综合物探方法在槐扒滑坡勘察中的应用

吴献华, 李永新

(河南省水利勘测有限公司,河南 郑州 450003)

综合物探方法在槐扒滑坡勘察中的应用

吴献华, 李永新

(河南省水利勘测有限公司,河南 郑州 450003)

以槐扒滑坡勘察为例,根据滑坡区地形地质特点和需要查明的重点对象,采用高密度电法、浅层地震折射波法、电测深法综合性的物探方法探测滑坡体的滑面分布、形态特征及延伸情况。探测结果表明,综合性物探方法探测电阻率、波速等物性指标差异的滑坡体底滑面效果显著,查明了滑面的分布规律,为滑坡治理抢险工程提供了科学依据。

物探;滑坡;高密度电法;地震折射;电测深

滑坡体的勘察往往需要多种勘察手段来查明滑坡的形态要素、性质、稳定性程度和演化趋势。由于每个滑坡体发育情况的不同,勘察手段、方法和工作量各有差异,一般常用的方法有工程地质测绘、坑(槽)探、井(洞)探、钻探和物探等。其中物探方法在滑坡勘察中有着效率高、成本低、对地质环境无损伤的优越性。特别是在大型滑坡勘察中,选择适用条件好的综合性物探方法能起到事半功倍的效果[1-2]。

槐扒滑坡位于黄河小浪底水库的库尾,滑坡体前缘有三门峡市渑池县和义马市饮用水源的重要提水工程。近年来,由于当地采矿影响以及地质因素滑坡现象频发。其中2014年5月发生的槐扒大型滑坡,导致渠首1#、2#渡槽向坡下推移(滑动)约3～5 m,渡槽损毁严重,钢管段扭曲变形,部分排架被推倒。受该处管线损毁影响,全线被迫停止供水。笔者以槐扒滑坡勘察为例,根据滑坡区的地形、地质特点和需要查明的重点对象,选择适用的高密度电法、电测深法和浅层地震折射波法等综合物探方法来查明滑坡体的厚度,确定滑面形态特征及分布情况,为滑坡治理抢险工程提供科学依据。

1 综合物探方法的选择

1.1 地质概况

槐扒滑坡大致呈扇形分布于山坡,滑坡面积约25万m2(照片1)。滑坡体周界是陡峭的环状地形,前缘位于1#、2#渡槽附近,后缘在1#、2#渡槽南约500～550 m的山坡上,边坡陡峻,坡面角度30°～60°左右。滑坡体南北长约500～550 m,东西宽约300～350 m,后缘高程400～425 m,前缘高程301～302 m,高差98～123 m。滑坡体两侧发育冲沟,地形较陡,左侧冲沟切割较深,此侧岩层与山坡倾向相反;右侧冲沟虽有一条正断层穿过,但沟槽较窄且浅。测区勘探深度范围内地层主要为石炭统下段、中段、第四系冲洪积和残坡积地层。滑坡体岩性多为粘性土(重粉质壤土)或全风化泥岩,其下为弱风化石炭统太原组泥岩和砂岩互层。

照片1 滑坡体全貌Photo 1 Landslide mass

1.2 地球物理特点及物探方法选择

经初步地质调查,滑坡体岩性多为粘性土或全风化泥岩,其下滑床为弱风化石炭统太原组泥岩和砂岩互层。该滑坡分布有老滑坡体,探坑揭示滑带中有上层滞水。由此说明滑坡体与滑动面下部的岩层之间存在明显的电阻率或波速差异,并考虑到滑带的阻水作用,滑坡体分布有上层滞水,优先采用探测地下水和含水层效果好的高密度电法;岩层波速差异V2>V1,采用浅层地震折射波法,其次辅助电测深法。

2 野外工作方法与技术

根据勘察大纲物探测试的任务[3-4]:①查明滑坡体的具体分布范围、厚度;②查明滑坡体滑动带的分布延伸情况。物探测线顺滑坡方向布置物探纵剖面4条,剖面间距45～95 m,纵剖面向上延伸滑坡体后沿。在滑坡体中部、上部各布置物探横剖面1条,剖面间距140 m。每条测线剖面均进行高密度电法和地震折射探测。在各测线剖面交叉点处,布置电测深点11个。

