高密度电阻率法在西宁市张家湾-杨家湾滑坡勘查中的应用
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摘要：将高密度电阻率法用于滑坡地质勘察中，根据色谱成像图确定了滑坡体主滑动面的位置、滑坡的规模。为滑坡治理提供可靠的地球物理依据[1]。
关键字：高密度、滑坡、视电阻率、滑坡体
中图分类号：P2文献标识码： A
引言
张家湾―杨家湾滑坡位于西宁市彭家寨镇张家湾村，地处湟水河南岸呈东西走向的丘陵区前缘的斜坡带上，地层主要由第三系泥岩组成，坡顶上覆黄土。表层红层多呈全风化，其上滑坡发育，为地质灾害高易发区。近年来，滑坡受降雨、绿化灌溉水的入渗影响及坡脚人类工程活动等影响，稳定性变差，两处滑坡后缘裂缝近期发生明显下错。因此需要查明张家湾―杨家湾滑坡体的重要信息，并对其危险性进行评估。
高密度电法在数据采集过程中结合了电阻率剖面和电阻率测深的两种方法观测系统，观测精度高，对电性不均匀体有良好的探测效果。通过该方法，能够获得滑坡体的纵、横向发育及展布情况，查明滑坡体空间形态特征、滑动面埋深及含水程度等，有助于研究滑坡的发生规律，合理地制定治理滑坡的方案[2]。
一、地质及地球物理特征
勘查区位于祁连加里东褶皱系中祁连中间隆起带东端和拉鸡山优地槽带西段部位的过渡地带，构造部位处于中～新生代西宁盆地。北部大坂山南缘和南部拉鸡山北缘的深大断裂严格控制了区内的地形格局和沉积环境，第三纪时期，区内强烈下降，沉积了巨厚的湖相碎屑岩类，期间受燕山期、喜山期构造作用的影响，盆地内形成了宽缓的背斜、向斜构造，轴向以北西―南东向为主。
勘查区主要地层为新近系，构成了河谷区基底和低山丘陵主体。由红色泥岩、及红色砂岩组成，其全风化泥岩为勘查区主要易滑地层，电阻率一般为几Ω. M―50Ω. M。区内第四系地层有上更新统分布于丘陵顶部及谷坡，为风积黄土该层垂直节理发育，并具湿陷性，孔隙发育且较大，有利于大气降水下渗，容易发生崩塌及水土流水，电阻率一般为10Ω. M―100Ω. M。全新统其上部为黄土状土，下部为卵石层，残坡积层主要分布于斜坡带及冲沟内，为含碎石粘土及黄土状土，电阻率一般为50Ω. M―200Ω. M。。滑坡体一般来说比较松散，地表水容易下渗，导致电阻率降低，特别是在滑坡体部位；滑坡体与未滑动部分(即滑坡床、滑坡体两侧及后缘不动体)的地层在电阻率值上存在明显的差异，一般相差几十至几百欧姆米，这为开展高密度电阻率法勘探提供了良好的地球物理条件。
本次工作地点大多位于山体，在地表覆盖有大量风积黄土、坡积成因的第四系物质，表层沉积层松散、分布广泛。其电阻率变化范围因饱水情况不一导致变化比较大，具体表现为松散，饱水相对电阻率低，随着粒相的增加，其电阻率变大；密实，干燥相对电阻率高。在滑坡发育的地段，由于地层松散破碎充水引起该处电阻率低值异常；由上述可见，在测区地层电性差异明显，是划分滑坡体范围的主要依据。
二、高密度工作原理及野外数据采集
高密度电阻率法的基本原理与传统电法完全相同，但它可以同时完成电测剖面和电测深两种形式的测量，从而使工作效率、勘探能力和勘探精度方面得到显著的提高的电阻率法，本次采用重庆地质仪器厂生产的WGMD-6三维分布式高密度电法勘探仪进行探测，α装置进行测量。其基本原理与传统的电阻率法完全相同，所不同的是高密度电法在观测中设置了较高密度的测点，现场测量时，只需将全部电极布置在一定间隔的测点上，然后进行观测。在设计和技术实施上，高密度电测系统采用先进的自动控制理论和大规模集成电路，使用的电极数量多，而且电极之间可自由组合，这样就可以提取更多的地电信息，使电法勘探能像地震勘探―样使用覆盖式的测量方式[4]。
为查明滑坡体的厚度、结构、空间展布以及下伏基岩埋深情况，野外布设测线1条（A剖面），与滑坡体走向基本平行。考虑到滑坡体地表条件复杂，相对于偶极装置、微分装置，温纳装置的抗干扰能力更强，故野外数据采集采用α排列(温纳装置)[5]。因受地形、地物因素的限制，电极距10 m，记录层数为15层。采用连滚方式进行测量。
数据处理
在野外获取第一手资料当天及时传入电脑进行整理，解释方法采用随仪器配套的二维高密度电法反演程序（2DRES）和人工交互对数据进行处理和成图。
2DRES反演软件对野外采集数据处理过程主要包括：
（1）数据格式的转换；在BTRC2002对野外采集的fda格式数据进行转换，转换成RES2DINV格式。
（2）删除坏点；目的删除那些电阻率值有明显错误的数据点。这些坏数据点可能源于某个电极的连接失效，电极接触不良或由于非常潮湿的环境条件导致的电缆短路。
