吕天江，陈先童，黄启霖，宋启文，杨海龙，宋顺昌，陈德靖，杨 武

(贵州省地矿局地球物理地球化学勘查院，贵州 贵阳 550018)

1 引言

滑坡作为地质灾害的主要类型之一，长期以来对人们的生命和财产造成严重威胁，对环境和资源造成破坏；我国70%为山区，大多处于中西部，贵州省是一个山地省份，地质灾害发生尤其突出(贵州省地质环境监测院，2009)，贵州在全国属于云贵高原滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷高易发区(国土资源部，2012)，与此同时，贵州省地质灾害研究及治理工作也很突出，近年来，开展了全省重点地区重大地质灾害隐患详细调查，全省高位隐蔽性地质灾害隐患专业排查，全省20处(以县为单位)重点区域1∶1万地质灾害详查及风险评价，贵州省地质灾害综合治理三年行动等一系列调查及治理工作。

贵州重大地质灾害规模等级以小型和中型为主；灾害类型以滑坡为主，崩塌次之，地面塌陷相对较少，泥石流和地裂缝数量少；贵州省滑坡以土质型滑坡为主，岩质滑坡占比少(吕刚，2016)，物探方法应用于滑坡勘查可以为滑坡研究和治理提供有力支撑，对确定潜在滑体、了解滑面深度、掌握滑坡稳定状态等都有十分重要的作用；高密度电法被广泛地应用于地质灾害(滑坡)、水文、工程与环境地质勘查工作中(周杰 等，2018)，具有观测精度高、数据采集量大、地质信息丰富、解释方便、生产效率高等优点，研究高密度电法在滑坡勘查中的异常特征具有重要价值。

2 滑坡地质体结构及“三滑”的物性变化

2.1 土质、岩质物质组成的滑坡体

滑坡是指斜坡上的岩(土)体由于暴雨、地下水、地震或人为因素在重力作用下沿滑动面向下滑动的现象，滑坡主要诱因是不断降雨引起大量地表水下渗，导致滑坡面(软弱夹层或软弱面)内物质软化，物理力学性质降低，当其不能提供足够的摩擦阻力阻挡滑坡体的下滑力时，将导致滑坡的形成。在不同岩性地区滑坡的诱发因素、形成机理各不相同，均有其特殊性；沉积岩地区的滑坡大多与软弱夹层有关，滑动面基本由软弱夹层演变而来(廖全涛 等，2006)。滑坡结构体主要由滑体、滑面、滑床构成，滑坡的分类方法较多，从物探勘查角度分析，按滑坡体物质组成分类与地球物理特征最为相关(李富 等，2019)。按物质组成分类，滑坡可以分为两类(Ⅰ类—土质滑坡、Ⅱ类—岩质滑坡)。

土质滑坡：滑坡物质多由碎屑岩构成，滑坡体一般为第四系残坡积层、堆积土、粘土夹碎石、角砾土、砂泥岩、页岩等，多含碎石或块石，抗剪强度低、易风化，地表水容易下渗，沿裂隙或表土渗入土体后导致土体自重增加，土体粘聚力和内摩擦角降低，从而导致下滑(熊炜 等，2014)，见图1。

图1 Ⅰ类-土质滑坡结构图Fig.1 Structure of class Ⅰ soil landslide

岩质滑坡：滑坡物质多由硬质岩组、碳酸盐岩构成，滑面多由软质岩构成(如软弱夹层、软弱结构面、泥岩、泥灰岩等)，由于软、硬岩组的差异风化，竖向张裂缝的导水，雨水通过裂缝进入坡体内部和滑动面，软化软弱夹层从而影响滑坡稳定性(亓星 等，2015)，见图2，该类滑坡往往溶蚀、岩石节理裂隙发育程度高。认识两类滑坡结构体需要注意几点：

图2 Ⅱ类—岩质滑坡结构图Fig.2 Structure of class Ⅱ rock landslide1—滑面；2—渗水裂隙；3—泥化软弱夹层；4—灰岩

①两类滑坡的外界诱因均与裂缝(渗水裂隙)和软弱夹层关系密切，雨水为最重要的外界诱因。

③自然状态下土质滑坡较多发，但大型滑坡少，岩质滑坡占比少，但大型滑坡占比高，破坏力大。

2.2 “三滑”的物性特征

“三滑”是指一个完整的滑坡地质体由“滑体、滑面、滑床”三部分组成，滑坡结构体在电性上有明显的差异特征，一般表现为滑坡体的视电阻率大，滑动带(又称滑面，一般为软弱带演变而来)的视电阻率相对较低，下部的滑床视电阻率更高；土质滑坡滑体大多结构松散，含碎石、孔隙度大，多表现为高阻，滑面物质多为粘土、泥岩、软质岩组，由于雨水沿表层的滑体或裂隙向下渗至滑动带，使滑动带表现为明显低阻特征，滑床则由于风化程度低，岩石相对较致密为高阻；岩质滑坡则由于本身有软硬岩组相间构成，滑面(软弱夹层或软弱面)也为相对低阻反映(雨水的下渗作用会使低阻差异更明显)，这为电法勘探滑坡结构体提供了有益的物质前提；应用高密度电法可以清晰地划分出潜在滑体、滑面、滑床，电性特征上表现为明显的三层结构：高-低-高阻，见表1。

