古銳開

（廣東省環(huán)境地質(zhì)勘查院，廣東廣州 510000)

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，道路邊坡工程日益增多。道路邊坡工程處置不當(dāng)，極易造成山體滑坡并引發(fā)其他地質(zhì)災(zāi)害，危及人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此對其治理的緊迫性日趨明顯[1-2]。邊坡的構(gòu)造、幾何形態(tài)、滑面情況是邊坡治理設(shè)計(jì)方案的重要依據(jù)。物探法以其經(jīng)濟(jì)、快捷、全面、參數(shù)豐富等特點(diǎn)在邊坡勘查中得到廣泛應(yīng)用，可為邊坡的治理方案提供有力依據(jù)[2-5]。本文以東莞某邊坡勘查為例，借助探地雷達(dá)法和淺層地震反射波法進(jìn)行綜合物探勘察，確定該邊坡內(nèi)滑動面位置及滑動范圍，分析適合本邊坡的物探異常判定規(guī)律，以期對周邊類似工程的開展提供參考。

1 項(xiàng)目區(qū)域地質(zhì)特征

本邊坡位于東莞大嶺公山的南坡，主要地貌單元為低丘陵地貌。大嶺公山山頂高程約129 m，相對高差約80～90 m，地形起伏大；自然坡度一般在20°～30°,局部達(dá) 35°；坡面地表植被繁茂，通視差，難通行。本項(xiàng)目所在地區(qū)屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,年平均氣溫23.3℃,年平均降水量約1 800 mm，年最大降水量可達(dá)2 000 mm以上，降水集中出現(xiàn)在4～9月份。地下水主要富集于第四系松散巖類孔隙和基巖裂隙中。

本邊坡域附近出露地層主要為：下古生界（Pz1）、下第三系（E）和第四系（Q），巖漿巖為燕山三期侵入花崗巖（γy3），見圖 1。 下古生界（Pz1）在邊坡周圍出露范圍廣，巖性以二長變粒巖、斜長變粒巖、眼球狀混合巖及混合片麻巖、片麻石英巖及石英巖為主。下第三系（E）主要出露于邊坡區(qū)東北部一帶，其上部巖性為紫紅含凝灰質(zhì)砂巖夾砂礫巖，下部巖性為砂礫巖、砂巖、凝灰質(zhì)礫巖等，發(fā)育厚度＞1 110 m，產(chǎn)狀105°∠15°。第四系（Q）按成因和地質(zhì)年代分類為第四系坡殘積層(Qdel)和沖積層(Qal)：坡殘積層(Qdel)出露于丘陵區(qū)地表，平原區(qū)被沖積土層所覆蓋，土性包括花崗巖、下古生界片麻巖風(fēng)化殘積的砂（礫）質(zhì)粘性土和下第三系紅層風(fēng)化殘積的粉質(zhì)粘土；沖積層(Qal)主要包括可塑狀粉質(zhì)粘土和稍密狀中粗砂，局部夾流塑狀淤泥質(zhì)土，分布于邊坡周邊的溝谷和平原一帶，厚度在5.0～10.0 m之間。

圖1 區(qū)域地質(zhì)地圖

邊坡地處珠江三角洲裂陷區(qū)，在第四紀(jì)早期以斷隆運(yùn)動為主，自晚更新世晚期開始轉(zhuǎn)向以斷陷運(yùn)動為主，區(qū)域內(nèi)主要斷裂構(gòu)造為觀音山斷裂和博羅斷裂。

第四系坡殘積層(Qdel)和沖積層(Qal)與下伏巖層（花崗巖、片麻石等）有較明顯的地球物理特性差異，收集周邊主要物性參數(shù)見表1。

表1 測區(qū)主要巖土層物性參數(shù)

2 物探方法

經(jīng)地調(diào)踏勘和測量工作，可知該邊坡為公路路塹邊坡，長度約800 m，自然邊坡最大高差50 m，人工邊坡最大高差30 m。近期因連續(xù)暴雨，該邊坡出現(xiàn)了滑坡和崩塌，其成因及作用機(jī)理較為復(fù)雜。經(jīng)綜合分析，本次物探使用探地雷達(dá)法和淺層地震反射波法兩種物探方法。兩種方法可相互補(bǔ)充，再結(jié)合鉆探標(biāo)定驗(yàn)證，獲取本邊坡的主要地球物理信息。

