探地雷達在丘陵山區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患勘查中的應(yīng)用

摘 要：粵北丘陵山區(qū)地質(zhì)環(huán)境脆弱，滑坡地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，采用高性價比的勘查手段對滑坡隱患進行勘查，確定其空間形態(tài)及預(yù)測其發(fā)展趨勢意義重大。文章采用探地雷達對廣東省河源市龍川縣某滑坡隱患進行勘查，勘查結(jié)果表明地質(zhì)雷達波在滑坡體滑動面、基巖風(fēng)化界面的反射差異明顯，地質(zhì)剖面分層清晰，對上覆土層、風(fēng)化層、基巖等地質(zhì)體的刻畫準(zhǔn)確、可靠，其探測結(jié)果與鉆探資料基本吻合。

關(guān)鍵詞：探地雷達；丘陵山區(qū)；滑坡隱患；勘查

Application of ground penetrating radar to geological hazard exploration of landslides in hilly and mountainous areas

LIU Huiyang1， ZHANG Zukun1， WAN Lulu1， HONG Qingren2， MEI Weibiao2， QIU Jinan2

（1.Guangdong Province Geology Engineering Company， Guangzhou 510080， Guangdong， China;

2.Guangdong Province Geological Disaster Emergency Rescue Technology Center， Guangzhou 510080， Guangdong， China）

Abstract： The geological environment in the hilly and mountainous areas of northern Guangdong is fragile， and landslide geological disasters occur frequently. It is of great significance to use cost-effective exploration methods to explore landslide hazards， determine their spatial form and predict their development trends. In this paper， GPR is used to explore a landslide hazard in Longchuan County， Heyuan City， Guangdong Province. The exploration results show that the reflections of GPR waves on the sliding surface of landslide and the weathering interface of bedrock are obviously different. The geological profiles are clearly layered， which accurately and reliably depict the geological bodies such as overburden， weathered layer and bedrock. The detection results are basically consistent with the drilling data.

Keywords： ground penetrating radar; hilly and mountainous areas; landslide hazard; exploration

近年來，廣東省受龍舟水、臺風(fēng)、強降雨等極端天氣影響，降雨時間長、累計雨量大，致使粵北地區(qū)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害加劇，其中河源市龍川縣麻布崗鎮(zhèn)崩塌、滑坡類地質(zhì)災(zāi)害呈現(xiàn)多發(fā)頻發(fā)、點多面廣特征，危害巨大，造成人員失聯(lián)和嚴(yán)重經(jīng)濟損失（劉春艷，2023）。

在以往滑坡災(zāi)害勘探工作中，主要依據(jù)野外調(diào)查、鉆探、山地工程、現(xiàn)場監(jiān)測等方法調(diào)查分析（楊云芳等，2009；李曉瑋，2024；黃小龍等，2023），這些勘查手段不僅成本高，而且只能在單點位置對其分析研究，難以從宏觀角度掌握滑坡體空間形態(tài)以及判斷其滑動方向。近幾十年來，遙感遙測、地質(zhì)力學(xué)、地球化學(xué)和地球物理等新技術(shù)、新方法逐漸用于研究地質(zhì)災(zāi)害及其發(fā)展，尤其在滑坡隱患勘查方面（楊秀元等，2011；李華等，2017；溫學(xué)飛等，2017；張家聲等，2023）?；驴辈槌２捎秒娮杪史ê偷卣鸱?，由于電阻率法探測深度較淺，地震法探測精度不夠，對滑坡災(zāi)害的勘查效果均較差；并且兩者受野外工作條件限制，一般適用于坡面較平坦的環(huán)境，難以在陡峭山坡和植被茂盛區(qū)域進行滑坡災(zāi)害勘查（楊成林等，2008；胡榮明等，2023）。

大量實踐證明，與傳統(tǒng)物探方法相比，探地雷達具有組裝快速、操作簡單、采集高效、數(shù)據(jù)質(zhì)量好、抗干擾能力強等方面的優(yōu)勢（齊云龍等，2007；張玉峰，2009；王春輝等，2024）。隨著探地雷達技術(shù)的不斷深入研發(fā)，其被廣泛應(yīng)用于水工環(huán)地質(zhì)工作中，尤其在野外地質(zhì)災(zāi)害滑坡隱患勘查中，已成為最可靠、有效的勘查手段（鐘梁等，2011；何宏智等，2018；汪向麗等，2023；王韻等，2023；何濤等，2024）。本文依托龍川縣地質(zhì)災(zāi)害精細調(diào)查評價項目，采用探地雷達技術(shù)開展了廣東省河源市龍川縣麻布崗鎮(zhèn)某滑坡勘查工作，探測結(jié)果與鉆探資料基本吻合，證實了探地雷達是一種有效的地質(zhì)災(zāi)害勘查方法。

