滑坡灾害应急处置中物探技术的作用——以湖北恩施州屯堡乡沙子坝滑坡为例

程怀蒙，徐玳笠，王思桐

(湖北省地质调查院，湖北 武汉 430034)

(注：土壤裸露部分为滑坡体局部滑移)图1 滑坡现场照片Fig.1 Landslide site photos

图2 滑坡体后缘屯渝公路现场照片Fig.2 Site photos of Tunyu highway at the back edge of landslide body

1 引 言

崩塌、滑坡、泥石流，统称崩滑流灾害，是一种在我国山地和高原地区经常发生的地质灾害，这类灾害发生频次高、影响范围广、防治难度大，特别是长江流域每年梅雨季节期间，山区大小滑坡不断，对我国经济社会运行和人民生命财产安全造成了巨大破坏[1-5]。2020年7月17日，屯堡乡马者村地质灾害监测员在巡查地质灾害点时，发现地裂缝(图1)，随后上报，恩施市立即组织救援力量开展救援、转移群众。至18日，地裂缝变形加剧，范围扩大，滑坡体后缘屯渝公路路面出现大面积开裂(图2)。19日晚22时接到上级指令，立即携带设备赶赴灾区开展应急勘探工作。20日凌晨到达灾区后立即开展野外勘探，此时滑坡体在连日的雨水浸泡下土壤含水量已趋于饱和，在自身重力及地表水的作用下部分滑坡体产生滑移，形成泥石流，以肉眼可见的速度向下移动，流入清江并淤塞河道形成堰塞湖，滑坡体周缘已有数栋房屋倒塌。按照应急处置指挥部的要求，需要尽快给出滑坡区域覆盖层的大概厚度，估算滑坡体体积，为指挥部制定应急处置方案提供依据。根据要求及现场条件，决定采用高密度电阻率法开展相应工作。

高密度电法是一种相对快捷、高效、准确的物探方法，一次性布设全部电极(几十上百根，具体数目根据剖面长度和目标深度)于测点上，可实现数据的自动采集和实时监控[6]，其探测深度在几十上百米间，精度高、速度快，是一种较为理想的地质灾害防治研究手段。本次勘探共布设了6条高密度电法剖面，如图3所示，由于滑坡体中心位置已无法进入，所以测线主要在滑坡体后缘布设。通过数据采集、处理和反演，得到了剖面以下几十米以内地层的电性结构特征，结合现场地形地貌及测区地质资料对区内覆盖层厚度进行了判断，推断出滑坡体北缘存在一条近东西走向的破碎带。

图3 工区测线布置示意Fig.3 Schematic diagram of survey line in work area

2 测区概况

2.1 工区水文及地形地貌特征

测区地处巫山余脉和武陵山北上余支交会部。区内万山重叠，沟壑纵横，道路崎岖，关隘四塞。地势整体为西低东高，西北部为利川盆地的延伸部分，最低海拔点为西北角后河河谷，海拔662 m，寒池山为区内最高山，如擎天巨柱耸峙东北角，海拔2 041.5 m，最大落差达1 380 m。区内海拔1 000 m以下的低山面积不足10 %；海拔1 000 m以上的高山面积占90 %。

区内属亚热带大陆性季风气候。因山峦起伏，沟壑幽深，海拔高度不同，气候差异明显，为典型的山地气候。夏无酷暑，云多雾大，日照较少，雨量充沛，空气潮湿。主要灾害性气候有：低温连阴雨、干旱、暴雨洪涝、大风冰雹等。区内气候的主要特点是：光照不足，热量偏低，降水量充沛，气候差异明显。区内水资源丰富，清江、梅子水、长偏河、热水河等河流顺着地质构造和山势走向奔流出境，呈典型的放射状水系。图4所示为滑坡现场航拍图，图片下方为恩施峡谷，谷底是清江，图片中部红线圈定部分就是本次沙子坝滑坡产生的局部滑移，可以看到在地表水的作用下已形成泥石流冲入清江。

