李 富，周洪福，宋 志，周一敏

(中國地質調查局成都地質調查中心，四川 成都 610081)

基于高密度電阻率法綜合反演研究
——以摩崗嶺滑坡體勘察為例

李 富，周洪福，宋 志，周一敏

(中國地質調查局成都地質調查中心，四川 成都 610081)

以摩崗嶺滑坡勘查為例，通過高密電法二維剖面反演，能夠清晰地反映滑坡體各層位及其相應的深度，有效地確定滑帶的深度及厚度，確定基巖面埋深，指導鉆探的位置及深度。通過三維高密度電阻率法反演，可對不同(二維)切片進行分析，有效了解整個滑坡體的基本特征。通過對低阻異常體的立體顯示，更宏觀地表達滑坡體的三維特征，可以對滑坡體規(guī)模進行預測。

滑坡；高密度電法；三維反演；斷層

山體滑坡是常見的地質災害之一，尤其是西南山區(qū)最為常見，俗稱“走山”、“垮山”、“地滑”、“土溜”等，常造成重大人員傷亡。如2015年12月20日，深圳市光明新區(qū)山體滑坡造成約80人失聯(lián)，2016年7月1日，貴州畢節(jié)大方縣山體滑坡造成10人遇難，2016年8月12日，陜西省山陽縣山體滑坡造成64人失聯(lián)，2016年9月26日，云南東川山體滑坡造成5人遇難，2016年9月28日，浙江遂昌山體滑坡造成27人失聯(lián)?；麦w的勘察是地質災害防治方法之一，如能提前探測出滑坡體的滑動面，提前進行相應的治理，就可以大大減少人員與財產(chǎn)的損失。

滑坡體勘察方法可分為破損法和無損法，前者包括坑探、槽探、井探和鉆探等方法，后者指地球物理探測方法。在地球物理探測方法中，常采用電阻率剖面法、電阻率測深法、自然電場法、高密度電阻率法、探地雷達法、瑞雷波法、瞬變電磁法、音頻電磁測深法以及微波遙感、紅外測溫、地層測溫等技術。實踐表明，高密度電阻率法是相對較成熟和可靠的滑坡探測技術[1～16]。

1 摩崗嶺滑坡地質概況及地球物理特征

1.1 摩崗嶺滑坡地質概況

摩崗嶺滑坡位于四川省瀘定縣得妥鄉(xiāng)金光村，大渡河右岸，大渡河干流自北向南從滑坡坡腳通過。摩崗嶺為大渡河與磨西河切割的近南北向單薄山梁，山頂海拔1 800～2 000 m，山梁西側和南側為深切的磨西溝，坡腳海拔1 115～1 380 m，東側為大渡河，坡腳海拔1 115～1 125 m。摩崗嶺滑坡位于摩崗嶺東坡，呈“陡緩陡”臺階狀地形，緩坡以下為滑坡分布區(qū)，坡體走向N15°W(圖1)?；麦w周邊地層為康定雜巖群，巖性為花崗巖、閃長巖夾輝綠巖，局部發(fā)育有輝綠巖脈。根據(jù)1∶20萬區(qū)域地質圖，推斷得妥斷裂西支可能從滑床通過，還需后期物探解譯工作證實該斷層的存在[17～20]。具體地層及巖性如下：

圖1 摩崗嶺滑坡遙感解譯圖Fig.1 remote sensing interpretation of landslide in Mogangling

第四系崩坡積塊石：以塊石為主(母巖巖性為花崗巖和石英閃長巖)，粒徑一般為30～80 cm，空隙度大，含約10%黏性土及碎石、角礫。主要分布于滑坡后緣、前緣等山體坡度較陡部位。

第四系沖積物：卵礫石夾砂及漂石，偶見植物根系。漂卵礫石成分為花崗巖、石英閃長巖、石英巖以及砂巖，中風化。該層主要分布于河流兩岸。

第四系滑坡堆積：由塊碎石土組成，雜亂堆積，塊碎石含量約70%，粒徑一般4～20 cm，較大者有30～60 cm，其余為角礫和泥質，母巖巖性主要為斜長花崗巖和石英閃長巖。

