黄土-泥岩切层滑坡勘察中的电法解译分析

2022-02-20闫亚亚顾小军张峰文

黑龙江交通科技 2022年12期

邱锴，闫亚亚，顾小军，张峰文

(1.宁夏公路勘察设计院有限责任公司，宁夏银川 750001；2.宁夏回族自治区遥感调查院(高分辨率对地观测系统宁夏数据与应用中心)宁夏银川 750021)

1920年爆发的8.5级海原大地震，震源深度29 km，面积达2万km2，破坏最严重的震中宏观烈度高达12°，地震面波绕赤道两圈，是世界历史上最大的地震之一，被称为“寰球大震”[1]。此次地震在宁夏“西海固”(西吉、海原、固原)一带诱发了大量的黄土地震滑坡，引起的地质灾害对该欠发达地区造成了很大的生态破坏和经济损失，因此，研究此类滑坡成因机理和危险性评价意义重大[2]。多年来，诸多学者对其高度关注并深入研究。其中较突出的有：单鹏飞对西吉地区滑坡灾害地貌的成分分析[3]；袁丽侠对西吉县低角高速远程黄土滑坡形成机理的分析[4]；邓龙胜对海原大地震诱发黄土滑坡的变形破坏特征及发育机理进行系统性调查分析[5]。除此之外，宁夏回族自治区重点研发项目“宁南地区地质灾害隐患综合要干识别技术研究与示范”(2021BEG03118)通过无人机低空摄影测量结合地质调查的方式对宁南地区黄土滑坡进行研究，将高分遥感技术应用到黄土滑坡的形态特征和成因分析当中。但因海原大地震诱发的黄土地震滑坡形成过程极为复杂，查明其分布特征、发育机理、影响因素等仍需积累大量实践数据或工程案例，需进一步持续研究。

1 研究区概况

1.1 滑坡现状概述

省道204线海原至西吉段公路K210+937～K211+670段位于宁夏海原县九彩乡西北，属六盘山山脉腹地，地貌单元为低山丘陵，地形起伏较大，地势整体开阔。2017年7月至10月，海原县、西吉县连续降水日数均达10 d。因短期内持续强降雨导致K211+350～K211+670段左侧路堑边坡出现滑塌，尤其是二级边坡至后缘滑塌较明显，滑坡后部张拉下错，前部推挤发生移动，坡面泥岩层间中已出现连续的裂缝，坡面变形严重。经调查研究，发现该路堑滑坡位于早期海原大地震产生的老滑坡中前部，老滑坡范围巨大，滑坡现状严重威胁新建路段施工的安全性。

1.2 滑坡物质组成及结构特征

老滑坡地层由第四系全新统坡积层、第四系上更新统风积层及早白垩系马东山组泥岩组成。其中滑坡体地层主要为黄土状粉土(Q4dl)、碎裂状泥岩(K1m)、强风化泥质砂岩(K1m)、强风化泥岩(K1m)等。滑床地层主要为强～中风化泥岩(K1m)和强～中风化石膏质泥岩(K1m)。现状路堑滑坡地层结构与老滑坡基本一致，厚度较大的黄土坡积物和碎裂状泥岩构成了滑坡的主体部分。

1.3 水文地质条件

研究区属大陆性半干旱气候区，地表径流的塔山沟属季节性排洪沟，造成地表水贫乏。地下水为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。其中松散岩类孔隙水主要赋存于上部黄土层中，水量不大，水位变化小。基岩裂隙水经老滑坡体上部裂隙发育和风化严重的岩层向下渗流，在下伏风化程度较低的泥岩顶面存积形成富水软弱层，加剧了岩土风化，造成坡面碎落，进一步引发滑塌。

1.4 地球物理特征

根据已有的研究成果，并结合一般电阻率经验值分析得出研究区内各类土层电阻率范围参考值。数据显示，干燥的黄土坡积物电阻率呈高值，下伏基岩因风化不均匀、松动破碎程度不同及富水条件差异，变化范围较大。综合分析，各地质体之间存在一定的电性差异，满足开展高密度电法的地球物理前提条件。具体电性参数见表1。

