綜合物探方法在槐扒滑坡勘察中的應(yīng)用

吳獻(xiàn)華, 李永新

(河南省水利勘測(cè)有限公司,河南 鄭州 450003)

綜合物探方法在槐扒滑坡勘察中的應(yīng)用

吳獻(xiàn)華, 李永新

(河南省水利勘測(cè)有限公司,河南 鄭州 450003)

以槐扒滑坡勘察為例,根據(jù)滑坡區(qū)地形地質(zhì)特點(diǎn)和需要查明的重點(diǎn)對(duì)象,采用高密度電法、淺層地震折射波法、電測(cè)深法綜合性的物探方法探測(cè)滑坡體的滑面分布、形態(tài)特征及延伸情況。探測(cè)結(jié)果表明,綜合性物探方法探測(cè)電阻率、波速等物性指標(biāo)差異的滑坡體底滑面效果顯著,查明了滑面的分布規(guī)律,為滑坡治理?yè)岆U(xiǎn)工程提供了科學(xué)依據(jù)。

物探;滑坡;高密度電法;地震折射;電測(cè)深

滑坡體的勘察往往需要多種勘察手段來(lái)查明滑坡的形態(tài)要素、性質(zhì)、穩(wěn)定性程度和演化趨勢(shì)。由于每個(gè)滑坡體發(fā)育情況的不同,勘察手段、方法和工作量各有差異,一般常用的方法有工程地質(zhì)測(cè)繪、坑(槽)探、井(洞)探、鉆探和物探等。其中物探方法在滑坡勘察中有著效率高、成本低、對(duì)地質(zhì)環(huán)境無(wú)損傷的優(yōu)越性。特別是在大型滑坡勘察中,選擇適用條件好的綜合性物探方法能起到事半功倍的效果[1-2]。

槐扒滑坡位于黃河小浪底水庫(kù)的庫(kù)尾,滑坡體前緣有三門峽市澠池縣和義馬市飲用水源的重要提水工程。近年來(lái),由于當(dāng)?shù)夭傻V影響以及地質(zhì)因素滑坡現(xiàn)象頻發(fā)。其中2014年5月發(fā)生的槐扒大型滑坡,導(dǎo)致渠首1#、2#渡槽向坡下推移(滑動(dòng))約3～5 m,渡槽損毀嚴(yán)重,鋼管段扭曲變形,部分排架被推倒。受該處管線損毀影響,全線被迫停止供水。筆者以槐扒滑坡勘察為例,根據(jù)滑坡區(qū)的地形、地質(zhì)特點(diǎn)和需要查明的重點(diǎn)對(duì)象,選擇適用的高密度電法、電測(cè)深法和淺層地震折射波法等綜合物探方法來(lái)查明滑坡體的厚度,確定滑面形態(tài)特征及分布情況,為滑坡治理?yè)岆U(xiǎn)工程提供科學(xué)依據(jù)。

1 綜合物探方法的選擇

1.1 地質(zhì)概況

槐扒滑坡大致呈扇形分布于山坡,滑坡面積約25萬(wàn)m2(照片1)?；麦w周界是陡峭的環(huán)狀地形,前緣位于1#、2#渡槽附近,后緣在1#、2#渡槽南約500～550 m的山坡上,邊坡陡峻,坡面角度30°～60°左右?；麦w南北長(zhǎng)約500～550 m,東西寬約300～350 m,后緣高程400～425 m,前緣高程301～302 m,高差98～123 m?；麦w兩側(cè)發(fā)育沖溝,地形較陡,左側(cè)沖溝切割較深,此側(cè)巖層與山坡傾向相反;右側(cè)沖溝雖有一條正斷層穿過(guò),但溝槽較窄且淺。測(cè)區(qū)勘探深度范圍內(nèi)地層主要為石炭統(tǒng)下段、中段、第四系沖洪積和殘坡積地層。滑坡體巖性多為粘性土(重粉質(zhì)壤土)或全風(fēng)化泥巖,其下為弱風(fēng)化石炭統(tǒng)太原組泥巖和砂巖互層。

照片1 滑坡體全貌Photo 1 Landslide mass

1.2 地球物理特點(diǎn)及物探方法選擇

經(jīng)初步地質(zhì)調(diào)查,滑坡體巖性多為粘性土或全風(fēng)化泥巖,其下滑床為弱風(fēng)化石炭統(tǒng)太原組泥巖和砂巖互層。該滑坡分布有老滑坡體,探坑揭示滑帶中有上層滯水。由此說(shuō)明滑坡體與滑動(dòng)面下部的巖層之間存在明顯的電阻率或波速差異,并考慮到滑帶的阻水作用,滑坡體分布有上層滯水,優(yōu)先采用探測(cè)地下水和含水層效果好的高密度電法;巖層波速差異V2>V1,采用淺層地震折射波法,其次輔助電測(cè)深法。

