0 引言

黑方台位于甘肃省永靖县盐锅峡镇，原为一片荒无人烟的黄土塬，整个台塬非常稳定.20世纪60年代后期，由于刘家峡水库的修建，大量居民被迫迁移安居至此，并进行引水灌溉，由此引发了大量黄土塌陷及黄土滑坡.近年来，由于持续灌溉，导致黄土层中地下水位不断抬高，滑坡数量及规模有明显变大的趋势，致使台塬上的耕地逐渐减少，并对其下方村落造成了严重的损失及危害.

目前大量学者对黄土滑坡机理进行了深入的研究，认为农业灌溉等人为活动是其主要影响因素.张茂省、亓星等在台塬上布设了一些水位监测孔，用以分析台塬地下水的长期变化趋势(张茂省和李同录，2011；亓星等，2016).武彩霞等采用数值模拟方法对研究区地下水运移规律进行了研究，认为黑方台黏土隔水层地形特征控制着区内地下水运移规律，地下水总体上从西向东流，台塬东部为主要排泄口(武彩霞等，2011).谷天峰等在非饱和土特性试验基础上，研究了区内地下水位上升导致黄土边坡内部饱和-非饱和渗流场的变化规律，探讨了地下水位变化对边坡稳定性的影响(谷天峰等，2015).许领等对台塬地表水入渗问题进行了研究，探讨了地表水入渗途径，分析了地下水与滑坡的关系(许领等，2008).于峰丹等运用地面核磁共振、激电测深两种物探方法对黑方台地下水进行了探测，认为黑方台的地下水主要分为黄土中地下水、孔洞裂隙水和基岩水(于峰丹等，2014).金艳丽等通过原位应力状态及实际应力路径的室内饱和黄土三轴试验，提出了静态液化启动和其后不排水加载液化的复合滑坡机理，可以较为合理地解释地下水位上升条件下饱和黄土滑坡的高速远程机理(金艳丽和戴福初，2007).

根据黄土滑坡物理模拟中可知，在地下水和上覆压力的作用下黄土发生蠕动，导致液化，黄土强度降低，伴随着后缘出现拉裂缝和上部黄土下沉，下部黄土塑性流出(曹从伍等，2016).由于黄土层中的地下水对黄土滑坡有着控制性作用，研究地下水分布和变化规律便尤其重要.虽然大量学者已对台塬局部范围地下水进行了相关的研究，但为了获取大范围的地下水位数据，有必要进行区域性的调查研究.高密度电法因其成本低，精度高，测量范围广，目前已被广泛运用于各种水文地质及工程地质调查活动中.本文正是基于此，以台塬东部为主要研究区域，通过高密度电法对台塬地下水进行探测，并获取台塬地下水分布规律.

1 研究区概况 1.1 黑方台滑坡分布

通过对黑方台的滑坡相关研究，可将其分为四种类型：黄土基岩型滑坡、浅层崩塌型黄土滑坡、黄土泥流型和静态液化型滑坡(许强等，2016)，其中浅层崩塌型、黄土泥流型和静态液化型皆为黄土内部滑坡，据统计，黄土内部滑坡约占黑方台滑坡总数的72%(赵宽耀等，2016).

依据滑坡物质组成对黑方台滑坡进行分区，可见基岩滑坡主要发育于台塬南侧，具有方量大、多次滑动等特点，而黄土内部滑坡主要发育于台塬东侧即焦家村、磨石沟一带，且具有滑速大、破坏力强等特点.台塬东侧由于近年来黄土层中地下水位不断上升，因底部饱水导致的“软弱基座型”黄土内部滑坡发生频率不断升高，其中焦家崖段因人工削方，目前主要以黄土塑性流动变形为主(许强等，2016).

1.2 地层结构

黑方台地区位于黄河西北侧，包括黑台和方台两个台塬，其台塬为黄河Ⅳ级阶地，台面地形平坦，西北侧相对较高.区域内地层呈近水平状，主要分为四个地层，从上至下分别为：① 上更新统风成黄土层，厚度约为26~48 m, 呈灰黄色，以粉粒为主，土质均一、疏松多孔；② 粉质粘土层，厚度约为3~19 m, 呈红褐色；③ 砂卵石层，厚度约为1~6 m；④ 下白垩统河口群砂泥岩互层，呈棕褐色和棕红色，如图 2所示.

