古锐开

（广东省环境地质勘查院，广东广州 510000)

随着经济建设的快速发展，道路边坡工程日益增多。道路边坡工程处置不当，极易造成山体滑坡并引发其他地质灾害，危及人民群众的生命财产安全，因此对其治理的紧迫性日趋明显[1-2]。边坡的构造、几何形态、滑面情况是边坡治理设计方案的重要依据。物探法以其经济、快捷、全面、参数丰富等特点在边坡勘查中得到广泛应用，可为边坡的治理方案提供有力依据[2-5]。本文以东莞某边坡勘查为例，借助探地雷达法和浅层地震反射波法进行综合物探勘察，确定该边坡内滑动面位置及滑动范围，分析适合本边坡的物探异常判定规律，以期对周边类似工程的开展提供参考。

1 项目区域地质特征

本边坡位于东莞大岭公山的南坡，主要地貌单元为低丘陵地貌。大岭公山山顶高程约129 m，相对高差约80～90 m，地形起伏大；自然坡度一般在20°～30°,局部达 35°；坡面地表植被繁茂，通视差，难通行。本项目所在地区属亚热带海洋性季风气候,年平均气温23.3℃,年平均降水量约1 800 mm，年最大降水量可达2 000 mm以上，降水集中出现在4～9月份。地下水主要富集于第四系松散岩类孔隙和基岩裂隙中。

本边坡域附近出露地层主要为：下古生界（Pz1）、下第三系（E）和第四系（Q），岩浆岩为燕山三期侵入花岗岩（γy3），见图 1。 下古生界（Pz1）在边坡周围出露范围广，岩性以二长变粒岩、斜长变粒岩、眼球状混合岩及混合片麻岩、片麻石英岩及石英岩为主。下第三系（E）主要出露于边坡区东北部一带，其上部岩性为紫红含凝灰质砂岩夹砂砾岩，下部岩性为砂砾岩、砂岩、凝灰质砾岩等，发育厚度＞1 110 m，产状105°∠15°。第四系（Q）按成因和地质年代分类为第四系坡残积层(Qdel)和冲积层(Qal)：坡残积层(Qdel)出露于丘陵区地表，平原区被冲积土层所覆盖，土性包括花岗岩、下古生界片麻岩风化残积的砂（砾）质粘性土和下第三系红层风化残积的粉质粘土；冲积层(Qal)主要包括可塑状粉质粘土和稍密状中粗砂，局部夹流塑状淤泥质土，分布于边坡周边的沟谷和平原一带，厚度在5.0～10.0 m之间。

图1 区域地质地图

边坡地处珠江三角洲裂陷区，在第四纪早期以断隆运动为主，自晚更新世晚期开始转向以断陷运动为主，区域内主要断裂构造为观音山断裂和博罗断裂。

第四系坡残积层(Qdel)和冲积层(Qal)与下伏岩层（花岗岩、片麻石等）有较明显的地球物理特性差异，收集周边主要物性参数见表1。

表1 测区主要岩土层物性参数

2 物探方法

经地调踏勘和测量工作，可知该边坡为公路路堑边坡，长度约800 m，自然边坡最大高差50 m，人工边坡最大高差30 m。近期因连续暴雨，该边坡出现了滑坡和崩塌，其成因及作用机理较为复杂。经综合分析，本次物探使用探地雷达法和浅层地震反射波法两种物探方法。两种方法可相互补充，再结合钻探标定验证，获取本边坡的主要地球物理信息。

2.1 探地雷达法

探地雷达法以探测地质体的介电常数差异为理论基础，如图2所示。

图2透地雷达基本原理

图2 可知，通过发射天线向地质体发射高频电磁波，电磁波在地质体内部传播，当其遇见介电常数差异界面时发生反射，通过接收天线接受反射电磁波，传输到数据采集器，经专业软件处理，获得目标地质体的埋深数据等[5-6]。

根据现场踏勘情况，在滑坡较明显区域开展了地质雷达试验工作，进行参数设定和确定异常判断依据。仪器型号为GSSI公司的SIR-20型地质雷达。现场试验，天线选用60 MHz非屏蔽天线，记录点距0.2 m。确定仪器参数为：采集时窗600 ns；采样率为512样点/数据道；脉冲重复率50 kHz；扫描速率80次/s；设置4点时变增益；滤波采用双带通滤波器，高通 20 MHz，低通150 MHz。收发天线方向与测线方向平行，收发天线距离2.0 m，根据现场环境布置物探测线，原则上和地质剖面重合或平行。

2.2 浅层地震反射波法

浅层地震反射波法利用人工源激发的地震波在不同介质中波速差异的变化规律来探测地质体的变化情况[7]。地震映像法工作原理，如图3所示。

图3 地震映像法工作原理

由图3可知，其前提条件是不同介质之间存在的波阻抗差异。数据采集基于最佳窗口内选择单道最佳偏移距，然后移动震源，保持固定偏移距进行单道接收。将所采集到的数据处理后进行运动学和动力学方面的解释分析，便可以得到地下的地质情况[8]。

