小議物探法在山地滑坡勘查中的應用

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摘要：本文能過高密度電阻率法、瞬變電磁法在某山區地段滑坡勘查中應用效果的分析，明確了物探勘查滑坡的可行性和經濟性，為物探方法在地質災害勘查中的應用提供了成功的借鑒經驗。

關鍵詞：高密度電阻率法；瞬變電磁法；滑坡；采空區

前言

地球物理勘探，大致可分為電法、磁法、重力、地震四大類。而電法是其中方法種類最多、應用面最廣、適應性最強的一大類方法。它在深部構造、固體礦產、能源和水文、工程、環境等地質領域已經和正在發揮重要作用，其物理前提是電性差異，以高密度電阻率法、瞬變電磁法在某山區地段滑坡勘查中應用效果的分析為例，說明電法可以在滑坡勘查中發揮顯著的作用。

1研究區概況及地質背景

1.1研究區概況

某市山區大路山滑坡上拉張裂縫有擴大，增長、增多，變形加劇，產生速滑的趨勢。

研究區位于該市北西方向，直距17.8km，區內屬低山丘陵地貌，最高點為北側的大路山，海拔203.4m，最低點為北東側楊村，海拔78m左右，相對高差125m左右。山體走向北東-南西向，兩側地形自然坡度一般在24°~40°。

區內大約于20世紀70~80年代開始采石煤，80年代達到高潮，到90年代初漸停歇，歷時20多年，從地上到地下形成規模不等的采坑、老硐等。大路山滑坡是由于開采石煤形成采空區（老硐）塌陷及露采礦坑造成山體坡腳臨空高陡邊坡松動，邊坡失去支撐失穩而誘發的牽引式巖質滑坡。因此，查明滑面以及引發滑坡的采空區的分布特征是本次滑坡勘查的重要內容。

1.2地質背景

研究區位于深斷裂帶的北西側。出露地層自上而下為第四系（Q）、寒武系下統荷塘組（εlh）和震旦系下統休寧組（ZIX）等組成。第四系（Q）由殘坡積層（el-dlQ）、人工堆填土（meQ4）和崩積物（cQ4）組成；寒武系下統荷塘組（εlh）的巖性為黑色含炭泥巖、炭質泥巖、粉砂巖，少量含炭硅質巖和石煤層等組成。震旦系下統休寧組（ZLx）由火山碎屑巖等組成。與上覆寒武系下統荷塘組呈斷層接觸。

2方法原理及應用效果

2.1方法原理

2.1.1地球物理特征

寒武系下統荷塘組（εlh）地層在電性上表現為良導低阻；震旦系下統休寧組火山碎屑巖為相對高阻；根據初步調查結果，區內的采空區由于底板埋深大于80m均不充水而表現為絕緣高阻的特征。三者的電性均有較明顯的差異，為在本區利用電法進行勘查提供了物理前提。

2.1.2高密度電阻率法

高密度電阻率法是集電剖面法和電測深的觀測優點為一體的一種地學層析成像（Geotomography，簡稱GT）技術，實行密集采樣來提高采樣率和“多次覆蓋”的方法提高信噪比。多次覆蓋是指由不同的供電電極、不同的測量電極以地電斷面上相同的“點”進行多次測量，數據采集由微機控制處理。

采用重慶奔騰數控技術研究所生產的WDJD－2型多功能數字直流激電儀，技術參數的選取見表1。

表1：瞬變電磁法探測技術參數

參數名稱參數值

觀測裝置γ

電極間距5m

間隔系數1~16

電極數60

2.1.3瞬變電磁法

瞬變電磁法簡稱TEM，其工作方法是利用不接地回線向地下發送一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場的間歇期間利用另一回線或探頭接收由地下地質體受激勵引起的渦流產生的隨時間變化的感應二次場（按指數規律衰減），二次場的大小與地下地質體的電性有關；低阻地質體感應二次場衰減速度較慢，二次場電壓較大；高阻地質體感應二次場衰減速度較快，二次場電壓較小。根據二次場衰減曲線的特征，可以判斷地下地質體的電性、性質、規模和產狀等，從而可以解決如斷層、陷落柱、采空區等地質問題。

采用地礦部物化探測所研制的WDC－2B瞬變電磁儀，5m×5m“∞”字形線框裝置。技術參數的選取見表2。

表2：瞬變電磁法探測技術參數

參數名稱符號參數值

發射周期T10ms(1~21取樣道)