2.1 高密度电法

每条剖面,均采用温纳和MN-B两种装置。电极总数Psum=60根,电极间距Δx=5 m,温纳装置隔离系数n=19,MN-B隔离系数n=29。供电电源采用乙电,最大供电电压360 V,最小供电电流160 mA。对于异常点采用重复观测,以保证观测精度。

2.2 浅层地震折射波法

采用相遇初至折射波法,24道记录,各排列采用独立观测系统,采样率为0.125 ms,记录长度250 ms,滤波全通,采用垂直迭加,以增强能量。道距2～5 m,排列长度95 m,震源采用大锤击发。

2.3 电测深法

采用温纳装置,MN/AB=1/3。供电电极采用钢电极;测量电极采用不极化电极,测线放线方向为近N-S或近W-E。AB/2最大为90 m。电源采用乙电,最大供电电压180 V。

3 成果分析

在资料整理与解释前,根据各物探方法所获得的基础资料,结合钻孔成果和实地查勘,确定物性特征明显且层位相对稳定的标志层,并在此基础上对原始资料进行层位追踪解释。本测区地层结构层次清晰,经解释、分析后确定:坡积物、重粉质壤土电阻率较高,泥岩、砂质泥岩电阻率较低,砂岩电阻率较高;坡积物、重粉质壤土为低波速层,泥岩、砂质泥岩、砂岩为高波速层。

3.1 高密度电法

野外采集的高密度电阻率数据,利用高密度电法处理软件进行编辑,经回放、格式转换、数据编辑,绘制实测视电阻率拟断图、正演视电阻率拟断图和反演模型电阻率断面图等电阻率图像。

本次测试所获得的电阻率图像,均能客观地反映地表以下垂直方向和水平方向岩层结构的变化特征,该区的电阻率图像存在以下规律:电阻率上、下高,中间低,层次清晰。表层电阻率值一般为20～200 Ω·m,是地表不含水土层的反映,局部为不含水坡积物;随电极隔离系数的增大,剖面中部电阻率最低,一般为15～80 Ω·m,推测是低阻的含水土层、泥岩和砂质泥岩引起;剖面下部由于出现砂岩,电阻率升高,一般为85～260 Ω·m,局部电阻率达到500 Ω·m以上。

图1-图3为4号剖面温纳装置和MN-B装置的电阻率图像。

图1 4号剖面温纳装置桩号0～295 m电阻率图像Fig.1 Wenner device stake 0～295 m resistivity image of pile No.4 section

图2 4号剖面温纳装置桩号275～570 m电阻率图像Fig.2 Wenner device stake 275～570 m resistivity image of pile No.4 section

图3 4号剖面MN-B装置桩号0～570 m电阻率图像Fig.3 0～570 m resistivity image of pile No.4 section MN-B device

对比图1-图3,温纳装置和MN-B装置电阻率图像具有下述规律:①表层土层和坡积物埋深较浅,埋深在4～15 m;在桩号200 m以后,土层厚度变厚,埋深在15～25 m;②剖面的前半部,泥岩的厚度大,埋深>50 m,在桩号200 m以后,泥岩厚度变薄,埋深18～37.5 m;③MN-B电阻率图像在剖面起点处,探测深度内未揭露砂岩,随着桩号增大,砂岩埋深变浅,埋深25～50 m。

此剖面位于滑坡体中心,在桩号10 m处,可见土体的拉张裂缝;桩号40～180 m、290～425 m处,地表为张裂缝区;桩号455～485 m为出露泥岩的老滑坡体。

3.2 浅层地震折射波法

在2-2′剖面、3-3′剖面、6-6′剖面上布设了地震折射勘探。

鉴于下伏泥岩、砂岩的纵波波速大于上覆重粉质壤土的纵波波速,因此采用相遇初至折射波法,各排列采用独立观测系统(图4)。

图4 地震折射法观测系统Fig.4 Seismic refraction method observation system

地震时距曲线定量解释方法采用表层剥去法,该方法可以较好地克服地表起伏及上部覆盖层不均匀的影响。用表层剥去法进行地震资料解释,主要有以下四步:

