高密度电阻率法在四川青川张家沟滑坡勘查中的应用

高密度电阻率法在四川青川张家沟滑坡勘查中的应用

武 斌1、2，曹蜀湘2，张 淳2，易 攀2，彭 伟2

（1.成都理工大学信息工程学院，成都 610059；2.四川省地勘局物探队，成都 610072）

摘要：文中阐述了高密度电阻率法的基本原理和技术方法，利用高密度电阻率法在四川汶川5・12大地震灾区进行滑坡地质勘察，确定主滑动面的位置、基岩的埋深及含水程度，并探讨了大地震灾区滑坡的特点。高密度电阻率法以其快速、高效、无损的特点，及事半功倍的效果，为灾区滑坡治理提供可靠的地球物理依据。

关键词：高密度电阻率法；滑坡；四川青川张家沟

中图分类号：628.3；P642.22 文献标识码：A 文章编号：1006-0995（2010）02-0229-03

张家沟滑坡位于青川县关庄镇旭光村张家沟沟口，西北方紧靠关庄镇集中安置点。关庄镇为中低山加河谷地貌，安置点设在河谷一级阶地平台上，周边被中低山环绕，沟谷发育。

工作区域主要出露的是一套康滇古陆期的滨海沉积相地层，岩性以寒武系的粉砂岩、钙质粉砂岩、

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钙质页岩、砂质灰岩等为主。滑坡体大多位于地形地貌起伏较大的山体较陡的山坡地带， 10＜坡度＜o

40 。该滑坡前后缘高差较大，塌滑体面积相对不大，勘探场地不开阔。因钻探设备笨重，搬运困难，加之费用较高，致使钻孔数量有限，所取得的地质资料信息也相对较少。因此需要借助于工程物探快速、高速、无损的特点，弥补钻探的不足，从而达到事半功倍的效果。

高密度电阻率法是工程地球物理勘探主要方法，其轻便、快捷、经济有效的特点已被国内外工程界所共识，利用计算机数据处理与成像技术，又把大量烦琐的数据计算、成像处理变得快速准确，大大提高了探测效率和成功率。目前该方法在水文地质、工程地质灾害、考古、岩溶洞穴景观资源调查等各领域得到了广泛的推广应用。

1 滑坡体地形地质及地球物理特征

工区地处青藏高原东南缘向四川盆地过渡之高中山峡谷区，总体地势西北高东南低，山岭高程一般600~1 500m，河流水系发育，沟谷深切，谷岭高差1 000~1 500m。

高密度电阻率法探测的对象为滑坡体。该滑坡位于河左岸，测区内耕地较多，部分地段坡度较陡，覆盖层多为粉质粘土及碎石块土崩坡积堆积体，基岩为白云质灰岩。电阻率露头法测定：该区覆盖层多为第四系崩坡堆积体，电阻率为270～800Ω・m；基岩为钙质页，其电阻率为80～240Ω・m，低阻反映。滑坡体（第四系覆盖层）与未滑动部分（即基岩为滑坡床、滑坡体两侧及后缘不动体）在电阻率值上存在明显的差异，一般相差150Ω・m~500Ω・m，为该区开展高密度电阻率法提供了了地球物理前提。

2 高密度电阻率法资料处理

高密度电阻率法以岩、矿石间电阻率差异为基础，查明地下地质构造和地下电性不均匀体（岩溶、风化层、滑坡等）。高密度电法相对于传统电阻率法采集数据量大，数据观测精度高，在电性不均匀体的探测中具有良好的效果。

图1 高密度电法剖面图

高密度电阻率法的探测深度随着供电电极距的

增大而增大，当隔离系数n逐次增大时电极距也逐次增大。由于测线的测点总数是固定的，因此，当极距扩大时，反映不同勘探深度的测点数将依次减少。通常把高密度电阻率法的测量结果记录在观测电极 收稿日期：2009-09-23

作者简介：武斌（1971-），男，山西临猗人，工程师，主要从事物探工作

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的中点、深度为na的点位上，整条剖面的测量结果就表示成为一种倒梯形的电性分布剖面。

当电极排列间距为△x时，测量电极距a=nx△x,依次取n=1,2……,每个极距依固定的装置形式逐点由左至右移动来完成该极距依固定的采集。对某一极距而言，其结果相当于电阻率剖面法，而对同一记录点处不同极距的观测又相当于一个电测深点。因此，高密度电阻率法实际上是电阻率剖面法和电阻率测深法的组合。

