高密度電法在礦山滑坡結(jié)構(gòu)探測(cè)中的應(yīng)用

廖 鑫

（1．四川省安全科學(xué)技術(shù)研究院，四川 成都 610045）

提 要：隨著礦山開(kāi)采活動(dòng)的日益加劇，由此引發(fā)的礦山滑坡問(wèn)題不斷增多。對(duì)采場(chǎng)邊坡潛在滑坡結(jié)構(gòu)的探測(cè)是預(yù)防與治理礦山滑坡問(wèn)題的基礎(chǔ)。高密度電法具有采集速度快與數(shù)據(jù)分辨率高的特點(diǎn)，在礦山滑坡結(jié)構(gòu)探測(cè)中適用性強(qiáng)。研究表明，高密度電法在某石灰石采場(chǎng)邊坡探測(cè)工作中，可以查明潛在滑坡體的厚度與滑動(dòng)面埋深，并經(jīng)鉆孔驗(yàn)證，探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

1 引言

當(dāng)前，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷提升，人類(lèi)工程活動(dòng)進(jìn)一步加劇，與采礦、鐵路、公路、水利水電等工程相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害處于多發(fā)、易發(fā)的階段。面對(duì)地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型多、分布廣、風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)，準(zhǔn)確查明其地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征是地質(zhì)災(zāi)害防治工作的首要任務(wù)。

高密度電法是以巖、礦石之間電阻率差異為基礎(chǔ)，通過(guò)觀(guān)測(cè)和研究與這些差異有關(guān)的電場(chǎng)在空間上的分布特點(diǎn)和變化規(guī)律，來(lái)查明地下地質(zhì)構(gòu)造和尋找地下電性不均勻體（滑坡體、巖溶、風(fēng)化層）的一種地下探測(cè)方法。相對(duì)于傳統(tǒng)電法而言，高密度電法具有數(shù)據(jù)采集密集、生產(chǎn)效率高、觀(guān)測(cè)精度高和分辨率高的特點(diǎn)，一次布極可以完成縱、橫向二維勘探過(guò)程，既能反映地下某一深度沿水平方向巖土體的電性變化，同時(shí)又能提供地層巖性沿縱向的電性變化情況，具備電剖面法和電測(cè)深法兩種方法的綜合探測(cè)能力。

近年來(lái)，隨著其高效的工作模式及可靠的測(cè)量效果，已廣泛應(yīng)用于各類(lèi)地質(zhì)勘察工作中。

2 系統(tǒng)組成

高密度電法系統(tǒng)組成如圖1所示，主要包含以?xún)x器主機(jī)為主的數(shù)據(jù)采集前端裝置和以計(jì)算機(jī)為主的數(shù)據(jù)處理后臺(tái)裝置，通過(guò)供電電極施加人工場(chǎng)源，電場(chǎng)信號(hào)在地下介質(zhì)傳播后，經(jīng)測(cè)量電極接收至主機(jī)，最終利用計(jì)算機(jī)分析處理數(shù)據(jù)，形成成果圖件。

圖1 系統(tǒng)組成圖

3 研究區(qū)概況

四川省攀西地區(qū)某石灰石礦采場(chǎng)北側(cè)發(fā)生前沿垮塌，變形體上出現(xiàn)多條張裂縫（如圖2所示），初步分析為礦山開(kāi)采邊坡形成前沿臨空面，上方巖土體失去支撐，造成牽引式變形破壞，存在發(fā)生滑坡風(fēng)險(xiǎn)，危及下方群眾生產(chǎn)與生活安全。為科學(xué)合理地開(kāi)展應(yīng)急處置，需要及時(shí)準(zhǔn)確查明潛在滑坡體的結(jié)構(gòu)特征。

圖2 變形體裂縫照片

3.1 地層巖性

礦區(qū)內(nèi)地層出露比較簡(jiǎn)單，主要有二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖（P2β），二疊系下統(tǒng)陽(yáng)新組（P1y），二疊系下統(tǒng)梁山組（P1l），寒武系上統(tǒng)婁山關(guān)組，由老至新分述于下：

寒武系上統(tǒng)婁山關(guān)組（∈31）：位于礦區(qū)北部，主要巖性為砂質(zhì)白云巖、粉晶白云巖、夾礫屑白云巖，厚度大于200m，與下伏地層呈整合接觸。

二疊系下統(tǒng)梁山組（P1l）：超覆于寒武系婁山關(guān)組之上。主要巖性為粗～細(xì)粒石英砂巖夾劣質(zhì)煤層，厚8～14m，與下伏地層呈平行不整合接觸。

