高密度電法測量在洞橋鎮地質災害風險調查中的應用

［關鍵詞］高密度電法；地質災害風險調查；覆蓋層；隱伏斷層；洞橋鎮

地質災害是以地質動力活動或地質環境異常變化為主要成因的自然災害。在地球內動力、外動力或人為地質動力作用下，地球發生異常能量釋放、物質運動、巖土體變形位移以及環境異常變化等，危害人類生命財產、生活與經濟活動或破壞人類賴以生存與發展的資源、環境的現象或過程。為著力解決“隱患在哪里”“結構是什么”等問題，開展必要的地質災害風險調查，高密度電法作為一種技術手段，往往被用于地質災害風險調查。高密度電法可以用來查清山體覆蓋層的分布形態和厚度，以及基巖面埋藏深度和起伏形態，并發現隱伏斷層的分布位置，這對于地質災害點風險評估具有重要意義。文章通過介紹高密度電法在洞橋鎮兩個地質災害風險調查點的應用，探討了高密度電法測量效果。

1. 項目概況

杭州市富陽區1∶2000地質災害風險調查過程中，發現洞橋鎮存在兩處可能滑坡的地質災害點，分別位于洞橋村馬家西屋后斜坡和石羊村楊家屋后斜坡。為保障生命和財產安全，開展了部分鉆探工程勘查工作，基本查明地層分層情況。但由于地形限制，大面積開展工程鉆探難度較大且費用較高，同時為系統了解地質災害點山體覆蓋層的分布形態、厚度及基巖面埋藏深度、起伏形態，地球物理勘探方法則可以通過做“CT”解決這一難題。高密度電法勘探作為一種集成式地球物理勘探方法，不僅在橫向上可以分辨不同地質體引起的電阻率差異，在縱深上也能分辨不同地質體引起的電阻率差異[1]，可以有效厘定地質災害點山體覆蓋層的分布形態、厚度及基巖面埋藏深度、起伏形態。因此，高密度電法勘探作為一種經濟有效的方式被運用于洞橋鎮地質災害風險調查。

2. 工程地質條件

2.1 洞橋鎮洞橋村馬家西屋后斜坡

該場地勘探深度以淺巖土體按其成因時代、埋藏分布規律、巖性特征及其物理力學性質，劃分為2個工程地質層，4個工程地質亞層。

（1）含碎石粉質黏土（Qel-dl）：黃褐色，灰色，硬塑，松散，稍濕，主要為黏土，少量粉砂及碎石，碎石主要為凝灰巖，棱角狀-次棱角狀，粒徑0.1～5.0 cm，個別可達10 cm，含量10%～50%。

（2）全風化晶屑凝灰巖（K1h）：土黃色，黃褐色，硬塑，中密，稍濕，含少量碎石，棱角狀，母巖為凝灰巖，巖石風化嚴重，原巖結構構造已基本破壞，不可辨別，切面稍光滑，韌性高，干強度高。

（3）強風化晶屑凝灰巖（K1h）：土黃色，灰黃色，凝灰質結構，薄-厚層狀構造、碎塊狀構造。巖石風化較強，巖芯較破碎，呈碎塊狀，砂狀，裂隙不發育，巖石較軟。

（4）中風化晶屑凝灰巖（K1h）：灰黃色，凝灰質結構，塊狀構造，礦物成分主要為火山灰、巖屑及晶屑。晶屑成分主要為石英、長石及暗色礦物，粒徑2～6 mm，含量10%～30%。巖石局部含角礫，角礫成分主要為凝灰巖、霏細巖等火山巖屑，礫徑1～2 cm，含量10%～20%。巖石風化一般，較完整，呈長柱狀，局部塊狀。錘擊聲較脆，巖石較堅硬。采取率約85%。RQD=80%。

2.2 洞橋鎮石羊村楊家屋后斜坡

該場地勘探深度以淺巖土體按其成因時代、埋藏分布規律、巖性特征及其物理力學性質，劃分為3個工程地質層，4個工程地質亞層。

（1）含碎石粉質黏土（Qel-dl）：黃褐色，灰黃色，硬塑，松散，稍濕，主要為黏土，少量粉砂及碎石，碎石主要為石英砂巖，棱角狀-次棱角狀，粒徑0.5～2.0 cm，含量10%～20%。

（2）全風化泥質粉砂巖（Z2d）：灰色，黃褐色，硬塑，中密，稍濕，含少量碎石，棱角狀，母巖為泥質粉砂巖，巖石風化嚴重，原巖結構構造已基本破壞，不可辨別，切面稍光滑，韌性高，干強度高。

（3）強風化泥質粉砂巖（Z2d）：灰白色，泥質結構，中-厚層狀構造、碎塊狀構造。巖石風化較強，巖芯較破碎，呈碎塊狀，砂狀，裂隙不發育，巖石較軟。

（4）中風化鈣質泥巖（Z2d）：灰黑色，泥質結構，中-厚層狀構造，礦物成分主要為黏土、碎屑礦物及碳酸鈣。巖層軸心夾角約70°。發育少量裂隙，充填為方解石，巖石風化較弱，巖芯較完整，長柱狀，短柱狀，錘擊聲較清脆，巖石較堅硬。采取率約90%。RQD=80%。