(1) 地震记录登录、读时、波形的对比分析。

(2) 绘制时距曲线。

(3) 作表层剥去线。

(4) 作时间剖面。

(5) 求出低速层厚度和折射界面深度。

地震探测成果表明,重粉质壤土的纵波波速206～522 m/s,强风化泥岩的纵波波速778～1 457 m/s,泥岩、泥岩夹砂岩的纵波波速2 506～3 184 m/s,分层效果明显。

3.3 电测深法

在各剖面的纵横交叉点及重要位置,布设了电测深点11个。

电测深是对高密度电法和地震折射工作的补充验证,采集野外数据后,绘制电测深曲线(图5)。

图5 4号剖面电测深点曲线Fig.5 Electric sounding point curve of pile No.4 section

图5为三层结构的地电断面,为H型曲线(ρ1>ρ2<ρ3),与高密度电法探测结果一致,是对多种物探方法的印证。

3.4 综合解译

根据高密度电法、地震折射、电测深资料解释,结合工程地质测绘、坑(槽)探,滑坡体的滑面常见有松软泥质,潮湿、饱水或含水量较高,滑面见有揉皱或微斜层理、镜面和擦痕。而滑床为相对坚硬干燥的弱风化岩体,滑面位置处于低电阻率和高电阻率、低速层与高速层的接触带上。经过钻探验证,综合物探界定的滑面位置符合实际情况。物探解释地质剖面如图6,各纵剖面的滑坡体厚度统计结果见表1。

4 结语

依据滑坡体与滑动面下部的岩层之间存在明显的电阻率或波速差异以及水文地质条件的差异性,采用高密度电法和浅层地震折射波法,并辅助电测深法。

图6 物探解译剖面Fig.6 Geophysical interpretation section

表1 物探剖面滑坡体统计表

取得结论如下:

(1) 综合性物探方法的选择要依据研究区地质特点和地球物理特性,因地制宜选择适用的方法。物性指标差异愈大,探测效果愈好,反之就较困难。

(2) 受地形起伏及地质复杂程度因素影响,物探成果具有多解性,必要的钻探或井(硐)探验证不可或缺。

(3) 不同的物探方法相互结合和验证,能提高探测精度,但也有不一致的情况,应分析相互之间的差异。

[1] 李富,吾守艾力,艾斯卡尔,等.综合物探方法在滑坡体勘察中的应用[J].人民长江,2012(S1):83-87.

[2] 武斌,曾校丰.综合工程物探技术在川藏公路102大型滑坡勘察中的应用[J].四川地质学报,2005,25(1):61-67.

[3] 李永新,王树魁.河南省三门峡市槐扒黄河提水工程滑坡段治理1#、2#渡槽重建工程工程地质勘察报告[R].郑州:河南省水利勘测有限公司,2014.

[4] 中华人民共和国水利部.水利水电工程物探规程:SL326—2005[S].北京:中国水利水电出版社,2005.

(责任编辑：陈文宝)

Application of Comprehensive Geophysical Prospecting Methodin Huaiba Landslide Investigation

WU Xianhua, LI Yongxin

(HenanHydraulicEngineeringInvestigationAndSurveyingCo.,Ltd,Zhengzhou,Henan450003)

In the case of Huaiba landslide investigation,according to the geological characteristics of landslide area and the need to identify key object,using comprehensive geophysical methods such as the high density resistivity method and shallow seismic refraction wave method,electric sounding method,the authors detect slip surface of landslide distribution,morphological characteristics and extension. Detection results show that the integrated geophysical method detecting resistivity,acoustic material index difference of landslide body bottom surface effect is remarkable. It found out the distribution law of slip surface to provide a scientific basis for landslide disaster engineering.

geophysical prospecting; landslide; high density resistivity method; seismic refraction; electrical sounding

2016-05-13;改回日期:2016-05-24

吴献华(1972-),女,工程师,工程物理专业,从事物探和工程地质勘察工作。E-mail:51975260@qq.com

P631; P642.22

A

1671-1211(2016)03-0320-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.017

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160530.0937.002.html 数字出版日期:2016-05-30 09:37