高密度電法在地質(zhì)災害勘查中的應用分析

孫旭 李永 陳開銀

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局111地質(zhì)大隊,貴州貴陽 550008）

1 引言

高密度電法是當前研究淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的有效方法之一，對于地下結(jié)構(gòu)的探查全面且準確，被應用于地質(zhì)災害調(diào)查及工程勘察中。該技術具有點距小、數(shù)據(jù)采集密度大等特征，在淺層煤礦采空區(qū)探測、巖溶區(qū)勘查和地質(zhì)災害評價等方面應用效果良好，可為災害防治及工程建設提供有效的物探資料。

2 高密度電法概述

高密度電法實際上是一種陣列勘探方法，是多種排列的常規(guī)電阻率法與資料自動反演處理相結(jié)合的綜合方法，它的基本原理與常規(guī)電阻率法相同，仍是以巖土體的電性差異為基礎的一種電探方法，根據(jù)在施加電場作用下地層傳導電流的分布規(guī)律，推斷地下具有不同電阻率的地質(zhì)體的賦存情況。高密度電阻率法的原理是地下介質(zhì)間的導電性差異，和常規(guī)電阻率法一樣它通過A、B 電極向地下供電流I，然后在M、N 極間測量電位差ΔV，從而可求得該點（M、N之間）的視電阻率值（圖1），根據(jù)實測的視電阻率剖面進行計算、分析，便可獲得地層中的電阻率分布情況，從而可以劃分地層，確定異常地層等。

圖1 高密度電阻率法原理示意圖

在實際工作中，通過公式可以求得測點x處的視電阻率值。其中K為裝置系數(shù)，滿足下列關系式：

相對于常規(guī)電阻率法，高密度電法具有以下特點：（1）電極布設是一次完成的，這不僅減少了因電極設置而引起的故障和干擾，而且為野外數(shù)據(jù)的快速和自動測量奠定了基礎。（2）能有效地進行多種電極排列方式的掃描測量，因而可以獲得較豐富的關于地電斷面結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)信息。（3）野外數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)了自動化或半自動化，不僅采集速度快（大約每一測點需2～5s），而且避免了由于手工操作所出現(xiàn)的錯誤。（4）可以對資料進行預處理并顯示剖面曲線形態(tài)，脫機處理后還可以自動繪制和打印各種成果圖件。（5）與傳統(tǒng)的電阻率法相比，成本低、效率高，信息豐富，解釋方便，勘探能力顯著提高。

3 高密度電法在貴州地質(zhì)災害勘查中的應用

3.1 儀器及裝置類型

本次物探工作所使用的儀器設備為高密度電法儀是重慶奔騰數(shù)控技術研究所生產(chǎn)的WDJD3 型多功能數(shù)字直流電測儀，儀器系統(tǒng)主要由數(shù)字采集儀、多路電極轉(zhuǎn)換開關、電纜線及銅電極組成。

采用的裝置為對稱四極溫納裝置方式（WN），其跑極方式為:A、M、N、B（其中A、B 是供電電極，M、N是測量電極），AM=MN=NB 為一個電極間距，隨著間隔系數(shù)n 由n（MIN）逐漸增大到n（MAX），四個電極之間的間距也均勻拉開，測量深度由淺至深逐步加大（見圖2）。該裝置用于固定端面掃描測量，特點是測量斷面為倒梯形。

圖2 溫納測深裝置剖面布極方式

3.2 測線布置及工作方法

根據(jù)地質(zhì)災害的勘查要求以及區(qū)域地質(zhì)情況合理確定測線數(shù)量和位置，需注意的是，相鄰測線間的距離應控制在40～60m范圍內(nèi)。

3.3 工作成果解譯推斷

先使用計算機對數(shù)據(jù)進行匯總整理，按照規(guī)定的數(shù)據(jù)格式進行轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過反演處理模塊剔除其中的畸變點，并對地形進行校正，后開展反演計算，得到地下視電阻率剖面圖。數(shù)據(jù)采集和處理流程如圖3所示。

圖3 高密度電法數(shù)據(jù)采集、處理流程

4 實例分析

勘查區(qū)位于習水縣西南面，屬于習水縣馬臨鎮(zhèn)。由測區(qū)內(nèi)各類地質(zhì)體的物理特征可知，覆蓋層、崩塌堆積體、完整基巖之間有ρs 值差異，即：目標體與基巖存在著明顯的、并可以量化和識別的電性差異，滿足高密度電測深法開展的前提條件。

