基于高密度電阻率法的滑坡體探測

時彥芳　苗德剛

(山東省地礦工程勘察院)

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基于高密度電阻率法的滑坡體探測

時彥芳苗德剛

(山東省地礦工程勘察院)

摘要滑坡是一種常見的地質(zhì)災(zāi)害，近年來，我國的滑坡地質(zhì)災(zāi)害日漸頻繁，對人民的生命財產(chǎn)造成了很大威脅。采用高密度電阻率法對某滑坡進(jìn)行探測，結(jié)合鉆孔資料推斷了滑坡體形態(tài)、滑動面位置及埋深，取得了較好的勘探效果，不僅效率高、成本低，而且結(jié)果直觀、地質(zhì)效果明顯，為后期滑坡治理提供了可靠的地球物理依據(jù)。

關(guān)鍵詞滑坡高密度電阻率法物探線

滑坡是由斜坡上不穩(wěn)定的巖土體在重力作用下沿一定的軟弱面整體或局部向下緩慢滑動引起的，在山地地貌中發(fā)生較多，是斜坡破壞類型中分布最廣、危害最嚴(yán)重的一種地質(zhì)災(zāi)害。

滑坡事件的發(fā)生是諸多內(nèi)因和外因共同作用的結(jié)果。內(nèi)因主要是地質(zhì)構(gòu)造和巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，破碎斷裂、節(jié)理發(fā)育、褶皺傾斜、與線路走向接近的大傾角巖層是滑坡發(fā)生頻率較高的地質(zhì)構(gòu)造。地層的巖體力學(xué)性質(zhì)也是引起滑坡產(chǎn)生的重要因素，如頁巖、風(fēng)化巖以及松軟堆積層，因其水穩(wěn)性和自身黏結(jié)強度都較差，比較容易發(fā)生滑坡[1-2]。因此，在實際工作中要重視對滑坡體及其周圍環(huán)境的勘查，針對性地治理。對滑坡體形態(tài)及影響范圍的探測是滑坡治理的前提，為了使地質(zhì)災(zāi)害治理工作更加快速高效，許多地球物理探測方法被應(yīng)用于滑坡的探測中，高密度電阻法可以探測滑坡體的發(fā)育形態(tài)及空間分布特征，指導(dǎo)后期綜合治理工作的開展。

1高密度電阻率法原理

高密度電阻率法原理與直流電阻率法完全相同，是基于傳統(tǒng)的電剖面法和電測深法相結(jié)合的物探方法。通過多芯電纜上布置連結(jié)的多個電極自動組合，結(jié)合高密度電阻法測量系統(tǒng)中的軟硬件，可一次對剖面多個垂向測深點或多個不同深度進(jìn)行探測。其突出優(yōu)點是數(shù)據(jù)點密，數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)采集可靠，反映的地電信息豐富；一次布極即可完成剖面上一種或多種裝置的測量工作，工作效率大大提高；野外工作結(jié)束后，即可繪出剖面的視電阻率色譜圖，方便后續(xù)資料的定性和定量解釋[3-5]。

2滑坡區(qū)概況

青龍莊滑坡是山東省泗水縣1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中查明的重大地質(zhì)災(zāi)害隱患點，沿道路展布，長約150 m，高50～90 m。近幾年來，該地區(qū)降雨量偏大，2012年曾因暴雨引發(fā)山洪，降雨量的增加進(jìn)一步加劇了地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性和危險性。

2.1地層巖性

滑坡治理區(qū)主要出露古生代寒武紀(jì)沉積地層，少量新生代第四紀(jì)松散沉積物，巖性主要以灰?guī)r、頁巖為主。

寒武紀(jì)地層中寒武系長清群(∈?)饅頭組頂部為鮮紅色易碎頁巖，中部為雜色頁巖夾薄層狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、條帶狀灰?guī)r；底部為矽質(zhì)灰?guī)r、石英砂巖及黃紅色底礫巖；寒武系-奧陶系九龍群(∈j)張夏組以灰黑色厚層鮞狀灰?guī)r及灰?guī)r為主，夾黃綠色及紫色頁巖，底部為乳白色結(jié)晶灰?guī)r；崮山組(∈ 3g)以黃綠色泥質(zhì)頁巖、薄層狀泥灰?guī)r為主，夾少量薄層鮞狀灰?guī)r；三山子組(∈3c)以薄層灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r為主，夾具氧化圈的竹葉狀灰?guī)r及中厚層不純灰?guī)r。

第四紀(jì)地層主要分布在山間及河流兩側(cè)、凹地及低山丘陵區(qū)，主要為山前組和臨沂組，巖性受堆積類型控制各有不同，殘坡積以砂質(zhì)黏土、碎石、角礫為主，沖洪積以砂、砂礫石、砂質(zhì)黏土、黏質(zhì)砂土、粉砂為主，厚度一般小于20 m。

2.2滑坡體地球物理特征

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，青龍莊滑坡體為近期發(fā)生的現(xiàn)代滑坡，屬中型土質(zhì)滑坡。區(qū)域地貌類型為中度切割低山，微地貌為32°陡坡，巖石裸露，地下水類型為巖溶裂隙水。滑體上覆松散層為殘積堆積物，為粉質(zhì)黏土或石灰?guī)r風(fēng)化堆積物及碎石，結(jié)構(gòu)松散，透水性較好。滑坡體為寒武系灰?guī)r與頁巖互層，灰?guī)r易被水溶蝕，溶孔、溶隙發(fā)育，頁巖遇水易軟化，破碎較強烈。基底層由寒武系隔水巖石組成。