晉寧期斜長花崗巖：灰白、淺灰色，具中-粗?；◢徑Y構，主要礦物為斜長石、石英，次要礦物為角閃石、黑云母等。

晉寧期石英閃長巖：灰白、灰黑色，塊狀結構，主要礦物為斜長石、角閃石和石英，次要礦物為黑云母等。

晉寧期混合花崗巖：淺灰色、灰白色，具中-粗粒狀結構，主要礦物為長石、石英，少量角閃石和黑云母，局部呈條帶狀，石英具壓碎裂紋和較強的波狀消光。

澄江期鉀長花崗巖：肉紅色，具中-粗粒花崗結構，主要礦物為堿性長石、斜長石、石英，次要礦物為角閃石、黑云母等。斜長石因蝕變有絹云母和少量碳酸巖物質，堿性長石見較多氧化鐵析出，石英具壓碎裂紋和較強的波狀消光。

輝綠巖脈：主要分布于滑坡上游側，呈黏結式接觸，主要由輝石和基性長石組成。

大渡河斷裂南段(得妥斷裂)總體呈SN向沿大渡河干流展布。斷裂北起冷磧鎮(zhèn)，在加郡右岸被瓦板山斷裂左旋切錯后，繼續(xù)向南延伸，在桃子坪切過大渡河進入左岸。在花石包一帶該斷裂分為東西兩支，在得妥一帶東西兩支斷層，沿河谷兩側延伸，在沙壩兩支斷層均沿左岸延伸，全長約60 km。斷層活動以逆沖為主，其斷層面傾向西，傾角較陡，通常在60°～85°以上。據(jù)中國地震局地質研究所在得妥斷裂帶之小型擠壓破碎帶取樣經(jīng)測試，其測年成果為距今(23.1±0.62)×104年，說明其最新活動時期主要為中更新世晚期。

滑坡區(qū)外圍300 km范圍內自公元1216年以來，共記載7.0～7.9級地震7次，6.0～6.9級地震21次，5.0～5.9級地震71次。據(jù)當時的地震紀念碑文記載，正是1786年6月1日的磨西7.75級地震觸發(fā)了摩崗嶺滑坡的形成，摩崗嶺滑坡被確定為斷層型滑坡。

1.2 摩崗嶺滑坡物性特征

實地調查及勘探揭露可知，滑體物質組成主要為碎塊石土，其中含量塊碎石約占70%，成分為石英閃長巖、花崗巖和輝綠巖，塊石粒徑多在20～40 cm之間，較大者有30～60 cm，碎石粒徑多在5～12 cm之間。巖塊多強—中風化。塊碎石間由灰黃—淺灰綠色砂土和粉土充填。

根據(jù)區(qū)域內各種地層巖石的電學性質及其完整性，將出露地層劃分為兩類電性組合，包括中阻類、高阻類(表1)。中阻類花崗巖的視電阻率范圍為491～1 377.5 Ω·m，平均值949 Ω·m。其次輝綠巖和石英閃長巖具高阻的視電阻率，砂巖的視電阻率為711.5～2 648.8 Ω·m。從以往資料與實測情況看，由于斷層含水，其表現(xiàn)為低電阻率特征，視電阻率值小于400 Ω·m，與花崗巖、輝綠巖之間存在明顯的電阻率值差異，故選用高密度電阻法進行探測。

表1 摩崗嶺滑坡樣品物性統(tǒng)計表

2 高密度電法工作方法與三維反演數(shù)據(jù)處理

2.1 高密度電阻率法工作原理、數(shù)據(jù)采集及參數(shù)設置

高密度電阻率法是以地下被探測目的體與周圍介質之間的電性差異為基礎，人工建立地下穩(wěn)定直流電場，依據(jù)預先布置的若干道電極，采用預定裝置排列形式進行掃描觀測，研究地下一定范圍內大量豐富的空間電阻率變化，從而查明和研究有關地質問題的一組直流電法勘探方法。高密度電阻率法實際上是一種陣列勘探方法。

