DOI: https://doi.org/10.5802/crgeos.327
تاريخ النشر: 2026-02-09
المؤلف: Kaiyan Hu وآخرون
الموضوع الرئيسي: طرق الجيوفيزياء والجيوكهربائية
نظرة عامة
انزلاق Fengjiaping، الواقع عند واجهة جبال Qinling الغربية وهضبة اللويس في الصين، يتميز بأنه انزلاق طيني-طيني مُعاد تنشيطه تأثر بمجموعة من العوامل الجيولوجية والهيدرولوجية والمناخية، بالإضافة إلى الأنشطة البشرية. تسلط الدراسة الضوء على أنه بينما يعتبر تسرب المياه المفرط محفزًا رئيسيًا لإعادة تنشيط الانزلاق، فإن التشوه غير المتجانس الملحوظ لا يتوافق باستمرار مع أحداث الأمطار، مما يعقد فهم آليات إعادة تنشيطه. تستخدم الأبحاث نهجًا جيولوجيًا متكاملاً، مستفيدة من تصوير المقاومة الكهربائية المباشرة (ERT) وقياسات الجهد الذاتي (SP) لتحديد مسارات المياه تحت السطح ومناطق عدم الاستقرار المحتملة. تشير النتائج إلى أن المقاومة الكهربائية المنخفضة وكثافات التيار المتزايدة المرتبطة بالمناطق المنزلقّة بسبب الرطوبة تكشف عن قنوات تدفق تفضيلية ونشاط المياه الجوفية تحت الحواف والشقوق.
في الختام، تدمج الدراسة بنجاح بيانات SP وERT لاستنتاج الظروف تحت السطح المتعلقة بانزلاق Fengjiaping، محددةً منسوب المياه الضحلة وتوزيع طبقات المياه الجوفية التي تسهم في عدم استقرار المنحدرات. تشير الشذوذات السلبية لمصدر SP تحت الحواف الرئيسية إلى أن هذه المناطق تعمل كمسارات تسرب تفضيلية. ومع ذلك، تعترف الأبحاث بالقيود مثل مشاكل تغطية البيانات، وتأثيرات الحدود، والتبسيطات الموجودة في إطار الانعكاس. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لتضمين مراقبة مستمرة على مدى الزمن وطرق إضافية مثل الاستقطاب المحفز والتحقيقات في الآبار لتعزيز فهم الخصائص الهيدروجيولوجية وتحسين القدرات التنبؤية لسلوك الانزلاق. قد يكون هذا النهج المتكامل مفيدًا لمناطق أخرى معرضة للانزلاق، مما يساعد في تطوير أنظمة الإنذار المبكر واستراتيجيات التخفيف.
مقدمة
تركز مقدمة هذه الورقة البحثية على التعقيدات الجيولوجية والبيئية في مقاطعة قانسو، الصين، وخاصة في تيانشوي، حيث يمثل انزلاق Fengjiaping مثالًا على تعرض المنطقة للمخاطر الجيولوجية. يتكون التركيب الجيولوجي الفريد للمنطقة، والذي يتكون أساسًا من الطين واللويس، جنبًا إلى جنب مع الأنشطة البشرية مثل الري، مما يزيد من عدم استقرار المنحدرات. تؤكد الدراسة على الدور الحاسم للعمليات الهيدروميكانيكية، بما في ذلك تسرب الرطوبة وتقلبات المياه الجوفية، في تحفيز الانزلاقات، غالبًا قبل حدوث تشبع كامل للتربة.
