双层滑面滑坡体高密度电法正反演研究

吕天江，宋顺昌，尹努寻，陈先童，宋启文，陈德靖

（贵州省地矿局地球物理地球化学勘查院，贵州 贵阳 550018）

引言

滑坡是指斜坡上的岩(土)体由于暴雨、地下水、地震或人为因素等影响,在重力作用下,沿着一定的软弱面或软弱带,整体或分散地顺坡向下滑动的现象。滑坡发育分布规律主要受地形地貌、地层岩性、地质构造、降雨、人类工程活动的控制[1]。大多数堆积层斜坡与下伏基岩接触面是斜坡堆积体的第一不连续面, 但部分较大型堆积层斜坡的失稳常产生多级滑移或解体现象,有的斜坡还产生双层平行滑移和多层滑移[2];某些老滑坡也往往具有多级滑面, 尤其是由坚硬岩层夹软弱泥、页岩层构成的滑坡体[3],常规勘查中可能会被人们忽视,造成潜在危害,本研究采用高密度电法对贵州一处中型中层岩土混合滑坡进行勘查, 通过对滑坡体电性结构进行正反演研究, 得出该滑坡体具有双层滑面结构, 物探成果为该滑坡分析和治理提供了重要参考信息, 对今后开展类似勘查项目具有参考和借鉴意义。

1 滑坡地质概况及地球物理特征

1.1 滑坡地质概况

该滑坡为反向中层岩土混合滑坡[4],主要为斜坡表面第四系松散残坡积层夹碎石粘土层沿岩土分界面向下滑动破坏,滑坡总体坡度较陡,为55°～65°,前缘剪出口为陡崖,坡度>75°,前缘剪出口处为较高的自然临空面,相对高差约100 m。据现场调查,滑坡中部已发生滑动,滑动方向311°,滑动距离约120 m,已滑动宽度25 m,长度180 m,滑体滑动后堆积于滑坡前缘底部坡脚地势相对平坦处。

滑坡区出露地层为第四系、三叠系中统永宁镇组(T1yn),岩性为:第四系残坡积层含碎石粘土,灰色灰岩,泥质灰岩,偶夹泥灰岩及泥页岩;岩土物质组合特征为:滑体-第四系残坡积层含碎石粘土构成; 滑面-第四系残坡积堆积层与基岩的接触带,物质为粉质粘土,此外,据现场滑露岩层分析,除岩土分界为主滑面外,潜在滑体内部可能还存在岩性差异潜在滑移面;滑床-三叠系中统永宁镇组(T1yn)灰色薄至中层灰岩,产状125∠8,倾向与坡面成反向坡。

1.2 滑坡物性特征

根据现场调查,结合据现场滑露岩层分析,滑坡堆积体由第四系残坡积层碎石粘土构成,其结构松散,空隙度较大,地表水易下渗,造成其视电阻率相对为高阻,当岩性差异和雨水因素共同叠加在滑面时, 会造成滑面附近的视电阻率明显降低,滑床则由于风化程度低,岩石相对较致密(灰岩或泥灰岩)为高阻,这为电法勘探滑坡体结构提供了物质条件;滑体、滑面、滑床,电性特征上应表现为明显的三层结构:高-低-高阻[5];同时滑坡现场堆积体相对较厚, 堆积体内含薄层灰岩、泥质灰岩、块石,当雨水下渗至堆积体内某一软弱结构面时,还可能会在堆积体内部形成滑移面, 故可能存在不止一层滑面的情况，见表1。

表1 滑坡物质电性特征

2 滑坡体电性结构建模及反演

2.1 高密度电阻率法

高密度电阻率法以地下介质体的电阻率差异为地球物理前提[6],通过分析研究人工场源的分布及变化规律来寻找目标异常体,它是用直流电阻率法的阵列形式;集电阻率测深法和电阻率剖面法于一体,一次布极即可以完成纵、横向二维勘探过程,既能反映地下某一深度沿水平方向岩土体的电性变化,又能提供地层沿纵向的电性变化情况。

