综合物探技术在岩质滑坡勘察中的应用

综合物探技术在岩质滑坡勘察中的应用

刘春宇 辛素伟 夏凯文

中煤地质集团有限公司   北京市/100040

摘要：综合物探技术是指使用现有的各种物探方法以达到良好的勘探效果的技术。综合的物理勘探技术的全称是综合地球物理勘探技术，一般用于研究特定的对象和工作。它在监测滑坡，特别是在监测滑坡状况方面具有非常重要的用途。其主要原理是利用综合物探技术获得滑动面（带）的综合识别特征，然后实现对滑动面（带）的勘探效果。文章结合丰台区千灵山页岩矿地质不稳定边坡研究项目，简要分析了综合物探技术在滑坡勘探中的应用，为防治边坡类的地质灾害提供一些参考。

关键词：综合物探技术；岩质滑坡勘察；应用

引言

综合物探技术指的是采取地球物理方法组合，来实现良好的勘探效果。综合物探技术的全称是综合地球物理勘探技术，通常被用来勘探特定的对象和任务，在滑坡监测，特别是监测滑面（带）的滑体滑动情况方面有着十分重要的应用。其主要原理是利用综合物探技术得到滑面（带）的综合识别特征，进而实现对滑面（带）的勘探效果。本文结合丰台区千灵山页岩矿地质不稳定斜坡勘测工程，对综合物探技术在滑坡勘探中的应用进行了简要的分析，为边坡地质灾害的防治提供一定的参考意义。

1综合物探解释技术

电法勘探是一种利用地下电阻率、电导率等物理特性来探测地下构造和岩石性质的地球物理勘探方法。它通过在地表或井下布设电极，施加电流，测量地下的电场分布和电位差，从而推断地下介质的性质和构造。电法勘探广泛应用于地质、水文、环境等领域，成为一种重要的地球物理勘探手段。

电法勘探的原理是利用地下介质的电阻率和电导率特性来推断地下构造和岩石性质。地下介质的电阻率和电导率与其含水量、孔隙度、渗透性、矿物成分等有关，因此可以通过测量地下的电阻率和电导率分布来推断地下的构造和岩石性质。电法勘探的原理基于欧姆定律和电场分布规律，通过施加电流产生电场，测量地下的电位差，从而推断地下介质的性质和构造。

地震勘探是一种利用地震波在地下传播的物理现象，通过地震波在地下不同介质中的传播速度和反射、折射等特性来获取地下结构信息的方法。地震勘探原理是基于地震波在地下传播的特性，利用地震波在不同介质中传播速度不同的特点，来推断地下介质的性质和结构。地震勘探原理的研究对于地下资源勘探、地质灾害预测、地下水资源调查等具有重要的意义。

地震波是一种机械波，它在地下的传播受到地下介质的影响，不同介质对地震波的传播速度和传播路径都有不同的影响。当地震波遇到地下介质的边界时，会发生反射和折射现象，这些现象可以被记录下来，并通过地震勘探仪器进行分析，从而推断地下的结构信息。

2边坡变形分析及物探方法选择

2.1边坡变形机理分析

高边坡未开挖部分坡体表层主要为１.０～２.０ｍ左右强风化灰岩，含碳质，薄层状，开挖部分表层为中风化页岩，含碳质，薄层状构造，层厚２～５ｃｍ，且节理裂隙发育，岩体较破碎。开挖面地形较陡，受结构面组合切割，易发生楔形体滑塌和掉块。通过现场调查，推测滑坡主要由主滑坡体及牵引滑坡体组成，坡体下部大面积开挖，形成陡大临空面，岩体破碎，施工时爆破开挖、扰动，未及时防护，同时降雨入渗，形成软弱带，表层岩体受扰动，强度降低，导致滑塌，形成主滑坡体；进一步牵引上部四级坡滑塌。

2.2地球物理特征分析

通过边坡变形机理分析可知，物探方法需要查明滑坡周界、滑面位置等滑坡要素，还需要确定受开挖爆破扰动的强度衰减层范围，同时选用的物探方法还应能适用复杂的滑坡地形及地质条件。在开展综合物探工作前，用露头测定法、ＳＣＩＰ样本岩心测试仪等测量了几种主要岩土体的电阻率和地震波速。结合岩体物性特征及现场实测的岩体地球物理参数，破碎的灰岩软弱滑动面往往结构强度较低，会产生明显的电阻率及波速变化，破碎或者富水区域电阻率较低，滑坡体及受扰动岩土体波速明显低于稳定区域，这是进行本次物探方法选择的基础。经过现场踏勘，本次滑坡勘察选用高密度电法与瑞雷波法相结合的综合物探手段。高密度电法能得到滑坡区域内岩层破碎及富水信息，瑞雷波法能提供浅层不同岩土体波速信息，二者结合可以查明受扰动岩土体范围，确定滑床及破碎带位置，为进一步滑坡治理提供参考数据。