لمعالجة هذه التحديات، يقترح المؤلفون نهجًا متكاملاً يستخدم طرقًا جيولوجية، تحديدًا تصوير المقاومة الكهربائية المباشرة (DC ERT) وقياسات الجهد الذاتي (SP)، لمراقبة تدفق المياه تحت السطح وتحديد المناطق عالية المخاطر. تسلط الورقة الضوء على مزايا هذه الطرق مقارنة بالتقنيات التقليدية المعتمدة على النقاط، حيث توفر دقة مكانية محسنة ورؤى حول الديناميات الهيدرولوجية التي تؤثر على نشاط الانزلاق. من خلال تطبيق هذه الطرق على انزلاق Fengjiaping، تهدف الدراسة إلى تحديد المناطق الغنية بالمياه ومسارات التدفق التفضيلية، مما يحسن تقييم المخاطر واستراتيجيات التخفيف في سياق مخاطر الانزلاق.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام مسوحات LiDAR المعتمدة على الطائرات بدون طيار في منطقة Fengjiaping للحصول على بيانات طبوغرافية وميزات سطحية عالية الدقة. باستخدام طائرة DJI M300 بدون طيار مزودة بنظام تحديد المواقع الديناميكي الحقيقي (RTK) ومستشعر LiDAR DJI Zenmuse L1، حقق الباحثون دقة ارتفاع تبلغ حوالي 5 سم. سمحت قدرة نظام LiDAR على تحليل صدى متعدد بتفريق ميزات سطحية مختلفة، بما في ذلك التربة والمباني وأغطية النباتات. كشفت البيانات المعالجة عن تباين طبوغرافي كبير، مع اختلافات في الارتفاع تتجاوز 100 م عبر منطقة الدراسة.
شملت الإجراءات التجريبية نهجًا منهجيًا لتقليل التداخل بين طرق الجيولوجيا المختلفة. تم قياس درجة حرارة التربة، ومحتوى الماء الحجمي، والموصلية الكهربائية الكلية في مواقع الأقطاب المحددة باستخدام مستشعر متعدد المعلمات محمول قبل الحصول على بيانات الجهد الذاتي (SP). تم تقسيم منطقة الدراسة إلى خمس مناطق فرعية، كل منها مع قطب مرجعي محلي، وتم تسجيل اختلافات الجهد الكهربائي لتوحيد البيانات. تم جمع إشارات SP بشكل متسلسل، تلتها مسوحات تصوير المقاومة الكهربائية (ERT) لمنع تلوث قياسات SP. ضمنت هذه التسلسلات المنهجية أن تعكس بيانات SP السلبية بدقة الإشارات الكهروكينتيكية الطبيعية المتعلقة بتدفق المياه الجوفية.
نتائج
في قسم النتائج، تقدم الدراسة نتائج من تصوير المقاومة الكهربائية (ERT) وقياسات الجهد الذاتي (SP). تتضمن بيانات ERT، المعالجة باستخدام حزمة ResIPy، انقلابات ثنائية الأبعاد عبر ملف انحدار رئيسي واحد (L1) وثلاثة ملفات عمودية (L2-L4). تشير نتائج الانعكاس إلى تصوير موثوق لمقاومة تحت السطح، باستثناء الطبقة القريبة من السطح (أعماق < 0.5 م). تكشف نماذج المقاومة عن انخفاض عام في المقاومة مع العمق، مع انتقال ملحوظ لوحظ عند أعماق ضحلة، يُفسر على أنه الحدود بين المواد غير المشبعة القريبة من السطح والمناطق الأعمق والأكثر موصلية التي تشير إلى زيادة محتوى الرطوبة. يشير هذا الانتقال إلى الموقع التقريبي لمنسوب المياه الجوفية الضحلة عند أعماق تتراوح بين 2-5 م، متسقة مع بيانات مستوى المياه المسجلة. تظهر نتائج SP، مع تثبيت الجهد المرجعي عند قاعدة المنحدر، قيمًا سلبية في الغالب، مما يشير إلى اتجاه تدفق المياه الجوفية نحو قاعدة المنحدر. تقع أقوى القيم السلبية لـ SP في القسم العلوي الأوسط من المنحدر، متزامنة مع موصلية تربة أعلى وتدرجات SP أكثر انحدارًا، مما يشير إلى تيارات متزايدة وسرعات مياه جوفية. أسفر الانعكاس SP على طول الملف L1 عن قيمة SP متوسطة تبلغ -10.4 مللي فولت، مع شذوذات سلبية ملحوظة مرتبطة بالتسرب وتدفق المياه لأسفل. تم تحديد قيمة SP دنيا تبلغ حوالي -22 مللي فولت بالقرب من الحافة الرئيسية، مما يتوافق مع منطقة غمر، بينما لوحظ شذوذ ثانوي في الطرف الجنوبي الغربي من الملف، على الرغم من أن تفسيره أقل تأكيدًا بسبب تقليل تغطية ERT وتأثيرات الحدود.