本次使用AGI公司的Supersting高密度電法儀器，測線120道。測量參數(shù)設置：循環(huán)觀測次數(shù)2次，最大觀測值中誤差2%，重復觀測次數(shù)2次，最大電流1 000 mA，每點測量時間1.2 s，雙模式開關關閉，測量模式為電阻率。接地電阻檢查以小于1 K歐姆為宜。

本次布設的3條東西向測線，基本垂直于得妥西支斷層。為了探測斷層的產(chǎn)狀及位置，同時還布設了1條近南北向剖面，探測滑坡體的深部地質特征(圖2)。為達到較深的探測效果，本次采用三極測深裝置，并在L1線與溫納裝置進行對比，證明三極測深裝置的探測數(shù)據(jù)滿足質量要求。本測線共布設100～128個電極，電極距6～10 m。高密度電法剖面數(shù)據(jù)處理采用國際公認的AGI公司開發(fā)EarthImager 2D高密度電法處理軟件，處理中進行了地形改正。

圖2 摩崗嶺滑坡高密度電法測線布置圖Fig.2 the layout of the high density resistivity method for the landslide of Mogangling

2.2 三維資料數(shù)據(jù)處理方法

本次三維反演采用AGI公司開發(fā)的EarthImager 3D的反演軟件，基本上包括以下步驟：對二維剖面視電阻率數(shù)據(jù)按實際坐標進行數(shù)據(jù)合成，加入高程文件，合成三維反演的數(shù)據(jù)格式；通過EarthImager 3D軟件三維反演后，采用View菜單以不同方式來瀏覽反演圖形。反演采用最小二乘法反演，電阻率數(shù)據(jù)反演過程如下：

(1)基于平均電阻率、視電阻率分布、用戶假設或地面下電阻率分布的先驗知識來重建一個起始電阻率模型。

(2)在起始模型上，執(zhí)行虛擬勘探(正演模擬)來預測數(shù)據(jù)體。在這一步，用逐步逼近法可以計算出初始的均方根誤差。

(3)求解一個以電流模型和數(shù)據(jù)擬合差為基礎的線性反演問題，來校正模型。

(4)利用公式mi+1=mi+△m來校正電阻率模型。在有限差分或有限元部分中，模型參數(shù)m包含所有模塊的電導率。符號i是迭加次數(shù)。

(5)運行一個以校正模型為基礎的正演模擬(虛擬勘探)，求得一個校正后的預測數(shù)據(jù)體。

(6)計算預測數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)間的均方根誤差。

(7)若滿足了反演的結束條件，停止反演。否則，重復(3)～(7)。

3 高密度電法探測資料成果

3.1 二維高密度電阻率剖面成果

摩崗嶺滑坡L1測線位于摩崗嶺滑坡體的主滑方向，為縱向剖面，位于摩崗嶺滑坡體北部，共布設100個電極，電極距7 m，測線方位角85°(圖3)。整條剖面表層和中深部表現(xiàn)為中低電阻率特征，推測表層為第四系崩坡碎塊石土層，由于耕地含有部分黏土，其電阻率為中低視電阻率特征。中深部的視電阻率約為150 Ω·m，推測是滑坡堆積碎塊石土，其含水量較多，為滑坡體的主要滑動面及其上部含水體。剖面中部和深部表現(xiàn)高視電阻率特征，視電阻率最大值達6 000 Ω·m，推測中部為滑坡堆積碎塊體，基本不含水。深部視電阻率特征較為完整，推測為滑坡體的底部基巖，ZK04孔基巖頂界面埋深約84.2 m，ZK05孔基巖頂界面埋深約183.3 m。從整條剖面來看，斷層西部基巖的深度范圍約0～23 m；斷層東部基巖的深度范圍82～200 m。由于斷層含水，在水平坐標180～220 m處為斷層破碎帶，其電阻率表現(xiàn)為低阻異常特征，斷層產(chǎn)狀傾向西，傾角約70°。

圖3 摩崗嶺滑坡L1線線高密度電阻率法探測成果圖Fig.3 Mogangling landslide L1 line of high density resistivity method detection result map