1 "區(qū)域概況

勘查區(qū)域位于廣東省河源市龍川縣麻布崗鎮(zhèn)富州村，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，年平均降雨量1 482.47 mm，雨季多在4—9月，洪水期為5—7月；低山丘陵地貌，海拔290～720 m，地形坡度30～35°，丘頂渾圓，呈長垣狀山脊，崩崗發(fā)育，見二級剝蝕面；主要出露中侏羅世吉嶺灣組安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r，晚侏羅世花崗斑巖，晚侏羅世石英二長斑巖；褶皺和斷裂較發(fā)育，形成以北東向構(gòu)造為主，北西向、南北向為輔的構(gòu)造體系格局；新構(gòu)造運動相對較復(fù)雜，地震基本烈度為Ⅵ度區(qū)，地震動峰值加速度0.05 g，區(qū)域較穩(wěn)定；地下水主要以層狀巖類裂隙水、塊狀巖類裂隙水為主，接受大氣降水的垂向滲入補給，地下水沿基巖的風(fēng)化裂隙或構(gòu)造裂隙下滲與運移，形成地下徑流，最終排泄至東江河。

勘查滑坡位于富州村東南部山體斜坡部位，高程為300～360 m，高差為60 m。據(jù)調(diào)查：滑坡體下部、滑坡后緣等地發(fā)育有多處張裂縫；滑坡體土層為第四系殘坡積物，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)松散、黏結(jié)性較差等特征，主要由粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏性土組成；底部滑床巖性為中侏羅世吉嶺灣組安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r。

2 "探測方法

2.1 "探測原理

探地雷達是一種利用高頻無線電磁波來確定地下介質(zhì)內(nèi)部物質(zhì)分布規(guī)律的淺層地球物理探測方法，它是基于地下介質(zhì)中不同物質(zhì)之間電磁波阻抗的差異。首先電腦發(fā)出指令至主機單元，主機單元接收指令后命令發(fā)射機在地面向下發(fā)射以脈沖形式存在的寬帶電磁波，電磁波在地下介質(zhì)中因遇到不同物質(zhì)分界面而產(chǎn)生反射、折射及透射，接著接收機接收各種回波信號并傳輸給主機單元，最后主機單元將數(shù)據(jù)傳輸回電腦，并根據(jù)回波信號的時延及形狀來識別和描述地下目標(biāo)體，并解譯目標(biāo)體埋深信息、介質(zhì)特征、地層結(jié)構(gòu)等（圖1 a）。

本次勘查選擇瑞典MALA探地雷達，由第三代ProEx主機、RTA50MHz天線、采集筆記本電腦組成，雙通道實時數(shù)據(jù)采集（圖1 b）。

2.2 "測線布置

此次滑坡隱患勘查共部署4條探地雷達測線，基本覆蓋整個滑坡區(qū)域，測線編號分別為1—1′、2—2′、3—3′、4—4′（圖2）。測線1—1′長度182 m，由山腳往山頂探測，近南北向，起點—終點高程差約49 m；測線2—2′長度198 m，西南-東北向，沿民房前小路探測，測線地形起伏較小，最高點與最低點高程差約6 m；測線3—3′長度136.5 m，從民房后沿小路往西南方向前進，起點—終點高程差約15 m；測線4—4′長度102.5 m，位于山腰處，近東西向，測線地形起伏較小，最高點與最低點高程差約4 m。

2.3 "數(shù)據(jù)采集

采集參數(shù)的設(shè)置是探地雷達野外數(shù)據(jù)采集非常重要的一步，關(guān)系到探測結(jié)果是否準(zhǔn)確、可靠，主要包括中心天線頻率、采集方式、時窗大小、疊加次數(shù)、道間距、采樣點、采樣頻率等。

此次瑞典MALA地質(zhì)雷達配RTA50 MHz中心天線，采用點測的數(shù)據(jù)采集方式，天線偶極子間距4.20 m，道間距20 cm，采樣點812，采樣頻率629 MHz，時間窗800～1000 ns，自動疊加次數(shù)128次，電磁波傳播速度參照0.1 m·ns-1。

