高密度电法及其三维可视化在滑坡勘察中的应用

黄霖　李祖能

摘要：文章以龙滩天湖特大桥古滑坡堆积体勘察项目为例，针对滑坡项目物探勘察阶段成果数据，使用三维可视化建模分析软件（EVS）对其进行建模技术处理，经二维反演数据与三维模型结合应用表明，基于EVS软件的高密度电法三维建模研究及应用展示，能够为古滑坡地质勘察三维可视化研究提供帮助，较为直观地呈现巨厚层松散体分布，进而在实际工作中解决相关问题。

关键词：古滑坡;高密度电法;EVS三维建模;三维可视化

中图分类号：U412.22A050185

0 引言

滑坡是公路、铁路建设工程中常见的自然災害，高密度电法则是滑坡工程勘察常用的物探方法，其以地下岩土介质的导电性差异为前提，通过采集和计算人工建立的地下稳定电流场的分布数据[2]，反演二维地电断面。二维断面在重要勘察项目上表现形式不是很直观，大多只能反映局部线段的异常，不能直观呈现整体异常发育的趋势。而目前高密度电法数据三维模型的呈现方式多为三维网格化的形式，该方法的效率及效果不佳。本文介绍的EVS建模软件则能很好地解决以上问题。近年来EVS大多应用于地层建模[3]， 也可以应用于建立物探数据模型，能较为直观地展示岩土物理性质在空间的分布关系。本文以南丹至下老高速公路K69+533～K70+020龙滩天湖特大桥古滑坡堆积体勘察项目为例，通过EVS软件对高密度电法数据进行三维可视化处理，得到三维切片图和三维地层模型图，相比于二维反演图更直观，能更加立体地展示物探成果，让工程人员更加直观地了解工程状况。

1 项目概况

测区位于龙滩水库（红水河）东北岸，属剥蚀低山丘陵地貌，测区地层主要由第四系覆盖层（Q）及三叠系中统（T2）基岩组成。第四系覆盖层（Q）：粉质黏土、褐黄色、混碎石和局部夹有角砾，碎石成分主要为风化的粉砂岩、泥岩。三叠系中统（T2）地层：砂岩、局部夹页岩、浅灰色、砂状结构、中厚层状构造。据地质调查及区域地质资料显示，桥[KG（0.07mm]址处无区域性断层或断裂构造破碎带存在。滑坡区域褶皱很发育，岩层产状较为散乱，岩层总体倾向EES，沿河边出露的岩层产状为20°/SE∠17°。通过地质调查结合访问调查，得知测区以前有滑动的现象，调查滑坡裂缝已被充填，在地表上基本没有明显裂缝反映。如图1所示，地形特征上，滑坡体堆积体在桩号约K69+500～K69+650段有一个平台，分布于滑坡体堆积体中后部，高程为500～545 m，平台地势稍平缓，与周边场地形成明显反差。滑坡体堆积体主要位于山体中部，相对高于红水河水位，地表也无积水，因此滑坡区地下水、地表水主要以大气降雨补给为主。根据出露的岩层产状，推测为沿特征节理面在基岩强风化层逆层古滑坡，在当前自然条件下，滑坡体堆积体处于稳定状态。

2 地球物理前提

测区内第四系覆盖层与基岩、基岩不同风化层间、古滑坡的坍塌及滑移造成岩土的松散以及滑动面附近的地层含水率不同，致使地下介质在密度、电性参数（如介电常数，电导率等）存在明显的差异，形成明显的电性界面，为该区开展高密度电法勘探提供了良好的地球物理前提。本次高密度电法勘察工作布置5条测线，使用电极距为10.0 m，采用温纳装置进行观测。

3 EVS在高密度电法数据三维可视化中的实现

3.1 EVS地质建模简述

EVS是美国C Tech公司的经典软件[4]，此软件基于数据驱动，采用成型的功能模块，灵活定制工作流程布局，具有数据可视化及模型动态更新的优点，能较好地满足地质建模的需求。

3.2 数据预处理

在对高密度电法数据进行三维可视化处理之前，需要对数据进行二维带地形反演，通过RES2DINV（二维反演软件）反演导出具有二维横、纵方向坐标及相应坐标视电阻值的Surfer文本文件，通过Excle（电子表格）结合实地测量数据进行换算，将x坐标转换为大地坐标并使用XLSX存盘，用EVS中Tools标签页上的相应工具生成ADPV文件[3]，如图2所示。

3.3 地层、物探建模

通过建立地表地层模型，进一步对高密度反演数据进行插值处理，形成三维模型。一些步骤如图3所示，先用make_geo_hierarchy模块建立好地层，随即形成了.geo和.gmf格式的数据，再用krig_3d_geology模块进行地质建模，使用krig_3d模块对高密度电法数据进行插值计算。