完整穩(wěn)定的巖體視電阻率值較高，如巖石風(fēng)化破碎則視電阻率值降低。從工程地質(zhì)的角度分析，滑坡體的滑面巖土體相對較為軟弱，且含水率較高，電阻率值較低，與滑坡體及下伏基床相比，存在著較大的電阻率差異，這就為高密度電阻法勘探提供了有利條件。本次工程實例中，黏性土的電阻率值在20～70 Ω·m，碎石土的電阻率值在40 020～800 Ω·m，下伏基巖電阻率值大于1 000 Ω·m，地層電性差異明顯。

3高密度電阻率法應(yīng)用

3.1野外工作布置

根據(jù)滑坡體形態(tài)，本次共布置了5條測線，其中，垂直滑坡體走向布置2條(L1和L2)，貫通整個滑坡體，沿滑坡體走向布置了3條(L3、L4和L5)，延伸至山腳，基本滿足了對滑坡面埋深、規(guī)模的探測要求。測線布置見圖1。

使用WGMD-9型超級高密度電阻法系統(tǒng)采集野外數(shù)據(jù)，由于地形起伏較大，為了保證較好的探測效果，使用抗地形干擾能力較強的溫納裝置，電極距為5 m，記錄層數(shù)為15。在每個排列施工之前，操作員檢測各電極開關(guān)和極間接地電阻，采集數(shù)據(jù)時，實時監(jiān)控儀器屏幕上顯示的“I”、“V”、“R”值的變化情況，確保所采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。為保證測量精度及地形校正的需要，各剖面的地形拐點測量與高密度施測同步進(jìn)行，并標(biāo)注相應(yīng)的電極號。

3.2探測效果分析

3.2.1L1線資料解譯

L1線位于勘查區(qū)域下側(cè)，靠近山路，垂直滑坡體走向近東西方向布設(shè)，剖面長195 m。從圖2可以看出，整個剖面視電阻率值變化較明顯，局部存在低阻異常區(qū)，推斷解釋為滑動體和風(fēng)化破碎引起的異常。在剖面43～142 m處為相對低阻區(qū)，推測為滑坡體。滑坡體為碎石土，電阻率值為16～90 Ω·m；滑床為較完整頁巖和灰?guī)r互層，巖體致密，含水量少，電阻率為100～350 Ω·m。受巖土體中含水量、黏土含量及塊石含量影響，滑坡體各部位的電阻率大小存在差異。由此可推斷該處滑坡體滑動面深度為0～20 m，其中在地表水平位置65～85 m處，滑動面埋藏較深，約18 m，滑坡體其他部位滑動面埋藏較淺，約5 m。

圖2　L1線剖面視電阻率斷面及推斷地質(zhì)剖面

3.2.2L4線資料解譯

L4線位于勘查區(qū)域西側(cè)，沿滑坡體走向近南北方向布設(shè)，剖面長95 m。從圖3可以看出，整個剖面視電阻率值變化較明顯，局部存在低阻異常區(qū)，推斷解釋為滑動體和風(fēng)化破碎引起的異常。結(jié)合地質(zhì)資料，綜合分析認(rèn)為L4線在剖面15～75 m處為相對低阻區(qū)，推測為滑坡體。滑坡體為碎石土，電阻率值為16～90 Ω·m；滑床為較完整頁巖和灰?guī)r互層，電阻率為100～350 Ω·m。受巖土體中含水量、黏土含量及塊石含量影響，滑坡體各部位的電阻率存在差異。由此推斷該處滑坡體滑動面深0～10 m，其中，地表水平位置32～42 m附近滑動面埋藏最深，為10 m左右。

圖3　L4線剖面視電阻率斷面

4滑坡體綜合推斷分析

(1)治理區(qū)地形起伏較大，地貌類型為剝蝕-溶蝕丘陵，巖層產(chǎn)狀與坡度角大致相同，上覆蓋層松散，泥巖、頁巖風(fēng)化強烈，地下水富集在巖土接觸帶上，使土體軟化形成軟弱帶，減小了層面間摩擦力和內(nèi)聚力，為滑坡體的形成提供了有利條件。

(2)根據(jù)本次物探勘查結(jié)果可知，滑坡體和未滑動部分視電阻率差異較大，表明該處滑坡體形態(tài)已形成，滑壁、滑坡腳、滑動面特征明顯。在滑坡體中下部滑動面埋深為10 m左右，沿山體往上及兩翼覆蓋層逐漸變淺，為5 m左右，滑坡體頂部基巖已裸露，滑壁明顯。

5結(jié)論

(1)沉積巖地區(qū)滑坡多與軟弱夾層有關(guān)，滑動面基本由軟弱夾層演變而來，地電斷面圖上電阻率成層性較好的分界面即為滑動面。后期可采取在坡面設(shè)置格構(gòu)式框架，在坡底設(shè)置抗滑樁的方式加固處理。

(2)在地形起伏大、地質(zhì)條件復(fù)雜、勘探深度較深及不適合開展地震法勘探的地區(qū)，高密度電阻法能經(jīng)濟高效地完成工程地質(zhì)勘查任務(wù)，為以后的滑坡治理工作提供準(zhǔn)確依據(jù)。但由于滑坡區(qū)普遍工作條件不好，地形高差變化較大，接地電阻不良，采集的原始數(shù)據(jù)易出現(xiàn)一些壞點和隨機干擾點，在地形校正的同時需對數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，剔除突變點。

(3)為全面詳細(xì)地反映滑坡體的形態(tài)，在實際物探線布設(shè)時，如條件允許，盡量網(wǎng)狀布設(shè)。

(4)由于物探資料的多解性，在實際的勘探工作中，要注意物探方法和鉆探方法相結(jié)合，提高資料解釋的精度和準(zhǔn)確性，更好地解決工程地質(zhì)問題。

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(收稿日期2015-12-01)

時彥芳(1983—)，男，工程師，250014 山東省濟南市。