表1 电性参数表

2 工作方法与技术

2.1 工作原理及装置类型

高密度电阻率法在原理上等同于传统的直流电阻率法，兼电测深和电剖面于一体，具有获取数据量大，采集速度快，观测密度高等优点，是探测地下介质的有效地球物理方法[6]。其装置类型较多，应根据不同地质条件合理选择。研究区内地表条件复杂，故采用抗干扰能力较强的温纳装置，其主要特点是A、M、N、B等间距，记录点在中心位置。

2.2 测线布置数据采集处理

根据研究方向及探测目的，结合场地条件，在滑坡区域内共布置测线5条，其中沿主滑方向布置3条测线，近垂直主滑方向布置2条测线，测线呈“网格状”布置。每条测线60根电极/1个排列，单位电极距5 m。有效剖面水平长度295 m，解释垂向深度可按照下式估算

h=(1/5～1/6)·AB

式中：h为深度，m；AB为供电极距，m，与电极数量和单位电极距有关。

对获取的野外原始数据应用瑞典RES2DINV二维反演软件编辑处理，利用最小二乘法反演计算，形成二维反演文件，导入至Surfer和AutoCAD进一步调整修饰，生成清晰、直观的电阻率等值线断面图，再结合地质调绘、钻孔资料对断面图进行解译分析。

3 探测数据反演解译

3.1 沿主滑方向断面解译

选取沿主滑方向布置的GH1、GH3测线分析。从断面图解译来看，自上而下可划分为4个电性结构层：第一层为松散的黄土堆积物，呈高阻反应，电阻率范围值一般为40～300 Ω·m，成层性较好，说明层内介质较均一。该层厚度多在12～18 m，随桩号增大而减小，桩号约200 m后降至在10 m以内，桩号约250 m后基岩基本裸露。第二层为强风化泥质砂岩或碎裂状泥岩，电阻率范围值一般为10～40 Ω·m，局部因赋水呈更低阻值，该层厚度多在5～10 m；第三层为强风化泥岩，电阻率范围值值一般为2～15 Ω·m，该层厚度一般大于20 m；第四层为中风化石膏质泥岩，电阻率范围值一般为15～300 Ω·m，探测深度范围内未揭穿该层。

3.2 垂直主滑方向断面解译

选取近垂直主滑方向布置的GH4测线分析。从断面图解译来看，自上而下可划分为3个电性结构层：第一层为松散的黄土堆积物，呈高阻反应，电阻率范围值一般为40～300 Ω·m，该层厚度多在8～14 m。第二层为碎裂状泥岩，电阻率范围值一般为10～40 Ω·m，厚度于约16 m左右，该层下部富水；第三层为强～中风化泥岩或石膏质泥岩，电阻率范围值一般为10～300 Ω·m，变化较大。

4 研究成果分析

4.1 电性解译分析

根据电性特征分析，研究区内地层结构可分为四层。自上而下大致为松散的黄土堆积物→碎裂状泥岩→强～中风化泥岩→中风化石膏质泥岩。其中黄土堆积层在水平方向介质均一，成层型较好。而下伏基岩层因介质变化、风化程度不均一等原因，水平方向成层性差。钻孔稳定水位约在14.0～15.0 m之间，结合钻孔稳定水位，推测主滑方向水位大致10～15 m之间，但受地形变化、地层结构及所处区域气候的影响，赋水性不稳定，无明显成层含水层。经露头调绘和钻探验证，得出现状路堑滑坡滑动面沿碎裂状泥岩裂隙切割进泥岩内部，滑床主要为强～中风化泥岩。老滑面滑动面发育在下伏向坡内倾斜的风化泥岩中，滑床为风化程度相对较低的石膏质泥岩。

4.2 方法对比分析

为验证高密度电法反演断面的准确性并丰富完善解译成果，在测线经过位置均匀布置验证钻孔。其中：钻孔ZK1-3、ZK1-2、ZK1-1依次位于GH1测线170 m、205 m、232 m处；钻孔ZK3-3、ZK3-2、ZK3-1依次位于GH3测线187 m、220 m、246 m处。经物探与钻探方法对比分析(表2所示)，得出钻探揭示的各土层埋深与高密度电法解译成果基本一致。另外，通过对研究区开挖处的泥岩露头进行地质调绘，发现与高密度电法所揭示的地层埋深基本吻合。由此可见，本次物探工作方法选择适宜，解译成果与工程地质调绘、钻探能够互相验证、补充，结论准确客观。