3. 工作方法技術

3.1 基本原理

高密度電法基本理論與傳統的電阻率法完全相同，不同的是高密度電法在觀測中設置了較高密度的測點，現場測量時，只需將全部電極布置在一定間隔的測點上，由主機自動控制供電電極和接收電極的變化[1]。高密度電法測量系統采用先進的自動控制理論和大規模集成電路，使用的電極數量多，而且電極之間可自由組合，這樣就可以提取更多的地電信息，使電法勘探能像地震勘探一樣使用多次覆蓋式的測量方式。

3.2 數據采集

在數據采集過程中，高密度電阻率法測得的結果是裝置下方地電介質的分布情況，是地下構造和地形起伏雙重影響下的電阻率二維斷面圖，測得的電阻率值不僅和地下構造的分布有關，還受地形變化的影響[2]。一般來說凸起地形情況和平坦地形相比，電阻率值偏大，凹陷地形則偏小，地形起伏不能太大。如果地形變化較大，則地形改正很重要，通常情況下垂直測線做一條輔助測線進行比較，以確定數據可靠程度。

野外設置電極時，應盡量避開含礫層和樹根多的地方，選在表層土致密和潮濕的地方。如果在干燥的山坡布極，在電極周圍盡量多地撒一些水或鹽水也能減少接地電阻[3]。條件允許的情況下，電極直接打入地層的濕潤部分效果較好。有時為了增加電極和地層的接觸面積，用許多根并聯的電極當成一根電極。在這種情況下，電極應打入相同深度且間隔相等，并盡量選用多根細電極而不用少量粗電極。電極布設時，一定要確保點距均勻，尤其要注意與儀器相連的兩個電極的距離，否則會由于點距不均勻導致反演剖面的異常[4]。

4. 數據處理及地質解釋

4.1 數據處理

高密度電法數據處理主要采用RES2DINV軟件，包括①數據轉換；②突變點數據剔除、地形改正和數據連接；③數據圓滑濾波；④正反演及⑤成圖。

數據轉換主要是將儀器采集數據轉換成可編輯的軟件識別數據；突變點數據剔除、地形改正和數據連接主要是對轉換后的數據進行編輯，剔除部分突變點，將實際測點高程信息按一定格式輸入并保存，如果是同一剖面的多個排列數據，還需要進行數據拼接處理；數據圓滑濾波主要是對采集的數據進行濾波圓滑，需要注意的是，如果圓滑濾波因子過大，可能會造成異常的丟失，一般不對數據進行圓滑濾波；正反演主要是將帶地形的數據進行最小二乘法反演；成圖則是將反演后的數據進行斷面圖繪制，可以更直觀地反映地質體情況。

4.2 地質解釋

洞橋鎮地質災害風險調查共布設6條剖面，分別編號為DA、DB、DC、DD、DE、DF，DA、DB、DC位于洞橋鎮洞橋村（圖1a），DD、DE、DF位于洞橋鎮石羊村（圖1b）。

4.2.1 DA、DB、DC高密度測量剖面

DA剖面測線長度178m，測線方向313°32'，測點點距2 m。DA線視電阻率在水平方向上基本上呈層狀分布；在垂向上，0-130m段區間淺表層視電阻率呈現中高阻，往下延伸視電阻率逐步由低到高，由上到下可分為三層，最表層為中高阻層，視電阻率為80～2000 Ω ·m，深度為0～4 m；中間層為低阻層，視電阻率為50～200 Ω·m，深度在4～15 m，最下層為高阻層，視電阻率大于200Ω·m；130-158段區間視電阻率呈由高到低趨勢，與0-130段高阻層連在一起。158-178 段區間視電阻率呈低阻顯示（圖2a）。

DB剖面測線長度178m，測線方向313°32'，測點點距2m。DB線視電阻率在水平方向上分層清晰明顯；在垂向上，0-146 m段區間淺表層視電阻率呈現中高阻，往下延伸視電阻率逐步由低到高，由上到下可分為三層，最表層為中高阻層，視電阻率為200～5500 Ω·m，厚度由小號往大號方向逐漸增加，深度為0～10 m；中間層為低阻層，視電阻率為30～200 Ω·m，厚度由小號往大號逐漸增加，在點號100-104達到峰值，約13m，然后逐漸變薄，深度0～21 m，最下層為高阻層，視電阻率大于200 Ω·m；146-178段區間視電阻率呈由高到低趨勢，與0-146段高阻層連在一起（圖2b）。