2.3物探方法介绍

2.3.1高密度电法

高密度电法兼具电剖面和电测深两种方法的特点，借助高压电源，通过电极人工施加电场并传导至地下，在地表探测地下传导电流的分布规律。由于地下不同地质体的电阻率有差异，借助传导电流的分布规律即可推测地下地质体的位置和分布。本次高密度电法数据采集工作使用重庆奔腾数控技术研究所产ＷＤＡ－１Ｂ高密度电法仪，电极距为沿地形斜距３ｍ，观测层数25层，工作装置采用温纳测深装置，电极数60个，外接高压电源供电。数据采集处理流程包括：首先，利用ＷＤＡ－１Ｂ野外采集可实时显示的功能，观察原始电阻率特征结合现场地质情况做出初步推断，尤其注意对电阻率异常点的复检复测；其次，借助瑞典Ｒｅｓ２Ｄｉｎｖ高密度反演软件，经过格式转换、数据检查、地形校正、最小二乘反演等过程，得到高密度电法电阻率反演剖面；最后，结合地质资料进行综合解译。

2.3.2瑞雷波法

弹性参数不同的地层具有不同的地震波速，当下伏地层波速高于上覆地层，同时人工激发（锤击、爆炸或电火花震源等）的地震波以达到或超过临界角的入射角传播到地层分界面，会产生沿岩性分界面传播的折射波。通过观测记录直达波和折射波的初至时间，结合已知的地质情况和时距曲线特征，可以定性判别地下折射界面数量及大致产状，利用Ｔ0法、哈里斯法或折射层析法等数学方法可以定量求取界面（如覆盖层、下伏稳定基岩面等）的速度和埋深。因为可以定量计算速度界面，瑞雷波法在滑坡勘察中可以帮助确定滑床位置以及基岩面起伏形态等，但瑞雷波法有效探测深度受其自身方法有效性因素的制约。

3综合物探技术在岩质滑坡勘察中的应用

3.1采用多物理场联合勘探模式

结合高密度电法勘探和瑞雷波法勘探，对两组数据进行交叉分析和综合解释，可以得到更全面、准确的地下信息。高密度电法勘探主要用于探测导电和非导电矿体，如金属矿床和煤炭矿床等，而瑞雷波法则更适用于探测浅部层面异常，如第四纪覆盖土层厚度及浅层岩层软弱结构面等。因此，结合这两种方法可以提高对滑体存在与否、形态大小等的判断能力。同时，瑞雷波法通过观测和分析地震波在地下的传播和反射情况，可以推断地下构造和岩性变化。与高密度电法相结合，可以进一步增加勘探的可靠性。例如，在岩质滑坡勘探中，可以利用瑞雷波法和高密度法的综合应用，通过测量地下介质的声波速度、电阻率等参数，获取更准确的地质信息。这种综合应用方法可以辅助判断岩质滑坡中的软弱结构面的分布形态以及与周围岩体的边界关系。

3.2布设高密度测量网格

合理规划和布设测量点位，以形成一个密集且均匀地测量网络。具体来说，首先，在确定测量区域范围后，需要考虑该区域的地质特征、预期目标和勘探目的。根据不同的勘探目标，可以确定测量网格的密度需求。一般来说，对于较大的勘探区域，可以采用分区域布设的方式，每个区域内独立规划网格密度。其次，考虑测量方法和仪器设备的特点，确定合理的测量间距和测量深度。不同的物探方法和仪器设备有不同的测量范围和分辨率要求，需要根据实际情况调整测量点位的密度。通常情况下，可以根据设备的测量能力和勘探目标的需求，在勘探区域内均匀布设测量点位，以保证数据采集的精度和空间分辨率。再次，考虑地质条件和地形地貌，选择适宜的测量点位。在选择测量点位时，需要充分考虑地质条件和地形地貌对数据采集的影响。例如，在地下水丰富的区域，应优先布设测量点位以探测含水层的分布情况；在山地或复杂地形地貌区域，可以选择合适的位置进行测量，避免因地形起伏导致数据采集的局限性。最后，根据勘探目标和地质灾害类型，确定不同物探方法的组合应用，并综合考虑各物探方法的测量范围和分辨率要求，调整测量点位的布设密度。不同物探方法在勘探中具有互补性，通过合理的组合应用可以获得更全面、准确的地质信息。在实际布设测量点位时，需要考虑野外工作的可行性和效率。根据实际条件，合理规划测量路线和点位间距，确保野外工作的顺利进行。同时，需要注意保证测量点位的均匀性，避免出现过于密集或过于稀疏的情况。

