滑坡水文地球化學(xué)研究綜述

本文的目的是對水文地球化學(xué)信息在滑坡研究中的應(yīng)用潛力做一個(gè)綜合的評述，并分析水文地球化學(xué)信息對認(rèn)識滑坡誘發(fā)因素中的水文過程的作用。眾所周知，滑坡研究常常缺乏資料，尤其是在水文地質(zhì)條件非均質(zhì)并且難以測量的情況下。本文分析了水文地球化學(xué)作用對土坡和巖坡物理性質(zhì)的影響，如與變形率的關(guān)系，與土體的孔隙水組成和殘余抗剪強(qiáng)度的關(guān)系。此外，本文還著眼于可獲得的地下信息，如地下結(jié)構(gòu)的地質(zhì)信息，水來源的水文信息，流程和流動(dòng)時(shí)間（利用同位素分析）。在硬巖和軟巖中利用的水化學(xué)信息能夠揭示水質(zhì)類型，這對確定不同含水層對滑坡區(qū)的作用很有幫助。而且，根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，可以揭示地表不可見的巖性和構(gòu)造?；趧?dòng)力學(xué)的模擬對解釋水文地球化學(xué)信息是非常有用的。最后，源于鉆芯取樣的化學(xué)信息（如陽離子交換特性）也有助于滑坡的水文解釋。一、前言需要進(jìn)一步認(rèn)識誘發(fā)自然災(zāi)害的機(jī)理，以應(yīng)對社會(huì)面臨的日益增加的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。土地所承受的人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力導(dǎo)致了更多災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)（如滑坡）的出現(xiàn)。預(yù)防、減災(zāi)和預(yù)警系統(tǒng)已成為工程實(shí)踐中越來越重要的部分。為了滿足這些社會(huì)需求，自然災(zāi)害的研究重點(diǎn)將放在新技術(shù)研發(fā)上，或利用現(xiàn)有技術(shù)建立新方法（如監(jiān)測的新方法）。化學(xué)信息是新信息源之一，正得到越來越多的關(guān)注。本文的目的是對水文地球化學(xué)在滑坡研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分類并加以闡述。在邊坡穩(wěn)定性研究中，地下水位上升通常是邊坡失穩(wěn)的關(guān)鍵因素。地下水位升高引起孔隙水壓力的升高，從而降低邊坡的內(nèi)部強(qiáng)度。但是在丘陵和山區(qū)，常常缺乏地下水的相關(guān)資料。大的滑坡系統(tǒng)的水文地質(zhì)背景通常都十分復(fù)雜（Lindenmaier等，2005；Malet，2003；Tullen等，2002；Bogaard等，2000），水的流動(dòng)通道變化莫測。在塊體運(yùn)動(dòng)分析中，滑坡活動(dòng)通常與降雨記錄直接相關(guān)。在較少情況下，存在其它原因，如孔隙水壓力的空間分布，它對解釋塊體運(yùn)動(dòng)行為的局部變化非常重要（Anson和Hawkins，2002）。有限的研究表明，確認(rèn)滑坡體內(nèi)水的來源、年齡和流動(dòng)過程是可能的（deMontety等，2007）。這樣有助于認(rèn)識滑坡過程并提出減災(zāi)措施。一些研究顯示了除直接入滲到滑坡區(qū)的的局部降雨外，水對滑坡區(qū)的重要性。例如，Lindenmaier等人（2005）綜合利用野外技術(shù)和2D模擬進(jìn)行的研究表明，存在一個(gè)入滲區(qū)，其中的水壓傳遞到鄰近的不穩(wěn)定區(qū)，這是顯示匯水區(qū)和“受影響的”不穩(wěn)定區(qū)差別的一個(gè)很好的例子。Miko?等人（2004）利用示蹤劑來確定泥石流的觸發(fā)因素。他們成功利用了18O和氚，指出局部的自流壓力是由滑坡斜坡體賦存的兩年前的地下水溢出造成的。水化學(xué)也包含了地下結(jié)構(gòu)的信息，可用來了解地下的巖性和構(gòu)造（Guglielmi等，2000，2002；Binet等，2007）。但是，水流、地下結(jié)構(gòu)和水文地球化學(xué)作用之間復(fù)雜的相互依賴關(guān)系難以解釋。這個(gè)問題的另一個(gè)方面是土壤化學(xué)成分和孔隙水組成與土壤物理性質(zhì)的關(guān)系。Anson和Hawkins（2002）在英國Bath附近的Soper’sWood滑坡研究中，假定水文地球化學(xué)作用把粘土礦物從伊利石變成伊利石-蒙脫石。而且他們還認(rèn)為剪切強(qiáng)度的季節(jié)變化是由于沿著滑動(dòng)面的礦物分解和沉淀的季節(jié)變化造成的。此外，Moore和Brunsden（1996）描述了生化作用對Worbarrow沿海泥流的影響。眾所周知，孔隙水組成會(huì)影響所謂敏感粘土的強(qiáng)度（Torrance，1996，對不同沉積物中敏感粘土的回顧）。此外，咸淡孔隙水之間的差異也已進(jìn)行了詳細(xì)的研究（Anson和Hawkins，1998，孔隙水化學(xué)性質(zhì)對殘余剪切強(qiáng)度影響的綜述）。另外還涉及到風(fēng)化作用和潛在滑動(dòng)物質(zhì)的影響。為什么一個(gè)斜坡能夠數(shù)十年保持穩(wěn)定，卻在一個(gè)相對正常的雨季（例如重現(xiàn)期為10年）突然失穩(wěn)？換句話說，這一平均降雨事件觸發(fā)滑坡的原因是什么？可不可以認(rèn)為是正在變化的物理性質(zhì)造成的？本文的目的是對水文地球化學(xué)在滑坡研究中的不同應(yīng)用進(jìn)行回顧和總結(jié)，并試圖回答這樣一個(gè)問題：“水文地球化學(xué)能為滑坡研究做什么？”涉獵范圍從泥流到巖崩，從源區(qū)的水文邊界到孔隙水組成對材料殘余剪切強(qiáng)度的影響。