高密度電法在滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘查中的應(yīng)用

長孫月雷 高爭鋒 王樹祥

（中陜核工業(yè)集團(tuán)二一四大隊(duì)有限公司，陜西 西安 710054）

高密度電法作為直流電法的一種作業(yè)方式，其特點(diǎn)是一次布極，實(shí)現(xiàn)跑極和數(shù)據(jù)采集的自動化，野外工作效率高，數(shù)據(jù)可靠性高，但由于其布極密度較高，經(jīng)常應(yīng)用在地形比較好的地區(qū)。高密度電法的應(yīng)用和發(fā)展，對于解決目前滑坡地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查等工程勘查，起了很大作用。

甘肅省天水市北山中梁地區(qū)因受地質(zhì)沉陷和紅、黃土層沉積，形成黃土丘陵地貌，滑坡地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，危及當(dāng)?shù)孛癖娚?cái)產(chǎn)安全。為此，結(jié)合前期地質(zhì)調(diào)查情況分析，決定通過高密度電法探測工作[1-8]，初步查明調(diào)查區(qū)滑坡體滑動面位置及埋深等情況，為科學(xué)治理滑坡體提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)、水文及地球物理特征

1.1 地質(zhì)概況

勘查區(qū)處于西秦嶺山地和隴西黃土高原過渡帶，位于藉河北岸，地表黃土覆蓋，只在部分坡溝有小面積的第三系泥巖出露。黃土丘陵區(qū)內(nèi)黃土斜梁、斜坡與沖溝并存，溝深坡陡，地形坡度一般為10°～30°，部分地段達(dá)40°～50°，沖溝溝坡段達(dá)50°以上，溝谷幾乎垂直藉河呈南北向發(fā)育，切割深度一般10～30 m，多為黃土沖溝，部分沖溝切割到泥巖。區(qū)內(nèi)發(fā)育滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。區(qū)內(nèi)出露的地層為新第三系和第四系，新第三系（N）為一套湖泊相沉積物，巖性以灰綠色泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，產(chǎn)狀近乎水平，分布于黃土丘陵和河谷區(qū)底部，在部分沖溝零星出露；第四系（Q）廣泛分布于全區(qū)，按成因類型可分為兩種類型：風(fēng)積物，土質(zhì)疏松，透水性強(qiáng)，抗水性差，具大孔隙性和濕陷性，呈不整合披覆于所有老地層之上，與滑坡、泥石流形成關(guān)系密切；沖洪積物，主要分布于沖溝和斜坡坡腳地帶，由滑坡作用形成，以黃土為主，混雜少量泥巖。區(qū)內(nèi)構(gòu)造線以NW、NWW 向?yàn)橹鳎鐖D1。

圖1 勘查區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖

1.2 水文特征

區(qū)內(nèi)地下水主要為第四系黃土潛水，分布于黃土斜坡及坡腳地帶，水位埋深15～19 m，水量小，主要接受大氣降水補(bǔ)給，向北東方向經(jīng)短距離徑流，以蒸發(fā)或潛流形式排泄。該類地下水廣泛存在于區(qū)內(nèi)黃土層中，常會在含水層及下伏泥巖接觸面形成軟弱帶，引發(fā)滑坡。

1.3 地球物理特征

地層結(jié)構(gòu)電性變化差異為高密度電法探測方法的開展提供了良好的地球物理前提條件。通過對勘查區(qū)的實(shí)地調(diào)查及鉆孔驗(yàn)證表明：滑坡體存在著明顯的滑動面，滑動面上部滑體、滑動帶及下部地層之間有明顯的電阻率差異?；瑒用媸怯梢幌盗械挠馉盍严督M成滑動帶，在大氣降水的作用下，這樣的滑動帶含水量增大，相對滑動帶上下地層電阻率降低，與滑動帶上下地層存在一定電阻率差異，這也是通過高密度電法探測滑動面的理論依據(jù)。

甘肅省天水市北山中梁地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查區(qū)內(nèi)工業(yè)與民用傳輸電纜類不利因素較少，電性信號背景干凈，能夠獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，利用電法勘探解決地質(zhì)問題的前提條件。

2 工作方法技術(shù)

根據(jù)勘查區(qū)的地形條件和本次物探工作的目的任務(wù)，高密度電法成為本次工作的首選方案。勘查區(qū)地勢較為平緩，使用RTK 確定測點(diǎn)位置。本次工作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《物化探工程測量規(guī)范》（DZ/T 0153-2014）、《電阻率剖面法技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0073-2016）和《電阻率測深法技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0072-2020）。野外工作采用ADUK-2B 型高密度電法儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，該儀器數(shù)據(jù)采集部分和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)于一體，輕便高效；裝置類型選取AMNB四極測深排列裝置，如圖2。

