高密度電法在地質災害中應用

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［摘要］廢棄礦渣為礦山生產過程中無法利用的垃圾，部分礦渣就地堆積，形成了高陡松散礦渣堆積體，容易引發地質災害，危害人民生命財產安全。在對松散堆積體進行危險性評估過程中，由于年代久遠，缺乏相關資料，無法對其進行客觀真實的評價。以江蘇省某廢棄礦山堆積體為例，采用高密度電法進行勘查，查明松散堆積體的厚度、范圍以及與基巖面的接觸情況，為后期的地質災害危險性評估提供基礎性資料。

［關鍵詞］礦渣堆積；地質災害；風險評估；高密度電法；基巖面

0引言

礦渣是一種在礦山生產過程中產生的無法利用處理垃圾［1－2］。在礦山開發初期，由于當時不夠重視或缺乏合理的規劃，很多礦渣直接就地堆積［3］。隨著城市的不斷發展，人們的活動范圍逐漸擴大，以往遠離城市的廢棄礦山，如今有大量人員在其周邊活動。礦渣堆積體相對原山體較為松散，在特定因素的誘導下，可能會發生地質災害，危及人們的生命財產安全。因此，有必要對礦渣堆積體的危險性進行有效評估，為后期的綜合治理打下良好的基礎。由于多數廢棄礦渣堆積體形成的時間比較久遠，原始資料也無法完整收集，從而無法獲取堆積體的堆積范圍及厚度。這給該地區的地質災害危險性評估造成了影響。對于相對較高較陡的堆積物，盡管通過在堆體區域均勻布置鉆探工作可以較準確地了解堆積體的厚度、范圍以及堆體堆量，但是該方法成本高、工作難度大，實際操作困難。而通過高密度電法可以有效地識別堆體的底界面，從而推測堆體范圍和堆量。此方法適用性強，能較好地滿足勘探任務的需求［4］。

1高密度電法概述

1.1高密度電法原理

高密度電法是在直流電法的基礎上改進的一種方法，具有電阻率測深法和電阻率剖面法的2種方法特點。在野外施工時，電極需要一次性完成布設，利用電極轉換器和測量儀器進行數據的采集［5］。它具有電極距相對較小、電極數量較多、采集速度快且有多種裝置方式選擇等優點，數據采集量較大，分辨率較高。本次工作采用溫納裝置，即等比對稱四極裝置。該裝置的A、B極為供電電極，M、N為測量電極，且AM=MN=NB為1個電極間距。測量時，A、B、M、N4個電極同時逐點向右移動，得到某一深度的1組數據；接著AM、MM、NB同時增大1個電極間距，A、B、M、N逐點同時向右移動，得到另一深度的1組數據。這樣不斷地掃描測量下去，得到倒梯形斷面勘查數據。電極排列如圖1所示。采集的數據點數量是根據使用的電極總數量和采集層數確定的，當使用電極總數為120道時，最大采集層數為39層，每往下增加一層，采集的數據點減少3個，以此類推。39層的數據點只有3個，單排列最大采集數據點為2205個。數據結果為梯形區域。

1.2資料處理

高密度電法的數據處理采用瑞典的Res2dinv二維高密度電法反演軟件，在數據反演之前，利用軟件對原始數據進行壞點的刪除、地形校正等處理。反演程序是基于圓滑約束最小二乘法，使用了基于準牛頓最優化非線性最小二乘法的新算法。最終反演數據導出成Sufer格式，然后繪制高密度電法的反演剖面等值線圖。