（3）选择反演模型；在反演过程中如果出现数据组在地表附近电阻率差异过大，因将模型子块宽度设为1/2单位电极距以提高反演精度。重新读取该文件进行反演。
（4）地形修正；反演是在同一水平上进行的，但实际地形不可能是在同一高程，需要在编辑好的dat文件中都加入各个电极处的相对高差。
（5）选择反演方法；一般情况下，选择最小二乘法进行反演。
（6）输出反演图件；最后是把反演好的图输出，2DRES默认输出的图件格式为bmp。
（7） 用Surfer绘制的该剖面的真电阻率剖面图，最后利用该真电阻率剖面图结合地质资料进行综合解释工作。
地球物理勘探是一种间接勘探方法。它不像钻探方法能直接看到岩芯。一种地球物理勘探方法只能表现地下地质体的一种物理特性在地下半空间上的分布状况。具体到电法，它只能给出地下物质的电阻率大小的分布状况。知道这些地下物质的物理参数后，并不能直接知道是什么岩性对应这些物理参数。只有进一步了解当地的地质资料，比如钻孔资料，找出这些地下物质的物理参数与岩性的对应关系。有了这种地下物质的物理参数与岩性的对应关系后，我们才能根据由地球物理勘探方法得出的地下物质的物理特性的分布状况来推测地下物质的岩性分布。例如，在本测区用电法勘查，一般情况是表层是坡积土，下层是碎裂岩，在碎裂岩中有沙、泥、水等充填时电阻率很低。土的电阻率较低（特别是含水后），而完整岩石的电阻率较高。这样用电法在测区探测的主要的解释方法是在低阻区下部的高阻区中找低阻点或低阻层面。这些低阻区域往往就是、表层土质地层或含水的裂隙或破碎带。一个地区的这种地下物质的物理参数与岩性的对应关系可能与另一个地区 的这种对应关系不尽相同。所以建立这种地下物质的物理参数与岩性的对应关系是物探结果解释的前提。对于电法勘探，根据现有的地质资料建立地下物质的电阻率与岩性的对应关系是做电阻率剖面解释基础性工作。
三、成果资料解释
图1 A剖面视电阻率成像色谱图
野外工作结束后，采用随仪器配套的二维高密度电法反演程序（2DRES）高密度电阻率数据处理系统进行数据处理、反演等过程最后得到视电阻率成像色谱图（图1）。测区覆盖层主要黄图层及卵石层，表现为相对高阻层。在剖面60m―480m 处、深度15m―20m底部存在厚度约为30m的低阻带（图中黑虚线为滑坡面的分界线）视电阻率范围在几Ω・Μ―10Ω・Μ，推断低阻带为滑坡体的反映。根据相对视电阻率及参考以往地质资料；划分滑坡体上部为第四系黄土，底部为新近系泥岩层，滑坡面是第四系与新近系的分界面。第四系厚度在坡中、上较厚、至坡脚呈逐渐变薄态势，第四系厚度厚度变化范围为10m―60m左右，视电阻率范围在几Ω・Μ―50Ω・Μ左右。
综合视电阻率成像色谱剖面，滑坡体和未滑动部分视电阻率差异较大，滑移面比较明显，滑体物源厚度变化较大。地表覆盖层厚度大约为20m，沿着山体往下覆盖层渐加厚。总体看来，在滑坡体规模较大，危险性较高。相关部门应该及时对滑坡进行调查及治理，根据滑坡体规模合理定制滑坡治理方案。经后续工作在剖面上打孔，岩性取样的结果与物探推断结果相吻合。
结论
通过本次工作，针对高密度电阻率法在野外实际工作中的特点，总结出以下几条：
(1)在野外数据正式采集前，需要做不同排列采集方法的对比实验，选择适合工区地质条件的最佳测量方法。
(2)在野外采集数据时，首先要检查主机及多功能电极转换仪供电是否正常，证电极和电缆连接良好，在安插电极后需测量各电极的接地电阻值，如阻值过高可在电极插地处适当浇水，以减小接地电阻，提高供电效率。
(3)室内处理数据的时候，在进行地形校正的同时，注意对突变数据坏点的剔除。
(4)为保证剖面端点处的解释深度，在端点处有必要补充适当数量的电极点。为保证测量数据的可靠性，进行少量的打钻对比验证非常必要。
(5)由于地形因素的限制，本次勘探测线布置较少，不利于全面详细反映滑坡体形态特征，在以后的勘探中，如条件允许，应该网格状布设多条测线。
参考文献：
[1]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，2006，20(4)．
[2]程庆．高密度电阻率法在四川高川茶园沟滑坡勘察中的应用[J]．成都理工大学，2012,19（4）
[3]邓居智．高密度电阻率法及其应用技术研究[J]．东华理工大学地球物理学报，1991(3)．
[4]蔡运胜．高密度电法探测地下牡蛎礁(滩)的实验[J]．物探与化探，2009，33(6)．
[5]王爱国，马巍，王大雁．高密度电法不同电极排列方式的探测效果对比[J]．工程勘察，2007(1)．
查中的应用[J]．工程地球物理学报，2008，5(2)．