高密度电法不同装置,其探测效果和分辨能力会有一定差异,实际应用中常用的高密度电法装置主要有:温纳(α)、施伦贝谢尔(α2)、偶极-偶极(β)、微分(γ),本次采用温纳(α)装置(见图4),其纵向分辨率高,同等条件下能获得高信噪比数据,适合在滑坡勘查中使用[5]。测量时,AM=MN=NB 为一个电极间距,A、B、M、N 逐点同时向右移动, 得到第一条剖面线; 接着AM、MN、NB 增大一个电极间距,A、B、M、N 逐点同时向右移动,得到另一条剖面线;这样不断扫描测量下去,得到倒梯形断面。

图4 温纳（α）装置电极排列

数据处理流程为:格式解编、转换、坏点剔除、预处理、二维反演(采用RES2DINV 软件),输出视电阻率ρs等值线拟断面图或数据, 经surfer 软件成图分析及解释。使用仪器为重庆奔腾数控技术研究所生产的WDA-1 超级数字直流电法仪。

2.2 双层滑面滑坡体建模及反演

采用Res2dmod[7]正演软件建立双层滑面滑坡地质体正演模型,并将正演模型计算结果导入高密度二维反演软件RES2DINV 反 演,由于“滑面”实际并无厚度,但其由软弱夹层演变而来,从物性角度看,滑面(软弱夹层)在地电断面上又是有厚度的, 为使模型尽可能接近实际情况, 正演模型中将软弱夹层厚度设计为无限薄(与滑体、滑床厚度相比可近似忽略)。

本次所建正演模型由5 层电性结构层构成,第一层:厚度3.5 m(0 m～3.5 m)为高阻层,电阻率300 Ω·m,模拟厚堆积层滑面浅部第四系残坡积层;第二层:厚度1.0 m(3.5 m～4.5 m)为低阻层,电阻率50 Ω·m, 模拟厚层滑面堆积体内部软弱夹层; 第三层: 厚度11.4 m(4.5 m～16 m)为高阻层,电阻率400 Ω·m,模拟含碎石、块石或硬质岩组的潜在滑体;第四层:厚度2.0 m(16 m～18 m)为低阻层,电阻率50 Ω·m,模拟与基岩面直接接触的软弱夹层(如岩土分界面); 第五层:厚度16 m(18 m～34 m)为高阻层,模拟完整基岩层(滑床);基于实际勘查中物性统计结果(见表1),设计滑面(软弱夹层)与滑体、滑床的电性差异大于6 倍;模型总长度245 m,使用电极为50 根,电极距5 m,模块行数23 行,伪剖面数13 层,采用温纳装置,模型及反演结果见图5。

图5 双层滑面滑坡体正演模型及反演断面图

由滑坡地质体正演模型及反演断面成果可以看到,软弱夹层在反演后会被放大,实际厚度为1 m～2 m的软弱夹层,在反演后影响厚度接近6 m,出现明显的“体积效应”,模型反演后软弱夹层扩大了3 倍左右,反演剖面低阻层中心或低阻层中上部埋深大致对应设计模型滑面深度, 模型正反演结果对后续资料分析和滑面判断提供了理论依据。

3 现场实测成果分析

滑坡勘查区共布置2 条高密度电法剖面(见图1、图3), 分别沿主滑方向(WT02) 和近垂直于主滑方向(WT04),点距5 m,测量装置为温纳装置,物探定点采用RTK, 高密度电法反演剖面存在明显低阻连续夹层反映,结合现场情况和前述正反演模拟结果分析,推测该滑坡体存在2 层潜在滑面;分析如下:

图1 滑坡全貌

图3 物探工作布置图

WT02 剖面(见图6)电性结构层总体可分为4 层:第一层:剖面平距30 m 至150 m,厚度2 m 至4 m(平均厚度3 m) 电性特征为一似层状横向间断中低阻薄层,电阻率在15～60 Ω·m,结合现场已滑露岩层分析,推测该低阻薄层异常带为第四系残坡积层或已滑滑坡堆积物,由于是已滑区域,残留第四系残坡积层物质很薄,其层位不够明显,推测与其直接接触的高阻异常带的顶界为第二潜在滑面, 物探推测深度为3 m 至5 m(平均埋深约4 m)。