2實例分析

勘查區位于江蘇省某地一個廢棄的礦山，測線布置如圖2所示。由于碎石、礦渣等廢棄物被直接倒入礦山的宕口，形成了由松散廢棄物堆積而成的堆積體，堆積體地形相對較高較陡，山頂地形較為平緩。在一定的因素誘發下，可能會發生滑塌。坡腳為交通相對繁忙的公路，松散物的滑塌嚴重影響來往人員的生命財產安全。因此需要對該區進行地球物理勘查，了解該區松散物的厚度、范圍以及與原基巖的接觸形態，為下一步的地質災害評估以及治理提供基礎性資料。（1）2線電阻率反演剖面如圖3所示。由圖3分析可知，沿著地形起伏方向上電阻率整體變化較為平穩，電阻率由淺到深大致可以分為高～低～高3個不同的電性層。其中，表層為高阻層，該高阻層厚度較薄，電阻率大小在180~2000Ω·m，根據已知地質資料及現場的調查，推測該異常主要為地表的碎石、石塊等不均勻體引起的，異常厚度在0~10m；中間層表現為低阻異常，電阻率在180Ω·m以下，推測該層為主要堆積層，且含水量較高，所以整體呈現出低阻異常，厚度在10~25m；最底層為高阻層，該層的電阻率在180~4×104Ω·m，推斷該層為松散層基底巖體的反映。（2）4線電阻率反演剖面如圖4所示。由圖4分析可知，在0~105號點之間，沿著地形起伏方向，電阻率由淺到深大致可以分為高～低～高3個不同的電性層。其中，表層為高阻層，該高阻層厚度較薄，電阻率在180~2000Ω·m，推測該異常主要為地表的碎石、石塊等不均勻體引起的，異常厚度在0~10m；中間層表現為低阻異常，電阻率在180Ω·m以下，推測該層為主要堆積層，且含水量較高，所以整體呈現出低阻異常，厚度在10~15m；最底層為高阻層，該層的電阻率在180~400Ω·m，推斷該層為松散層基底巖體的反映。在105~160號點之間，沿著地形起伏，電阻率由淺到深大致可以分為高～低2層電性層。其中，上層為高阻層，電阻率在180~2000Ω·m之間，推測該層主要為地表的碎石、石塊等不均勻體引起的異常，厚度在0~12m；下層表現為低阻，電阻率在180Ω·m以下，推測該層為主要堆積層，含水量較高，所以整體呈現出低阻異常，且該低阻異常范圍未見到明顯的基底。在160～268號點之間，沿著地形起伏方向，電阻率由淺到深大致可以分為低~高2個不同的電性層。其中，上層為低阻層，該低阻層厚度較薄，電阻率在180Ω·m以下，推測該層主要是回填的土石等，且含水量較高，所以整體呈現出低阻異常，厚度在0~30m；下層為高阻層，該層的電阻率在180~4×104Ω·m之間，推斷該層為松散層基底巖體的反映，該段的基巖有明顯的起伏，根據現場調查情況，在200號點附近有基巖出露。

3結論

（1）通過本次高密度電法測量，基本掌握了地下一定深度范圍內地層的電性分布特征，并根據等值線的疏密變化情況對電性結構進行了劃分。（2）根據電阻率的變化規律，對松散層的厚度、范圍進行了劃分，了解了松散層與基巖接觸面的起伏變化情況，為該地區地質災害的危險性評估提供了基礎性依據。

［參考文獻］

［1］趙建倉，杜軍祖，趙冰，等.甘肅省肅北某鐵礦山地質環境恢復治理研究［J］.地質災害與環境保護，2019，30（4）：76-81.

［2］李建鴻，李忠社.以綜合手段求廢棄礦山地質環境治理實效的探討［J］.地質災害與環境保護，2019，30（4）：82-84.

［3］楊世軍.煤礦矸石山生態恢復［J］.露天采礦技術，2010，25（6）：84-86.

［4］施羽，吳永貴，趙勇.高密度電法在廢棄礦渣堆體底界面探測中的應用研究［J］.地質災害與環境保護，2020，31（4）：73-76.

［5］劉興國.電法勘探原理與方法［M］.北京：北京地質出版社，2005.

作者:婁利 單位:安徽省勘查技術院