1.3 水文地质条件

黑方台为温带半干旱气候，年平均气温8.4 ℃，年平均降雨量316.3 mm，降雨集中在雨季，6~8月降水量约占年降水量的70%~80%(杨具瑞等，2003).由于黑方台相对独立，没有外部水流汇入且蒸发量较大，因而区内地下水补给途径主要是农业灌溉.

据现场调查，黑方台的地下水结构主要包括黄土含水层、卵砾石含水层以及基岩裂隙水.由于粉质粘土层透水性较差，导致黄土层内地下水位不断升高，直接导致黄土底部软化从而发生滑坡.自1968年以来，黑方台长期沿袭大水漫灌的方式进行农业灌溉，因相对隔水的粉质粘土层阻隔，沿其顶面之上的黄土含水层地下水位不断上升，至1980年，地下水位上升幅度达到了9 m，至2012年，上升幅度接近20 m，平均升幅达0.27 m/a(董英等，2013；贾俊等，2013).据统计，黑方台自1968年开始灌溉，黑方台滑坡次数逐渐增多，至1999年滑坡数量急剧上升，表明农业漫灌对黑方台滑坡产生了明显了促进作用.2000年至2005年间，由于相关部门的防治治理，滑坡后台塬应力达到一个新的相对平衡状态，因此滑坡次数相对较少.近年来，黑方台开始大面积推广蔬菜大棚和果园，其灌溉量逐渐变大，地下水位继续上升，导致滑坡频率再次增大(表 1).

1.4 地球物理条件

岩土体的电阻率影响因素一般包括：① 岩土体中成分与结构，导电矿物含量越高，电阻率越低；② 岩土体中含水率及含水矿化度，含水率及矿化度越高，电阻率越低；③ 岩土体温度、压力等.

本次工作主要研究黑方台黄土层中地下水分布情况，据调查，黑方台常年降雨量较少，地下水来源途径主要为农业灌溉.由于灌溉水的下渗作用，黄土中的原有矿物质逐渐向下运移，黄土易溶盐量为0.05%~0.5%，其中以硫酸盐为主，氯化盐次之，导致上部电阻率较高，而其下含水层电阻率值较低，因而具备电法勘探前提.

2 方法概述 2.1 方法选择及测线布置 2.1.1 方法选择

高密度电阻率法是一种以地下目标体和周围介质间的电性差异为基础进行探测的地球物理勘探方法.近年来，随着其高效的工作模式及可靠的测量效果，已广泛应用于各类工程地质勘察工作中.高密度电阻率法有多种电极排列方式，如温纳装置、偶极装置以及微分装置等.为取得合适的测量参数及高质量的原始数据，在正式工作前进行了高密度电法有效性试验，即过已知水位孔布置测线一条，采取不同装置类型分别测量.经数据对比分析，温纳装置垂向分辨率较高，与水位孔数据基本吻合，故本次工作采用温纳装置.

2.1.2 测线布置

本次工作共设计Ⅰ-Ⅰ′、Ⅱ-Ⅱ′、Ⅲ-Ⅲ′三条物探剖面，三条剖面长度分别为700 m、250 m、230 m，电极间距5 m.剖面Ⅰ-Ⅰ′起点位于陈家6^#滑坡后缘，终点位于焦家4^#滑坡与焦家5^#滑坡之间的滑坡空区，其主要目的为查明台塬内部黄土层地下水位分布情况.剖面Ⅱ-Ⅱ′、Ⅲ-Ⅲ′起点位于陈家6^#滑坡边缘，剖面经过陈家4^#滑坡并与陈家4^#滑坡主滑方向一致，其主要目的为查明滑坡区域黄土层地下水分布情况.

2.2 数据处理

高密度电法的理论模型是一个均质的、各向同性的水平均匀地质体，且视电阻率值是电极距的函数.然而在实际工作中，由于地形起伏、接地条件不良以及电极实际位置偏离设计位置等情况的出现，往往导致所测得视电阻率断面与实际模型不符，因而有必要对原始数据作相关预处理，如数据拼接、地形校正、剔除虚假点等.

