綜合物探方法在青島某滑坡探測中的應用

高　瑜　張　帆　龍　泉

(1．山東大學巖土與結構研究中心，山東濟南　250061;2．解放軍軍事交通學院，天津　300161)

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綜合物探方法在青島某滑坡探測中的應用

高瑜1張帆1龍泉2

(1．山東大學巖土與結構研究中心，山東濟南250061;2．解放軍軍事交通學院，天津300161)

摘要:介紹了瞬變電磁法與探地雷達的基本原理，采用兩者相結合的綜合物探方法，對青島嶗山區某滑坡開展了探測工作，論述了野外測線的布置方式，通過鉆孔檢測，驗證了利用綜合物探方法進行滑坡探測是可行的。

關鍵詞:滑坡，綜合物探，瞬變電磁法，探地雷達

0　引言

青島嶗山區東部常年受黃海暖濕氣流影響，導致花崗巖質山體風化嚴重，嚴重威脅著周邊社區居民的生命財產安全。2007年、2011年返嶺前村附近曾兩度發生嚴重的滑坡地質災害，給當地政府和居民敲響了警鐘。因此，采用快速有效的探測手段對潛伏滑動面進行調查，查明其埋深、空間分布情況等，為后續安全治理提供可靠資料，具有非常重要的意義。目前，用于滑坡探測的技術手段主要有地質分析法、鉆探法和地球物理探測法［1-3］，其中地球物理勘探法包括地震法、電阻率法、電磁法及其他新興技術方法(如核磁共振法、鉆孔電視等)。地球物理探測法以其無損、高效、精確等優勢，取得了許多成功的應用［3-6］。然而，由于滑坡區域地質條件復雜，以及地球物理方法本身存在多解性等因素，單一物探方法探測結果的精確度和可靠性不高。因此，對于滑坡區域滑動面的探測工作，采用綜合物探方法是一套可行的方案。

1　區域地質概況

探測區域屬于暖溫帶季風氣候區，雨量充沛，同時明顯受到黃海的調節作用。據賈永剛、譚長偉等著《青島市城市工程地質》的研究成果，區內的泉心河暴發山洪的臨界日降水量為100 mm，重現間隔為2年～3年［7］。區內地下水分為基巖裂隙水和第四系松散巖孔隙水，多屬于潛水，局部屬淺層微承壓水。探測區域地層巖性較簡單，90%以上面積為巖漿巖。巖體風化帶一般較厚，厚度3 m～15 m。區內多山，且多呈上陡下緩趨勢，山腳為居民聚集區，省道212自北向南穿過山腳，沿道路兩旁有輸電線通過。測區內公路為當地主要交通要道，來往車輛較多。

圖1　探測區域實景圖

由圖1可見，探測區域分為四部分: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

瞬變電磁法對滑坡滑動面等低阻異常反應較靈敏，且具有不受地形影響，探測深度大以及剖面測量和測深工作同時進行等優點［8］。

考慮到滑坡區域復雜陡峭的地形條件，不宜采用像高密度電法的傳統剖面測量方式，而應采用瞬變電磁法，通過單點測量方式實現剖面測量與測深測量同步進行，既很好地克服了上述困難，保證了探測質量，同時又提高了工作效率。

探地雷達所采用的高頻電磁波對淺層地表巖土體分界面、裂隙和小斷層等具有很高的分辨率，對于滑動面的精細識別具有明顯優勢。同時，探地雷達可以彌補瞬變電磁法存在淺層探測盲區的缺陷。因此，應用瞬變電磁法和探地雷達探測滑坡滑動面的方案具有可行性。下面簡單介紹這兩種物探方法的基本原理。

2．2瞬變電磁法基本原理

瞬變電磁法(Transient Electromagnetic Method，簡稱TEM)是利用不接地回線或電極向地下發送脈沖式一次電磁場，用線圈或接地電極觀測由該脈沖電磁場感應的地下渦流產生的二次電磁場的空間和時間分布，來解決有關地質問題的時間域電磁法［9］。

瞬變電磁法的激勵場源主要有兩種，一種是回線形式(或載流線圈)的磁源，另一種是接地電極形式的電流源。對于回線形式磁偶源激發的瞬變電磁場，瞬變電磁場在大地中主要以“煙圈”擴散形式傳播(見圖2)，在這一過程中，電磁能量直接在導電介質中傳播而消耗，由于趨膚效應，高頻部分主要集中在地表附近，且其分布范圍是源下面的局部，較低頻部分傳播到深處，且分布范圍逐漸擴大。

2．3探地雷達基本原理

探地雷達(Ground Penetrating Radar，簡稱GPR)，是利用頻率介于106 Hz～109 Hz的電磁波來確定地下介質分布的一種地球物理方法［10］。其基本原理是:發射天線將高頻短脈沖電磁波定向送入地下，電磁波在傳播過程中遇到存在電性差異的地層或目標體就會發生反射和透射，接收天線收到反射波信號并將其數字化，然后由電腦以反射波波形的形式記錄下來(見圖3)。對所采集的數據進行相應的處理后，可根據反射波的傳播時間、幅度和波形，判斷地下目標體的空間位置、結構及其分布特征。