2 野外工作方法與技術(shù)

根據(jù)勘察大綱物探測(cè)試的任務(wù)[3-4]:①查明滑坡體的具體分布范圍、厚度;②查明滑坡體滑動(dòng)帶的分布延伸情況。物探測(cè)線順滑坡方向布置物探縱剖面4條,剖面間距45～95 m,縱剖面向上延伸滑坡體后沿。在滑坡體中部、上部各布置物探橫剖面1條,剖面間距140 m。每條測(cè)線剖面均進(jìn)行高密度電法和地震折射探測(cè)。在各測(cè)線剖面交叉點(diǎn)處,布置電測(cè)深點(diǎn)11個(gè)。

2.1 高密度電法

每條剖面,均采用溫納和MN-B兩種裝置。電極總數(shù)Psum=60根,電極間距Δx=5 m,溫納裝置隔離系數(shù)n=19,MN-B隔離系數(shù)n=29。供電電源采用乙電,最大供電電壓360 V,最小供電電流160 mA。對(duì)于異常點(diǎn)采用重復(fù)觀測(cè),以保證觀測(cè)精度。

2.2 淺層地震折射波法

采用相遇初至折射波法,24道記錄,各排列采用獨(dú)立觀測(cè)系統(tǒng),采樣率為0.125 ms,記錄長(zhǎng)度250 ms,濾波全通,采用垂直迭加,以增強(qiáng)能量。道距2～5 m,排列長(zhǎng)度95 m,震源采用大錘擊發(fā)。

2.3 電測(cè)深法

采用溫納裝置,MN/AB=1/3。供電電極采用鋼電極;測(cè)量電極采用不極化電極,測(cè)線放線方向?yàn)榻麼-S或近W-E。AB/2最大為90 m。電源采用乙電,最大供電電壓180 V。

3 成果分析

在資料整理與解釋前,根據(jù)各物探方法所獲得的基礎(chǔ)資料,結(jié)合鉆孔成果和實(shí)地查勘,確定物性特征明顯且層位相對(duì)穩(wěn)定的標(biāo)志層,并在此基礎(chǔ)上對(duì)原始資料進(jìn)行層位追蹤解釋。本測(cè)區(qū)地層結(jié)構(gòu)層次清晰,經(jīng)解釋、分析后確定:坡積物、重粉質(zhì)壤土電阻率較高,泥巖、砂質(zhì)泥巖電阻率較低,砂巖電阻率較高;坡積物、重粉質(zhì)壤土為低波速層,泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖為高波速層。

3.1 高密度電法

野外采集的高密度電阻率數(shù)據(jù),利用高密度電法處理軟件進(jìn)行編輯,經(jīng)回放、格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)編輯,繪制實(shí)測(cè)視電阻率擬斷圖、正演視電阻率擬斷圖和反演模型電阻率斷面圖等電阻率圖像。

本次測(cè)試所獲得的電阻率圖像,均能客觀地反映地表以下垂直方向和水平方向巖層結(jié)構(gòu)的變化特征,該區(qū)的電阻率圖像存在以下規(guī)律:電阻率上、下高,中間低,層次清晰。表層電阻率值一般為20～200 Ω·m,是地表不含水土層的反映,局部為不含水坡積物;隨電極隔離系數(shù)的增大,剖面中部電阻率最低,一般為15～80 Ω·m,推測(cè)是低阻的含水土層、泥巖和砂質(zhì)泥巖引起;剖面下部由于出現(xiàn)砂巖,電阻率升高,一般為85～260 Ω·m,局部電阻率達(dá)到500 Ω·m以上。

圖1-圖3為4號(hào)剖面溫納裝置和MN-B裝置的電阻率圖像。

圖1 4號(hào)剖面溫納裝置樁號(hào)0～295 m電阻率圖像Fig.1 Wenner device stake 0～295 m resistivity image of pile No.4 section

圖2 4號(hào)剖面溫納裝置樁號(hào)275～570 m電阻率圖像Fig.2 Wenner device stake 275～570 m resistivity image of pile No.4 section

圖3 4號(hào)剖面MN-B裝置樁號(hào)0～570 m電阻率圖像Fig.3 0～570 m resistivity image of pile No.4 section MN-B device

對(duì)比圖1-圖3,溫納裝置和MN-B裝置電阻率圖像具有下述規(guī)律:①表層土層和坡積物埋深較淺,埋深在4～15 m;在樁號(hào)200 m以后,土層厚度變厚,埋深在15～25 m;②剖面的前半部,泥巖的厚度大,埋深>50 m,在樁號(hào)200 m以后,泥巖厚度變薄,埋深18～37.5 m;③MN-B電阻率圖像在剖面起點(diǎn)處,探測(cè)深度內(nèi)未揭露砂巖,隨著樁號(hào)增大,砂巖埋深變淺,埋深25～50 m。

