高密度电阻率法在废弃矿山滑坡灾害勘察中的应用

2018-03-07孙平崔乐宁周强

山东国土资源 2018年3期

孙平，崔乐宁，周强

(江苏省地质勘查技术院，江苏南京 210049)

0 引言

由于矿区采矿、矿渣堆弃、杂填土堆弃等原因，矿区容易形成高陡且不稳定边坡体。边坡体通常高差较大、坡度较陡，且因为人工堆弃，边坡体土质混杂、结构松散、力学性质差，在连续降雨、暴雨天气影响下，边坡体容易失稳发生滑坡灾害[1]。矿山废弃后，不合理工程活动(无序的挖坡取土等)使边坡岩土体失去原有的支撑，灾害规模进一步扩大，危及周边居民人身及财产安全。

在滑坡地质灾害治理工程中滑坡体的几何形态、构造情况是治理方案设计的关键因素。滑坡调查最基本的方法是钻孔探测[2]，但存在工程量大、费用高、耗时长的问题，不适合大范围采用。高密度电阻率法具有测点密度大、工作效率高、费用低、效果直观等优点，广泛应用于崩塌、滑坡、采空区、岩溶等地质灾害调查工作中[3-8]。选取典型滑坡体勘察结果说明高密度电阻率法在废弃矿山滑坡灾害勘察中的应用效果。

1 高密度电阻率法原理

高密度电阻率法的原理与常规电阻率法相同[9]，其应用的地球物理前提是地下介质间的导电性差异。它通过供电电极向地下供电流，然后再测得测量电极间电位差，从而求得该测量点的视电阻率值。若排列电极的电极距不变，而记录点位置移动时，即为电剖面法，测量地电横向变化；若排列电极的电极距变化，而记录点位置不变时，即为电测深法，测量地电垂向变化。高密度电法是电剖面法与电测深法两种技术结合，一次完成二维视电阻率剖面测量。

2 高密度电阻率法在废弃矿山滑坡灾害勘察中的应用

在南京某铁矿废弃矿山地质环境治理工程勘察工作中，采用高密度电阻率法对矿区滑坡体进行勘察，以查明滑坡范围，滑动面深度、滑床起伏形态、滑坡堆积体厚度等滑坡体地质结构情况，为滑坡灾害治理设计提供依据。

2.1 滑坡体特征

滑坡体位于废弃矿山东侧，为采矿废渣或杂填土沿坡顶堆弃形成。根据现场调查情况，该边坡已发生整体滑坡灾害。该滑坡体前缘标高约18.5m；滑坡后缘标高为46m，坡体高差约为25～28m；滑坡体坡面纵向水平投影长约80～90m；滑坡体宽度约100～110m。整个坡体较陡，呈两级台阶状，整体坡度约27°～45°，滑坡主滑方向为近EW向92°。

滑坡前缘覆盖坡下方乡村公路，后被清理切坡，形成高3～4m，坡度约60°边坡。边坡土体裸露、松散，因降雨影响已引起小规模的滑动坍塌灾害，土体已经冲垮坡脚排水沟，局部堆积在坡脚的道路上，从坡体内渗出大量地下水，坡脚土体疏松饱水，容易继续发生滑坡灾害。

2.2 地质条件

研究区内地层发育不全，大部分被第四系覆盖，仅废弃宕口及部分边坡岩石出露，出露的地层主要为中生界三叠系中统黄马青组；第四系地层主要为上更新统下蜀组和全新统。侵入岩主要为燕山期侵入岩----闪长玢岩。研究区工程地质岩土层主要有杂填土、素填土、碎石土(矿渣堆积土)、粉质粘土、强风化泥岩、强风化闪长玢岩。研究区地下水类型主要为岩土体孔隙潜水，地下水位受大气降水影响。

2.3 地球物理特征

在岩土体结构上，滑坡体的滑动面或软弱结构面通常结构较为松散，且含泥、含水量高；地球物理特征表现为滑动面(软弱面)与滑坡体以及下伏的基岩岩层相比电阻率值通常较低。由物性资料调查[10]，素填土、粘土电阻率值为25～70Ω·m，富含水素填土、粘土电阻率值为5～35Ω·m，强风化泥岩、强风化闪长玢岩电阻率值受含水量影响较大，为5～200Ω·m。

滑坡体的地质特征和地球物理特征为采用高密度电阻率法开展勘察工作提供了必要的前提条件。

2.4 野外工作与数据处理

该次高密度电阻率法勘察工作数据采集使用DUK-2A型高密度电法测量系统。测量采用温施装置，该装置具有抗干扰能力强、分辨力高、视电阻率断面图真异常易区分等优点[11]。

根据滑坡体形态特征、实地条件布设3条高密度电阻率法剖面，依次编号G-1，G-2，G-3(图1)。各剖面施工使用电极78～120根，电极距为2m，剖面长度为154～238m。数据处理使用RES2DINV反演程序，经过坏点数据剔除、地形校正等处理获得视电阻率断面图。通过对视电阻率断面图异常形态、变化趋势等特征分析，推断滑动面深度、滑床起伏形态等滑坡体地质结构信息。