2.4 "數(shù)據(jù)處理

利用Reflexw專業(yè)軟件進行雷達數(shù)據(jù)后處理，數(shù)據(jù)處理流程如下：1）去除直流漂移；2）時間零點校正（靜校正/切除）；3）增益處理；4）背景去除；5）帶通濾波；6）滑動平均；7）時深轉(zhuǎn)換（地形校正）。最后對處理的數(shù)據(jù)進行速度擬合、層位追蹤及分層顯示，最終實現(xiàn)對滑坡滑動界面、風(fēng)化界面等軟弱夾層的反演，并據(jù)此進行圖形解譯。

3 "探測結(jié)果解譯

探地雷達剖面解譯主要是通過對比反射波波形、振幅能量強弱、反射頻率高低、同相軸連續(xù)性、相位差異等來分析研究地下介質(zhì)的組成分布及特征。本文選擇數(shù)據(jù)質(zhì)量較好的測線1—1′、3—3′、4—4′進行解譯分析。

測線1—1′是由坡腳向坡頂行進單向布置，基本垂直于坡體等高線方向。該測線雷達剖面圖中，電磁信號的三振相清晰，異常區(qū)域信號明顯，結(jié)合該測線途徑或附近的3個鉆孔巖心資料，大致勾勒出基巖的全風(fēng)化面與中風(fēng)化面（圖3）。據(jù)鉆孔巖心資料，深度0～2 m為坡積粉質(zhì)黏土，濕，可塑，從反射波的特征分析，振幅強，無雜亂反射，同相軸完整且連續(xù)性好，波形能量分布較均勻。深度2～10 m為安山巖風(fēng)化殘積形成的砂質(zhì)黏性土，濕，硬塑，雷達剖面表現(xiàn)為振幅較強—強，同相軸較完整、連續(xù)性較好，與其上下地層的波形相比更加凌亂破碎。地下埋深10～20 m為全—強風(fēng)化巖，巖心主要呈土夾碎塊狀，雷達信號波形較雜亂，同相軸連續(xù)性一般，振幅中等—較弱。深度20 m以下為中風(fēng)化巖，雷達信號振幅弱，基本不見雷達波形圖像，這是由于全風(fēng)化面以淺土層松散，孔隙大，含水量大，電磁波衰減迅速，較少往深部傳播，致使深部雷達信號弱。

測線長度60～175 m（埋深0～10 m）見多條較明顯電磁波反射面，振幅強，同相軸完整且連續(xù)性好，推測其為滑動面。這是由于滑坡體底部的滑動面受上層土體擠壓以及剪切作用，含水量和礦化度增高，導(dǎo)致滑面的介電常數(shù)與導(dǎo)電率相對于上下介質(zhì)差異變大，從而形成振幅能量強、同相軸完整且連續(xù)性好的較強電磁波反射面?；瑒用媲袛啾韺油馏w，雷達圖像特征表現(xiàn)為同相軸錯位、中斷、不連續(xù)，波形較雜亂。在野外數(shù)據(jù)采集中，在民房后見密集地表裂縫，與雷達剖面解譯結(jié)果較一致。

測線3—3′是從屋后滑坡體沿小路往山頂前進，與山體等高線斜交，結(jié)合該測線途徑的兩個鉆孔巖心資料，大致勾勒出基巖的全風(fēng)化面與中風(fēng)化面（圖4）。據(jù)鉆孔巖心資料：深度0～2 m為坡積黏土，稍濕，硬塑，從反射波的特征分析，振幅強，無雜亂反射，同相軸完整、連續(xù)性好；深度2～14 m為安山巖風(fēng)化殘積形成的砂質(zhì)黏性土，濕，可塑，振幅較強—強，同相軸連續(xù)性較好，反射頻率低；地下埋深14～20 m為全—強風(fēng)化巖，巖心主要呈土夾碎塊狀，雷達信號波形較雜亂，波形同相軸連續(xù)性一般，振幅中等，反射頻率較高；深度20 m以下為中風(fēng)化巖，同相軸相對連續(xù)，振幅較弱，波形反射頻率高。

測線長度0～65 m（埋深0～14 m）見一較明顯電磁波反射面，振幅強，同相軸完整且連續(xù)性好，推測其為滑動面，滑動面切斷表層土體，土體表現(xiàn)為松散、雜亂。在測線前段見多處地表裂縫，沿途土體松散，與雷達剖面解譯結(jié)果較一致，且較好地與測線1—1′的解譯推斷結(jié)果吻合。