此剖面位于滑坡體中心,在樁號(hào)10 m處,可見(jiàn)土體的拉張裂縫;樁號(hào)40～180 m、290～425 m處,地表為張裂縫區(qū);樁號(hào)455～485 m為出露泥巖的老滑坡體。

3.2 淺層地震折射波法

在2-2′剖面、3-3′剖面、6-6′剖面上布設(shè)了地震折射勘探。

鑒于下伏泥巖、砂巖的縱波波速大于上覆重粉質(zhì)壤土的縱波波速,因此采用相遇初至折射波法,各排列采用獨(dú)立觀測(cè)系統(tǒng)(圖4)。

圖4 地震折射法觀測(cè)系統(tǒng)Fig.4 Seismic refraction method observation system

地震時(shí)距曲線定量解釋方法采用表層剝?nèi)シ?該方法可以較好地克服地表起伏及上部覆蓋層不均勻的影響。用表層剝?nèi)シㄟM(jìn)行地震資料解釋,主要有以下四步:

(1) 地震記錄登錄、讀時(shí)、波形的對(duì)比分析。

(2) 繪制時(shí)距曲線。

(3) 作表層剝?nèi)ゾ€。

(4) 作時(shí)間剖面。

(5) 求出低速層厚度和折射界面深度。

地震探測(cè)成果表明,重粉質(zhì)壤土的縱波波速206～522 m/s,強(qiáng)風(fēng)化泥巖的縱波波速778～1 457 m/s,泥巖、泥巖夾砂巖的縱波波速2 506～3 184 m/s,分層效果明顯。

3.3 電測(cè)深法

在各剖面的縱橫交叉點(diǎn)及重要位置,布設(shè)了電測(cè)深點(diǎn)11個(gè)。

電測(cè)深是對(duì)高密度電法和地震折射工作的補(bǔ)充驗(yàn)證,采集野外數(shù)據(jù)后,繪制電測(cè)深曲線(圖5)。

圖5 4號(hào)剖面電測(cè)深點(diǎn)曲線Fig.5 Electric sounding point curve of pile No.4 section

圖5為三層結(jié)構(gòu)的地電斷面,為H型曲線(ρ1>ρ2<ρ3),與高密度電法探測(cè)結(jié)果一致,是對(duì)多種物探方法的印證。

3.4 綜合解譯

根據(jù)高密度電法、地震折射、電測(cè)深資料解釋,結(jié)合工程地質(zhì)測(cè)繪、坑(槽)探,滑坡體的滑面常見(jiàn)有松軟泥質(zhì),潮濕、飽水或含水量較高,滑面見(jiàn)有揉皺或微斜層理、鏡面和擦痕。而滑床為相對(duì)堅(jiān)硬干燥的弱風(fēng)化巖體,滑面位置處于低電阻率和高電阻率、低速層與高速層的接觸帶上。經(jīng)過(guò)鉆探驗(yàn)證,綜合物探界定的滑面位置符合實(shí)際情況。物探解釋地質(zhì)剖面如圖6,各縱剖面的滑坡體厚度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

4 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)滑坡體與滑動(dòng)面下部的巖層之間存在明顯的電阻率或波速差異以及水文地質(zhì)條件的差異性,采用高密度電法和淺層地震折射波法,并輔助電測(cè)深法。

圖6 物探解譯剖面Fig.6 Geophysical interpretation section

表1 物探剖面滑坡體統(tǒng)計(jì)表

取得結(jié)論如下:

(1) 綜合性物探方法的選擇要依據(jù)研究區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)和地球物理特性,因地制宜選擇適用的方法。物性指標(biāo)差異愈大,探測(cè)效果愈好,反之就較困難。

(2) 受地形起伏及地質(zhì)復(fù)雜程度因素影響,物探成果具有多解性,必要的鉆探或井(硐)探驗(yàn)證不可或缺。

(3) 不同的物探方法相互結(jié)合和驗(yàn)證,能提高探測(cè)精度,但也有不一致的情況,應(yīng)分析相互之間的差異。

[1] 李富,吾守艾力,艾斯卡爾,等.綜合物探方法在滑坡體勘察中的應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江,2012(S1):83-87.

[2] 武斌,曾校豐.綜合工程物探技術(shù)在川藏公路102大型滑坡勘察中的應(yīng)用[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào),2005,25(1):61-67.

[3] 李永新,王樹(shù)魁.河南省三門峽市槐扒黃河提水工程滑坡段治理1#、2#渡槽重建工程工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].鄭州:河南省水利勘測(cè)有限公司,2014.

[4] 中華人民共和國(guó)水利部.水利水電工程物探規(guī)程:SL326—2005[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,2005.

(責(zé)任編輯：陳文寶)

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

吳獻(xiàn)華(1972-),女,工程師,工程物理專業(yè),從事物探和工程地質(zhì)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

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160530.0937.002.html 數(shù)字出版日期:2016-05-30 09:37