高密度电法在滑坡地质灾害勘查治理中的应用

何清立，李霄龙，王志勇

(中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队 地质勘查院，吉林 长春 130000)



高密度电法在滑坡地质灾害勘查治理中的应用

何清立，李霄龙，王志勇

(中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队 地质勘查院，吉林 长春 130000)

高密度电法具有测点密度大、采集速度快、抗干扰性强等特点，被广泛应用于滑坡等地质灾害治理和工程勘察中。测量过程中，通过将横向电剖面法和纵向电测深法相结合，形成阵列式勘探，获取丰富的地电信息。本文介绍利用该方法对勘查区的滑坡区域进行勘查，通过解译地电成果图获得了滑坡体纵、横向发育及展布情况，查明滑坡体空间形态特征、滑动面埋深以及与滑坡发育相关的断裂情况等，反映了该方法在滑坡地质灾害治理中的实际应用效果，对后期工程钻探起到了很好的指导作用。

高密度电法；滑坡地质灾害；滑动面；对称四极装置；视电阻率

1 引 言

滑坡灾害是指由于受自然地质作用或人类活动因素的影响，造成地质环境的恶化，使人类的生命财产安全受到严重威胁，生产生活和社会经济造成严重损失的斜坡变形破坏乃至整体移动[1,2]。滑坡时山体沿滑坡面在边坡上滑动，“滑动面”主要为软弱夹层或软弱面，通常由碎石或泥土等组成，且容易充水，因此导电性良好，常为低阻反映；滑动面所承载的岩体称为“滑坡体”，相对比较完整，为高阻反映，因此通过探测高低组分界层面，便可以探明勘查滑坡的滑动位置、滑坡面埋深、滑坡体空间分布特征以及发育情况等，达到勘查滑坡隐患、治理滑坡地质灾害的目的[3]。

物探方法在滑坡地质灾害的勘查和预防方面经济而快速[4]，尤其是阵列式布极高密度电阻率法，早期由国外学者提出，后经国内对方法、仪器的研制与开发，很快推广应用到矿产勘探和工程勘察领域以及地质灾害治理方面，并取得了良好的效果[5]。与常规直流电法相比，它也是以地下介质的电阻率差异为物质基础，通过观测和研究人工电场的变化和分布规律来探测地下介质和构造的分布特征，其反演结果为二维视电阻率地电断面[6]。由于其采用阵列式布极，所以和常规电法相比，又具有数据密度大(点距密集)、信息量大、采集速度快、自动化程度高、模拟地电断面图示系统形象直观等优点[7]。

吉林省前郭尔罗斯蒙古族自治县哈拉毛都镇朝阳村后山滑坡地质灾害时常发生，严重制约和影响当地居民的生活。前期治理后，灾害有所缓解，目前村后山一带仍存在滑坡隐患，为此，结合前期地质调查情况分析，为查明后山一定范围内隐伏的滑坡面分布范围、赋存深度及产状特征，评价滑坡稳定性和危害，为滑坡治理设计提供科学依据及合理化建议，决定采用高密度电阻率法进行勘查。

2 滑坡区地质概况

哈拉毛都镇朝阳村后山滑坡区域位置位于吉林省前郭尔罗斯蒙古族县哈拉毛都镇东南部朝阳村，勘查区新老构造对地貌大类型起控制作用，海拨200～240 m，地形总趋势西南高东北低，台面起伏大，地形切割强烈，多有北东向坳谷及冲沟分布，丘陵状特征明显，相对高差20～40 m。由下更新统黄土状土及冰水砂砾石形成盖层，白垩系为其基底，冲沟两侧有基岩出露。

滑坡区出露地层为白垩系下统伏龙泉组，上部为灰绿色泥岩与砂岩互层，上有红色泥岩，下有黑色页岩；中部为黑色泥岩夹粉砂岩；下部为黑色泥页岩夹油页岩，底有灰绿色泥质粉砂岩；地表为下更新统黄土状土及冰水砂砾石、耕植土。厚度变化较大，0.2～2.0 m不等。

滑坡区所处大地构造位置位于天山—兴安地槽褶皱区，吉黑褶皱系，松辽中断陷东南隆起的焉山屯—王府凹陷区内，隆起、向斜及断层等构造发育，主构造线方位为北北东向或北东向。