希望本文的總結(jié)能促進(jìn)水文地球化學(xué)在滑坡研究中的應(yīng)用。本文利用兩個(gè)已被透徹研究過的滑坡：LaClapière滑坡和Super-Sauze泥流，這兩個(gè)滑坡研究充分利用了水文地球化學(xué)信息。下文將概述滑坡研究中很有意思的一些水文地球化學(xué)信息，討論孔隙水組成和土體強(qiáng)度之間的關(guān)系。本文詳細(xì)說明了水化學(xué)、水文地質(zhì)和不穩(wěn)定硬巖斜坡變形之間的關(guān)系，并給出了法國LaClapière滑坡近10年的研究實(shí)例，延伸了水文地球化學(xué)調(diào)查和地球化學(xué)模擬對發(fā)生于軟沉積物中的滑坡進(jìn)行地下信息提取的特殊作用，詳細(xì)介紹了Super-Sauze研究區(qū)，而且還論證了陽離子交換特性的作用。文中有專門一節(jié)描述同位素氚和18O在滑坡研究中的作用。本文最終給出結(jié)論，并討論不足之處、固有的困難和將來可能的研究方向。二、水文地球化學(xué)能為滑坡研究做什么？水文地球化學(xué)可以定義為“與區(qū)域地質(zhì)有關(guān)的地下水和地表水化學(xué)性質(zhì)的研究”（地球科學(xué)詞典，2002）。這個(gè)定義同樣也適合于工程地質(zhì)實(shí)踐，因?yàn)樗阉瘜W(xué)信息與局部巖性聯(lián)系起來。從本質(zhì)上說，水文地球化學(xué)研究得到的信息只是又一個(gè)變量，它可以被測量出來，并納入到滑坡研究中。水化學(xué)和地球化學(xué)測量都包含地下儲(chǔ)水性質(zhì)和地下水流過程的信息。此外，化學(xué)反應(yīng)會(huì)影響地下的物理性質(zhì)，例如其滲透性和（殘余）抗剪強(qiáng)度。毫無疑問，水文地球化學(xué)不是地球科學(xué)領(lǐng)域中的新領(lǐng)域。許多地學(xué)學(xué)科已經(jīng)領(lǐng)先于滑坡研究。一個(gè)有力的證明就是各種水化學(xué)方法在流域水文學(xué)中的應(yīng)用（Kendall和McDonnell，2003）。在流域水文學(xué)中，需要示蹤信息來進(jìn)一步認(rèn)識排泄發(fā)生的過程：從集總經(jīng)驗(yàn)法向分布式和確定性的方法轉(zhuǎn)變。這種對更詳細(xì)的過程信息的需求也是在滑坡研究中開展水文地球化學(xué)研究的動(dòng)力。然而，示蹤研究在流域水文學(xué)與滑坡研究中的應(yīng)用是存在差別的。后者主要關(guān)注地下水在特定地點(diǎn)的反應(yīng)，通常只是斜坡的一部分，而不是整個(gè)流域尺度上的排泄過程。此外，不穩(wěn)定山坡的動(dòng)力特征還會(huì)使水文地球化學(xué)調(diào)查的應(yīng)用和解釋變得更加困難。最后，在滑坡研究中，人們還對土體構(gòu)成物質(zhì)的強(qiáng)度性質(zhì)感興趣。由于水文地球化學(xué)作用，土壤和巖石性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化?？梢垣@得的關(guān)于地下的地學(xué)信息包括，地下結(jié)構(gòu)的地質(zhì)信息，關(guān)于水的來源、流動(dòng)路徑和流動(dòng)時(shí)間的水文信息等。所利用的化學(xué)信息可以分為兩個(gè)來源：一是從標(biāo)準(zhǔn)水分析獲得的水化學(xué)信息，二是從同位素測量或地球化學(xué)測量獲得的信息。三、孔隙水組成對強(qiáng)度性質(zhì)的影響在水化學(xué)影響土的物理性質(zhì)的例子中，敏感（“流”）粘土很可能是最特別的一個(gè)。流粘土是指擾動(dòng)后就失去抗剪強(qiáng)度的土（地球科學(xué)詞典，2002）。一旦處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它便從正常的壓實(shí)狀態(tài)變成流體。這將導(dǎo)致大量的土（巖屑）延展開來，覆蓋面積可達(dá)數(shù)十公頃，甚至在非常平緩的斜坡上也會(huì)如此（Dikau等，1996）。粘土敏感性可以定義為原狀土與重塑土的不排水抗剪強(qiáng)度的比值。在海相沉積環(huán)境和咸水沉積環(huán)境中沉積的結(jié)晶變質(zhì)巖粉衍生出的敏感粘土具有疏松結(jié)構(gòu)以及高孔隙度。這種脆弱結(jié)構(gòu)一經(jīng)擾動(dòng)就會(huì)發(fā)生致命性的破壞。但是內(nèi)部粒子的相互排斥也會(huì)降低強(qiáng)度，這與孔隙咸水入滲引起的雙電層電勢有關(guān)（Bjerrum，1995；Eide和Bjerrum，1995）。在淡水沉積物中，沉積后期有機(jī)分散劑的介入使敏感性變高（Soderbl?m，1966）。敏感粘土的孔隙水組成與其土工性狀之間有很強(qiáng)的相關(guān)性：鹽度高則抗剪強(qiáng)度大，而鹽度低則抗剪強(qiáng)度小。但是鹽分的淋濾并不是敏感性增大的唯一因素。其它影響粘土敏感性的因素包括礦物組成、風(fēng)化作用和總孔隙水濃度。只有原位風(fēng)化產(chǎn)生的一小部分膨脹土（蒙脫石）能提高土的抗剪強(qiáng)度（Berry和Torrance，1998）。近地表粘土的風(fēng)化通常使強(qiáng)度增大而敏感性降低。這很有可能與近地表土層的氧化有關(guān)。風(fēng)化作用和Mg、Ca、K的溶解使孔隙水的脫鹽作用達(dá)到平衡（Andersson-Sk?ld等，2005；Berry和Torrance，1998；Torrance，1990）。Na、K、Mg和Ca及其比值對粘土敏感性的影響取決于總濃度和礦物學(xué)性質(zhì)。Karvounis（1997，被Andersson-Sk?ld等引用，2005）指出，屈服應(yīng)力與含水量的關(guān)系在1g·l-1的KCl飽和粘土和20g·l-1的NaCl飽和粘土中是一樣的。