2.1 探地雷達(dá)法

探地雷達(dá)法以探測地質(zhì)體的介電常數(shù)差異為理論基礎(chǔ)，如圖2所示。

圖2透地雷達(dá)基本原理

圖2 可知，通過發(fā)射天線向地質(zhì)體發(fā)射高頻電磁波，電磁波在地質(zhì)體內(nèi)部傳播，當(dāng)其遇見介電常數(shù)差異界面時發(fā)生反射，通過接收天線接受反射電磁波，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器，經(jīng)專業(yè)軟件處理，獲得目標(biāo)地質(zhì)體的埋深數(shù)據(jù)等[5-6]。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況，在滑坡較明顯區(qū)域開展了地質(zhì)雷達(dá)試驗(yàn)工作，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和確定異常判斷依據(jù)。儀器型號為GSSI公司的SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)?，F(xiàn)場試驗(yàn)，天線選用60 MHz非屏蔽天線，記錄點(diǎn)距0.2 m。確定儀器參數(shù)為：采集時窗600 ns；采樣率為512樣點(diǎn)/數(shù)據(jù)道；脈沖重復(fù)率50 kHz；掃描速率80次/s；設(shè)置4點(diǎn)時變增益；濾波采用雙帶通濾波器，高通 20 MHz，低通150 MHz。收發(fā)天線方向與測線方向平行，收發(fā)天線距離2.0 m，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境布置物探測線，原則上和地質(zhì)剖面重合或平行。

2.2 淺層地震反射波法

淺層地震反射波法利用人工源激發(fā)的地震波在不同介質(zhì)中波速差異的變化規(guī)律來探測地質(zhì)體的變化情況[7]。地震映像法工作原理，如圖3所示。

圖3 地震映像法工作原理

由圖3可知，其前提條件是不同介質(zhì)之間存在的波阻抗差異。數(shù)據(jù)采集基于最佳窗口內(nèi)選擇單道最佳偏移距，然后移動震源，保持固定偏移距進(jìn)行單道接收。將所采集到的數(shù)據(jù)處理后進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)方面的解釋分析，便可以得到地下的地質(zhì)情況[8]。

依據(jù)現(xiàn)場踏勘情況，在地質(zhì)雷達(dá)測線上開展試驗(yàn)工作，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和確定異常判斷依據(jù)。儀器使用驕鵬集團(tuán)MiniSeis24型綜合工程探測儀、專用電纜和100 Hz的檢波器等。現(xiàn)場試驗(yàn)時參數(shù)選定如下：偏移距6.0～8.0 m（如圖 4）；測點(diǎn)距1.0 m；采集時窗409.6 ns；采樣間隔0.2 ns；采樣點(diǎn)數(shù)為2 048點(diǎn)；濾波參數(shù)全通采集；震源采用18磅錘。現(xiàn)場采集時使用三道檢波器以6.0 m、7.0 m和8.0 m 3個偏移距同時接收，測點(diǎn)距為1.0 m。

圖4 淺層地震反射波法現(xiàn)場試驗(yàn)排列剖面

3 綜合物探分析

受實(shí)際地形的限制，物探測線未能全覆蓋地質(zhì)勘察剖面。結(jié)合地質(zhì)勘察資料，6-6’工程地質(zhì)剖面如5所示。

圖5 6-6’工程地質(zhì)剖面

3.1 地質(zhì)雷達(dá)異常特征分析

地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理采用SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)配套RADAN軟件。經(jīng)處理得到地質(zhì)雷達(dá)實(shí)測剖面，如圖6所示。

圖6 6-6’測線地質(zhì)雷達(dá)實(shí)測剖面

從圖6可知，地質(zhì)雷達(dá)實(shí)測剖面0～5 m深度實(shí)測信號同相軸連續(xù)，波形能量分布較均勻，推斷為坡積層的反射信號；5～8 m深度實(shí)測信號反射波同相軸較雜亂，無規(guī)律，反射波頻率有所降低，波形能量強(qiáng)弱變化大，推斷為殘積層反射信號；8～12 m深度實(shí)測信號同相軸連續(xù)性差，出現(xiàn)雜亂交錯，能量衰減較大，推斷為全風(fēng)化片麻巖反射信號；12 m深度以下波形能量迅速衰減，推斷為全風(fēng)化片麻巖反射信號。坡積層和全風(fēng)化片麻巖分層界面明顯，實(shí)測信號波形能量變化大，同相軸信號出現(xiàn)合并、分岔、中斷或者缺失現(xiàn)象，結(jié)合地質(zhì)映像及地質(zhì)勘察資料綜合判定為滑動面主要發(fā)生部位。