滑坡区内主要岩体为层状软弱碎屑岩，滑坡体由层状较软泥岩与砂岩互层及上部耕植土盖层组成。受后期构造、风化作用，岩体裂隙较发育，表层常将岩体切割成碎裂状；微地貌为缓坡，软弱泥岩产状倾角与缓坡面倾向基本一致，斜坡高70 m，坡度20°～30°，坡向75°，剖面形态为直线型。坡面上有多条新发展的滑坡裂缝，综合分析滑坡要素的滑坡前缘、滑体、滑坡后缘稳定性，判别该滑坡现状为稳定性差。

3 高密度电法基本原理

高密度电法又称高密度电阻率法，是以地壳中岩石的电阻率差异为物质基础，观测和研究人工电场的变化和分布规律，进而进行解决地质问题的一种勘探方法[8-10]。

它是一种阵列勘探方法，是常规电法中的电测深法和电剖面法的结合，一方面可以反映测点下方不同电性的岩层随深度的分布情况，另一方面又可以反映地下一定深度内沿水平方向地电断面的特征，弥补了传统电阻率法测点相对稀少、解释依据单一的缺点[11]。

如图1所示，高密度电法工作时，将多根电极一次性布设完毕，通过程控式多路转换器选择不同的电极组合方式和不同的极距间隔，就可以快速地采集野外数据，当电极排列为ΔX时，测量电极距为a=nΔX，依次取n=1,2，…(式中，a为电极距；ΔX为最小电极距；n为间隔系数)，每个极距按固定的装置形式逐点由左向右移动来完成该极距的数据采集[12]。对同一记录点处不同极距的观测又相当于一个电测深点，因而一次性可完成纵横二维勘探过程。

图1 高密度电法工作示意图Fig.1 High-density resistivity method working schematic diagram

4 野外工作方法与技术

4.1 仪器及装置类型

本次高密度电法使用的仪器为重庆地质仪器厂生产的DUK-2A高密度电法测量系统2台套(包括接收主机DZD-6A和多路转换器)，观测精度高，采集数据可靠，获得信息丰富。

采用装置为对称四极测深装置，也称温纳(WENNER)装置。如图2所示，两个供电电极(AB极)在两个测量电极(MN极)两侧对称地随着深度的增加逐渐等比，原始数据传输给计算机，计算机将数据转成处理软件要求的数据格式，经反演处理最终成图，得到地下电阻率剖面。这种装置的特点是AM=MN=NB，记录点在MN的中点。

图2 温纳装置示意图(a:电极距)Fig.2 Wenner device schematic diagram(a：electrode spacing)

4.2 测网布置及工作方法

根据勘探目的及需要，以及现场实际情况，对滑坡区布置10条测线，其中6条横向测线，方向角N为94°，4条纵向测线，方向角S为7°，测线号WT7～WT10。其中WT-5采用点距5 m、120道多电极排列装置，其余9条采用点距5 m、90道多电极排列装置。各测线间距40～60 m不等。

5 工作成果解译推断

高密度电法数据处理，主要是用计算机将野外收集的原始数据经过数据传输与转换软件，转成处理软件要求的数据格式，经相应的反演处理模块进行畸变点剔除、地形校正等预处理后进行反演计算，最终成图，得到地下视电阻率剖面。具体处理流程如图3所示。

图3 高密度数据处理流程Fig.3 High-density data processing flow chart

本次工作采用最小二乘法对电阻率数据进行反演，得到视电阻率反演断面图，图中以电性差异为判断的基础，表面冻土层和砂石、砂、砾石互层等电阻率相对较高，以暖色系表示；滑动面下方为砂泥岩互层的泥岩软弱层面表现为低阻，在断面图上以冷色系表示；整个断面图由红色暖色系逐渐过渡为蓝色冷色系。依据视电阻率反演断面图上的视电阻率值变化特征，结合钻探和地质调查资料作出地质解释。图4～图6是高密度电法探测剖面视电阻率反演断面图，图7为高密度电法纵剖面成果立体图，图8为高密度电法综合成果立体图。

从图4～图6可以看出，上部视电阻率相对较高，普遍高于200 Ω·m，最高达1 100 Ω·m左右，下部视电阻率相对较低，整体物性层位有一定规律，反映了滑坡体内部发育情况和滑动面分布情况，这也是工作主要分析研究的区域。