3.4 三维地质模型的生成

通过以上流程，大致绘制出高密度电法反演数据在空间模型中的展示，如下页图4所示是数据点离散图，下页图5则为结合地层形成的三维模型图。对于已生成的三维模型，可以对图层进行任意方向的切片，也可以结合钻孔数据，形成更加直观可靠的三维模型[5]。如下页图6所示，只要根据一定的逻辑对其模块进行二次流程化处理即可得到不同的结果[6]。三维可视化建模中的一些细节也需要注意，比如高密度电法数据在竖向的曲线类型为“H”型，在建立堆积体模型前需要对电法数据进行梯度处理。另外插值算法中存在数据受到地层各向异性影响问题[7]，应结合地质调查判断异常的分布趋向，在插值计算中增加方位幅度参数修正模型。以上细节方法在本文不展开分析。经细化处理后，最终形成了推测滑坡体堆积体空间模型（见下页图7）。

4 二维反演数据与三维模型结合应用与评价

测区第四系覆盖层为黏土夹碎石，结构相对下伏基岩松散，由于处于斜坡，地表水下渗速度较快，其相对含水率低，在高密度电法视电阻率反演等值线剖面图（见图8）上相对下伏砂岩表现为相对高阻，强风化基岩相对低阻，滑动层及滑动层面附近的破碎带相对于覆盖层及基岩表现为低阻，覆盖层下相对低阻的岩层或区域与强风化层相对应，而低阻条带与滑动层及滑动层面附近的破碎带相对应。通过对剖切的电法数据EVS三维模型（见图5、图7）进行观察，结合地质钻孔资料（如图9所示），可以较为直观地看到在地形特征上，滑坡体堆积体主要位于山体中部。

古滑坡的确定：根据高密度电法的视电阻率等值线在垂向及水平上变化规律，结合地面地质调查来综合确定。

滑坡深度的确定：高密度电法视电阻率等值线剖面图上表现为等值线变稀疏，等值线呈半闭合圈或条带状低阻区域（带）。依据地质调查及物探勘察结果（见表1），物探推断主要的古滑坡影響区域主要在K69+410～K69+840段，推测面积约101 344 m2，滑坡面深度为8～70 m。

综上所述，高密度电法在滑坡巨厚层松散体勘察中提供了依据，是较为有效的物理勘察手段。基于EVS软件建立的高密度电法三维模型能较为直观地在滑坡勘察中呈现巨厚层松散体，模型可进行任意剖面的剖切，并展示低阻异常区域。同时，也可以导入钻孔与地层岩性，并进行相关描述及解决相关地质问题，如确定滑坡的潜在滑面位置、几何形态及构造情况等参数，能为其稳定性分析、范围确定、灾害程度判断以及治理方案设计等提供依据。

5 结语

基于EVS软件的高密度电法三维建模研究及应用展示，能够为古滑坡地质勘察三维可视化研究提供帮助，可较为直观地呈现巨厚层松散体分布，也能为更多的物探数据呈现方式提供途径。EVS软件在越来越多的工程、研究项目中得到运用，能实现与ArcGIS、Revit、Civil 3D 等三维建模软件进行数据交互，这为地质勘探信息处理提供了更多帮助。但由于该软件在我国的发展还处于起步阶段，其操作界面仍未汉化，另外虽然看似有成型的模块应用，但使用时也应注意数据参数对建模形成的影响。总之，随着勘察项目工程的发展，勘察技术和成果的丰富性也应随之提高，展示更智能化、立体化的研究成果。

参考文献

[1][ZK（#]廖全涛，王建军，李成香，等.高密度电法在滑坡调查中的应用[J].资源环境与工程，2006（4）：430-431，445.

[2]孔繁良，陈 超，孙冠军.高密度电法在清江水布垭库区滑坡调查中的应用[J].工程地球物理学报，2008，5（2）：201-204.

[3]陈 兵，朱泳标，张 燕.基于EVS 的三维地质建模研究[J].高速铁路技术，2020，11（6）：6-10，18.

[4]钱 睿.基于BIM 的三维地质建模[D].武汉：中国地质大学（北京），2015.

[5]周念清，杨浩博，杨 磊，等.EVS耦合地层-岩性三维地质建模方法在南宁地铁工程中的应用[J].隧道建设，2020（2）：238-245.

[6]杨云峰.EVS 三维地质建模在整图幅地质调查的应用[J].科学技术创新，2020（30）：50-51.

[7]李 鹏.随钻电磁波电阻率测井在水平井各向异性地层响应特征研究[J].工程地球物理学报，2020，17（4）：484-491.

作者简介：

黄 霖（1994—），助理工程师，主要从事物探检测工作;

李祖能（1964—），高级工程师，主要从事物探检测工作。