這表明，對K而言，具有高敏感性的最大孔隙水濃度要比Na要低得多。Andersson-Sk?ld等人（2005）也報(bào)道過，只有當(dāng)總離子濃度相對較高時(shí)，孔隙水中Na與K、Mg及Ca的比值以及Na和K的相對含量才與敏感性有關(guān)。稀釋作用會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度降低，這主要與降雨入滲有關(guān)。過濾作用不僅僅發(fā)生在從地表向下通過土壤基質(zhì)的過程中。已知表面不連續(xù)性有利于稀釋水的快速運(yùn)移。從鉆芯取樣的詳細(xì)分析中有時(shí)可以看出最深處的孔隙水含鹽量最低，這表明淡水在下伏基巖以上有側(cè)向和上升運(yùn)動(dòng)（Torrance，1979；Andersson-Sk?ld等，2005）。沉積物底部的流粘土條件對滑坡局部的影響非常大?？紫端瘜W(xué)性質(zhì)不僅僅影響敏感粘土的土工性狀。Anson和Hawkins（1998）指出，隨著孔隙水中Ca濃度的升高，鈉蒙脫石的殘余抗剪強(qiáng)度也增大。該文還指出，在孔隙水中，高嶺石對Ca濃度變化的敏感性要差一些。Moore和Brunsden（1996）介紹了物理化學(xué)作用對英國南部海岸的淺層沿海泥流的影響。他們報(bào)道說，地下水化學(xué)的波動(dòng)與泥流時(shí)間運(yùn)動(dòng)模式一致。隨著泥流的運(yùn)動(dòng)，孔隙水中鋁的濃度增加。此外，他們還發(fā)現(xiàn)孔隙水中離子濃度低會(huì)導(dǎo)致殘余抗剪強(qiáng)度更低。Lefebvre（1984，被DiMaio引用過，1996）指出，極低的重塑土抗剪強(qiáng)度需要孔隙水的含鹽量也低。DiMaio等人（2004）系統(tǒng)分析了幾種意大利粘土與礦物學(xué)、孔隙水組成和應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)的土工性質(zhì)。他們的研究成果表明殘余抗剪強(qiáng)度是孔隙水組成的函數(shù)。他們假設(shè)，與孔隙水組成有關(guān)的抗剪強(qiáng)度依賴于所提供的粘土較低的孔隙比。在所考慮的應(yīng)力水平條件下，干的或環(huán)己烷（低電介質(zhì)流體）中的粘土孔隙比等于或高于飽和鹽溶液中的粘土的孔隙比。DiMaio等人（2004）得出這樣一個(gè)結(jié)論：抗剪強(qiáng)度的增大“適當(dāng)?shù)厝Q于某一特定粒子的集合，或取決于在粒子接觸點(diǎn)處抗剪強(qiáng)度增加”。此外，正如Berry和Torrance（1998）提出的一樣，DiMaio等人（2004）也發(fā)現(xiàn)土中蒙脫石會(huì)極大影響土的土工性質(zhì)，但另一方面，應(yīng)力的增加卻降低了蒙脫石對壓縮和膨脹的影響。在土工研究中，應(yīng)該更多的考慮礦物學(xué)性質(zhì)、孔隙水化學(xué)和應(yīng)力狀態(tài)之間的相互作用。因此，正如Moore和Brunsden（1996）以及DiMaio等人（2004）指出的那樣，強(qiáng)度參數(shù)的實(shí)驗(yàn)室測試應(yīng)該要仔細(xì)選擇孔隙水組成。一般來說，蒸餾水可能會(huì)導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度降低（見DiMaio等人的成果，2004）。而且Moore和Brunsden（1996）還得出這樣一個(gè)結(jié)論：殘余強(qiáng)度要作為一種動(dòng)態(tài)屬性，它可以隨著環(huán)境條件產(chǎn)生季節(jié)性的變化，而且會(huì)對地面運(yùn)動(dòng)做出反饋回應(yīng)。總之，所有的證據(jù)表明，孔隙水化學(xué)性質(zhì)對土的土工性質(zhì)有重要影響。四、水化學(xué)信息在滑坡研究中的應(yīng)用：硬巖斜坡本文從狹義的基巖水流（通常流經(jīng)斷裂和裂隙，但也受松散的上層土或斜坡碎屑層影響）出發(fā)，著眼于硬巖斜坡的水文地質(zhì)條件。這些環(huán)境中的滑坡或更多特定巖滑以及巖崩的特點(diǎn)在于局部水流模式，從大范圍來看，是由山坡的次生孔隙決定的。事實(shí)上，基巖斜坡的水文地質(zhì)條件取決于地形、內(nèi)部高度非均質(zhì)的水文地質(zhì)特征和力學(xué)性質(zhì)以及降雨融雪的入滲。（一）水力性質(zhì)的非均質(zhì)性裂隙發(fā)育的基巖斜坡的水文響應(yīng)依賴于不連續(xù)面網(wǎng)絡(luò)的幾何特征和和水力連通性，單個(gè)不連續(xù)面的性質(zhì)，以及完整巖石的性質(zhì)（Tsang，1999；Bonzanigo等，2001）。從整個(gè)斜坡范圍來看，通?？梢杂^測到水力滲透性隨著深度增大而降低，這是因?yàn)閼?yīng)力增加導(dǎo)致巖石裂隙的封閉。在近地表處，有個(gè)厚度可達(dá)600m的低應(yīng)力區(qū)，這里的滲透性可以在10-4和10-8m·s-1之間變化。而在山體更深部的高應(yīng)力區(qū)，滲透性的變化范圍是10-9~10-11m·s-1（Marechal，1998；Marechal等，1999）。這兩個(gè)區(qū)域之間滲透性的反差導(dǎo)致了兩種類型的地下水流，即平行于地表的淺層水流和斜坡內(nèi)的深部水流（Leca等，1993）。從不連續(xù)面網(wǎng)絡(luò)來看，可以在不同的不連續(xù)面之間，以及不連續(xù)面與完整基巖之間分別觀測到102~107大小的對比因子（Cappa等，2005；Guglielmi等，2006）。從單個(gè)不連續(xù)面來看，通常可以觀察到滲透性和剛度值的差異度為50%（Rutqvist和Stephansson，2003；Guglielmi等，2006）。