該剖面信噪比、分辨率較高，多種類型的反射波特征明顯，分析如下：1）地質(zhì)體裂隙發(fā)育區(qū)：雷達(dá)實(shí)測剖面圖反射波同相軸呈多個同相軸有規(guī)律發(fā)生傾斜，強(qiáng)振幅反射，反射波的頻率降低，能量稍弱。2）滑動面、崩塌區(qū)：雷達(dá)實(shí)測剖面圖反射波同相軸雜亂交錯，多為多中異常反射波，振幅逐漸減弱，反射波頻率降低，下部為正常反射波振幅；3）未發(fā)育滑坡或未擾動的巖土層：雷達(dá)實(shí)測剖面圖反射波同相軸連續(xù)性好且較穩(wěn)定，振幅強(qiáng)弱較一致，反射波頻率變化較小。

3.2 淺層地震反射波法異常特征分析

淺層地震反射波數(shù)據(jù)通過驕鵬處理軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，獲得可供解釋分析的成果剖面，如圖7所示。

圖7 6-6’測線地震反射波法成果剖面

由圖7可見，淺層地震反射波成果剖面測線縱向25 ns反射波同相軸連續(xù)性較好，波速分界明顯，推斷為坡積層和全風(fēng)化片麻巖分層界面；20～25 ns間因?yàn)榛瑒訋У娜鋭影l(fā)生變形，導(dǎo)致其物理性質(zhì)發(fā)生變化，石破碎或裂隙增多造成反射波能量明顯增強(qiáng)，同相軸起伏變化大，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)及地質(zhì)勘察資料綜合判定為滑動面主要發(fā)生部位。

當(dāng)?shù)刭|(zhì)體界面近水平時，反射點(diǎn)位置和記錄點(diǎn)重合，反射波傳播時間變化較小，同相軸呈近平行直線。當(dāng)?shù)刭|(zhì)體界面起伏時，其埋深發(fā)生變化，反射波傳播距離發(fā)生改變，同時傳播時間發(fā)生變化。根據(jù)不同深度反射波同相軸的起伏情況推斷波速界面，并通過鉆孔標(biāo)定，推斷地質(zhì)體界面深度，主要同相軸主要異常特征分析如下：1）滑動面兩側(cè)反射波同相軸會發(fā)生變化，因邊坡滑動或崩塌造成巖石破碎或裂隙增多，反射波同相軸界面向上方移動，并偏離記錄點(diǎn)，能量增強(qiáng)；2）垂直裂隙發(fā)育反射信號呈現(xiàn)類似“八”字特征，反射波的信號能量較強(qiáng)；3）滑動帶周邊巖體和未擾動巖體兩者含水率、巖體密實(shí)度等都存在較大差異，滑動面上下存在較明顯的波速差異，故根據(jù)地震映像實(shí)測剖面圖中較明顯低速帶和波速差異界面即可推測為滑動面位置。

4 結(jié)論

通過實(shí)例，得到一套適合本工程實(shí)際的物探異常判定規(guī)律：1)雷達(dá)實(shí)測信號。坡積層的波形能量強(qiáng)，分布較均勻，同相軸連續(xù)性好；滑動面周邊土層和全風(fēng)化巖層波形能量變化大，波形更加凌亂，出現(xiàn)合并、分岔、中斷或者缺失現(xiàn)象。2)地震映像實(shí)測試信號?；瑒用嫔舷麓嬖谳^明顯的波速差異，反射波同相軸起伏變化大，巖石破碎或裂隙發(fā)育區(qū)反射波同相軸會向上偏移，能量增強(qiáng)；垂直裂隙發(fā)育，則反射信號呈現(xiàn)類似“八”字特征，反射波的信號能量較強(qiáng)。地質(zhì)雷達(dá)結(jié)合地震映像的綜合物探方法，可準(zhǔn)確確定滑動面發(fā)生位置及巖體裂隙發(fā)育區(qū)，可為邊坡的治理方案、防災(zāi)減災(zāi)提供有力地球物理依據(jù)。