1—等高线；2—地层界线；3—新近人工填土；4—采矿废石堆填；5—第四系上更新统；6—闪长玢岩；7—滑坡位置及编号；8—高密度电阻率法测线及编号；9—钻孔编号(左)标高(右上)孔深(右下)图1 高密度电阻率法测线布置图

2.5 剖面测量成果及解释

高密度电阻率法布设的G-1，G-2剖面沿滑坡体滑动方向，G-3剖面垂直滑坡体滑动方向，对滑坡体纵向、横向展布进行控制测量，可以圈定滑坡体规模。

2.5.1 剖面G-1测量成果及解释

G-1剖面走向87°，沿滑坡体滑动方向布设，地形西高东低。G-1剖面140m处与G-3测线150m相交。由图2-(a)、图4-(a)，两测线相交处电性均表现为中低阻，且层位对应良好。

G-1剖面82～100m区段，滑坡后缘壁发育，后缘壁高约10m。剖面102m、126m、149m处后缘平台发育有横向弧状拉张裂缝。剖面168～174m区段为道路旁滑坡体清理切坡。

由图2-(a)视电阻率反演断面图，G-1剖面78～180m区段电性层可分为三层：第一层为近地表中阻层，电阻率值为45～70Ω·m；第二层为中部低阻层，电阻率值为10～45Ω·m；第三层为相对高阻层，电阻率值为45～80Ω·m。推断近地表中阻层为堆积素填土引起，中部低阻层为富含水的素填土、粘土层引起，下部相对高阻层为强风化、中风化基岩层引起。推断中部低阻层与下部相对高阻层间存在富含水素填土、粘土层形成的滑动面，该滑动面平均深度为11m，最大深度达14m。

1—相交测线位置及编号；2—钻孔位置及编号；3—推断滑动面；4—划分地层分界线图2 高密度电阻率法测量G-1剖面成果图

2.5.2 剖面G-2测量成果及解释

G-2剖面走向88°，沿滑坡体滑动方向布设，地形西高东低。G-2剖面92m处与G-3测线100m相交。由图3-(a)、图4-(a)，两测线相交处电性均表现为中低阻，且层位对应良好。

G-2剖面32～42m区段，滑坡后缘壁发育，后缘壁高约4m。剖面51m、90m处后缘平台发育有横向弧状拉张裂缝。剖面112～122m区段为前缘滑坡脚。

由图3-(a)视电阻率反演断面图，G-2剖面32～124m区段电性层可分为三层：第一层为近地表中高阻层，电阻率值为45～200Ω·m；第二层为中部低阻层，电阻率值为10～45Ω·m；第三层为相对高阻层，电阻率值为45～80Ω·m。推断近地表中高阻层为堆积素填土、废弃渣石引起，中部低阻层为富含水的素填土、粘土层引起，下部相对高阻层为强风化基岩层引起。推断中部低阻层与下部相对高阻层间存在富含水素填土、粘土层形成的滑动面，该滑动面平均深度为13m，最大深度达16m。

2.5.3 剖面G-3测量成果及解释

G-3剖面走向354°，垂直滑坡体滑动方向布设，地形总体起伏不大。G-3剖面150m处与G-1测线140m相交，G-3剖面100m处与G-2测线92m相交。测线相交处电性均表现为中低阻，且层位对应良好。

G-3剖面中部横切滑坡体，剖面52m处为滑坡侧缘，176m处可见滑坡剪切裂缝，56～176m段滑坡面发育多条冲沟，冲沟内可见碎石、块石等，冲沟中有坡内地下水渗出，两侧土体松散潮湿。

1—相交测线位置及编号；2—钻孔位置及编号；3—推断滑动面；4—划分地层分界线图3 高密度电阻率法测量G-2剖面成果图

由图4-(a)视电阻率反演断面图，剖面电性层可分为三层：第一层为近地表中高阻层，电阻率值为45～150Ω·m；第二层为中部低阻层，电阻率值为10～45Ω·m；第三层为下部相对高阻层，电阻率值为45～80Ω·m。推断近地表高阻层为采矿废石、素填土引起，中部低阻层为富含水的素填土、粘土层引起，下部相对高阻层为强风化、中风化基岩层引起。推断中部低阻层与下部相对高阻层间存在富含水素填土、粘土层形成的滑动面，该滑动面平均深度为10m。

综合高密度电阻率法勘察各剖面成果，滑动面主要为富含水的素填土、粉质粘土层构成，与下伏基岩地层有较明显电性差异，推断滑动面平均深度10～13m，最大深度达16m。

2.6 钻探验证

为验证高密度电阻率法勘察成果，在G-1、G-2剖面各布设4个工程钻孔(图2-(b)、图3-(b)、图4-(b))对推断的滑动面深度、滑床起伏形态进行验证。钻探结果显示，在素填土覆盖层与强风化基岩之间存在岩性软弱层，该软弱层主要为富水的粉质粘土构成。对比高密度电阻率法推断结果和钻孔资料(表1)，推断滑动面深度与钻孔揭露软弱层深度对应较好，表明高密度电阻率法推断成果可靠。