图4 滑坡现场航拍Fig.4 Aerial view of landslide site

2.2 勘查区所处区域构造及地层概况

2.2.1 区域构造

勘查区位于利川复向斜内，介于湘鄂西隔槽式冲断褶皱带和川东隔挡式滑脱褶皱带之间，东部紧邻恩施中央复背斜，西部紧邻齐岳山高陡背斜带。

中央复背斜东、西以恩施—黔江和建始—彭水断裂为界，出露地层寒武系—志留系。由于受边界大断裂影响，构造高陡，断裂发育，地表多见正断层。局部构造为褶皱背斜和断褶型背斜为主，兼有后期反转构造发育。

利川复向斜介于湘鄂西隔槽式冲断褶皱带和川东隔挡式滑脱褶皱带之间，从南东向北西褶皱逐渐紧密，从隔槽式有序过渡到隔挡式，褶皱过渡有序，变形十分协调。南北构造变形也存在较大差异，主要表现在：地层分布上，北部以二叠系、三叠系为主，局部出露志留系；南部以大片侏罗系—中三叠统分布为主；在构造样式上，北部褶皱紧密，构造高陡，且断层发育，局部构造数量多，规模大，呈斜列式分布，以背冲式断垒背斜为主；南部构造宽缓，总体表现为一斜坡，断层和局部构造均不发育。发育有九台山、庙湾、鱼皮泽、猫儿槽、罗圈坝、凉桥、板桥、小青垭、沐抚等十余个局部构造。

2.2.2 区域地层

勘查区及邻区发育震旦系(埃迪卡拉系)-白垩系各时代地层，如图5(据中国地调局油气中心)所示，主要缺失中上志留统-下泥盆统。

图5 区域地层综合柱状图(据中国地调局油气中心)Fig.5 Comprehensive histogram of regional stratigraphy

3 工作原理及数据采集

高密度电阻率法是以地下被探测目标体与周边介质之间的电性差异为基础，利用人工建立的稳定地下直流电场，依据预先布置的若干道电极，灵活选定装置排列方式以进行扫描观测，研究地下大量丰富的空间电性特征，从而查明和研究有关地质问题的一种物探方法[7-12]。高密度电阻率法兼具电测深和电剖面两种方法的特点，通过供电电极A和B向地下供电，再利用测量电极M、N之间的电位差ΔUMN(单位：毫伏)计算出观测点的视电阻率值ρs(单位：欧姆·米)[13-21]。其计算公式为：

其中K为装置系数，其表达式为：

野外测量时只需将大量电极(几十至几百根)置于测点上，利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的自动快速采集。将测量结果输入计算机后，通过对实测数据进行处理，可给出地下地电断面不同深度各地层的物理解释。一般适用于有泥土地方，可以在地面上插入电极，探测深度大的情况下可用来探测覆盖层厚度、岩溶、隐伏断层、破碎带、地下水情。根据电极排列方式，可分为多种装置类型，列如偶极-偶极装置、三极装置、温纳装置、施伦贝谢装置等，比较常用的是温纳装置，图6给出了温纳装置的工作示意流程。

本次野外工作所有剖面均采用温纳装置，供电电压432 V ，1号剖面电极间距5 m，70道电极；2号剖面电极间距10 m，40道电极；3号剖面电极间距5 m，50道电极；4号、5号剖面电极间距5 m，80道电极；6号剖面电极间距5 m，70道电极。仪器使用的是重庆奔腾WGMD-9A超级高密度电法系统，分布式电缆，一次最多可布设120道电极。数据反演使用瑞典RES2DINV软件进行处理，使用最小二乘法进行反演拟合，最后得到观测剖面的反演电阻率剖面。除2号剖面，其余剖面电极间距均为5 m。因受限于当时测区施工条件，大点距难以展开，同时，根据现场地质地形条件判断，探测深度可以穿透覆盖层，达到探测目的。