斜坡的這種非均質(zhì)水力特性會(huì)導(dǎo)致1%~10%的裂隙出現(xiàn)集中匯水（Black等，1981；Olsson等人，1998；Bour，1997；Frangois和Massonnat，1981）。因此，滑坡似乎是由一個(gè)開放裂隙把水輸送到滑坡區(qū)而觸發(fā)的。從文獻(xiàn)中可以獲得基巖水流局部特征的大量觀測資料。例如，Johnson和Sitar（1990）在研究由于孔隙壓力增加而引發(fā)泥石流的過程中發(fā)現(xiàn)，“失穩(wěn)后，從裸露基巖的殘痕處，不斷冒出大量水，持續(xù)數(shù)天或數(shù)周”。因此，Johnson和Sitar還得出這樣的結(jié)論：不能忽視基巖水流，因?yàn)樵谕?巖交界處，這個(gè)重要的流動(dòng)通道中的孔隙壓力增加會(huì)引發(fā)泥石流。Wilson和Dietrich（1987）也指出，基巖水循環(huán)和基巖滲透性的非均質(zhì)性對淺層滑坡穩(wěn)定性的重要性。Ewert（1990）給出大量工程實(shí)中硬巖地下水流非均質(zhì)性的觀測實(shí)例，尤其是在隧道開挖中。他說，“我的印象是我們?nèi)匀蝗鄙僖恍┗A(chǔ)資料，以使我們能更好地從巖體地下水流角度來預(yù)測巖體的行為。”綜上所述，認(rèn)識硬巖斜坡中滑坡動(dòng)力學(xué)的先決條件是，在水文地質(zhì)背景下，對局部水流通道的詳細(xì)了解。（二）地下水入滲和斜坡運(yùn)動(dòng)耦合效應(yīng)的刻畫水文地質(zhì)和基巖斜坡變形的耦合對應(yīng)著復(fù)雜的機(jī)理?！爸苯印瘪詈贤ㄟ^變形和孔隙流體相互作用而實(shí)現(xiàn)，而“間接”耦合意味著材料性質(zhì)的改變。與季節(jié)性降雨入滲有關(guān)的孔隙水會(huì)導(dǎo)致斷裂孔隙內(nèi)部局部的季節(jié)性變形?？紫秹毫ι仙龝?huì)減小不連續(xù)面的有效應(yīng)力（Biot，1941；Terzaghi，1923；Tang等，2002）。有效應(yīng)力的降低會(huì)導(dǎo)致近地表和斜坡上部的不連續(xù)面的牽引張裂。此外，在斜坡深部和坡腳處，不連續(xù)面的正常張裂會(huì)使得不連續(xù)面或破壞面的有效抗剪強(qiáng)度降低（Tsao等，2005）。在這兩個(gè)例子中，地下水壓力和變形的耦合是斜坡彈性和非彈性變形的主要因素。當(dāng)斜坡的不連續(xù)面變形后，它們的水力性質(zhì)將改變，因此斜坡的水文地質(zhì)條件也就隨之變化。除了上述季節(jié)性的水力作用外，斜坡還會(huì)受到長期的地下水化學(xué)和侵蝕影響（Clow等，1996；Furuya等，1999；Gardner等，1996）。水可以溶解或運(yùn)移一些不連續(xù)面填充物中的礦物，這樣就會(huì)降低材料的強(qiáng)度并改變材料的水力性質(zhì)（Girod，1999）。當(dāng)斜坡的變形非?；钴S時(shí)（變形率為每天幾毫米），巖石就會(huì)破碎，在破壞面周圍的深部不連續(xù)面會(huì)發(fā)生膨脹。然后會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)水性極好的水流通道，并伴有顆粒侵蝕（Wen等，2004）。在這些情況中，水化學(xué)信息就很有意義。建立基于水-巖相互作用研究（Compagnon等，1997；Guglielmi等，2000）和人工示蹤試驗(yàn)（Bonnard等，1987）的間接方法，是為了確定巖體中的水流通道，估計(jì)大型運(yùn)動(dòng)巖體的孔隙壓力。一方面根據(jù)泉水的化學(xué)和穩(wěn)定同位素分析，另一方面根據(jù)對野外觀測到的不同界面的水-巖交換的模擬，來總結(jié)方法。在每年的不同時(shí)期對斜坡含水層溢出的泉水進(jìn)行化學(xué)分析。根據(jù)現(xiàn)場的水文地質(zhì)條件，確定了現(xiàn)有的水質(zhì)類型，然后把該類型與地球化學(xué)模型的參數(shù)研究進(jìn)行比較（Madé等，1990）。以法國、瑞士和意大利的大型運(yùn)動(dòng)裂隙巖體為研究對象，來檢測這些方法的有效性，結(jié)果證實(shí)了這些方法對于認(rèn)識滑坡中的水入滲及地下水流通道具有重要的意義。此外，還估算了排水量以及更新時(shí)間，并認(rèn)為斜坡性質(zhì)的長期變化與其破壞有關(guān)（Guglielmi等，2002；Binet等，2007）。（三）LaClapière滑坡十年水文地球化學(xué)監(jiān)測結(jié)果LaClapière滑坡體是一個(gè)典型的大型滑動(dòng)滑坡，發(fā)生在裂隙高度發(fā)育并經(jīng)過改造的片麻巖中。移動(dòng)巖體體積達(dá)60×106m3，表現(xiàn)出了極高的脆性-延展性內(nèi)部變形，以100~200m深的一個(gè)多平面的破壞面為界。25年來，已對LaClapière滑坡的斜坡變形和水文氣象條件進(jìn)行了監(jiān)測。Follacci（1987，1999）指出了局部降雨和變形率之間的相互關(guān)系。事實(shí)上，滑坡所具有的30~200mm·d-1的季節(jié)性加速度與滑坡處的融雪和降雨事件明顯相關(guān)。遺憾的是，這種相關(guān)性明顯是非線性的（因?yàn)樗鼪]有考慮到斜坡的性質(zhì)），這會(huì)低估觸發(fā)災(zāi)難性斜坡的水文風(fēng)險(xiǎn)。自1995年以來，多尺度的野外水文地質(zhì)研究與水文地球化學(xué)方法的結(jié)合提高了對流經(jīng)不穩(wěn)定硬巖斜坡的水流的認(rèn)識，以LaClapière滑坡為參考對象。在活躍滑坡區(qū)的底部以及沿著斜坡處，在高水位和低水位期，對泉水重復(fù)取樣進(jìn)行水化學(xué)分析。