斷裂活化誘發下的露天采坑邊坡穩定性評價

郭志東　付建飛

摘 要：為了查明露天采坑邊坡內的活化斷裂存在及其對邊坡穩定性的影響，利用高密度電阻率法對其進行地球物理探測，運用合理的數據采集裝置和方法，經過系統的數據處理，并結合相關地質資料進行數據解譯，推測了隱伏斷裂的存在、規模和大小等情況，且經過了相關鉆探驗證。結果表明，高密度電阻率法具有有效、快速和準確的特點，可以作為金屬礦山露天采坑的高陡邊坡評價中的一種地球物理勘查技術手段，尤其適合邊坡潛在威脅因素-隱伏活化斷裂帶的測定。

關鍵詞：高密度電法 邊坡 活化構造 次生地質災害

中圖分類號：P631.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（a）-0073-02

在礦業發展的一定階段內，露天開采是其主要的采礦方式，具有安全、高效和成本低的特點。但隨著采礦活動的持續進行，很多金屬礦山的露天采坑已進入深凹開采階段，采坑落差小則100 m，大則200～300 m，其邊坡屬于高陡型和長邊坡的形式。在此種形式下，邊坡巖（礦）體受力形式發生變化，極易因某種因素的誘發而出現邊坡失穩以導致滑坡，嚴重威脅露天礦安全生產[1-3]。這些因素包括構造條件、水文地質條件、風化與氣候、開采條件和采礦活動等，其中尤以構造誘發破壞最大，影響也最為深遠，特別是當其中的構造因開采活動的進行，受力失衡，引起再活化，再運動，可造成大面積的滑塌，對生產造成極大危害。

因而，在露天邊坡穩定性評價中，除考慮常規的邊坡角和節理等因素外，還要考慮斷裂存在的與否及其對邊坡穩定性的影響。但由于露天邊坡的特殊性和構造的隱伏性特點，常規方法很難對其進行評價。但高密度電法的出現，為這一問題的解決提供新的技術方法和手段，并在實際應用中取得良好效果[4-5]。

1 高密度電阻率法原理和工作方法

1.1 基本原理

高密度電阻率法是普通直流電法和自動化技術的有機結合成果，它是以巖（礦）石導電性的差異為基礎的地球物理探測方法。高密度電阻率法在工作過程中，是將電極按照一定的間隔插入相應的地段，一次插入的電極由幾十到幾百根不等，主要依據測量要求和場地條件布設，電極用多芯電纜連接通向測量儀器，儀器通過發送指令給連接各個電極的程控轉換開關，實現對測量和接收數據的自動化[6-7]（圖1）。這不僅克服了普通電阻率法效率低、手工操作多容易出現人為失誤等缺點，還可以一次布置電極進行多種裝置測量，從而獲得豐富的地電斷面信息，為資料處理與解釋提供了充分的依據。

1.2 工作裝置和特點

高密度電法裝置有很多，比如對稱四極、三極、偶極—偶極等，應用較多的是對稱四極（斯倫貝謝觀測方式）。由于目前數據處理及成像技術越來越成熟，工程技術人員可以根據需要自動繪制打印成各式需要的成果圖件，且具有以下優點，得到了更為廣泛的應用。

（1）電極布設一次性完成，減少了因電極設置引起的干擾和由此帶來的測量誤差。

（2）能有效地進行多種電極排列方式的測量，從而可以獲得較豐富的關于地電結構狀態的地質信息。

（3）數據的采集和收錄全部實現了自動化（或半自動化），不僅采集速度快，而且避免了由于人工操作所出現的誤差和錯誤。

（4）可以實現資料的現場實時處理和脫機處理，根據需要自動繪制和打印各種成果圖件，大大提高了電阻率法的智能化程度[8]。

2 應用實例研究

2.1 探測區地質概況

探測區位于中國有名的鐵礦石原料基地-鞍本地區，是鞍山式鐵礦主要分布區。探測地點為一露天采場的北部邊坡，其上分布有選礦場，其下為主干運輸道。經過多年開采，形成了高陡邊坡，巖石出露類型以片巖為主，其次有各種蝕變巖和花崗巖，充水穩定性差。區內分布的主要斷裂構造為近EW向，基本與采場的主方向一致，如其再次活化充水，對安全生產威脅大。

2.2 工作技術方法

依據現場的地形條件和工作要求，該次研究共布設6條線，近似平行于采場邊坡等距布設，極距因探測精度和深度，采用2～5 m不等。

2.3 數據采集

此次勘查研究采用的測量儀器為DUK-2高密度電阻率法測量系統，測量裝置主要采用穩定可靠的溫納裝置，保證儀器自檢和接地電阻均符合測量指標。人工布設電極一次完成，數據采集自動化，成圖曲線形態一致，質量合格。

2.4 數據處理和解譯

高密度電阻率法采集的數據量大，其處理主要有軟件自動完成，通過濾波消除隨機干擾和旁側異常，提高數據的準確性和有效性。其后，通過軟件進行二維電阻率反演，并根據實地情況，不斷調整反演參數，如遇地形變化，并帶入高程文件進行校正，最終形成反演成果。

該次主要以高密度5線為例進行說明，5線位于邊坡推測隱伏斷裂的上盤，為精確測定斷裂面的破碎程度和含水狀況，采用3米極距，120電極，36層測試，最大理論測量深度達到108 m。從圖2可以看出，成果圖顯示出兩處面狀低阻區，為充水斷層破裂面的顯示。其中活化斷裂面1埋深在19～87 m之間，最大長度140 m，按隱伏斷裂近似直立產狀計算，易形成滑動破裂面面積達9520 m2，活化斷裂面2埋深在23～47 m之間，最大長度57 m，可形成滑動破裂面的面積為1368 m2。此外，從探測成果圖看出斷層在走向上存在膨大漲縮現象，活化斷裂面1即為顯著膨大部位，也是構造受力的集中部位，換言之，也是邊坡最不穩定的部位，是潛在的滑塌區，需要在邊坡穩定性評價中進行重點研究，進行相關處理。

針對上述研究成果，礦山已對潛在滑動面進行了鉆探驗證，發現充水破裂面富含片巖，力學性質不穩定，尤其在多雨季節，易引起滑動而導致斷裂的再活化，誘發整個斷裂帶的不穩定，威脅安全生產。

3 結語

（1）高密度電阻率法是一種快速有效的工程物探方法，其應用于采礦邊坡內的斷裂穩定性評價，能有效確定斷層的位置和發育情況，是金屬礦山邊坡穩定性評價的一種行之有效技術方法。

（2）研究區不但存在大規模的隱伏斷裂，而且部分部位膨大漲縮嚴重，形成充水滑動面，極易誘發滑塌、崩落等邊坡次生地質災害。

另外，由于該次研究只著重于隱伏斷裂及其充水性對邊坡的穩定性研究，屬于半靜態研究，后期可根據實際情況應用高密度電阻率法對破碎帶的發育實施動態監測和評價，以對邊坡的穩定性進行實時預警。

參考文獻

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