综合物探技术在两水滑坡勘察中的应用

张宗辉，喻璀璨

综合物探技术在两水滑坡勘察中的应用

张宗辉，喻璀璨

（桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541004）

滑坡是地质灾害中最常见的、分布范围最广，产生危害最严重的一种。结合工区地质情况和地球物理特征，本文选用了高密度电法、瑞雷波法以及地震映像法在滑坡区进行研究和应用。研究表明，相比常规的勘察手法，采用综合物探方法对滑坡进行勘察，实验表明：高密度电法对地下的电性分布有较好的的反映，但无法直接判断滑动面的几何形态；地震映像法能够较为直观的反映地下弹性界面的起伏情况，对不良地质现象反映明显；瑞雷波法对浅层有较高的分辨率，可以不受地层速度的干扰，能够较详细的探测滑坡体的内部情况。不仅解决了单一物探结果的多解性问题，提高了结果的准确性，而且工作效率高、相对成本较低。

滑坡；勘查；综合物探方法；高密度电法；瑞雷波法；地震映像法

滑坡灾害发生地的地形地貌特征、地质构造、地下水情况等客观因素都会对滑坡发育及分布规律产生一定的影响，同时也会受到人类活动等外在因素的制约，因此滑坡地质灾害的形成和发生是一个较为缓慢的综合性物理变化的过程[1,2]。

1 物探方法简介

工程地球物理勘探是基于各种地下介质的物理性质的差异，通过观察地下各种地球物理场的变化规律，来探查目标层或地质体的分布，如大小、埋深、形状等，达到解决工程和水文地质工程问题的目的[3,9]。本文以高密度电法、瑞雷波法以及地震映像法为例，概述了其在滑坡地质灾害勘探中的应用。

图1 高密度电法勘探系统结构示意图

1. 1 高密度电法

高密度电阻率法是一种直流电阻法，它是以常规电法勘探为基础后逐渐发展而来的[4,5]。它虽然与常规电法的的原理相同，但却具有很多优点。勘探系统结构示意图如图1。

不论是同一岩层还是不用的岩层，它们的内部结构和组成有一些差异，导致它们的电阻率也具有一定的差异。高密度电法可通过这种差异查明滑动面情况。它利用电极将直流电向地下传输，形成一个相对稳定的电场，然后通过仪器观察测点的电阻率变化情况，进而了解测区位置的地下岩层情况等要素。

1.2 瑞雷波法

瑞雷波的传播及质点轨迹随深度变化如图2所示，当质点运动在水平轴和垂直轴上的分解振动振幅异号时，合成后的质点的轨迹是沿顺时针方向旋转的椭圆；符号相同时，轨迹为逆时针椭圆[6]。

图3 滑坡区全貌

瑞雷波在向地下传播时，质点振动的振幅会随着传播深度的增加而逐渐减小。通过观察瑞雷波的传播特性，来分析地下的地质情况。当波长相同时，传播特性反映同一深度水平方向上地质情况；当波长不同时，反映的是地下不同深度的各个地质情况。在野外进行工作时，通过地面激发地震波，进行数据收集，然后对振幅进行处理得到频散曲线，从而了解测区地层情况。

1.3 地震影像法

地震映像法也被称为高密度地震法，因为它产生震源的方式与高密度电法相同，都是通过锤击或者放炮的方式产生震源，并且测点密度也比较大。地震映像法最特别的地方就是在记录每道地震波时，都是选取相同的偏移距，在进行野外勘察工作时，每一次地震波激发和接收完成之后，激发点和检波器就会顺着测线方向向前移动相同的距离，然后开始下一次的工作，当完成整条测线的采集工作后，就得到一条测线的地震剖面图。从它的工作形式可以看出，主要选择测区最适合的偏移是整个工作中的关键问题，它对探测结果产生了直接的影响。地震映像法在工作时所利用的有效波并不是某一种特定波，而是根据测区地质环境的具体情况选取一种或者几种，因此它也被称为地震多波勘探[7]。

2 工程实例分析

2.1 地理位置

滑坡区地处资源县两水苗族乡凤水村对门山境内，位于中低山地貌斜坡地带。滑坡所处地段地貌单元属构造侵蚀碎屑岩中低山地貌区，地势一般在西北高，东南低。沟壑发育，山谷大多是“V”形。山体坡度较陡，一般为35°～55°，局部达65°～75°。大部分土壤都是裸露的，没有采取任何保护措施。

根据工作要求和场地条件，本次野外工作选用了以地震波映像、多道瞬态面波法为主、高密度电法为辅的综合物探方法。场内公布值了16条测线，其中滑坡1区布置了一条地震映像法测线，滑坡2区共布置了9条测线，7-7’～14-14’为地震映像法测线，15-15’为高密度电法测线；滑坡3区布置了6条测线，1-1’ ～6-6’为地震映像法测线。工程物探综合平面图如图4。

图4 工程物探综合平面图

2.2 资料分析

2.2.1地震波影像

从地震波映像时间剖面图上可以看出，经过滑动的岩土体与下伏不动体存在振幅、频率等方面的差异，同相轴反射波的频率低、振幅大，续至波有振荡拖尾现象；有些反射波同相轴有错动、上下位移现象；有些反射波同相轴呈“眼”状、“弧形”等特征（图5）。

