界面以上区域幅值变化杂乱无规律，反映出该区域地层疏松破碎;界面以下区域幅值较大，推断为风化程度相对较弱的滑床。对比图5，图6探测成果可知，瞬变电磁法视电阻率陡变的深度位置与探地雷达强反射界面位置具有较一致的物探响应，通过这两种物探方法，可以较精确地探测出滑动面的深度位置。

图7　钻孔ZK4-1柱状图（截图）

与此同时，结合图7可知，钻孔揭露了全风化花岗岩和强风化花岗岩两种岩性，全风化花岗岩呈土状，土体结构中密，成分主要由长石风化的粘、粉粒等组成，其含水状况界于饱和与湿润之间;深度11．40 m以下为强风化花岗岩，与上层的全风化花岗岩明显不同。这也验证了瞬变电磁法与探地雷达进行滑坡探测的准确性。综上所述，瞬变电磁测线T1、探地雷达测线L3及钻探的成果分析可知，瞬变电磁法的视电阻率陡变位置、探地雷达法的强反射位置、钻探岩芯岩性分界面之间有较高一致性，充分说明了瞬变电磁法和探地雷达法综合应用于滑坡探测具有显著的地质效果。

5　结语

采用瞬变电磁与探地雷达的综合探测方法来开展滑坡滑动面探测是可行的。瞬变电磁法能直观反映出地层视电阻率的分布情况，通过等值线上幅值大小来较精确判定滑动面埋深;探地雷达高频入射波在电阻率、相对介电常数差异明显的区域产生强烈反射，据此可推断滑动面位置。通过与地质调查、钻探验证相结合，进一步提高了综合物探方法应用于滑坡探测的准确度，既克服了地质分析的精确度不高的问题，又弥补了钻探“一孔之见”的缺陷，为工程实践提供了一定的借鉴意义。

参考文献:

［1］徐兴倩，苏立君，梁双庆．地球物理方法探测滑坡体结构特征研究现状综述［J］．地球物理学进展，2015，30(3):1449-1458．

［2］薛翊国，李术才，苏茂鑫，等．厚层堆积层滑坡滑面的综合探测技术及其应用［J］．中国地质灾害与防治学报，2013，24 (3):43-53．

［3］董杰，孟庆生，尹明泉，等．综合物探方法在采空塌陷区调查中的应用［J］．物探与化探，2013，37(3):557-560．

［4］李好．高密度电法和瞬态瑞利波法在长江沿岸滑坡探测中的综合应用［J］．工程勘察，2015(5):83-91．

［5］朱自强，王战军，鲁光银，等．综合物探方法在湘西岩溶勘察中的应用［J］．公路，2012(4):48-53．

［6］杨德龙，朱丽丽，黄凡，等．高密度电阻率法在某滑坡探测中的应用［J］．地质灾害与环境保护，2011，22(3):12-15．

［7］贾永刚，谭长伟，刘红军．青岛市城市工程地质［M］．青岛:青岛海洋大学出版社，1995．

［8］蒋邦远．实用近区磁源瞬变电磁法勘探［M］．北京:地质出版社，1998．

［9］李貅．瞬变电磁测深的理论与应用［M］．西安:陕西科学技术出版社，2002．

［10］李大心．探地雷达方法与应用［M］．北京:地质出版社，1994．

On application of comprehensive geophysical
prospecting method in survey of some landslide in Qingdao

Gao Yu1Zhang Fan1Long Quan2
(1．Rock-Soil Structure Research Center，Shandong University，Jinan 250061，China;2．Military Transportation University，Tianjin 300161，China)

Abstract:The paper introduces the basic principle for the transient electromagnetic method and ground penetrating radar，adopts the comprehensive geophysical prospecting method by combining with the two methods，surveys the works on the landslide at Laoshan District of Qingdao，indicates the allocation approach of the field line，and proves the comprehensive geophysical prospecting method is feasible for the landslide survey according to the drilling test．

Key words:landslide，comprehensive geophysical prospecting，transient electromagnetic method，ground penetrating radar

作者简介:高瑜(1989-)，男，在读硕士;张帆(1990-)，男，在读硕士;龙泉(1995-)，男，在读本科生

收稿日期:2015-10-29

文章编号:1009-6825(2016)01-0092-03

中图分类号:P642．22

文献标识码:A