小议物探法在山地滑坡勘查中的应用

摘要：本文能过高密度电阻率法、瞬变电磁法在某山区地段滑坡勘查中应用效果的分析，明确了物探勘查滑坡的可行性和经济性，为物探方法在地质灾害勘查中的应用提供了成功的借鉴经验。

关键词：高密度电阻率法；瞬变电磁法；滑坡；采空区

前言

地球物理勘探，大致可分为电法、磁法、重力、地震四大类。而电法是其中方法种类最多、应用面最广、适应性最强的一大类方法。它在深部构造、固体矿产、能源和水文、工程、环境等地质领域已经和正在发挥重要作用，其物理前提是电性差异，以高密度电阻率法、瞬变电磁法在某山区地段滑坡勘查中应用效果的分析为例，说明电法可以在滑坡勘查中发挥显著的作用。

1研究区概况及地质背景

1.1研究区概况

某市山区大路山滑坡上拉张裂缝有扩大，增长、增多，变形加剧，产生速滑的趋势。

研究区位于该市北西方向，直距17.8km，区内属低山丘陵地貌，最高点为北侧的大路山，海拔203.4m，最低点为北东侧杨村，海拔78m左右，相对高差125m左右。山体走向北东-南西向，两侧地形自然坡度一般在24°~40°。

区内大约于20世纪70~80年代开始采石煤，80年代达到高潮，到90年代初渐停歇，历时20多年，从地上到地下形成规模不等的采坑、老硐等。大路山滑坡是由于开采石煤形成采空区（老硐）塌陷及露采矿坑造成山体坡脚临空高陡边坡松动，边坡失去支撑失稳而诱发的牵引式岩质滑坡。因此，查明滑面以及引发滑坡的采空区的分布特征是本次滑坡勘查的重要内容。

1.2地质背景

研究区位于深断裂带的北西侧。出露地层自上而下为第四系（Q）、寒武系下统荷塘组（εlh）和震旦系下统休宁组（ZIX）等组成。第四系（Q）由残坡积层（el-dlQ）、人工堆填土（meQ4）和崩积物（cQ4）组成；寒武系下统荷塘组（εlh）的岩性为黑色含炭泥岩、炭质泥岩、粉砂岩，少量含炭硅质岩和石煤层等组成。震旦系下统休宁组（ZLx）由火山碎屑岩等组成。与上覆寒武系下统荷塘组呈断层接触。

2方法原理及应用效果

2.1方法原理

2.1.1地球物理特征

寒武系下统荷塘组（εlh）地层在电性上表现为良导低阻；震旦系下统休宁组火山碎屑岩为相对高阻；根据初步调查结果，区内的采空区由于底板埋深大于80m均不充水而表现为绝缘高阻的特征。三者的电性均有较明显的差异，为在本区利用电法进行勘查提供了物理前提。

2.1.2高密度电阻率法

高密度电阻率法是集电剖面法和电测深的观测优点为一体的一种地学层析成像（Geotomography，简称GT）技术，实行密集采样来提高采样率和“多次覆盖”的方法提高信噪比。多次覆盖是指由不同的供电电极、不同的测量电极以地电断面上相同的“点”进行多次测量，数据采集由微机控制处理。

采用重庆奔腾数控技术研究所生产的WDJD－2型多功能数字直流激电仪，技术参数的选取见表1。

表1：瞬变电磁法探测技术参数

参数名称参数值

观测装置γ

电极间距5m

间隔系数1~16

电极数60

2.1.3瞬变电磁法

瞬变电磁法简称TEM，其工作方法是利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间利用另一回线或探头接收由地下地质体受激励引起的涡流产生的随时间变化的感应二次场（按指数规律衰减），二次场的大小与地下地质体的电性有关；低阻地质体感应二次场衰减速度较慢，二次场电压较大；高阻地质体感应二次场衰减速度较快，二次场电压较小。根据二次场衰减曲线的特征，可以判断地下地质体的电性、性质、规模和产状等，从而可以解决如断层、陷落柱、采空区等地质问题。

采用地矿部物化探测所研制的WDC－2B瞬变电磁仪，5m×5m“∞”字形线框装置。技术参数的选取见表2。

表2：瞬变电磁法探测技术参数

参数名称符号参数值

发射周期T10ms(1~21取样道)