图6 WT02 线物探综合剖面图

第二层:剖面平距60 m 至150 m,厚度6 m 至13 m(平均厚度9 m),电性特征为一似层状横向连续高阻层,高阻异常带下部为横向连续的低阻夹层,推测该高阻层为潜在滑坡堆积体,其物质构成为碎屑状灰岩、泥质灰岩、块石或碎石,与现场已滑露岩层结构吻合(见图2)。

图2 滑坡物质特征

第三层:剖面平距40 m 至160 m,厚度在2 m 至10 m,为一似层状低阻层, 电阻率在5～50 Ω·m, 推测为第一潜在滑面(软弱夹层), 物探推测深度为3 m 至15 m(平均埋深约13 m)。

第四层: 剖面平距0 m 至195 m,物探推测第一潜在滑面以下(深部电性层),电阻率为高值特征,电性层较完整,电阻率在100～300 Ω·m, 推测为永宁镇组灰岩(基岩层);此外,剖面30 m、55 m、143 m 和160 m出现低阻窄条状异常,异常与地表连通,推测为渗水裂隙。WT04剖面(见图7)电性结构层总体可分为4 层:第一层:剖面0 m至245 m,厚度2 m 至4 m(平均厚度3 m)电性特征为一似层状横向间断中低阻薄层,电阻率在15～80 Ω·m, 推测为第四系残坡积层或已滑滑坡堆积物,由于厚度很薄, 其层位不够明显,推测与其直接接触的高阻异常带的顶界为第二潜在滑面,物探推测深度为2 m 至3 m。

图7 WT04 线物探综合剖面图

第二层:剖面平距10 m 至205 m,厚度在3 m 至12 m,为一似层状高阻层,电阻率在50～280 Ω·m,高阻层下部为横向连续的低阻夹层, 推测该高阻层为潜在滑坡堆积体,其物质构成为碎屑状灰岩、泥质灰岩、块石或碎石,其中剖面平距10～120 m,电阻率稍低,推测物质构成主要为粘土夹碎石,平距12～205 m,电阻率相对更高, 推测物质构成主要为碎屑状灰岩、泥质灰岩、块石或碎石,与现场已滑露岩层结构吻合(见图2)。

第三层:剖面平距5 m 至190 m,厚度在2 m 至10 m,为一似层状低阻层,电阻率在10～50 Ω·m,推测为第一潜在滑面(软弱夹层),物探推测深度为5 m 至15 m(平均埋深约13 m)。

第四层:剖面平距0 m 至245 m,物探推测第一潜在滑面以下(深部电性层),电阻率为高值特征,电性层较完整,电阻率在100～300 Ω·m,推测为永宁镇组灰岩(基岩层);此外,剖面62 m、72 m、97 m、130 m 和202 m 出现低阻窄条状异常,异常与地表连通,推测为渗水裂隙。

4 结论

（1） 基于电性差异建立的双层滑面滑坡体电性结构正演模型,经二维反演后,滑体、滑面、滑床电性特征上表现为高-低-高阻三层结构, 双层滑面均为明显低阻特征, 低阻层中心或低阻层中上部埋深大致对应模型滑坡体滑面深度。

（2） 现场实测高密度电法数据经反演后, 电性结构层位清晰,同样出现明显低阻夹层(软弱夹层),推测该滑坡体存在二层潜在滑面,滑体、滑床结构清晰可判,同时物探剖面对局部裂缝和渗水裂隙也能有效反映。

（3） 对于厚堆积层滑坡, 采用物探手段确定滑面分布及埋深是一种行之有效的方法,实际勘查中,需要根据初步估计的堆积体的厚度来设计物探测线长度,测量深度要能充分反映完整滑床结构,并结合滑体和软弱夹层厚度选择合适的点距,才能取得好的勘查效果。