高密度電阻率法聯合自然電場法在滑坡探測中的應用研究

盧向星，陳慈河，孫旭，楊晨，錢倫，潘劍偉

（1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013;2.中交西部投資有限公司，四川 成都 610041;3.貴州大學資源與環境工程學院，貴州 貴陽 550025)

地球物理方法是以地下巖礦石的物性差異為基礎，通過觀測分析地球物理場的變化來確定被探測目標體的空間賦存范圍及物理性質[1]。而嚴重威脅人類生命財產安全的自然災害之一的滑坡，在其滑動前后由于滑體內巖土結構和水體分布特征的變化也會引起一些物性參數的改變[2-3]，這為應用地球物理方法對滑體進行探測提供前提。

高密度電阻率法（Electrical Resistivity Tomography，簡稱ERT）因其簡便高效、自動化程度高等優點，已成為滑坡探測中常用的地球物理方法之一。例如Su[4]等人結合ERT 與TEM（瞬變電磁法）對某鐵路沿線滑坡進行探測，成功確定了滑動面的位置。Gan[5]等人通過ERT 對地層進行劃分，并通過鉆孔法進行修正后來確定滑動面的具體位置。以上報道都說明了高密度電阻率法對滑坡探測的有效性。

同時，地下水的流向和流速分布特征是研究滑體水文地質特征的重要因素，但這兩個參數卻不能從ERT中獲取。自然電場法（Self-potential，簡稱SP）是通過測量天然電流場的分布規律來解決相關問題的一種方法[6]。在滑坡體內，由于地下水的作用，常會形成上游帶負電，下游帶正電的過濾電場[7]。因此，可以用該方法來確定滑坡體內地下水的流向。潘劍偉[8]等人利用SP對滑坡中的地下水流向進行探測，并繪制了該區域地下水流向圖。劉加文[9]等人用SP 確定地下水流向，并結合鉆探方法確定其分布、滲漏等水文地質情況。

本文以貴陽市花溪區某滑坡為研究對象，利用ERT來探測滑坡體的分布范圍，用SP 來確定該滑坡中地下水的流向，并通過討論這兩種方法的組合探測效果，為滑坡體工程地質參數的獲取提供一定的參考。

1 滑坡基本地質概況

研究區位于貴陽市東南部，隸屬花溪區黔陶鄉管轄，距花溪城區25 km。該區域內地貌整體為原始地貌，出露的地層由上至下為第四系，以砂石土為主的殘坡積層和泥盆系中統獨山組的石英砂巖夾頁巖，該坡體表層石英砂巖呈全風化狀態。該邊坡上原有采用漿砌塊石擋墻填筑而形成的填方路基，滑坡形成后，滑坡體沿沖溝進行向前運移，并鏟刮沖溝內殘坡積土，滑坡左側山體上可見擦痕。整個滑體呈長舌狀，方向大致為北北東方向，如圖1 所示。

圖1 滑坡地球位置及測線、測點位置圖

2 工作方法原理及裝置布設

2.1 高密度電阻率法原理及測線布置

高密度電阻率法是集電測深與電剖面于一體的多裝置、多極距物探方法，可以獲取地下介質的視電阻率信息，從而解決某些地質問題[10]。在實際野外的測量過程中，通過向電極A、B 供電，并測量M、N 電極之間的電位差ΔUMN及電流，測量得到視電阻率ρs，公式為[11]：

圖2 高密度電阻率法工作原理圖

本次沿滑坡的橫剖面（近東西向）布設1 條極距為2.5m，電極數共60 道，總長為147.5 m 的測線。

2.2 自然電場法原理及測點布置

由于地下水的流動和巖礦石自身的電化學活動性，往往會產生自然極化現象，并在周圍形成自然電場，而自然電場法則是通過觀測和研究這種自然電場的分布規律及其特點，用以解決某些水文地質工程問題[7]。此次主要采用電位梯度法中的“8”字形觀測法。地下水在流動方向產生的電位差極大，而垂直于流向的方向上電位差極小，其他方向上的電位差則處于兩者之間，即“8”字型長軸的方向為地下水流的軸向，且水流方向上為高電位[12]。

本次探測共在滑坡體西側邊界外（1 號測點）及滑坡中心處（2 號測點）設置了2 個測點，利用不極化電極，并設極距為10 m 進行探測，在各探測方向上可重復測量，當測量數據保持較為穩定時，給予保存記錄。

3 探測結果分析

3.1 滑體分布范圍的確定

該滑坡的兩種地層巖性電阻率有明顯差異。為此，筆者在圖1 藍色線段處布設了1 條ERT 測線，用溫納裝置進行數據采集，經反演后得到的視電阻率斷面如圖3 所示。

圖3 橫剖面溫納裝置反演結果圖

通過反演結果圖的電阻率分布情況來看，該條測線兩側0～60m、130～140m 處主要呈高阻特征，結合已有的勘查資料分析，該滑坡兩側的高阻區推測為基巖所在位置。而在滑體范圍內，由于巖體破碎，主要以右側藍色低阻范圍呈現。因此，根據電阻率值的分布，推測出該滑坡滑體的邊界如圖3 中紅線位置處所示。而由圖1可知，在該滑坡的半山腰處原修有一條道路，且由擋土墻進行支護，故推測為道路施工填方時堵塞原有地下水滲流通道，造成該處地下水排水不良，進而逐漸孕育形成了該滑坡。

3.2 地下水流向的確定

通過調查，該區內地下水的主要類型為裂隙水，且含水豐富。通過“8”字形觀測法探測該滑坡區地下水的流向，并在同一比例尺下繪制流向示意圖，結果如圖4 所示，其中箭頭表示地下水流向。

圖4 兩自然電場法測點水流方向示意圖

1 號和2 號測點分別位于滑坡體西側邊界外及滑坡體中心處（見圖1），從圖4 兩自然電場法測點水流方向示意圖可以看出，在該滑坡的不同位置處，其地下水的流動方向也存在較大不同。1 號測點在SW-NE 向上的電位差最大，約為36.10 mV，因此該方向即為該處地下水的流向。而從2 號測點觀測結果可以判斷出該處的地下水流向為S—N 向。推測這主要是由于滑坡后緣位置處發育有大量裂縫，大氣降水從這些后緣裂縫及滑坡壁下滲后沿主滑方向匯集并流動，使滑坡中部2 號點位的水力梯度值更高。

4 結論

本文通過聯合高密度電阻率法和自然電場法對滑坡及其地下水的流向進行了探測，主要得到以下幾點結論：

（1）根據ERT 反演結果的高、低阻區域分布情況可以得出該滑坡體的主要范圍約在該測線70～130 m 內，由于其滑動后內部的巖土結構更加松散，則在反演圖中主要以低阻帶形式呈現。

（2）通過SP 確定了該滑坡區域內地下水的流向，在滑坡西側邊界外的地下水流向為SW-NE 向，而在滑坡中心位置處的流向為S-N 向。由于受地形及滑坡的影響，兩個測點處地下水流向與流速均不相同，但總體向著滑坡方向流動。

（3）兩種方法在滑坡探測中的聯合使用，一種從靜態空間上對滑坡分布范圍進行圈定，另一種從動態性質上對地下水流向進行確定。通過聯合兩種方法，能夠為滑坡勘查及治理提供更全面的水文及工程地質信息。