摩崗嶺滑坡L3線高位于摩崗嶺滑坡體南部，共布設100個電極，電極距6 m，測線方向近東西向。整條剖面地表淺部和深部表現(xiàn)為高電阻率特征(圖4)，剖面中部表現(xiàn)為相對低電阻率特征，滑坡體前緣也為低電阻率特征。剖面淺部為高阻視電阻率異常，視電阻率4 000～6 000 Ω·m，推測為滑坡堆積碎塊石，且地表也未見有黏土層。剖面中部表現(xiàn)為一低阻視電阻率異常，視電阻率100～1 500 Ω·m，推測為滑坡堆積碎塊石土，主要以細砂黏土為主，碎石塊較少，且滑坡體尾部有水流出，該界面為主要是滑坡體界面。水平坐標140～210 m處，有一淺部高阻，中深部的視電阻率異常，視電阻率600～5 000 Ω·m。此高阻異常為條帶狀向深部延伸，邊部有低阻異常相伴，推測此異常為斷層。由于其含水性不均一，表現(xiàn)為高低阻均有異常。從異常特征來看，斷層產(chǎn)狀向西傾斜。剖面深部表現(xiàn)為高阻視電阻率異常，視電阻率4 000～6 000 Ω·m，此高阻異常完整、穩(wěn)定，推測此異常為滑坡體基巖，基巖的深度范圍54～232 m。

圖4 摩崗嶺滑坡L3線高密度電阻率法探測成果圖Fig.4 Mogangling landslide L3 line of high density resistivity method detection result map

摩崗嶺L4線位于摩崗嶺滑坡體的中部，為橫向剖面，主要探測滑坡體中部的地質情況。本測線共布設124個電極，電極距10 m，測線方位角10°。整條剖面主要是以高電阻率為主(圖5)，剖面中偏北部和中偏南部兩個斷層處有低電阻率的表現(xiàn)，并且中部高阻中夾有局部低阻。水平坐標330～480 m處，有條帶狀的視電阻率異常，視電阻率從淺到深出現(xiàn)帶狀分布，高電阻率3 000～6 000 Ω·m，低電阻率100～700 Ω·m，推斷為斷層破碎帶，由于其含水性不均一，出現(xiàn)條帶狀分布。從異常特征看，斷層產(chǎn)狀較陡。水平坐標960～1 150 m，表層有低阻視電阻率異常，推斷為含水碎石土；其下部為完整性較好的高阻視電阻率異常，推斷為基巖層。該處與ZK02鉆孔較近，物探推測見基巖深度為177.6 m。

圖5 摩崗嶺滑坡L4線高密度電阻率法探測成果圖Fig.5 Mogangling landslide L4 line of high density resistivity method detection result map

3.2 鉆孔資料驗證情況

后經(jīng)對摩崗嶺滑坡詳細勘察[14～20]，認為摩崗嶺滑坡呈典型的圈椅狀，主滑方向75°，長約450 m，沿河寬約1 000 m，平面面積0.45 km2，滑體平均厚度約100 m，鉆孔揭露最大厚度為192 m(ZK02)，滑坡堆積體體積約4 500×104m3?；缕履_位置出露巖性為石英閃長巖，局部發(fā)育似層狀節(jié)理，產(chǎn)狀為326°∠46°，另有一組與其近垂直相交的節(jié)理產(chǎn)狀為183°∠56°，其余區(qū)域為塊碎石土，塊碎石成分為石英閃長巖、花崗巖和輝綠巖，塊石粒徑多在20～40 cm之間，碎石粒徑多在5～12 cm之間，巖塊多強風化、中風化。摩崗嶺滑坡分為三級，其堆積體坡腳高程1 120 m，1 120～1 330 m為滑坡堆積體前緣，坡度約50°；滑坡平臺高程在1 330～1 380 m之間，坡度約5～12°；滑坡后壁高程在1 380～1 890 m之間，其中1 380～1 600 m為崩坡積物覆蓋，坡度約35°，1 600～1 890 m為滑坡斷壁，坡度約57°，局部可見擦痕。

收集鉆孔資料，與物探推斷基巖面深度進行對比(表2)，鉆孔實際見基巖面深度與物探推斷結果基本吻合，誤差率均小于10%，證明二維高密度電阻率法探測滑坡體是有效的。鉆孔ZK06資料揭示滑坡沖覆于河床沖積層之上，也驗證了曾堵塞大渡河的說法，由于堰塞壩大部分被大渡河沖開帶走，因此前緣滑坡殘留厚度較??；同時也與物探成果圖件推斷滑坡堆積含水塊石層較厚相吻合，低阻異常不僅僅是滑坡界面，而是滑動面與河床沖積層的綜合反映。