由于电极数量有限，故剖面Ⅰ-Ⅰ′共进行三次滚动测量，后经数据合并处理得到一个完整剖面.本次数据处理采用瑞典高密度电法处理软件Res2Dinv进行正反演计算并成图.经试验，迭代2~4次后的反演结果最接近实际情况，拟合误差均低于10%，故本次反演采用迭代2~4次后的结果.

3 成果分析 3.1 台塬内部地下水位探测

图 5所示为剖面Ⅰ-Ⅰ′反演结果，共迭代2次，拟合误差RMS为4.9%，有效探测深度约为40 m.

剖面Ⅰ-Ⅰ′视电阻率基本成层状分布，视电阻率范围约为0~250 Ω·m.地层剖面浅部0~15 m视电阻率较高，约为25~250 Ω·m，黄土中含水率较低.局部范围浅地表视电阻率高于250 Ω·m，如10~20 m段、85~140 m段、260~285 m段、670~690 m段，推测为黄土裂隙或空洞发育等原因所致.地层深度15~20 m视电阻率约为152~5 Ω·m，推测为潜水面以上非饱和层.地层深度20 m以下，视电阻率低于15 Ω·m，推测为含水层.

由图 5可知，台塬内部黄土层地下水分布连续，且水位变化幅度较小，无明显上升或下降情况，接近两侧塬边时，水位开始明显下降.整体而言，剖面起点即磨石沟方向地下水位埋深较浅，剖面终点即近黄河一侧地下水位埋深较深，应为地下水汇流区域.

3.2 滑坡区域地下水位探测

图 6、图 7所示分别为剖面Ⅱ-Ⅱ′、Ⅲ-Ⅲ′反演结果，迭代次数分别为4次及2次，拟合误差RMS为9.8%及5.5%，最大有效探测深度约为50 m.

剖面Ⅱ-Ⅱ′浅层0~20 m，横向位置50~100 m范围，视电阻率变化较大，应为滑坡后缘裂隙及空洞发育，电流紊乱所致.剖面横向位置120~180 m范围的最下部，有一层状相对高阻体，推测为基岩，现场调查有局部基岩出露.

剖面Ⅲ-Ⅲ′电阻率分布较为均匀，深部出现局部相对高阻体，推测为基岩分布.

由图 6、图 7可知，滑坡区域地下水位埋深变化较大，水位线基本与斜坡地形平行，且在坡顶出现局部水位抬高现象.

3.3 钻孔验证

为验证反演结果的可靠性，分别于剖面Ⅰ-Ⅰ′距起点位置445 m旁(钻孔1)、剖面Ⅱ-Ⅱ′距起点位置87 m处(钻孔2) 进行钻孔验证.据图 4、图 5分析，电法反演推测水位分别为18.79 m及33.05 m，水位孔数据分别为17.69 m及33.65 m.

由于场地限制，钻孔1并未与剖面Ⅰ-Ⅰ′重合，而是位于距剖面60 m处，故而水位数据相差达到1.1 m.钻孔2与剖面Ⅱ-Ⅱ′完全重合，水位数据相差0.6 m.经对比分析，电法反演数据虽不能和钻孔数据完全吻合，但误差均在允许范围之内，说明所测结果真实可靠.

4 结论

本文通过介绍高密度电法在黑方台地下水探测中的应用实例，对高密度电法在黑方台地区地下水调查中的可行性、有效性进行研究，为黄土内部滑坡机理的研究及预防提供了科学的依据.

(1) 黑方台黄土层中的地下水来源主要为农业灌溉，矿化度高，视电阻率极小，与上覆黄土有较大差异，且地形条件较好，具备利用高密度电法探测黄土层地下水位的条件.

(2) 黑方台台塬内部黄土层中的地下水水位较为平缓，台塬东北侧一带为地下水汇流区域；塬边水位骤降，且与坡面基本平行，坡顶有局部水位抬高现象.

致谢 本次研究工作得到了各位同门的大力支持与帮助，在此表示感谢！