此外，還采用同位素δ18O來刻畫滑坡補(bǔ)給區(qū)。首先詳細(xì)說明水化學(xué)和熱動(dòng)力學(xué)模型，下文將用專門的一節(jié)描述同位素信息。用Piper圖繪制水的組分來研究泉水化學(xué)性質(zhì)的空間變化，從而區(qū)別斜坡不同位置處的泉水的水化學(xué)類型（Compagnon等，1997）。較高處的泉為Ca-Mg-HCO3型水，而在斜坡腳下的泉為Mg-Ca-SO4型水。坡上部的泉為低礦化度水，而坡腳下的泉礦化度很高。后者的濃度不能用一般的水-巖相互作用（即上坡的水入滲引起隱伏在坡腳下的三疊系石膏巖的溶解）來解釋（Guglielmi等，2000）。事實(shí)上，一些構(gòu)造資料可以證明在斜坡腳下分隔三疊系地層和片麻巖的主要沖斷面的位置（Ivaldi等，1991）。為了解釋高濃度SO4的來源，Guglielmi等人（2000）采用了水文地球化學(xué)模擬方法。這種方法的思路是計(jì)算礦物質(zhì)的溶解和沉淀，因?yàn)樗?巖相互作用能夠幫助解釋水化學(xué)信息，或者至少約束取樣水化學(xué)性質(zhì)的可能解釋。根據(jù)不同的水-巖相互作用，可以應(yīng)用熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型KINDIS（Madé等，1990）來模擬所觀測的水濃度。該模型描述了礦物質(zhì)和水溶液的相互作用，還考慮了反應(yīng)物不可逆的溶解作用以及可逆的二級產(chǎn)物的沉淀作用。該模型通過迭代計(jì)算直到系統(tǒng)達(dá)到物相和水相的平衡為止，可用于評價(jià)不同礦物的化學(xué)飽和度。在LaClapière滑坡研究中，根據(jù)不同的預(yù)期輸入水（融雪型和降雨型水）的化學(xué)組成和某些礦物的含量（石英、斜長石、白云母、黑云母和副礦物如長石、方解石、綠泥石和黃鐵礦）來測試采集的泉水化學(xué)樣。在LaClapière的片麻巖斜坡上，地質(zhì)化學(xué)模擬結(jié)果顯示，亞硫酸鹽礦物的溶解使得水中硫酸鹽濃度范圍在0~130mg·L-1，正如在斜坡上部的泉中觀測所得，亞硫酸鹽礦物存在于基底。但模擬結(jié)果不能解釋為什么會(huì)出現(xiàn)這么高的濃度（600~800mg·L-1）。在斜坡頂部，地下水通過許多不同的通道直接流經(jīng)未壓實(shí)的裂隙基底，地下水的這一運(yùn)動(dòng)主要是在重力驅(qū)動(dòng)下，優(yōu)先流經(jīng)高滲透性的流動(dòng)通道，這種運(yùn)動(dòng)特征對應(yīng)著相互連通的開放型張裂隙，而且裂隙中或多或少有崩積物填充，以上這些特征刻畫了斜坡此處的構(gòu)造。位于這些構(gòu)造中的上層滯水通過斜坡頂部的常年泉進(jìn)行排泄?；竞畬油ㄟ^斜坡下部和滑坡趾處的泉進(jìn)行排泄。該方法有力地證明了，在所研究的斜坡下面，隱伏著未出露的巖石。在局部地質(zhì)背景下，這些巖石只可能是三疊系石膏巖，很可能是被位于斜坡腳下的一個(gè)主沖斷層圈閉了。泉水水化學(xué)性質(zhì)的時(shí)間演化以降雨后SO42-濃度下降為特點(diǎn)。如果沒有降雨（如在8月），SO42-的濃度維持較高，而且變動(dòng)很小。SO42-與NO3-的短時(shí)變化相反。降雨后，NO3-濃度升高而SO42-濃度同時(shí)降低。泉水中NO3-濃度峰值與入滲雨水向排泄出口的流動(dòng)過程一致。硫酸鹽的峰值源于斜坡片麻巖中黃鐵礦的溶解以及可能被圈閉在斜坡腳下的三疊系石膏巖的溶解。熱力學(xué)計(jì)算表明，水中硫酸鹽含量越高，則水滯留在斜坡內(nèi)部的時(shí)間就越長。SO42-濃度顯著降低表明在降雨期，有通過淺層水的快速入滲通量，而從化學(xué)角度來說，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到與儲(chǔ)水巖石的化學(xué)平衡。這種情況下的短時(shí)信號可以用稀釋流入量（與低濃度的降雨流入量有關(guān)）來解釋，稀釋流入量與先前飽和帶中的地下水（與巖石基質(zhì)原生礦物幾乎達(dá)到化學(xué)平衡）混合。這種隨著時(shí)間變化的水化學(xué)變化可以用雙滲透率模型得到合理的解釋。在入滲期間，迅速入滲的淡水主要是流經(jīng)導(dǎo)水性極好的裂隙，而延滯的那部分淡水則流經(jīng)導(dǎo)水性差的地帶。對泉監(jiān)測后，可以針對斜坡中隨空間變化的瞬時(shí)入滲建立一個(gè)模型。這些泉位于斜坡的不同高度上，代表存在于活躍滑坡穩(wěn)定疏松且“完整”的區(qū)域中的上層滯水和基底含水層的排泄。利用所測的泉水SO42-濃度和流量變化，對流量守恒方程進(jìn)行簡化解析后，可以估算出流量和運(yùn)移時(shí)間（Cappa等，2004）。如果在斜坡的上部出現(xiàn)入滲，例如在海平面以上1800m高度的融雪需要大約20天的時(shí)間通過滑坡然后從坡腳流出。入滲率的變化范圍是0.4~0.8l·s-1?？梢郧宄目吹剑诋?dāng)前活躍滑坡中發(fā)生了如此快速的入滲過程，活躍滑坡中的上層滯水與基底含水層有水力聯(lián)系?？焖偃霛B水與儲(chǔ)水巖石未達(dá)到化學(xué)平衡，所以其特點(diǎn)是離子濃度很低（與大氣水的濃度相近）。LaClapière滑坡速度在緩慢期為1~5mm·day-1，加速期為0.02~0.25m·day-1。這些加速期與泉水稀釋期大致同步，而且具有相同的持續(xù)時(shí)間。加速曲線是不對稱的，快速上升階段同時(shí)伴隨泉水化學(xué)濃度的下降（稀釋與大量地下水入滲有關(guān)），而緩慢下降階段同時(shí)伴隨泉水化學(xué)濃度緩慢回升到初始水平（斜坡變干燥）。即使估算的入滲率與滑坡加速之間的相互關(guān)系遠(yuǎn)非如此簡單，而且也并不呈線性變化，但主要的結(jié)論是相對少量的入滲水（短期內(nèi)入滲率?。?huì)觸發(fā)滑動(dòng)體積為60×106m3的滑坡整體加速。