3.3对多个参数进行综合解释

对于不同物理参数的测量数据，需要进行数据质量评估和预处理。这包括检查数据的有效性、去除异常值和噪声，对数据进行校正和插值等操作，以确保后续分析的准确性和可靠性。针对不同物理参数之间的关系，可以采用统计分析方法进行相关性分析。通过计算各参数之间的相关系数，可以评估它们之间的相关程度和线性关系。在相关性分析的基础上，可以选择合适的综合方法，如主成分分析、聚类分析等，进一步提取和表达不同参数之间的综合特征。为了更好的解释各参数的地质意义，可以结合已有的地质知识和模型进行解释。通过对地质构造、矿体赋存规律等的认识，可以将物理参数与地质信息相对应。例如，在判断不稳定斜坡滑动面（带）的时，可以通过分析电阻率和瑞雷波数据的空间变化特征，结合已有的滑动面（带）模型，推断出可能的滑动面（带），并进一步分析其空间分布特征。同时，利用地质解释结果对多参数数据进行综合分析。通过将不同参数的解释结果进行集成和比较，可以进一步验证和修正地质模型。例如，在判断滑体与周围岩体的边界关系时，可以将电阻率和瑞雷波数据的解释结果进行对比，确定滑动面（带）的位置和特征。此外，在解释过程中，需要综合考虑地质背景、勘探方法以及地质假设的合理性，并进行合理的验证和修正。同时，对于存在不确定性的地质问题，可以利用敏感性分析等方法，评估解释结果的可靠性和稳定性。

3.4利用三维建模进行可视化展示

对不同物探数据进行空间定位和校正，将测量数据转换为统一的坐标系统，对数据进行空间插值和配准，确保不同数据之间的空间一致性。根据勘察区域的范围和所需精度，可以选择合适的坐标系和插值方法，以提高建模的准确性。根据物探数据的特点和解释结果，选择合适的建模方法。常用的三维建模技术包括等值线法、体素法、曲面拟合法等。等值线法适用于将离散数据转换为连续表面，可用于描述地下界面的形态和赋存规律；体素法通过将空间划分为小立方体单元，可用于模拟地下体积的分布和变化；曲面拟合法则通过拟合曲面将数据转化为连续的地质界面，适用于描述地下层序和构造。最后，利用建模软件提供的可视化功能，可以将建模结果以立体图像的形式呈现出来。通过调整视角、透明度等参数，可以更好地展示地下

滑坡带分布的空间特征。同时，可以添加地形、地貌等背景信息，使得滑床及破碎带更加真实和具体。

结束语

选择复杂的综合地球物理方法进行滑坡研究和应用研究对于发展地球物理技术本身和研究滑坡灾害具有重要意义。根据滑坡带的岩土条件和地球物理特征，利用高密度电流法，瑞雷波法对滑坡进行了综合研究。结论如下，首先，使用高密度电法和瑞雷波法的结合，不仅解决了单一地球物理方法的多分辨率问题，而且提高了滑动面的深度和缩放精度。其次，电流密度高的方法很好地反映了地下的电分布，但不能直接判断滑动面的几何形状。瑞雷波法对浅层具有高分辨率，可以不受地层速度的影响，并且可以更准确地检测内部滑坡情况。后一种物理搜索方法具有有限的信息，这将影响对检测到的对象的评估。结果并不是唯一的，尤其是对于大规模滑坡勘测而言，并且随着滑坡深度和宽度的增加，一种方法的检测分辨率会降低。因此，在进行滑坡工程时，有必要结合研究区域的地质特征。在条件和环境方面，尝试选择几种方法的组合进行全面审核，一方面可以提高结果的准确性，另一方面也可以大大提高工作效率。

参考文献

［１］黄润秋．岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００８，２７（８）：１５２５－１５４４.

［２］张光保．褚家营巨型滑坡的高密度电法勘察及效果分析［Ｊ］．地球物理学进展，２０１３，２７（６）：２７１６－２７２１．

［３］徐兴倩，苏立君，梁双庆．地球物理方法探测滑坡体结构特征研究现状综述［Ｊ］．地球物理学进展，２０１５，３０（３）：１４４９－１４５８．

［４］吕擎峰，卜思敏，王生新，等．综合物探法在滑坡稳定性评价中的应用研究［Ｊ］．岩土工程学报［Ｊ］，２０１５（Ｓ１）：１４２－１４７．