表1 按滑坡地质体不同结构层分类的电性特征Table 1 Electrical characteristics of landslide geological body according to different structural layers

2.3 “滑面”的解释原则

根据上述分析，滑坡勘查中滑面确定应从滑坡电性结构层出发，重点关注潜在滑体和软弱夹层电性特征，滑面通常由软弱夹层演变而来，为低电阻率，可以作为滑面标志层；由于电法勘探的“体积效应”影响，软弱夹层厚度在电性剖面上往往被放大，应以软弱夹层上界面(即与潜在滑体接触面)来确定潜在滑面位置。在灰岩区采用高密度电法工作时，雨水渗入到滑坡堆积体中，会使电阻率色谱失真(陈龙 等，2019)，多表现为局部低阻异常圈闭区，影响滑面深度判断，故在灰岩地区滑坡勘查中，滑面判断要认准滑坡地质体电性反映的三层结构，关注电性层反映的整体性，排除局部低阻圈闭异常区对电性剖面层厚造成的影响。

3 高密度电法简介及相关试验效果

3.1 高密度电阻率法

高密度电阻率法原理与传统电阻率方法原理完全相同，它以地下介质体的电阻率差异为地球物理前提(傅良魁，1990)，通过分析研究人工场源的分布及变化规律来寻找目标异常体，它是用直流电阻率法的阵列形式；集电阻率测深法和电阻率剖面法于一体，一次布极即可以完成纵、横向二维勘探过程，既能反映地下某一深度沿水平方向岩土体的电性变化，又能提供地层沿纵向的电性变化情况(周杨 等，2012)。

高密度电法不同装置，其探测效果和分辨能力会有一定差异，实际应用中常用的高密度电法装置主要有：温纳(α)、施伦贝谢尔(α2)、偶极-偶极(β)、微分(γ)，图3为温纳(α)装置电极排列。

图3 温纳(α)装置电极排列图Fig.3 Electrode arrangement diagram of wenner(α) device

测量时，AM=MN=NB为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到另一条剖面线；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。

3.2 已知滑坡地质体上不同装置的响应特征

图4 锦屏县中培脑滑坡勘查剖面Fig.4 Exploration section of Zhongpei Nao Landslide in Jinping county

图5 锦屏县中培脑滑坡勘查工作布置图Fig.5 Prospecting layout of Zhongpeinao Landslide in Jinping county

在WT02测线上分别使用温纳(α)、施伦贝谢尔(α2)、偶极-偶极(β)、微分(γ)装置采集了四组数据，极距均为5米，图6为探测效果图。结果显示，4类装置对滑坡结构体均有反映，只是在部分细节处略有差异，与钻探结果吻合度高；观察发现，温纳装置电性层横向连续性最好，层位更清晰，偶极次之，施伦贝谢尔一般，微分最差，这主要是由于温纳装置垂向分辨率高，根据前述对滑坡结构体电性特征的分析，其主要为典型的三层电性结构层(由浅至深为高-低-高三层结构)，能否区分出滑体、滑面、滑床三层物质结构主要由物探方法的纵向分辨率决定，电性层横向连续性好则更有利于分析“三滑”结构；因此，滑坡探测中应以温纳装置为主。结合表2统计结果，四类装置对滑面深度的界定误差都较小。

图6 锦屏县中培脑土质滑坡体WT02线高密度电法不同装置观测反演剖面图Fig.6 Inversion profiles of soil landslide in Zhongpeinao of Jinping County by high-density electrical method at WT02 line with different devices1—物探推测潜在滑面；2—钻探揭露潜在滑面；3—工程钻孔；4—粘土；5—碎石土；6—砂质板岩

表2 锦屏县中培脑土质滑坡体WT02线高密度电法不同装置观测反演结果对比表Table 2 Comparison of inversion results of different devices observed by high-density electricalmethod on WT02 line of zhongpeinao earth landslide in Jinping county

据郑冰等人的研究成果：当探测剖面层数一致时，数据覆盖范围从温纳、复合对称四极、偶极、三极到二极装置依次增大；在信号强度方面，温纳装置信号强度最大，抗干扰能力强，能在高噪声背景下探测(郑冰 等，2015)。Dr.M.H.Loke认为：温纳(α)装置对于电性的垂向变化反映灵敏，适合解决垂向变化(例如层状结构)地质问题(M.H.Loke，1999)。由于滑坡勘查的特殊性(地形起伏大，表层潜在滑体多为松散堆积的砾石、块石居多，接地条件差)，综上，滑坡勘查中宜采用信噪比高的温纳装置。

3.3 已知滑坡地质体上不同极距(点距)的响应特征

图7为WT02试验测线上不同点距高密度反演剖面图，装置均为温纳装置，通过分析，结合表3可以看出，2.5 m极距和5 m极距探测效果一致，电性层横向连续性均较好，能很好的划分出滑体、滑面、滑床结构，10 m极距效果则较差，不能很好的区分出三层电性结构层(高-低-高阻)，界定滑面有困难，推测滑面深度整体误差最大。