下降沿关断时间Dn80μs

采样延迟时间De80μs

采样时窗范围0.07~2.64ms

叠加次数St256

供电电流I7A

2.2应用效果

2.2.1高密度电阻率法探测滑面分布特征的效果

查明滑坡面的形态特征是滑坡勘查的重要内容，是进行滑坡稳定性评价计算的基础。但利用钻探的方法控制滑坡面的形态并不是一种经济的方法，仅靠几孔之见了解滑面形态既缺乏整体性，又造成勘查周期长、勘查费用大的局面，物探方法显然可以发挥其特有的优越性。为查明滑面的形态特征，在区内布置了高密度电法剖面2条，其中高密度电法2线与C－Cˊ勘探线重合。剖面北西向长300m。由图1可见，断面上视电阻率Ps值在2～5000Ω?m之间变化。大致可分为两段：①0/1～100/2为低阻分布区；上覆高阻为近地表的残坡积土，视电阻率Ps＜32Ω?m的推测为寒武系下统荷塘组的炭质泥岩。②100/1～295/1为高阻分布区，视电阻率Ps值多在250Ω?m以上。仅在中心130/1,埋深约10m处，出现视电阻率Ps＜150Ω?m的低阻异常。推测本段主要是震旦系统休宁组火山碎屑岩，局部低阻可能与岩石破碎后含水有关。

图1：高密度电法2线AMBN装置反演推断成果图

构造在断面上表现为视电阻率梯级变化的特征。在本测区中是寒武系下统荷塘组的炭质泥岩与震旦系下统休宁组火山碎屑岩的接触界线。在剖面2上，位于100/2，倾向北西，陡倾斜，倾角在60°左右。

通常由于滑坡体成分相对复杂，结构相对破碎，导致视电阻率较为零乱，若被低阻介质充填则为低阻反映，否则呈高阻反映；而滑床的视电阻率则表现出值高且完整的特征，以此可对滑动面的特征进行分析。可以看出。剖面2上的滑面较为规整而且特征明显，滑坡体的厚度在150/2处最大。

2.2.2瞬变电磁法探测采空区分布特征的效果

由于研究区位于省道的北侧，给高密度电法的布置工作带来不可克服的困难，因此考虑采用瞬变电磁法。结合地形条件不均匀地布置了9条剖面，点距5m。经处理，形成如较2所示的综合成果图。

图2：3线综合成果图

从多测道电压剖面图上分析，6测道以后在3#~4#点、6＃~7#点处出现明显的高电压异常，尤以6#~7#点最低3#~4#点次之，推断该两处为煤矿采空区，而1#~2#点5#点、8#~13#点出现较为明显的高电压异常，推断为未采区，而12#~13#点的低电压异常，推断为震旦系下统休宁组地层的反映；从等视电阻率断面层图分析，在深度14m左右，距离为5~10m、25m、40~60m段出现60~110Ω?m的低阻闭合圈或半闭合圈，推断为未采区，而距离15~20m、30~35m段出现了140

Ω?m以上的高阻闭合圈，推断为煤矿采空区，距离为60~65m段出现的高阻半闭合圈推断为震旦系地层的反映。综合分析认为，该测线的2.5#~4.5#点、5.5#~7.5#点为煤矿采空区。

将所有测线所反应的采空区异常展到地形图上进行相连，便得到区内采空区的分布状况。区内的采空区按两个带分布，分别编号为①和②。①采空区主要分布在测区的东南部，开采规模相对较小，其目的主要为向工作面运送巷道，保证运煤和通风。②采空区主要分布在测区西南部、中部及北部，开采规模较大，为其主要工作面。

2.2.3效果验证

为充发利用本次物探工作的成果，在应用瞬变电磁法探测采空区的过程中，对地面瞬变电磁法圈定的采空区异常进行了验证。建议的验证孔位分别位于6/Ⅱ和6/Ⅲ，其中位于6/Ⅲ点处的ZK6-1孔虽未见老硐，但根据岩芯中裂隙面上有较强的氧化迹象，判断钻孔打在采空区边缘。验证结果充分表明，本次瞬变电磁法所取得资料是可靠的，推断的成果是可信的。由高密度电阻率法探测滑面分布特征，经与钻探查明的滑面形态特征进行比较，基本一致。

3结束语

研究结果表明，高密度电阻率法，瞬变电磁法都是对滑坡进行勘查的有效的物探方法，这些方法的有效性取决于探测目标存在明显的物性差异。同时也认为物探方法的选择既要针对所要解决的地质问题，又要考虑开展该方法的局限性，以确保投入的方法取得明显的地质效果。

参考文献

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[2]乔建平,赵宇,陈永波,典型滑坡的研究方法[J]山地学报,2003.3

[3]黄立勇,金维松,物探方法在诸暨市大路山滑坡勘查中的应用[J],西部探矿工程,2006.11