這意味著水在裂隙硬巖中的主要作用與斜坡中有限數(shù)量的不連續(xù)面中放入孔隙壓力增加有關(guān)，這正如Guglielmi等人（2006）利用各種數(shù)值方法分析的結(jié)果一樣。這種地球化學(xué)-水文地質(zhì)結(jié)合的方法指出了LaClapière滑坡中的兩個(gè)主要水流通道，并且把空間變化大的地下水化學(xué)與斜坡的主要非均質(zhì)體（三疊系石膏巖）聯(lián)系起來，這很可能是斜坡應(yīng)力和強(qiáng)度非均質(zhì)的原因。在Grenoble（法國東南部城市）附近的不穩(wěn)定Séchilienne巖坡也得到了類似的結(jié)論，其位于斜坡頂部的沉積層是造成滑坡入滲水特殊化學(xué)性質(zhì)的原因。這使得Guglielmi等人（2002）能夠?qū)@些流經(jīng)滑坡的水進(jìn)行自然追蹤。地下水化學(xué)的時(shí)間變化似乎與斜坡運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。事實(shí)上，所測得的化學(xué)變化是典型的表層流，它快速流入有限數(shù)量的滲透性好且可變形的不連續(xù)面，導(dǎo)致大型裂隙硬巖斜坡失穩(wěn)。這種方法根據(jù)三種類型的資料：水文地質(zhì)背景（從泉在斜坡上的分布推斷出），巖相學(xué)和泉水水化學(xué)及其流量（在野外很容易取樣）。然后就可以采用斜坡飽和與非飽和部分發(fā)生的水力學(xué)和化學(xué)作用耦合的數(shù)學(xué)模型來分析斜坡的水力學(xué)行為。五、水文地球化學(xué)信息在滑坡研究中的應(yīng)用：軟沉積物斜坡滑坡通常發(fā)生在未固結(jié)的風(fēng)化介質(zhì)上，如泥灰?guī)r。風(fēng)化泥灰?guī)r高含量的粘土和獨(dú)特的巖土力學(xué)性質(zhì)使得它們易于破壞。粘土基質(zhì)的低滲透性使得滑坡的水文分析比較困難（Bogaard，2001）。有幾個(gè)滑坡的前沿性研究采用了水化學(xué)示蹤法，以更好地認(rèn)識水文系統(tǒng)（例如Bogaard等，1996；Sakai等，1996；Bogaard等，2000；Anson和Hawkins，2002；Miko?等，2004；deMontety等，2007）。為了說明水文地球化學(xué)在滑坡研究中的應(yīng)用潛力，本文將詳細(xì)介紹Super-Sauze泥流。此處描述的Super-Sauze泥流屬風(fēng)化泥灰?guī)r滑坡，利用水化學(xué)信息對該場地的水文行為進(jìn)行了透徹的研究，因此可以作為一個(gè)很好的示范實(shí)例。Super-Sauze滑坡是一種泥流，于20世紀(jì)70年代發(fā)生在冰磧物和黑色泥灰?guī)r的交界面上（Malet，2003；Weber和Herrmann，2000）。自1996年以來，一直對該滑坡進(jìn)行研究，可以獲得降雨、溫度、毛細(xì)壓力水頭、土壤含水量、地下水水位和位移的時(shí)空分布數(shù)據(jù)庫（Malet，2003；Malet等，2005）。利用一組均勻分布在滑坡體中大約20個(gè)豎管式水壓計(jì)來描述地下水系統(tǒng)。Montety（de）等人（2007）曾研究過利用水化學(xué)方法如何提高對緩慢運(yùn)動(dòng)的淺層泥流的認(rèn)識，以及如何提高對滑坡處及其周圍的鉆孔取樣和泉樣的認(rèn)識。目的是探究水的來源，確定滑坡系統(tǒng)的水文限制，并最終說明短期和長期的水文過程。因此在2003年和2004年不同關(guān)鍵期（冬末、融雪影響、泉、夏秋流量少的時(shí)期和土壤再濕潤時(shí)期）進(jìn)行了水化學(xué)調(diào)查，從而根據(jù)不同季節(jié)，調(diào)查水化學(xué)的區(qū)域變化。此外還在短期內(nèi)連續(xù)取樣，以研究入滲和補(bǔ)給過程。（一）水化學(xué)的時(shí)空變化：Super-Sauze泥流已證明Super-Sauze泥流的水化學(xué)特征和組成在全年都是穩(wěn)定的（deMontety等，2007）。向著下游，水的礦化度整體升高，而Na的含量減少了（從30%降到5%），Ca和Mg的含量升高，Ca從30%升高到50%，Mg從35%升高到60%。利用綜合的地球化學(xué)作用如稀釋（滑坡地下水與低礦化度的冰磧水或大氣降水混合）、碳酸鹽礦物的溶解-沉淀、陽離子交換和黃鐵礦溶解可以很容易地解釋上述的演化。對地下水系統(tǒng)的連續(xù)性來說，這種一致性的水化學(xué)分區(qū)也存在爭議。在局部地區(qū)，還會(huì)意外地觀測到高濃度的SO4、Mg和Na。通常來說，這些化學(xué)異常與地形特征有關(guān)，而且還可以用深層水沿著主要不連續(xù)面（斷層、層理和片理面）的流動(dòng)來解釋。調(diào)查了長期和短期的水化學(xué)變化來進(jìn)一步研究地表以下水的入滲條件。通過對化學(xué)變化和水文觀測的比較，作者提出了關(guān)于快速優(yōu)先垂向流分布的假設(shè)。例如，短期化學(xué)變化是在融雪期一開始就調(diào)查的。除了NO3，其它所有離子都有相同的時(shí)間變化。濃度增大的第一部分可以解釋為前期土壤水造成的影響，在活塞流機(jī)理的作用下到達(dá)地下水。一旦低礦化度的新水到達(dá)地下水位，由于稀釋作用，濃度就會(huì)降低。和老水相比，新水富含氮，這與地表的牲畜糞便或其它動(dòng)物的排泄物有關(guān)。由于融化和水樣采集是同時(shí)開始的，因此有可能估算出水入滲經(jīng)過非飽和帶的平均運(yùn)移時(shí)間。新水需要7~8天才到達(dá)地下水水位（稀釋作用NO3濃度升高的開始，），這證明了優(yōu)先垂向流對地下水體局部補(bǔ)給的重要性。