图6 高密度电法温纳装置工作流程示意Fig.6 Wenner working and data collecting scheme

4 成果资料解释

4.1 1号剖面解释推断

1号剖面位于滑坡体西侧，如图7所示，采用温纳装置，电极间距5 m，70道电极，供电电压432 V。探测结果较为清晰地揭示了覆盖层的厚度，其最大厚度推测小于15 m。在剖面95 m处，存在一处未圈闭低阻异常体，极有可能向西延伸至60 m以下，推测为一处西倾破碎带与低阻地层电性的叠加反映。总体上，滑坡体西侧基岩较为完整、连续，但不能完全排除被滑坡体逆冲推行的可能。

图7 1号剖面高密度电法反演断面图Fig.7 High-density electrical measurement results of tunnel No.1

4.2 2号、3号剖面解释推断

2号剖面位于滑坡体北测，如图8所示，剖面长度390 m，采用温纳装置，电极间距10 m，供电电压432 V。从断面图上可以看出剖面覆盖层较薄，最大推测厚度小于15 m。下伏岩体较完整，剖面中部200 m位置有一产状陡立的低阻异常体，推测为隐伏破碎带；3号剖面长度245 m，采用温纳装置，电极间距5 m，供电电压432 V。覆盖层较厚，最大推测厚度小于25 m。下伏岩体较完整，剖面140 m位置呈低阻梯度带，推测为隐伏破碎带。2号剖面和3号剖面近似平行，相距约150 m。整体来看两条剖面覆盖层推测不超过25 m，仍与风化层难以区分，界面起伏较大，但需考虑疑似破碎带的影响。

图8 2、3号剖面高密度电法反演断面Fig.8 High-density electrical measurement results of tunnel No.2 and No.3

4.3 4号、5号剖面解释推断

4、5号剖面平行布设，采用温纳装置，80道电极，电极间距5 m，剖面长度395 m，如图9所示。两条剖面纵向深度均穿过了覆盖层，覆盖层最大厚度推测小于25 m，5号断面图80～120 m处出现低阻异常带，剖面中部基岩较为完整。4号剖面中部出现相对低阻异常带，与5号剖面低阻带推测同为隐伏破碎带引起的电性反应，该破碎异常与2号、3号剖面指示的破碎带推测为同一条。

图9 4、5号剖面高密度电法反演断面Fig.9 High-density electrical measurement results of tunnel No.4 and No.5

4.4 6号剖面解释推断

6号剖面采用温纳装置，70道电极，电极间距5 m，剖面长度345 m，如图10所示。剖面纵向深度穿过了覆盖层，覆盖层最大厚度推测小于18 m，剖面下方基岩较为完整、连续，在剖面60～80 m出现低阻梯度带，应为隐伏破碎带引起的电性反应，推测该破碎带与2号、3号、4号、5号剖面指示的破碎带为同一条。

图10 6号剖面高密度电法反演断面Fig.10 High-density electrical measurement results of tunnel No.6

5 结 语

1)本次工作为滑坡地质灾害的应急性勘探，其特点就是临时性、突发性，快速进场、快速施工，立即出推断结论供应急指挥部判研，没有时间去仔细研究设计方案和搜集工区详细地质资料，故现场出的结论只能是推断性质的，虽然是推测性的结论，没有地质、钻孔、物性等资料供参考，但是根据现场地形地貌、水文特征及反演结果综合分析，得出的解释依然是具有参考意义的,获得了指挥部的高度认同。

2)本次工作共布设高密度电法剖面6条，采用温纳装置，在滑坡体外缘垂直于滑坡体布设。根据勘查结果显示：6条剖面下方覆盖层厚度不一，但大部分推测在25 m以内；滑坡体北缘发现一条近东西向的疑似破碎带，需引起重视。

3)由于区内地层岩性以泥岩、泥灰岩、碳质页岩为主，再加上近期长时间降雨，覆盖层与风化层及基岩之间电性差异不明显，故推测基岩的位置亦有可能是风化层。

4)至应急结束后，随着梅雨期的结束，降雨减少，滑坡体没有再出现整体大面积的滑移，处于相对稳定状态。可考虑在下一个梅雨期到来之前对其进行全方位的勘探，详细准确了解滑坡体厚度、物质组成、内部结构、影响范围等，未雨绸缪。