圖2　地面半空間瞬變電磁法探測原理示意圖

圖3　探地雷達探測原理示意圖

3　野外測線布置

由于探測區域地形異常陡峭，不便于開展測線沿山體縱向布置的探測工作，物探測線走向均按照近似平行于地形等高線的方式來布置。由于版面限制，本文僅介紹探測區域中已滑坡部分的測線布置方式，該部分共布設探地雷達測線10條，瞬變電磁測線4條，測線位置如圖4所示，測線統計見表1。

圖4　已滑坡部分物探測線布置示意圖

表1　已滑坡部分物探測線統計表

探地雷達采用點測方式，點距0．1 m，時窗420 ns，16次疊加，發射率為50 kHz，儀器為美國GSSI公司TerraSIRch SIR 3000探地雷達系統;瞬變電磁法采用中心回線裝置，發射線框采用3 m× 3 m×8匝的矩形回線，接收線框采用探頭接收，采用點測方式，點距5 m，時基20 ms，32次疊加，發射電流1 A～3 A，儀器為IGGETEM30A型瞬變電磁儀。

4　探測成果分析

下面以已滑坡部分的探地雷達測線L3和瞬變電磁測線T1探測成果為例，來說明探地雷達法和瞬變電磁法在滑坡探測中綜合應用的地質效果。同時，由已掌握的資料可知，鉆孔ZK4-1經過測線T1。

圖5　瞬變電磁測線T1視電阻率斷面圖

圖6　探地雷達測線L3成果圖

由圖5瞬變電磁法視電阻率等值線分布情況可知，除測線兩端各5 m，深度約10 m以內的視電阻率相對較低，該層位地層存在一定含水量，深度約10 m以下地層整體視電阻率普遍較高。由圖6探地雷達偽彩色成果圖可知，深度約13 m處存在明顯界面，界面以上區域幅值變化雜亂無規律，反映出該區域地層疏松破碎;界面以下區域幅值較大，推斷為風化程度相對較弱的滑床。對比圖5，圖6探測成果可知，瞬變電磁法視電阻率陡變的深度位置與探地雷達強反射界面位置具有較一致的物探響應，通過這兩種物探方法，可以較精確地探測出滑動面的深度位置。

圖7　鉆孔ZK4-1柱狀圖（截圖）

與此同時，結合圖7可知，鉆孔揭露了全風化花崗巖和強風化花崗巖兩種巖性，全風化花崗巖呈土狀，土體結構中密，成分主要由長石風化的粘、粉粒等組成，其含水狀況界于飽和與濕潤之間;深度11．40 m以下為強風化花崗巖，與上層的全風化花崗巖明顯不同。這也驗證了瞬變電磁法與探地雷達進行滑坡探測的準確性。綜上所述，瞬變電磁測線T1、探地雷達測線L3及鉆探的成果分析可知，瞬變電磁法的視電阻率陡變位置、探地雷達法的強反射位置、鉆探巖芯巖性分界面之間有較高一致性，充分說明了瞬變電磁法和探地雷達法綜合應用于滑坡探測具有顯著的地質效果。

5　結語

采用瞬變電磁與探地雷達的綜合探測方法來開展滑坡滑動面探測是可行的。瞬變電磁法能直觀反映出地層視電阻率的分布情況，通過等值線上幅值大小來較精確判定滑動面埋深;探地雷達高頻入射波在電阻率、相對介電常數差異明顯的區域產生強烈反射，據此可推斷滑動面位置。通過與地質調查、鉆探驗證相結合，進一步提高了綜合物探方法應用于滑坡探測的準確度，既克服了地質分析的精確度不高的問題，又彌補了鉆探“一孔之見”的缺陷，為工程實踐提供了一定的借鑒意義。

參考文獻:

［1］徐興倩，蘇立君，梁雙慶．地球物理方法探測滑坡體結構特征研究現狀綜述［J］．地球物理學進展，2015，30(3):1449-1458．

［2］薛翊國，李術才，蘇茂鑫，等．厚層堆積層滑坡滑面的綜合探測技術及其應用［J］．中國地質災害與防治學報，2013，24 (3):43-53．

［3］董杰，孟慶生，尹明泉，等．綜合物探方法在采空塌陷區調查中的應用［J］．物探與化探，2013，37(3):557-560．

［4］李好．高密度電法和瞬態瑞利波法在長江沿岸滑坡探測中的綜合應用［J］．工程勘察，2015(5):83-91．

［5］朱自強，王戰軍，魯光銀，等．綜合物探方法在湘西巖溶勘察中的應用［J］．公路，2012(4):48-53．

［6］楊德龍，朱麗麗，黃凡，等．高密度電阻率法在某滑坡探測中的應用［J］．地質災害與環境保護，2011，22(3):12-15．

［7］賈永剛，譚長偉，劉紅軍．青島市城市工程地質［M］．青島:青島海洋大學出版社，1995．

［8］蔣邦遠．實用近區磁源瞬變電磁法勘探［M］．北京:地質出版社，1998．

［9］李貅．瞬變電磁測深的理論與應用［M］．西安:陜西科學技術出版社，2002．

［10］李大心．探地雷達方法與應用［M］．北京:地質出版社，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

作者簡介:高瑜(1989-)，男，在讀碩士;張帆(1990-)，男，在讀碩士;龍泉(1995-)，男，在讀本科生

收稿日期:2015-10-29

文章編號:1009-6825(2016)01-0092-03

中圖分類號:P642．22

文獻標識碼:A