图7 锦屏县中培脑土质滑坡体WT02线高密度电法不同极距观测反演剖面图

表3 锦屏县中培脑土质滑坡体WT02线高密度电法不同极距观测反演结果对比表Table 3 Comparison of inversion results of different pole distances observed by high-density electrical method on WT02line of zhongpeinao earth landslide in Jinping county

分析原因，主要是探测极距过大造成分辨能力不足，因此，滑坡勘查中高密度测量极距建议首选5米，能兼具勘查效果和施工效率；10米极距要慎用。

4 应用实例分析

4.1 铜仁市某土质滑坡地质体的物探勘查成果

4.1.1 滑坡勘查区概况及地质特征

铜仁市境内滑坡的分布受地层岩性控制明显，滑坡主要发生在第四系松散堆积层中，次为寒武系下统九门冲组、变马冲组、杷榔组以及震旦系、前震旦系等以软质岩为主的地层中，少量分布于碳酸盐岩强风化粘土层中(麻秋景 等，2009)。

4.1.2 物探成果分析

图8 铜仁市某土质滑坡勘查工作布置图

图9 铜仁市某土质滑坡勘查高密度电法反演剖面三维显示图Fig.9 3D display diagram of high-density electrical inversion profilefor exploration of a soil landslide in Tongren city

图10 铜仁市某土质滑坡勘查WT1线高密度电法反演剖面图

表4 铜仁市某土质滑坡勘查WT1线高密度电法温纳装置观测反演结果钻孔验证情况表Table 4 Borehole verification of inversion results observed by high-density electrical wenner device onWT1 line in the exploration of a soil landslide in Tongren city

4.2 兴义市某岩质滑坡地质体的物探勘查成果

4.2.1 滑坡勘查区概况及地质特征

该滑坡(图11)位于贵州省黔西南州兴义市西南侧，为一顺层岩质滑坡。历史遥感影像分析显示，从2014年至2019年2月18日，该滑坡经历了三次滑动破坏，具有渐进后退式破坏的趋势。最后一次大规模滑动时间为：2019年2月17日5时53分，滑动主要以后缘拉裂缝，前缘临空陡崖及右侧张拉剪切裂缝为界(冯泽涛 等，2019)。

图11 兴义市某岩质滑坡勘查工作布置图Fig.11 Prospecting layout of a rock landslide in Xingyi city

4.2.2 物探成果分析

在滑坡勘查区分两次共布置5条高密度电法剖面(图11)，测线编号WT01-WT05，其中WT04和WT05为2018年12月应急勘查测线(最后一次大规模滑动前测量)，工作极距10 m，采用温纳装置采集数据，由于地形陡、当时滑坡正处于变形加剧期，出于安全考虑，物探测线未严格按规则布置(沿主滑方向和近垂直主滑方向)，沿地形相对较理想的地段布置测线，从WT04线剖面图分析(图13)，同样表现为典型的三层电性结构(高-低-高阻)：

(2) 观察B时，要经常往其体表滴水以保持湿润，原因是____________；观察C时，发现该物种已具有了呼吸器官[ ]____________；观察D时，发现其体表具有与体内气管相连的[ ]____________，是气体出入的门户。

图13 兴义市某岩质滑坡勘查WT04线高密度电法反演剖面图

图12 兴义市某岩质滑坡勘查ZK2钻孔柱状图Fig.12 ZK2 borehole bar chart of a rock landslideexploration in Xingyi city

表5 兴义市某岩质滑坡勘查WT04线高密度电法温纳装置观测反演结果钻孔验证情况表Table 5 Borehole verification of inversion results observed by high-density electrical wenner device on lineWT04 of a rock landslide exploration in Xingyi city

5 结论及建议

(1)两类滑坡(土质、岩质)的滑体、滑面、滑床结构具有明显电性差异，应用高密度电法可以有效区分，电性特征上表现为明显的三层结构：高-低-高阻。

(2)滑面与软弱夹层或软弱面关系密切，由于电法勘探的“体积效应”影响，软弱夹层厚度在电性剖面上往往被放大，由电性结构层来确定滑面时应以软弱夹层上界面(即与潜在滑体接触面)来确定潜在滑面深度；两类物质(土质、岩质)的岩石滑坡地质体电性特征对比来看，土质滑坡地质体的软弱夹层反映在电性剖面特征上的“体积效应”更显著。

(3)有效区分滑体、滑面、滑床三层物质结构主要由物探方法的纵向分辨率决定，高密度电法几类常规装置中，温纳装置垂向分辨率较好，且相同极距情况下，信号强，抗干扰能力佳，比较适合在地电条件较差的滑坡勘查中使用，建议首选温纳装置测量。

(4)野外施工，建议严格采用RTK定点位，点距首选5米，能兼具勘查效果和施工效率；10 m点距分辨能力有限，物性差异不是足够大时将难以有效区分出滑体、滑面、滑床结构。