依据现场踏勘情况，在地质雷达测线上开展试验工作，进行参数设定和确定异常判断依据。仪器使用骄鹏集团MiniSeis24型综合工程探测仪、专用电缆和100 Hz的检波器等。现场试验时参数选定如下：偏移距6.0～8.0 m（如图 4）；测点距1.0 m；采集时窗409.6 ns；采样间隔0.2 ns；采样点数为2 048点；滤波参数全通采集；震源采用18磅锤。现场采集时使用三道检波器以6.0 m、7.0 m和8.0 m 3个偏移距同时接收，测点距为1.0 m。

图4 浅层地震反射波法现场试验排列剖面

3 综合物探分析

受实际地形的限制，物探测线未能全覆盖地质勘察剖面。结合地质勘察资料，6-6’工程地质剖面如5所示。

图5 6-6’工程地质剖面

3.1 地质雷达异常特征分析

地质雷达数据处理采用SIR-20型地质雷达配套RADAN软件。经处理得到地质雷达实测剖面，如图6所示。

图6 6-6’测线地质雷达实测剖面

从图6可知，地质雷达实测剖面0～5 m深度实测信号同相轴连续，波形能量分布较均匀，推断为坡积层的反射信号；5～8 m深度实测信号反射波同相轴较杂乱，无规律，反射波频率有所降低，波形能量强弱变化大，推断为残积层反射信号；8～12 m深度实测信号同相轴连续性差，出现杂乱交错，能量衰减较大，推断为全风化片麻岩反射信号；12 m深度以下波形能量迅速衰减，推断为全风化片麻岩反射信号。坡积层和全风化片麻岩分层界面明显，实测信号波形能量变化大，同相轴信号出现合并、分岔、中断或者缺失现象，结合地质映像及地质勘察资料综合判定为滑动面主要发生部位。

该剖面信噪比、分辨率较高，多种类型的反射波特征明显，分析如下：1）地质体裂隙发育区：雷达实测剖面图反射波同相轴呈多个同相轴有规律发生倾斜，强振幅反射，反射波的频率降低，能量稍弱。2）滑动面、崩塌区：雷达实测剖面图反射波同相轴杂乱交错，多为多中异常反射波，振幅逐渐减弱，反射波频率降低，下部为正常反射波振幅；3）未发育滑坡或未扰动的岩土层：雷达实测剖面图反射波同相轴连续性好且较稳定，振幅强弱较一致，反射波频率变化较小。

3.2 浅层地震反射波法异常特征分析

浅层地震反射波数据通过骄鹏处理软件进行转换处理，获得可供解释分析的成果剖面，如图7所示。

图7 6-6’测线地震反射波法成果剖面

由图7可见，浅层地震反射波成果剖面测线纵向25 ns反射波同相轴连续性较好，波速分界明显，推断为坡积层和全风化片麻岩分层界面；20～25 ns间因为滑动带的蠕动发生变形，导致其物理性质发生变化，石破碎或裂隙增多造成反射波能量明显增强，同相轴起伏变化大，结合地质雷达及地质勘察资料综合判定为滑动面主要发生部位。

当地质体界面近水平时，反射点位置和记录点重合，反射波传播时间变化较小，同相轴呈近平行直线。当地质体界面起伏时，其埋深发生变化，反射波传播距离发生改变，同时传播时间发生变化。根据不同深度反射波同相轴的起伏情况推断波速界面，并通过钻孔标定，推断地质体界面深度，主要同相轴主要异常特征分析如下：1）滑动面两侧反射波同相轴会发生变化，因边坡滑动或崩塌造成岩石破碎或裂隙增多，反射波同相轴界面向上方移动，并偏离记录点，能量增强；2）垂直裂隙发育反射信号呈现类似“八”字特征，反射波的信号能量较强；3）滑动带周边岩体和未扰动岩体两者含水率、岩体密实度等都存在较大差异，滑动面上下存在较明显的波速差异，故根据地震映像实测剖面图中较明显低速带和波速差异界面即可推测为滑动面位置。

4 结论

通过实例，得到一套适合本工程实际的物探异常判定规律：1)雷达实测信号。坡积层的波形能量强，分布较均匀，同相轴连续性好；滑动面周边土层和全风化岩层波形能量变化大，波形更加凌乱，出现合并、分岔、中断或者缺失现象。2)地震映像实测试信号。滑动面上下存在较明显的波速差异，反射波同相轴起伏变化大，岩石破碎或裂隙发育区反射波同相轴会向上偏移，能量增强；垂直裂隙发育，则反射信号呈现类似“八”字特征，反射波的信号能量较强。地质雷达结合地震映像的综合物探方法，可准确确定滑动面发生位置及岩体裂隙发育区，可为边坡的治理方案、防灾减灾提供有力地球物理依据。