下二疊系陽(yáng)新組（P1y）：分布于礦區(qū)中部。上部為深灰色塊狀礫屑灰?guī)r夾粉晶～泥晶灰?guī)r，含生物碎屑；下部為灰色亮晶灰?guī)r夾泥晶～粉晶灰?guī)r。頂部被玄武巖超覆，厚60～121m，產(chǎn)狀220～259°∠56～70°，巖層中下部普遍白云石化，僅上部巖石可作熔劑灰?guī)r或水泥原料，與下伏地層呈整合接觸。石灰石礦體位于此地層之中。

峨眉山玄武巖（P2β）：位于礦區(qū)南部，超覆于陽(yáng)新組地層之上，巖性為灰色、灰綠色細(xì)粒結(jié)構(gòu)，致密塊狀、斑狀，局部見(jiàn)杏仁狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，與下伏地層呈整合接觸。

3.2 環(huán)境地質(zhì)條件

礦區(qū)位于安寧河谷東側(cè)半山斜坡，地形地貌屬中山剝蝕侵蝕構(gòu)造地貌，地形切割較劇烈。礦區(qū)內(nèi)最高海拔標(biāo)高為1877m，最低為1618m，相對(duì)高差為259m，地形地貌北東高，南西低，坡度較大，山坡坡度一般250～47°，局部有陡坎。地質(zhì)災(zāi)害主要表現(xiàn)在潛在滑塌、崩塌、轉(zhuǎn)石滾動(dòng)等。

3.3 地球物理特征

潛在滑坡區(qū)地表殘坡積層為工程地質(zhì)軟弱巖組，厚1～10m，由風(fēng)化的粘土、亞粘土、砂、礫石組成，為軟弱層，電阻率值相對(duì)較低；下部基巖主要為灰?guī)r，屬堅(jiān)硬～半堅(jiān)硬巖組，電阻率值相對(duì)較高（見(jiàn)表1）。

因此，潛在滑坡區(qū)地層整體電阻率值分布不均，下部基巖電阻率偏高，上部覆蓋層電阻率偏低，各巖性巖石電阻率差異明顯，因此具備開(kāi)展高密度電法探測(cè)的前提條件。

表1 潛在滑坡區(qū)巖石對(duì)應(yīng)電阻率簡(jiǎn)表（單位： Ω·m）

4 應(yīng)用效果

4.1 測(cè)線(xiàn)布置與參數(shù)選取

高密度電法按照不同電極排列方式可分為溫納裝置、偶極裝置以及微分裝置等。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比分析，溫納裝置垂向分辨率較高，分層能力強(qiáng)，故本次工作采用溫納裝置，并根據(jù)覆蓋層厚度等因素確定主要探測(cè)參數(shù)：電極距為1.5m、電極數(shù)為60根、測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度88.5米、測(cè)線(xiàn)數(shù)為2條（L1、L2）。測(cè)線(xiàn)布置如圖3。

圖3 測(cè)線(xiàn)布置圖

4.2 數(shù)據(jù)處理

高密度電法現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)編輯、壞點(diǎn)剔除、地形校正、迭代反演等關(guān)鍵處理步驟，生成高密度電法電阻率斷面圖（如圖4、圖5），并結(jié)合相關(guān)巖石的地球物理特征，進(jìn)行物探資料的解釋推斷。

4.3 成果分析

從圖4和圖5中分析可知，兩條剖面在縱向上表現(xiàn)出相似的電性規(guī)律：近地表（0-2m）受表層不均勻影響形成局部高阻體，電阻率高于800Ω·m；中部（2-8m）電阻率較小，低于300Ω·m，推斷為軟弱覆蓋層所致；下部（8-12m）電阻率較大，高于500Ω·m，且隨深度的增加，電阻率不斷增大，推斷為石灰?guī)r正常反映。

因此，主要以300Ω·m為界限，并結(jié)合地質(zhì)資料，劃分上部覆蓋層（滑坡體）和下部基巖，得到各剖面上的滑動(dòng)面，如圖6、圖7所示，主要滑動(dòng)面埋深約為7-8m。

圖4 L1剖面電阻率斷面圖

圖5 L2剖面電阻率斷面圖

圖6 L1剖面地質(zhì)解譯圖

圖7 L2剖面地質(zhì)解譯圖

5 結(jié)論

本文運(yùn)用高密度電法手段，探測(cè)潛在滑坡體的厚度與滑動(dòng)面埋深，為解決礦山開(kāi)采引發(fā)的滑坡安全問(wèn)題提供科學(xué)依據(jù)。

（1）經(jīng)鉆孔驗(yàn)證，L1剖面中點(diǎn)地表軟弱層厚度為7.8m，與探測(cè)結(jié)果相吻合，研究區(qū)應(yīng)用效果良好，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

（2）高密度電法是一種二維探測(cè)方法，具有數(shù)據(jù)采集高效，縱向、橫向分辨率高的特點(diǎn)，在礦山滑坡結(jié)構(gòu)探測(cè)中適用性強(qiáng)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)工作宜結(jié)合地形與地質(zhì)等因素選擇最佳裝置與參數(shù)。