圖2 高密度電法數(shù)據(jù)采集示意圖

3 數(shù)據(jù)處理與解釋

本次物探資料解釋充分結(jié)合了勘查區(qū)已施工鉆孔資料及水文地質(zhì)資料，遵循從已知到未知原則，認(rèn)真分析電性斷面參數(shù)和地質(zhì)斷面之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)處理利用瑞典反演軟件Res2dinv 進(jìn)行反演解釋，其數(shù)據(jù)處理流程：將原始數(shù)據(jù)從儀器導(dǎo)入計(jì)算機(jī)并儲存→剔除壞點(diǎn)數(shù)據(jù)、改正干擾數(shù)據(jù)→格式轉(zhuǎn)換→繪制視電阻率瑞典軟件反演地質(zhì)解釋圖。

本次運(yùn)用高密度電法對勘查區(qū)進(jìn)行探測，共布置測線8 條。以下對WT3、WT6 兩條典型剖面進(jìn)行分析。

WT3 剖面，擬斷面視電阻率最大值334.67 Ω·m，最小值1.777 Ω·m。根據(jù)擬斷面及類比勘查區(qū)鉆孔資料，可以推測出兩個(gè)滑動面：第一個(gè)滑動面埋深約3～12 m，滑動面連續(xù)；第二個(gè)滑動面埋深約7～25 m，滑動面連續(xù)，如圖3。

圖3 WT3 測線高密度電法ρs 二維反演解釋剖面圖

WT6 剖面，擬斷面視電阻率最大值152.35 Ω·m，最小值1.656 Ω·m。根據(jù)擬斷面及類比勘查區(qū)鉆孔資料，推測出兩個(gè)滑動面：第一個(gè)滑動面埋深約3～9 m，滑動面連續(xù)；第二個(gè)滑動面埋深約0～28 m，滑動面連續(xù)，如圖4。

圖4 WT6 測線高密度電法ρs 二維反演解釋剖面圖

4 結(jié)論

（1）高密度反演擬斷面圖上整體分析，測區(qū)的地層大致分為粉質(zhì)粘土層、泥巖層等，結(jié)合鉆井資料，整個(gè)調(diào)查區(qū)的地層視電阻率呈滑坡后緣高、前緣低，淺部高、深部低特征。從擬斷面圖上可以看出，在滑坡體后緣表層視電阻率值較高，一般可達(dá)100～400 Ω·m，隨著深度增加，電阻率值變低；在滑坡體前緣表層視電阻率值較低，一般為20～10 Ω·m，隨著深度增加，電阻率值變更低，最低大約在2 Ω·m 以下。在滑坡體后緣水位比較低，導(dǎo)致滑坡體后緣視電阻率值較高，在滑坡體前緣水位比較高，在有的地段地下水以泉的形式涌出，且有鹽堿結(jié)晶析出，導(dǎo)致滑坡體前緣視電阻率值較低。

（2）根據(jù)電測及鉆孔資料綜合推測調(diào)查區(qū)滑坡體主要發(fā)育兩個(gè)滑動面：第一個(gè)滑動面為粘土層內(nèi)部滑動面，滑動面上部滑坡體電阻率大于滑動面下部地層，埋深一般約1～17 m，滑坡體為不同時(shí)期疊加形成，滑動面劃痕不清晰，滑坡體穩(wěn)定性差，規(guī)模較小，但是隨著降水及人類工程活動的加強(qiáng)，也可能隨時(shí)形成新的滑坡災(zāi)害；第二個(gè)滑動面為泥巖內(nèi)部滑動面，這種滑動面由于形成時(shí)間上較長，滑動面形成一破碎的滑動帶，一般較連續(xù)，富含地下水，在滑動帶內(nèi)電阻率通常小于上部滑坡體及下部地層，埋深一般約10～35 m，滑坡體為長期緩慢滑動形成，滑動破碎帶清晰?？傮w上滑動面隨著高程的降低，在接近滑坡體前沿時(shí)滑動面埋深較深，而靠近滑坡體后沿相對較淺。

（3）對勘查區(qū)8 條測線分別進(jìn)行了相關(guān)預(yù)處理，使用Res2dinv 軟件進(jìn)行了單條斷面的反演，并結(jié)合鉆孔和地質(zhì)資料，推斷出了滑動面位置，為下一步工作提供重要依據(jù)。