4.1 地質(zhì)概況

習水縣城以北地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育簡單，主要以單斜構(gòu)造為主；習水縣城以南，以華夏式構(gòu)造體系為主，由一系列寬緩長軸褶皺群和壓性、壓扭性斷裂組成，走向呈北東45～50°的方位斜貫全區(qū)，以張開的長軸狀對稱—不對稱的褶皺為其主要特征，常具明顯的雁列分級特征，背斜多箱形，向斜常呈圓底，斷裂多發(fā)育在背斜軸部附近，并常受先期構(gòu)造體系牽制。

4.2 地球物理特征

（1）粘土層與崩塌堆積體：粘土層多表現(xiàn)為低阻特性，其ρ 值一般在70～100Ω·M 左右，變化較為穩(wěn)定，而崩塌堆積體含水、含泥及巖塊不均勻，加之其孔隙率變化較大，因此，無論是橫向上還是縱向上其ρ 值變化較大，其ρ 值可在10～1000Ω·M 之間劇烈變化。

（2）完整基巖：測區(qū)內(nèi)基巖層主要以灰?guī)r和砂巖為主，屬中硬質(zhì)類巖，淺部強風化層及中風化層ρ 值一般在1000Ω·M 以下，往深部基巖較完整，ρ 值一般在1000Ω·M 以上；完整基巖綜合層電性背景值較為穩(wěn)定，隨AB/2增加，ρ值逐漸升高。

（3）崩塌體及巖石松動圈內(nèi)裂隙發(fā)育帶及巖體破碎帶：當裂隙及破碎帶中無粘土或水充填時，表現(xiàn)為較高的ρ 值，ρ 值可達200～400Ω·M；當有水或粘土充填時，表現(xiàn)為較低的ρ 值，與完整圍巖相比，ρ 值可低于50Ω·M以下。

4.3 勘查方法

4.3.1 測線布設

本次物探工作根據(jù)現(xiàn)場地形地貌及地質(zhì)情況選擇了高密度電法中的α 裝置和γ 裝置作為主要測量裝置，γ 裝置作為α 裝置的對比方法，更好的提高測量的精準性，點距為5m進行實地測量。

4.3.2 現(xiàn)場工作方法

該項目應用高密度電法進行勘查的主要目的是揭示出崩塌堆積體的分布范圍及大致埋深，同時查明該區(qū)巖溶裂隙發(fā)育帶的位置埋深狀況。技術參數(shù)為：電極距5m，采用290V 電壓供電，設置供電時間300ms，采用α 裝置和γ 裝置兩種方法測量。在本次測區(qū)范圍內(nèi)，根據(jù)地面調(diào)查成果指導，結(jié)合場地地形、地物條件，共布設物探測線1 條，測線布設采用GPS定點，地質(zhì)羅盤定向。

4.4 數(shù)據(jù)處理與資料解釋

4.4.1 資料分析

實測斷面ρs 值多在50～5000Ω·M 之間，視電阻率值總體較低。從二維反演斷面等值線圖可知，上部巖體較為破碎，下伏基巖較完整，表現(xiàn)為高低阻互層，結(jié)合地質(zhì)資料分析，高阻體為P2q+m 的灰?guī)r，低阻體主要為P3l+ch 粘土巖、粉砂巖、砂巖互層，其覆蓋層為砂石土混合物，其中凸顯的高阻圈閉為大的塊石，厚度在2～9m之間。

在測線190～205m（Y1-1 異常點及附近）段，存在一明顯團塊狀低阻異常，ρs異常值在50Ω·M以內(nèi)，表明該段在35m 以下，巖體結(jié)構(gòu)不連續(xù)、較破碎，結(jié)合巖層走向及煤礦開采分析，推斷該低阻異常為采空區(qū)及冒落帶，且有泥質(zhì)或水的填充，異常帶引起下伏巖體不連續(xù)、較破碎，上部巖體失穩(wěn)、松動，從而引發(fā)上部巖體崩塌脫落。

4.4.2 結(jié)果分析

在物探探測的深度范圍內(nèi)，存在一個低阻異常發(fā)育帶，該異常帶為采空區(qū)及冒落帶，其發(fā)育深度在35m 以下，發(fā)育寬度在8～15m 左右；由于該異常帶的存在，引起下伏巖體不連續(xù)、較破碎，上部巖體失穩(wěn)、松動，從而引發(fā)上部巖體崩塌脫落，威脅到當?shù)乩习傩盏纳敭a(chǎn)安全。該測線第四系覆蓋層厚度在8～15m之間，崩塌堆積體厚度在1～4m。

5 結(jié)束語

綜上所述，高密度電法在地質(zhì)災害勘查中應用效果良好。在本文所述案例中，高密度電法可以準確查明崩塌體構(gòu)造的空間形態(tài)特征，明確了現(xiàn)場巖層厚度及分布情況，通過對物探異常點的分析解譯，從而得出引發(fā)馬嶺崩塌發(fā)生的原因，為崩塌體的防治提供科學的地質(zhì)資料，應用效果理想。