由于岩体受后期构造、风化、水蚀作用，使岩体破碎成松散的碎屑坡积物沿地表从上向下滑动，加上冬季施工，地表砂泥岩土冻层的影响，所以视电阻率表现为高阻异常；而下部的泥岩恰好成为软弱含水层面，表现为低阻，深部低阻区域，可能是含水砂砾石层和深部潜水层所致。从断面图分析，高低阻视电阻率分界(红色虚线)处即为滑坡的滑动面位置。

图4 WT-1线视电阻率反演地电断面Fig.4 WT-1 line apparent resistivity inversion geoelectric profile

图5 WT-2线视电阻率反演地电断面Fig.5 WT-2 line apparent resistivity inversion geoelectric profile

图6 WT-3线视电阻率反演地电断面Fig.6 WT-3 line apparent resistivity inversion geoelectric profile

图7 高密度电法纵剖面成果Fig.7 High-density resistivity method stereogram profile results

图8 高密度电法综合成果Fig.8 High-density resistivity method stereogram comprehensive achievements

通过与野外现场实际情况对比分析，在ZK-10(钻孔编号)与ZK-11之间、ZK-15与ZK-16之间为沟壑下游开口，将整个滑坡体断开，沟内被上游流淌下来的冰水混合湿土覆盖，部分积雪融化下渗，沟壑东部有小面积滑坡坡积体存在。

工作区内布设钻孔31个，高密度电法反演成果与工程勘察中钻孔验证吻合较好，例如，钻孔数据资料中，ZK-13，钻至25 m左右见砂泥岩交界面，电阻率反演断面图将该钻孔砂泥岩交界滑动面解译在25～30 m左右，两者在深度上基本一致。

通过图7和图8可以看出，全区90%区域均为滑坡体，滑体滑动方向为西北至东南方向，滑坡体以工作区内一条北东向较深的冲沟为界，将整个滑体分为西北和东南两个滑坡区，西北区滑动面较深，在20～25 m左右，滑动面后缘位于小号测点方向，东南区块受风化、水蚀作用等影响，滑动面相对较浅，深度在5～10 m左右。

从工程钻探成果上看，勘查区整体砂泥岩交界深度分布是西北部较深，东南部较浅，这和本次解译成果对应较好，一定程度上说明了物探成果在后期工程钻探等方面上具有指导意义。

5 结 语

1)本次物探工作对滑坡体区域进行高密度电法勘探，取得了一系列的数据资料和成果图件，直观、具体地反映了滑坡体的形态、规模、结构等，结合工程勘察成果钻孔地质资料分析，比较科学、客观地进行了滑坡稳定性和发展趋势分析，尤其是在分析滑动面深度、滑坡体趋势、断裂构造等方面，起到了很好的指导作用，有利于进一步开展滑坡地质灾害治理方案的设计。

2)本次工作也存在一定的问题，通过推断的滑坡体滑动方向，和测量剖面布线方向交角较小，使得测量反演断面图上的整体规律性不够明显，多条测量线穿过居民区，居民区的水泥砂石路面对电极的接地有干扰，民用电地下散流对测量结果也会产生微弱的干扰。

[1]郑书彦,李占斌.滑坡侵蚀研究[M].郑州：黄河水利出版社,2005.

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The Application of High Density Electrical Method to the Exploration Management of Landslide Geological Disasters

He Qingli，Li Xiaolong，Wang Zhiyong

(GeologicalSurveyCenter,JilinTeamofChinaBuildingMaterialsIndustryGeologicalProspectingInstitute,ChangchunJilin130000,China)

With the characteristics of large density of surveying points, fast gathering speed and strong anti-interference, high density resistivity method is widely applied to geological disasters such as landslide governance and engineering inverstigation. In the process of measuring, through the combination of horizontal resistivity and vertical electrical sounding method, and then forming the array type exploration, abundant geoelectric information can be obtained. This paper introduces the use of this method to explore the landslide area exploration. By the interpretation of the electric drawing, the develpement and distribution of vertical and horizontal situation of landslide are obtained. The landslide space forming features, the embedded depth of sliding surface, the fault related to the landslide development and etc. are found out.Except that, this method provides a good guiding role for drilling engineering later in landslide geological disaster governance.

high density resistivity method; landslide geological disasters; sliding surface; symmetrical quadrupole device; apparent resistivity

1672—7940(2016)01—0099—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.01.017

何清立(1987-)，男，工程师，主要从事地球物理勘查应用与研究。E-mail：heql_chd@163.com

P631.3

A

2015-09-14