图5 测线8-8’与9-9’地震映像时间剖面

2.2.2 高密度电法

图6 高密度电法视电阻率等值线断面图

从高密度电法视电阻率等值线断面图可以看出，测区内地表的视电阻率一般呈高阻现象，而在150～250m段上，经过滑动的上层土体，由于相对较松散，又经过雨水浸润，则呈现低阻的现象（图6）。

2.2.3多道瞬态面波法

由多道瞬态面波视速度等值线图可知，场地总共可分为三层，第一层厚度在3~6m，局部可达到8m，面波视速度在130～230m/s；第二层厚度在3～8m，面波视速度在230～330m/s；第三层面波视速度在330～850m/s（图7）。

图7 测线8-8’和9-9’多道瞬态面波视速度等值线图

2.2.4小结

依据多道瞬态面波及地震波映像等对场地进行分层如下（图8）：

第一层：场地覆盖层，主要为种植土和粘土，局部为滑坡滑落物，主要为粘土和块石混合物；该层厚度一般在3～6m，局部达8m以上，该层多道瞬态面波速度一般在130～230m/s之间，纵波速度一般在150～700m/s之间。

第二层：该层为强风化岩，多道瞬态面波速度一般在230～330m/s之间，纵波速度一般在700～1 300m/s之间，该层厚度不均匀，一般在3～8m之间，滑动面位于第二层强风化层顶部。

第三层：该层为中风化岩，多道瞬态面波速度一般在330～850m/s之间，纵波速度一般在1300～ 3 400m/s之间。

通过高密度电法、多道瞬态面波法以及地震映像法相结合，完成了资源县两水苗族乡凤水村对门山境内滑坡的探测，讲述了探测的测线布置情况，对每种物探方法取得的图像进行分析解释，确定了滑坡体的规模，滑坡体内地层岩性，滑动边界以及滑动面的特征，为后续滑坡的治理提供了可靠地依据；该场地内地质灾害以滑坡为主，测区滑坡已导致边坡失稳滑塌，产生拉裂缝。滑动面基本呈上陡下缓的弧线型。滑动面深度一般在3～8m之间，前缘从公路切方边坡剪出。滑坡主要为上部覆盖层滑坡，滑体物质主要为第四系残坡积土，滑动面为岩土接触面；滑床主要为全风化砂岩、强风化砂岩夹页岩。滑坡为小型滑坡，属牵引式滑坡。

图8 测线8-8’、9-9’工程解释断面图

3 总结

选用综合物探方法对滑坡进行勘察应用研究，无论是对物探技术本身的进步，还是对滑坡灾害的研究都具有重要的意义。本文结合滑坡区的工程地质条件以及地球物理特征，采用高密度电法、瑞雷波法以及地震映像法对滑坡进行综合勘探，得出的结论如下：

1）利用介质的电性差异以及弹性特征，选用高密度电法、地震映像法以及瑞雷波法相结合，不但解决了单一物探方法的存在多解性问题，而且提高了推断滑动面埋藏深度以及规模的准确性。

2）高密度电法对地下的电性分布有较好的的反映，但无法直接判断滑动面的几何形态；地震映像法能够较为直观的反映地下弹性界面的起伏情况，对不良地质现象反映明显；瑞雷波法对浅层有较高的分辨率，可以不受地层速度的干扰，能够较详细的探测滑坡体的内部情况。

3）滑坡勘察工作中使用钻探与物探相结合的方法，先物探，然后对于重点地区再进行钻孔验证，不仅减少了钻探的工作量，而且提高了勘察质量。

4）一种物理勘探方法所得到的信息有限，会影响对探测对象的判断结论。尤其是对大型滑坡的勘察中，结果存在不唯一性，并且随着滑坡深度和广度的增加，单个方法的探测分辨率较低，因此，在进行滑坡的勘察工作时，结合测区的具体地质条件和周围环境，尽量选择多种方法组合进行综合勘探，一方面可以提高结果的准确性，另一方面也使工作效率大大提高。

[1] 夏柏如,张燕,虞立红我国滑坡地质灾害监测治理技术[J]探矿工程,2001:87-90.

[2] 周创兵,李典庆.暴雨诱发滑坡致灾机理与减灾方法研究进展[J].地球科学进展,2009,24(05):477-487.

[3] 毛卓良.论述我国工程物探的现状及发展前景[J].低碳世界,2014(03). 124-125.

[4] 严加勇,孟贵祥,吕庆田等.高密度电法的进展与展望[J].物探与化探.2012,36(4).

[5] 赵小军,杜彩虹.高密度电法在水利水电工程中的应用[J].西部探矿工程,2012,24(02):111-112+117.

[6] 丁海鹏. 本溪市东山煤矿采空区的瑞雷波勘察方法应用[D].东北大学,2008.

[7] 张玉池. 边坡失稳地球物理特征及其应用研究[D].中南大学,2007. [8] 孙洪亮,雷宛.岩溶地区地震映像法的资料处理[J].勘察科学技术,2006（2）：60-64.

[8] Song Liu. Shuangxi Zhang. Jiangfeng Li. Investigation of a landslide in the new site of Badong County by integrated geophysical survey[J].Science in China(Series D:Earth Sciences),2001(05):426-436.

[9] 高瑜,张帆,龙泉.综合物探方法在青岛某滑坡探测中的应用[J].山西建筑,2016,42(01):92-94.

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