下降沿關斷時間Dn80μs

采樣延遲時間De80μs

采樣時窗范圍0.07~2.64ms

疊加次數St256

供電電流I7A

2.2應用效果

2.2.1高密度電阻率法探測滑面分布特征的效果

查明滑坡面的形態特征是滑坡勘查的重要內容，是進行滑坡穩定性評價計算的基礎。但利用鉆探的方法控制滑坡面的形態并不是一種經濟的方法，僅靠幾孔之見了解滑面形態既缺乏整體性，又造成勘查周期長、勘查費用大的局面，物探方法顯然可以發揮其特有的優越性。為查明滑面的形態特征，在區內布置了高密度電法剖面2條，其中高密度電法2線與C－Cˊ勘探線重合。剖面北西向長300m。由圖1可見，斷面上視電阻率Ps值在2～5000Ω?m之間變化。大致可分為兩段：①0/1～100/2為低阻分布區；上覆高阻為近地表的殘坡積土，視電阻率Ps＜32Ω?m的推測為寒武系下統荷塘組的炭質泥巖。②100/1～295/1為高阻分布區，視電阻率Ps值多在250Ω?m以上。僅在中心130/1,埋深約10m處，出現視電阻率Ps＜150Ω?m的低阻異常。推測本段主要是震旦系統休寧組火山碎屑巖，局部低阻可能與巖石破碎后含水有關。

圖1：高密度電法2線AMBN裝置反演推斷成果圖

構造在斷面上表現為視電阻率梯級變化的特征。在本測區中是寒武系下統荷塘組的炭質泥巖與震旦系下統休寧組火山碎屑巖的接觸界線。在剖面2上，位于100/2，傾向北西，陡傾斜，傾角在60°左右。

通常由于滑坡體成分相對復雜，結構相對破碎，導致視電阻率較為零亂，若被低阻介質充填則為低阻反映，否則呈高阻反映；而滑床的視電阻率則表現出值高且完整的特征，以此可對滑動面的特征進行分析?？梢钥闯?。剖面2上的滑面較為規整而且特征明顯，滑坡體的厚度在150/2處最大。

2.2.2瞬變電磁法探測采空區分布特征的效果

由于研究區位于省道的北側，給高密度電法的布置工作帶來不可克服的困難，因此考慮采用瞬變電磁法。結合地形條件不均勻地布置了9條剖面，點距5m。經處理，形成如較2所示的綜合成果圖。

圖2：3線綜合成果圖

從多測道電壓剖面圖上分析，6測道以后在3#~4#點、6＃~7#點處出現明顯的高電壓異常，尤以6#~7#點最低3#~4#點次之，推斷該兩處為煤礦采空區，而1#~2#點5#點、8#~13#點出現較為明顯的高電壓異常，推斷為未采區，而12#~13#點的低電壓異常，推斷為震旦系下統休寧組地層的反映；從等視電阻率斷面層圖分析，在深度14m左右，距離為5~10m、25m、40~60m段出現60~110Ω?m的低阻閉合圈或半閉合圈，推斷為未采區，而距離15~20m、30~35m段出現了140

Ω?m以上的高阻閉合圈，推斷為煤礦采空區，距離為60~65m段出現的高阻半閉合圈推斷為震旦系地層的反映。綜合分析認為，該測線的2.5#~4.5#點、5.5#~7.5#點為煤礦采空區。

將所有測線所反應的采空區異常展到地形圖上進行相連，便得到區內采空區的分布狀況。區內的采空區按兩個帶分布，分別編號為①和②。①采空區主要分布在測區的東南部，開采規模相對較小，其目的主要為向工作面運送巷道，保證運煤和通風。②采空區主要分布在測區西南部、中部及北部，開采規模較大，為其主要工作面。

2.2.3效果驗證

為充發利用本次物探工作的成果，在應用瞬變電磁法探測采空區的過程中，對地面瞬變電磁法圈定的采空區異常進行了驗證。建議的驗證孔位分別位于6/Ⅱ和6/Ⅲ，其中位于6/Ⅲ點處的ZK6-1孔雖未見老硐，但根據巖芯中裂隙面上有較強的氧化跡象，判斷鉆孔打在采空區邊緣。驗證結果充分表明，本次瞬變電磁法所取得資料是可靠的，推斷的成果是可信的。由高密度電阻率法探測滑面分布特征，經與鉆探查明的滑面形態特征進行比較，基本一致。

3結束語

研究結果表明，高密度電阻率法，瞬變電磁法都是對滑坡進行勘查的有效的物探方法，這些方法的有效性取決于探測目標存在明顯的物性差異。同時也認為物探方法的選擇既要針對所要解決的地質問題，又要考慮開展該方法的局限性，以確保投入的方法取得明顯的地質效果。

參考文獻

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