（二）地球化學(xué)模型的應(yīng)用總的水化學(xué)特征是離子強(qiáng)度極高，這與法國南部阿爾卑斯其它泥灰?guī)r滑坡的水化學(xué)資料一致。但是Super-Sauze的水化學(xué)有其特殊性，SO4的濃度是其它研究觀測值的兩倍；而且與大多數(shù)位于黑泥灰?guī)r中以Ca為主要陽離子的滑坡不同，Super-Sauze的主要陽離子是Mg。此外，Super-Sauze泥流還有一個(gè)特征，即Na的濃度非常高（高達(dá)35meq·l-1）。進(jìn)一步的研究揭示出鍶的濃度也非常高。正如Meybeck（1984）提出的那樣，鍶的異?？赡苁怯捎谔烨嗍娜芙?，通常與石膏巖有關(guān)。然而在該礦物的礦物學(xué)組分中卻沒發(fā)現(xiàn)石膏巖。為了解決這個(gè)問題，采用了地球化學(xué)模型方法，該方法已經(jīng)在LaClapière滑坡中得到了成功的應(yīng)用（Guglielmi等，2000）。利用基于熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的KINDIS模型（Madé等，1990），根據(jù)不同的水-巖相互作用，來模擬觀測到的水化學(xué)濃度。模擬結(jié)果表明泥流的水化學(xué)組成不能用所含礦物的溶解來解釋。很明顯，地下水不是起源于直接的降雨或者融雪，也不是源于野外發(fā)現(xiàn)的其它來源。Montety等人（2007）證明了蒸發(fā)巖是所觀測到的水化學(xué)的主要來源，但它不存在于泥流物質(zhì)中。這些成果指出了Super-Sauze泥流上面的上沖斷層接觸處的石膏巖和白云巖的主要影響。這是唯一從區(qū)域尺度上確定的蒸發(fā)巖來源，從而確定了水的一個(gè)遠(yuǎn)距離起源。最后，這個(gè)水化學(xué)調(diào)查有助于改進(jìn)Malet等人（2005）提出的泥流的水文概念模型。六、同位素分析在滑坡研究中的應(yīng)用環(huán)境同位素包括天然和人工同位素，它們廣泛分布在水圈中，能夠幫助解決水文地球化學(xué)問題（Kendall和McDonnell,2003）。氚（3H）的分析提供了水運(yùn)移時(shí)間和深層水滲流的動(dòng)力學(xué)信息。要用氚來計(jì)算補(bǔ)給速率的話則需要評價(jià)氚含量的時(shí)空變化。如果初始背景濃度未知，另一個(gè)測年方法就是同時(shí)使用3H和3He。前者會(huì)衰變成3He，可以作為定量示蹤劑對降水起源的水進(jìn)行測年（Kendall和Doctor，2004）。Miko?等人（2004）研究了I2000年11月在斯洛文尼亞LogPodMangartom的Stoze滑坡處一次極端降雨事件之后發(fā)生的泥石流災(zāi)害。水文分析顯示，在之前的2000年秋，徑流系數(shù)（徑流與降雨的百分比，[地球科學(xué)詞典，2002]）顯著升高。他們采用氚示蹤劑來評價(jià)所取泉水的運(yùn)移時(shí)間，用18O來評價(jià)地下水的補(bǔ)給區(qū)。測得地下水年齡約為2年。有趣的是，作者很謹(jǐn)慎地把地下水年齡與1998年4月發(fā)生的大地震聯(lián)系起來，并假設(shè)地震已經(jīng)產(chǎn)生了新的地下水通道。這就解釋了在2000年11月觸發(fā)事件之前滑坡區(qū)異常濕潤的初始條件。盡管Miko?等人（2004）很慎重地進(jìn)行了闡述，但是仍然說明了用測年來分析水文條件觸發(fā)滑坡的可能性。降雨中δ18O的組成（以及δ2H的組成，但此處不考慮δ2H，因?yàn)棣?8O和δ2H是密切相關(guān)的）取決于降水的凝結(jié)溫度和氣團(tuán)降雨的蒸發(fā)效應(yīng)。δ18O受海拔（溫度降低）、距海的距離以及其它局部環(huán)境條件（如濕度）的影響（Kendall和Doctor，2004）。同位素海拔效應(yīng)是指降雨中的同位素組成隨著地形高度而變化，隨著海拔越來越高，18O和2H也越來越少。其它起作用的分餾過程是隨著海拔升高氣壓降低而造成的影響，這意味著溫度大幅降低才能達(dá)到飽和水蒸氣壓。而且蒸發(fā)使雨滴在降落過程中富含18O和2H。因此，可以發(fā)現(xiàn)低海拔處的18O和2H含量更高。因此，把雨水中同位素組成的年際加權(quán)平均值作為高程的函數(shù)。理論上，在野外可以從設(shè)置在不同海拔處的雨量站獲得這個(gè)梯度，并且需要長期的同位素?cái)?shù)據(jù)庫。如果沒有這樣的網(wǎng)絡(luò)，可以從局部有限高程范圍內(nèi)的含水層中采集泉樣。但是存在的主要缺點(diǎn)是需要完全了解含水層系統(tǒng)，以得到補(bǔ)給區(qū)正確的平均高程。蒸發(fā)作用也會(huì)改變初始降雨信號。此外，還有一個(gè)問題就是時(shí)間因素。在取樣活動(dòng)中，δ18O的梯度是依據(jù)局部小泉中的含量繪制的。盡管對補(bǔ)給區(qū)有了準(zhǔn)確的認(rèn)識，但是它們對降雨時(shí)段的響應(yīng)是實(shí)時(shí)變化的，而且排泄量小是由于補(bǔ)給區(qū)范圍和儲(chǔ)水區(qū)小。這說明這些水在含水層中的滯留時(shí)間短。相反，滑坡趾處的泉通常從更大的儲(chǔ)水區(qū)排出，其滯留時(shí)間也更長。這樣，在瞬時(shí)的取樣過程中，取得的水不是最后降雨時(shí)段的水。因此，標(biāo)準(zhǔn)化泉的梯度不能完全代表斜坡含水層中的梯度。避免這種滯留時(shí)間差異的最好方法就是在不同季節(jié)進(jìn)行重復(fù)監(jiān)測。利用這種高程-同位素組成的關(guān)系，18O的信息能有助于理解斜坡中水的起源和水流通道。Compagnon等人（1997）利用LaClapière滑坡體上的泉的δ18O特性來確定補(bǔ)給區(qū)的高程。Guglielmi等人（2002）也采用δ18O資料用于Séchilienne滑坡研究。