3.3 三維高密度電阻率法成果解釋

二維高密度電阻率法反演結果僅能表達該剖面的深度地質特征，無法有效體現(xiàn)整個滑坡體形態(tài)，為更好地反映摩崗嶺滑坡體的三維特征，有必要對4條高密度電阻率剖面進行三維反演。按照地球物理物性特征，低電阻率說明富水性強，高電阻率說明富水性差。

圖6 摩崗嶺滑坡高密度電法三維反演切片(a)和低阻異常立體圖(b)Fig.6 High density electrical resistivity method for 3D inversion section (a) and low resistivity anomaly (b)

從摩崗嶺滑坡高密度電法三維反演切片圖6(a)可以看出，滑坡體淺部與中部的電阻率較大，說明淺部的含水性較差，為滑坡堆積碎塊石；中深部出現(xiàn)低阻體，說明其含水性較好，且黏土或砂的含較多，證明為滑坡體的滑坡面；深部出現(xiàn)中高電阻體，說明其含水性較差，為基巖面。整體來看，南部基巖埋深較北部淺，北部的低阻異常范圍大，說明其含水性較好，也可能是北部覆蓋大渡河床沖積層較厚。

從圖6(b)可以看出，中深部的低電阻體，說明其含水性較好，為滑坡界面；滑坡體滑面基本是沿視電阻率低阻異常展布，表現(xiàn)為西部高、東部低的特征。整體來看，南部的低阻異常規(guī)模較北部薄，可以根據(jù)低阻異常體上方的體積，預測滑坡體的規(guī)模，為后期滑坡體的勘察提供參考。

4 結論及建議

(1)通過高密電法二維反演地電斷面，能夠清晰地反映滑坡體各層位及其相應的深度，有效地確定滑帶的深度及厚度，確定基巖面埋深，指導鉆探的位置及深度。

(2)通過二維高密度電阻率法探測成果與鉆孔資料的對比，深度誤差均小于10%，證明了高密度電阻率法對滑坡體勘察是有效的。

(3)通過三維高密度電阻率法反演，可對不同(二維)切片進行分析，有效了解整個滑坡體的基本特征。通過對低阻異常體的立體顯示，更宏觀地表達滑坡體的三維特征，可以對滑坡體規(guī)模進行預測。

(4)二維、三維高密度電阻率法反演方法綜合運用，充分體現(xiàn)各自的優(yōu)勢，具有較強的實用性和有效性。

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Based on the high density resistivity method comprehensive inversion research：take the case of the investigation of the landslide in Mogangling

LI Fu, ZHOU Hongfu, SONG Zhi, ZHOU Yimin

(ChengduCenter,ChinaGeologicalSurvey,Chengdu,Sichuan610081,China)

Landslide is one of the common geological disasters, how to accurately detect the depth of sliding surface, to determine scale landslides and geological disaster evaluation is very important. Hill landslide survey, for example, this paper takes the hills, through inversion, the high-density electrical method two-dimensional profile can clearly reflect the depth of the landslide’s horizon and its corresponding to effectively determine the depth and thickness of the sliding zone, to determine the embedded depth of bedrock surface; The location and depth of drilling. Through three dimensional inversion, the high density resistivity method can analyze the different(two-dimensional) slice, effective understanding of the basic characteristics of the whole landslide; Based on the low resistance of abnormal body stereo display, more three-dimensional characteristics of the macroscopic representation of landslide, the landslide scale can be predicted.

landslide; high density resistivity method; the three dimensional inversion; fault

10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2017.02.17

2016-10-08;

2017-01-13

中國地質調查局項目資助(12120114069501；DD20160272)

李富(1980-)，男，高級工程師，碩士，長期從事水工環(huán)方面地球物理勘探工作。E-mail:Lifu2007chengdu@126.com

P631.3+22

A

1000-3665(2017)02-0110-07