高密度电法在地质灾害中应用

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［摘要］废弃矿渣为矿山生产过程中无法利用的垃圾，部分矿渣就地堆积，形成了高陡松散矿渣堆积体，容易引发地质灾害，危害人民生命财产安全。在对松散堆积体进行危险性评估过程中，由于年代久远，缺乏相关资料，无法对其进行客观真实的评价。以江苏省某废弃矿山堆积体为例，采用高密度电法进行勘查，查明松散堆积体的厚度、范围以及与基岩面的接触情况，为后期的地质灾害危险性评估提供基础性资料。

［关键词］矿渣堆积；地质灾害；风险评估；高密度电法；基岩面

0引言

矿渣是一种在矿山生产过程中产生的无法利用处理垃圾［1－2］。在矿山开发初期，由于当时不够重视或缺乏合理的规划，很多矿渣直接就地堆积［3］。随着城市的不断发展，人们的活动范围逐渐扩大，以往远离城市的废弃矿山，如今有大量人员在其周边活动。矿渣堆积体相对原山体较为松散，在特定因素的诱导下，可能会发生地质灾害，危及人们的生命财产安全。因此，有必要对矿渣堆积体的危险性进行有效评估，为后期的综合治理打下良好的基础。由于多数废弃矿渣堆积体形成的时间比较久远，原始资料也无法完整收集，从而无法获取堆积体的堆积范围及厚度。这给该地区的地质灾害危险性评估造成了影响。对于相对较高较陡的堆积物，尽管通过在堆体区域均匀布置钻探工作可以较准确地了解堆积体的厚度、范围以及堆体堆量，但是该方法成本高、工作难度大，实际操作困难。而通过高密度电法可以有效地识别堆体的底界面，从而推测堆体范围和堆量。此方法适用性强，能较好地满足勘探任务的需求［4］。

1高密度电法概述

1.1高密度电法原理

高密度电法是在直流电法的基础上改进的一种方法，具有电阻率测深法和电阻率剖面法的2种方法特点。在野外施工时，电极需要一次性完成布设，利用电极转换器和测量仪器进行数据的采集［5］。它具有电极距相对较小、电极数量较多、采集速度快且有多种装置方式选择等优点，数据采集量较大，分辨率较高。本次工作采用温纳装置，即等比对称四极装置。该装置的A、B极为供电电极，M、N为测量电极，且AM=MN=NB为1个电极间距。测量时，A、B、M、N4个电极同时逐点向右移动，得到某一深度的1组数据；接着AM、MM、NB同时增大1个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到另一深度的1组数据。这样不断地扫描测量下去，得到倒梯形断面勘查数据。电极排列如图1所示。采集的数据点数量是根据使用的电极总数量和采集层数确定的，当使用电极总数为120道时，最大采集层数为39层，每往下增加一层，采集的数据点减少3个，以此类推。39层的数据点只有3个，单排列最大采集数据点为2205个。数据结果为梯形区域。

1.2资料处理

高密度电法的数据处理采用瑞典的Res2dinv二维高密度电法反演软件，在数据反演之前，利用软件对原始数据进行坏点的删除、地形校正等处理。反演程序是基于圆滑约束最小二乘法，使用了基于准牛顿最优化非线性最小二乘法的新算法。最终反演数据导出成Sufer格式，然后绘制高密度电法的反演剖面等值线图。

2实例分析

勘查区位于江苏省某地一个废弃的矿山，测线布置如图2所示。由于碎石、矿渣等废弃物被直接倒入矿山的宕口，形成了由松散废弃物堆积而成的堆积体，堆积体地形相对较高较陡，山顶地形较为平缓。在一定的因素诱发下，可能会发生滑塌。坡脚为交通相对繁忙的公路，松散物的滑塌严重影响来往人员的生命财产安全。因此需要对该区进行地球物理勘查，了解该区松散物的厚度、范围以及与原基岩的接触形态，为下一步的地质灾害评估以及治理提供基础性资料。（1）2线电阻率反演剖面如图3所示。由图3分析可知，沿着地形起伏方向上电阻率整体变化较为平稳，电阻率由浅到深大致可以分为高～低～高3个不同的电性层。其中，表层为高阻层，该高阻层厚度较薄，电阻率大小在180~2000Ω·m，根据已知地质资料及现场的调查，推测该异常主要为地表的碎石、石块等不均匀体引起的，异常厚度在0~10m；中间层表现为低阻异常，电阻率在180Ω·m以下，推测该层为主要堆积层，且含水量较高，所以整体呈现出低阻异常，厚度在10~25m；最底层为高阻层，该层的电阻率在180~4×104Ω·m，推断该层为松散层基底岩体的反映。（2）4线电阻率反演剖面如图4所示。由图4分析可知，在0~105号点之间，沿着地形起伏方向，电阻率由浅到深大致可以分为高～低～高3个不同的电性层。其中，表层为高阻层，该高阻层厚度较薄，电阻率在180~2000Ω·m，推测该异常主要为地表的碎石、石块等不均匀体引起的，异常厚度在0~10m；中间层表现为低阻异常，电阻率在180Ω·m以下，推测该层为主要堆积层，且含水量较高，所以整体呈现出低阻异常，厚度在10~15m；最底层为高阻层，该层的电阻率在180~400Ω·m，推断该层为松散层基底岩体的反映。在105~160号点之间，沿着地形起伏，电阻率由浅到深大致可以分为高～低2层电性层。其中，上层为高阻层，电阻率在180~2000Ω·m之间，推测该层主要为地表的碎石、石块等不均匀体引起的异常，厚度在0~12m；下层表现为低阻，电阻率在180Ω·m以下，推测该层为主要堆积层，含水量较高，所以整体呈现出低阻异常，且该低阻异常范围未见到明显的基底。在160～268号点之间，沿着地形起伏方向，电阻率由浅到深大致可以分为低~高2个不同的电性层。其中，上层为低阻层，该低阻层厚度较薄，电阻率在180Ω·m以下，推测该层主要是回填的土石等，且含水量较高，所以整体呈现出低阻异常，厚度在0~30m；下层为高阻层，该层的电阻率在180~4×104Ω·m之间，推断该层为松散层基底岩体的反映，该段的基岩有明显的起伏，根据现场调查情况，在200号点附近有基岩出露。

3结论

（1）通过本次高密度电法测量，基本掌握了地下一定深度范围内地层的电性分布特征，并根据等值线的疏密变化情况对电性结构进行了划分。（2）根据电阻率的变化规律，对松散层的厚度、范围进行了划分，了解了松散层与基岩接触面的起伏变化情况，为该地区地质灾害的危险性评估提供了基础性依据。

［参考文献］

［1］赵建仓，杜军祖，赵冰，等.甘肃省肃北某铁矿山地质环境恢复治理研究［J］.地质灾害与环境保护，2019，30（4）：76-81.

［2］李建鸿，李忠社.以综合手段求废弃矿山地质环境治理实效的探讨［J］.地质灾害与环境保护，2019，30（4）：82-84.

［3］杨世军.煤矿矸石山生态恢复［J］.露天采矿技术，2010，25（6）：84-86.

［4］施羽，吴永贵，赵勇.高密度电法在废弃矿渣堆体底界面探测中的应用研究［J］.地质灾害与环境保护，2020，31（4）：73-76.

［5］刘兴国.电法勘探原理与方法［M］.北京：北京地质出版社，2005.

作者:娄利 单位:安徽省勘查技术院