測線4—4′是從山坡東側(cè)基本平行于地形等高線往西單向布置。測線剖面顯示地下深度0～14 m雷達信號相對較好，振幅較強、同相軸較完整、連續(xù)性較好。由于全、強、中風(fēng)化巖的結(jié)構(gòu)、組成、孔隙比、含水量等不同，存在一定的電性差異，當(dāng)電磁波遇到這些物性差異土層的界面時發(fā)生反射，由反射波的特征可判斷它們之間的層位。因此，利用雷達數(shù)據(jù)處理專業(yè)軟件Reflexww的層位追蹤功能，并結(jié)合該測線途徑的一個鉆孔巖心資料，大致勾勒出基巖的全、強風(fēng)化面與中風(fēng)化面（圖5）。

測線長度50 m（深度3 m）處雷達圖像特征表現(xiàn)為同相軸較明顯錯位、中斷、不連續(xù)，波形雜亂，推測為滑坡體邊界，這是由于滑體底部土層的下移引起土層界面的變化所致；測線長度45～100 m（埋深0～10 m）見明顯電磁波反射面，振幅強，同相軸完整且連續(xù)性好，推測其為滑動面。

測線3—3′、4—4′解譯結(jié)果與測線1—1′相似，地質(zhì)雷達波在滑體滑動面、基巖風(fēng)化界面的反射差異明顯，結(jié)合鉆孔資料準(zhǔn)確刻畫上覆土層、基巖等地質(zhì)體，地質(zhì)剖面分層清晰。依據(jù)4條測線結(jié)果，可精確掌握該滑坡空間分布范圍及形態(tài)，整個滑坡呈“舌”狀，滑坡長約60 m，滑坡體平均寬約40 m，滑坡平均厚度約8 m，滑坡土體約2.0萬m3，土質(zhì)滑坡，屬于中型淺層滑坡；滑動面位于全風(fēng)化界面附近，縱斷面形態(tài)為弧形，連續(xù)性一般，推斷此滑坡為沿全風(fēng)化巖面附近滑動的淺層牽引式滑坡。

該滑坡的坡體組成為安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r風(fēng)化層粉質(zhì)黏土，局部含塊石，具有軟化性，結(jié)構(gòu)較松散，物理力學(xué)性質(zhì)較差，遇水后其強度顯著降低。工程開挖切坡形成陡立邊坡后，土體松弛變形產(chǎn)生裂縫，在集中降雨等不利因素作用下，滑坡體吸水飽和以后，強度迅速降低，發(fā)生滑動，總體展現(xiàn)出逐級后退、依次破壞的特征，從而形成在坡腳臨空牽引作用下整個坡體的逐級漸進破壞。

4 "結(jié)論

1）根據(jù)探地雷達對滑動體與滑坡面探測結(jié)果，與現(xiàn)場調(diào)查、鉆探勘察的成果相結(jié)合，能夠準(zhǔn)確查明滑坡基本特征。該本滑坡體呈“舌”狀，滑坡長約60 m，平均寬約40 m，滑坡平均厚度約8 m；滑動面位于全風(fēng)化界面附近，縱斷面形態(tài)為弧形，連續(xù)性一般，為沿全風(fēng)化巖面附近滑動的淺層牽引式滑坡。

2）地質(zhì)雷達波在滑坡體滑動面、基巖風(fēng)化界面等軟弱夾層的反射差異明顯，表現(xiàn)為較強電磁波反射面，在一定條件下結(jié)合鉆探資料可準(zhǔn)確識別此類地質(zhì)界面。

3）通過實例證明，探地雷達技術(shù)可用于丘陵山區(qū)滑坡趨勢的探測和評估，其探測結(jié)果可以清晰再現(xiàn)滑坡體土層結(jié)構(gòu)、滑動面及風(fēng)化界面等特征，這為今后滑坡隱患勘查采用探地雷達綜合物探手段研判提供了例證。

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收稿日期：2024-04-03；修回日期：2024-06-20

基金項目：龍川縣地質(zhì)災(zāi)害精細調(diào)查評價項目（縣域成果集成）（H202202025）、廣東省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急搶險技術(shù)能力提升研究項目（0809-2140GDC35071）、廣東省重大突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測預(yù)警與處置技術(shù)研究項目（2022025）、廣東省全省地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險普查（1∶25萬）項目（0835-200Z22802231）聯(lián)合資助

第一作者簡介：劉惠陽（1996- ），男，碩士，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)與地球物理勘探工作。E-mail：liuhy88@mail2.sysu.edu.cn

通信作者簡介：邱錦安（1985- ），男，博士，高級工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治與應(yīng)急研究工作。E-mail：491553724@qq.com

引用格式：劉惠陽，張族坤，萬璐璐，洪慶仁，梅偉標(biāo)，邱錦安，2024.探地雷達在丘陵山區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患勘查中的應(yīng)用［J］.城市地質(zhì)，19（4）：514-520