مناقشة
تركز قسم المناقشة في الورقة البحثية على انزلاق Fengjiaping، موضحًا خصائصه، وعوامل إعادة تنشيطه، والمنهجيات المستخدمة لدراسة ديناميات المياه تحت السطح. يبلغ طول الانزلاق حوالي 840 م وعرضه 423 م، وقد تم إعادة تنشيطه بسبب الأمطار، ونشاط المياه الجوفية، وتغيرات استخدام الأراضي. تسلط الدراسة الضوء على الأضرار الهيكلية الكبيرة التي تسبب بها الانزلاق، بما في ذلك الإزاحة والشقوق في الممتلكات السكنية. استخدمت التحقيقات تصوير المقاومة الكهربائية (ERT) وقياسات الجهد الذاتي (SP) لتحليل تدفق المياه تحت السطح، كاشفة أن هجرة المياه الجوفية تتأثر بالطبوغرافيا والميزات الجيولوجية، وخاصة وجود طبقات الطين ذات النفاذية المنخفضة التي تعيق التدفق.
أشارت بيانات المراقبة التي تم جمعها طوال عام 2023 إلى وجود علاقة بين هطول الأمطار ومستويات المياه الجوفية، مما يبرز التعقيد المكاني الزمني لتشوه المنحدرات. سمحت دمج بيانات ERT وSP بتحديد مسارات التسرب التفضيلية وتوزيع الشذوذات السلبية لـ SP، والتي تشير إلى حركة المياه الجوفية النشطة التي تسهم في ديناميات الانزلاق. ومع ذلك، تعترف الدراسة بالقيود، مثل عدم اليقين الناتج عن بيانات الآبار المتناثرة والتحديات في قياس معدلات التدفق. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لتضمين طرق تكميلية وتحسين فهم ديناميات المياه تحت السطح، مما يساعد في النهاية في تطوير استراتيجيات فعالة للتخفيف من الانزلاقات.
DOI: https://doi.org/10.5802/crgeos.327
Publication Date: 2026-02-09
Author(s): Kaiyan Hu et al.
Primary Topic: Geophysical and Geoelectrical Methods
Overview
The Fengjiaping Landslide, situated at the interface of the western Qinling Mountains and the Loess Plateau in China, is characterized as a reactivated loess-mudstone landslide influenced by a combination of geological, hydrological, climatic factors, and human activities. The study highlights that while excessive water infiltration is a primary trigger for landslide reactivation, the heterogeneous deformation observed does not consistently correlate with rainfall events, complicating the understanding of its reactivation mechanisms. The research employs an integrated geophysical approach, utilizing direct-current electrical resistivity tomography (ERT) and self-potential (SP) measurements to identify subsurface water pathways and potential zones of instability. The findings indicate that low electrical resistivity and enhanced streaming current densities are associated with moisture-induced sliding zones, revealing preferential flow channels and groundwater activity beneath scarps and cracks.
In conclusion, the study successfully integrates SP and ERT data to infer subsurface conditions related to the Fengjiaping Landslide, identifying shallow water tables and aquifer distributions that contribute to slope instability. Negative SP source anomalies beneath the main scarps suggest these areas serve as preferential infiltration pathways. However, the research acknowledges limitations such as data coverage issues, boundary effects, and the simplifications inherent in the inversion framework. Future research is recommended to incorporate continuous time-lapse monitoring and additional methods like induced polarization and borehole investigations to enhance the understanding of hydrogeological properties and improve predictive capabilities for landslide behavior. This integrated approach could be beneficial for other landslide-prone regions, aiding in the development of early-warning systems and mitigation strategies.
Introduction
The introduction of this research paper focuses on the geological and ecological complexities of Gansu Province, China, particularly in Tianshui, where the Fengjiaping Landslide exemplifies the region’s susceptibility to geological hazards. The area’s unique geological composition, primarily consisting of mudstone and loess, combined with human activities such as irrigation, exacerbates slope instability. The study emphasizes the critical role of hydromechanical processes, including moisture infiltration and groundwater fluctuations, in triggering landslides, often before full soil saturation occurs.