對已知補(bǔ)給區(qū)高程的泉，在夏季（Séchilienne）或者夏冬兩季（LaClapière）確定局部δ18O的梯度。利用這些信息就可以推斷出滑坡泉水的補(bǔ)給區(qū)。大多數(shù)水樣都含有同位素濃度，海拔高處的δ18O含量比取樣點(diǎn)處的小得多。這對滑坡區(qū)的水文分析有重要的影響，因?yàn)榛碌乃牧饔蛞殉^了滑坡范圍。在LaClapière斜坡，泉12（位于坡腳下）給出了6月份的平均補(bǔ)給高程為1780m。該高程與滑動(dòng)區(qū)的最高海拔相同。這表明補(bǔ)給區(qū)的很大一部分都位于斜坡的傾斜面，那里的滲透系數(shù)要高于其下部的固體片麻巖。在Séchilienne斜坡中，也可以觀察到相同的現(xiàn)象。補(bǔ)給區(qū)包括滑坡區(qū)外的里阿斯統(tǒng)灰?guī)r。在這兩個(gè)例子中，位于不穩(wěn)定斜坡上坡處的含水層可以阻止并延緩地下水的滲流，給滑坡運(yùn)移和降雨時(shí)段的相互關(guān)系造成了負(fù)面影響。另一個(gè)例子是之前提過的利用天然同位素δ18O和氚來分析Stoze滑坡的水樣（Miko?等，2004）。用氚測得水的年齡約為2年。補(bǔ)給區(qū)采用穩(wěn)定同位素δ18O來估算。文章的結(jié)論是：在滑坡區(qū)，地下水會(huì)從斜坡的儲(chǔ)水體中持久但緩慢地滲出。估計(jì)該儲(chǔ)水體的大小在0.1×106m3的數(shù)量級。最后，Tullen等人（2006）利用兩個(gè)泉中δ18O的時(shí)間序列來確定瑞士Hohberg平滑滑坡的水文地質(zhì)系統(tǒng)。泉水對融雪和降雨的快速響應(yīng)可以用水流經(jīng)滲透性極好的冰磧物來解釋。七、地球化學(xué)信息在滑坡研究中的應(yīng)用：軟沉積物斜坡水文地球化學(xué)信息不僅僅來源于水化學(xué)，還可以從固體材料的“化學(xué)指紋”中獲得（Moore和Brunsden，1996；Bogaard等，2004）。前者尤其關(guān)注與土的土工性質(zhì)的關(guān)系（見“孔隙水組成對強(qiáng)度性質(zhì)的影響”一節(jié)）。對后者進(jìn)行測試，可以從陽離子交換能力（CEC），滑坡調(diào)查中的可交換陽離子獲得其它信息，以用于泥灰?guī)r-粘土滑坡區(qū)的水文系統(tǒng)研究。本次研究利用了法國Boulc-Mondorès滑坡的兩個(gè)20m深的鉆芯（Bogarrd等，2000）和意大利北部Alvèra滑坡的一個(gè)17m深的鉆芯（Angeli等，1999）。本次工作表明，有可能對（部分）風(fēng)化的泥灰?guī)r進(jìn)行可再生的陽離子交換測量，此外還討論了來自于陽離子交換測量的信息。本次研究得到了兩個(gè)獨(dú)特的結(jié)論。首先，確定了CEC和交換組分隨深度的變化情況，這與Boulc-Mondorès滑坡的地質(zhì)鉆孔描述具有良好的可比性。本研究不能證明鉆芯樣品中CEC差異的來源。不過，就如風(fēng)化的表層泥流物質(zhì)的交換成分與從鉆芯中發(fā)現(xiàn)的低CEC值具有很好的可比性一樣，可以認(rèn)為它們是風(fēng)化程度更強(qiáng)的層。風(fēng)化程度更強(qiáng)的層可以作為優(yōu)先流動(dòng)通道，可能發(fā)展成或已經(jīng)發(fā)展成了滑動(dòng)面。其次，Bogaard等人（2004）的研究顯示，從陽離子組分測量隨深度的變化中可以獲得有用的信息。從Alvèra滑坡鉆芯的陽離子交換成分隨深度的變化圖來看，開始的5m是以鈣為主的復(fù)合物，而在下部，鎂和鈣占主導(dǎo)。該觀測結(jié)果與所謂終端裂縫的概念模型十分吻合：即裂隙儲(chǔ)存雨水并利于水在粘質(zhì)土壤中的入滲。從圖中還可以發(fā)現(xiàn)鈉含量隨深度加大而升高。鈉是來自原始沉積物的最重要的交換離子。在Alvèra，后者可以用地下水從Ca-HCO3型水變成Na-HCO3型水來解釋。八、總結(jié)并討論水文地球化學(xué)在滑坡研究中的應(yīng)用本文旨在對水文地球化學(xué)在滑坡研究中的潛在應(yīng)用做一個(gè)綜述。除了用在與土的強(qiáng)度性質(zhì)有關(guān)的生物化學(xué)分析中外（如流粘土研究），水文地球化學(xué)數(shù)據(jù)并沒有普遍應(yīng)用在滑坡研究中。本文認(rèn)為，應(yīng)用水文地球化學(xué)是很有價(jià)值的，同時(shí)它也是一個(gè)專門的研究領(lǐng)域。因此，必須進(jìn)行多學(xué)科交叉研究。正如前言所述，當(dāng)利用水的組分和地球化學(xué)信息時(shí)，要記住水流、地下結(jié)構(gòu)和水文地球化學(xué)作用之間復(fù)雜的相互依賴關(guān)系?？紫端M成和土壤強(qiáng)度之間的關(guān)系非常重要，但卻很少有相關(guān)的研究實(shí)例。由于大多數(shù)的滑坡研究資料都很有限，因此常常沒有足夠的證據(jù)來說明這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)?？紫端M成對殘余剪切強(qiáng)度的影響很容易被忽略。殘余剪切強(qiáng)度的變化可以解釋滑坡運(yùn)動(dòng)速率的變化。因此，對孔隙水組成以及土壤化學(xué)成分及其物理性質(zhì)的系統(tǒng)分析（diMaio等，2004）是一個(gè)引人關(guān)注的研究領(lǐng)域。當(dāng)作為一種示蹤技術(shù)時(shí)，不論是硬巖還是軟巖，水化學(xué)方法都是唯一一種能夠?qū)^程進(jìn)行空間綜合研究的方法。這意味著輸入-輸出分析是在研究系統(tǒng)的尺度上展開的。典型的例子就是采集泉水樣品，這可以代表整個(gè)水文系統(tǒng)的輸出。即使是用測壓計(jì)取樣，預(yù)計(jì)水化學(xué)也將依賴于上游的特征。與更多局部的（但必要