DC剖面測線長度192m，測線方向313°32'，測點點距2 m。DC線視電阻率在水平方向上分層清晰明顯；在垂向上，0-146段區間淺表層視電阻率呈現中高阻，往下延伸視電阻率逐步由低到高，由上到下可分為兩層，局部可分為三層，最表層為中高阻層，視電阻率為1000～5500 Ω·m，深度為0～5 m；中間層為低阻層，視電阻率為30～200Ω·m，厚度4～12 m，深度5～23 m，呈啞鈴狀水平延展分布，最下層為高阻層，視電阻率大于200 Ω·m；146-192段區間視電阻率呈由高到低趨勢，與0-146段高阻層連在一起（圖2c）。

綜上，結合鉆孔DQ01-ZK1、DQ01-ZK2、DQ01-ZK3、DQ01-ZK4、DQ01-ZK5及DQ01-ZK6資料顯示，該區域淺表層呈中高阻顯示，覆蓋層0～5 m主要為含碎石粉質黏土層，4～23 m主要為全風化石英砂巖和強風化石英砂巖層，該層沿剖面方向整體呈條帶狀分布，在0-100號段區間分布較薄，往大號延伸逐漸變厚，然后逐漸變??；而在整個區域內，該層呈蓋狀分布，兩邊薄，中間厚，約在DB線105號附近呈最厚的趨勢。在該區域最底層為基巖灰巖，0-100號區域埋深較淺，深度只有8m左右，沿剖面往大號方向逐漸埋深較大，然后逐漸上抬。

4.2.2 DD、DE、DF高密度測量剖面

DD剖面測線長度198m，測線方向98°25'，測點點距2m。DD線視電阻率在水平方向上分層清晰明顯；在垂向上，0-84段區間視電阻率呈由高到低再逐漸到高的趨勢，由上到下可分為三層，上層視電阻率呈現中高阻，視電阻率為200～700 Ω·m，深度為0～10 m，厚度由小號沿剖面往大號方向逐漸變薄，根據鉆孔資料推測為砂巖層；中間層為低阻層，視電阻率為100～230 Ω·m，厚度10～15 m，深度5～21 m，呈帶狀延展分布，根據鉆孔資料推測為全風化砂巖和強風化砂巖層；最下層為高阻層，視電阻率大于300 Ω·m，推測為基巖灰巖；84-146段區間大致可分為兩層，視電阻率呈由低到高趨勢，上層視電阻率呈現低阻，視電阻率為100～230 Ω·m，厚度4～21 m，深度0～21 m，根據鉆孔資料，推測為全風化砂巖和強風化砂巖層；下層為高阻層，視電阻率大于300 Ω·m，在106-122號之間隆起，埋深僅4m左右，推測為基巖灰巖；146-198段區間大致可分為三層，視電阻率呈由低到高趨勢，上層視電阻率呈現低阻，視電阻率僅為20～60 Ω·m，厚度為5～10 m，根據鉆孔資料，推測為含碎石粉質黏土層；中間層電阻增大，視電阻率為100～230 Ω·m，厚度約5m，推測為全風化砂巖和強風化砂巖層；下層為高阻層，視電阻率＞400 Ω·m，推測為基巖灰巖（圖3a）DE剖面測線長度218m，測線方向98°25'，測點點距2m。DE線視電阻率在水平方向上分層清晰明顯；在垂向上，淺表層視電阻率稍高，往下延伸視電阻率逐步由低到高，由上到下可分為三層，最表層為中高阻層，視電阻率為50～1000 Ω·m，深度為0～3 m，鉆孔資料顯示，該層為含碎石粉質粘土層；中間層為低阻層，視電阻率為30～400Ω·m，厚度15～18 m，深度2～21 m，根據鉆孔資料推測，該層為全風化或強風化砂巖層；最下層為高阻層，視電阻率大于500 Ω·m，推測該層為基巖灰巖（圖3b）。

DF剖面測線長度198 m，測線方向98°25'，測點點距2 m。DF線視電阻率在水平方向上分層清晰明顯；在垂向上，視電阻率呈現由低到高的趨勢，由上到下可分為兩層，上層視電阻率為50～350 Ω·m，深度為0～13 m，根據鉆孔資料推測為全風化或強風化砂巖層；下層為高阻層，視電阻率大于500 Ω·m，推測該層為基巖灰巖（圖3c）。

綜上，結合鉆孔DQ02-ZK4，DQ02-ZK5，DQ02-ZK6資料顯示，該區域大致分為三層：淺表層呈中高阻顯示，覆蓋層0～3m，局部達到10m，主要為含碎石粉質黏土層；中間層厚度10～18 m，主要為全風化石英砂巖和強風化石英砂巖層；下層為基巖灰巖。該區域整體趨勢為全風化或強風化砂巖層北面厚度較大，由北向南逐漸變薄，而基巖北面埋深較大，由北向南逐漸抬升。

5. 結論

（1）根據高密度電法測量，對洞橋鎮的兩個地質災害風險調查點進行地層分層，推算了山體覆蓋層的分布形態和厚度，推測出了基巖面埋藏深度和起伏形態。

（2）高密度電法測量結果對洞橋鎮兩個地質災害風險調查點的基巖風化殼顯示明顯，為后期地質災害風險防控提供技術支撐。