To address these challenges, the authors propose an integrated approach utilizing geophysical methods, specifically Direct-Current Electrical Resistivity Tomography (DC ERT) and self-potential (SP) measurements, to monitor subsurface water flow and identify high-risk zones. The paper highlights the advantages of these methods over traditional point-based techniques, as they provide enhanced spatial resolution and insights into the hydrological dynamics influencing landslide activity. By applying these methods to the Fengjiaping Landslide, the study aims to delineate water-rich zones and preferential flow paths, thereby improving risk assessment and mitigation strategies in the context of landslide hazards.
Methods
In this study, drone-based LiDAR surveys were employed in the Fengjiaping region to obtain high-resolution topographic and surface feature data. Utilizing a DJI M300 drone equipped with Real-Time Kinematic (RTK) positioning and a DJI Zenmuse L1 LiDAR sensor, the researchers achieved an elevation accuracy of approximately 5 cm. The LiDAR system’s capability to analyze multiple echoes allowed for the differentiation of various surface features, including soil, buildings, and vegetation canopies. The processed data revealed significant topographic variability, with elevation differences exceeding 100 m across the study area.
The experimental procedure involved a systematic approach to minimize interference among different geophysical methods. Soil temperature, volumetric water content, and bulk electrical conductivity were measured at designated electrode locations using a portable multi-parameter sensor prior to the acquisition of self-potential (SP) data. The study area was divided into five sub-regions, each with a local reference electrode, and electrical potential differences were recorded to standardize the data. SP signals were collected sequentially, followed by electrical resistivity tomography (ERT) surveys to prevent contamination of SP measurements. This methodological sequence ensured that the passive SP data accurately reflected natural electrokinetic signals related to groundwater flow.
Results
In the results section, the study presents findings from Electrical Resistivity Tomography (ERT) and Self-Potential (SP) measurements. The ERT data, processed using the ResIPy package, involved two-dimensional inversions across one primary slope profile (L1) and three perpendicular profiles (L2-L4). The inversion results indicate a reliable imaging of subsurface resistivity, except for the near-surface layer (depths < 0.5 m). The resistivity models reveal a general decrease in resistivity with depth, with a significant transition observed at shallow depths, interpreted as the boundary between unsaturated near-surface materials and deeper, more conductive zones indicative of increased moisture content. This transition suggests the approximate location of the shallow groundwater table at depths of 2-5 m, consistent with recorded water level data. The SP results, with the reference potential fixed at the slope toe, show predominantly negative values, indicating a groundwater flow trend toward the slope toe. The strongest negative SP values are located in the upper-middle section of the slope, coinciding with higher soil conductivity and steeper SP gradients, suggesting enhanced streaming currents and groundwater velocities. The SP inversion along profile L1 yielded an average SP value of -10.4 mV, with notable negative anomalies linked to infiltration and downward water flux. A minimum SP value of approximately -22 mV was identified near the main scarp, corresponding to a sink zone, while a secondary anomaly was observed at the southwestern end of the profile, though its interpretation is less certain due to reduced ERT coverage and boundary effects.
Discussion
The discussion section of the research paper focuses on the Fengjiaping Landslide, detailing its characteristics, reactivation factors, and the methodologies employed to study subsurface water dynamics. The landslide, measuring approximately 840 m in length and 423 m in width, has been reactivated due to rainfall, groundwater activity, and land use changes. The study highlights the significant structural damage caused by the landslide, including displacement and fissures in residential properties. The investigation utilized electrical resistivity tomography (ERT) and self-potential (SP) measurements to analyze subsurface water flow, revealing that groundwater migration is influenced by topography and geological features, particularly the presence of low-permeability mudstone layers that impede flow.
Monitoring data collected throughout 2023 indicated a correlation between precipitation and groundwater levels, emphasizing the spatiotemporal complexity of slope deformation. The integration of ERT and SP data allowed for the identification of preferential seepage pathways and the distribution of negative SP anomalies, which suggest active groundwater movement contributing to landslide dynamics. However, the study acknowledges limitations, such as the uncertainty introduced by sparse borehole data and the challenges in quantifying flow rates. Future research is recommended to incorporate complementary methods and improve the understanding of subsurface water dynamics, ultimately aiding in the development of effective landslide mitigation strategies.