在工区沿坡面布置测线，按一定的间距打上电极，用智能电缆连接，用接收仪完成数据的采集（图1）。 高密度电阻率法工作中有多种电极排列方式，如温纳四极排列、偶极排列、联合三极排列、微分排列等装置。在本次工作中，根据现场实验，采用温纳极排列（图2）。其参数为：

AM=MN=NB，AN=BN=2a, 高密度电阻率法的数据处理是把所测得的视电阻图2 温纳排列装置工作流程示意图率，经数据格式转换、数据预处理、地形校正、正演和

反演计算，最后得到视电阻成像色谱图并对其进行地质解释。

把格式转换好的视电阻率，经数据预处理消除坏点，保留数据较一致的数据点。并根据现场实验和与其它资料对比分析，选择正演计算参数。把经预处理后的数据经地形校正，绘成原始测试数据的视电阻率成像色谱图。

反演计算是由所测得的高密度电阻率法原始数据色谱图，反演计算该剖面下的地电断面，确定地下岩石的真电阻率率分布。反演采用最佳似合法，给定一个初始地电断面，在初始断面上计算视电阻率的理论曲线，将理论曲线与实测曲线作对比（拟合），通过修改参数获得最佳拟合效果，即高密度电法反演成像色谱图。

使用了基于准牛顿最优化非线性最小二乘法的新算法。使得大数据量下的计算速度较常规最小二乘法快10倍以上且占用内存较少。圆滑约束最小二乘法基于以下方程：

( J’J + uF )d = J’g 其中 F=fxfx’+ fzfz’；fx=水平平滑滤波系数矩阵；fz=垂直平滑滤波系数矩阵；J=偏导数矩阵；J’=J的转置矩阵；u=阻尼系数；d=模型参数修改矢量；g=残差矢量。

该算法的优点是可以调节阻尼系数和平滑滤波器以适应不同类型的资料。在对高密度电阻率测深ρs断面特征、电测深曲线类型和岩土电性等进行分析研究的基础上，结合地质资料和野外观测结果建立了电性层与地质层位的对应关系，然后用多种解释方法反复对比，求得各项定量解释成果，解释前对电测深曲线畸变点，结合地形、地质层位及相邻曲线作拉圆滑处理。结合计算机反演，求得电性层厚度、埋深、岩土电阻率等定量解释成果，从而构绘地电断面。

在地形影响较大时，它导致图3 纵剖面电阻率反演成果图 视电阻率曲线严重畸变，有时淹

没地质体的信息，有时歪曲有用的信息，有时呈现假信息，使人们不能做出正确的推断解释，降低了电阻率法的解释精度，甚至导致错误的解释。因此研究地形影响及其改正方法，是提高山区高密度电法勘探地质效果的一个关键。图3是未经过地形校正高密度电法剖面断面图，它与真实的山坡地形是有很大差异的，用该断面图提供高密度电法解释资料或指导布置钻孔会出现很大的偏差，所以本次采用边界元230

2010年6月第30卷第2期 地质学报 Vol.30 No.2 June.,2010 法进行高密度电阻率二维形改正。

根据所采用的高密度电阻率法的装置类型，利用边界元法逐点计算出某记隶点处的纯地形异常的视

D D

，式中PD 电阻率值PD 5，然后用比较进行地形改正。地形改正公式为P5=P5（P5/ P1）5为地形改正后的视电

阻率；P5为记录点实测的视电阻率值；P1为纯地形地下介质的电阻率。

4 结论

本次工作采用高密度电阻法对滑坡体进行勘探，查明了该滑坡体的规模，纵、横向发育及展布的情况，滑坡体的空间形态特征、滑动面的埋深等问题。

该地区属于沉积岩地区，由纵剖面地形改正前高密度电阻率反演断面图（图3）所见地电断面图上电阻率分层明显，由浅至深电阻率逐渐减为80~250Ω・m，基岩面基本为推测滑坡主滑面，滑面形态与地

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面起伏形态基本一致，平均坡度30左右。综合其它沉积岩地区滑坡勘查，发现沉积岩地区的滑坡大多与软弱夹层有关，滑动面基本由软弱夹层演变而来。该类滑坡在电阻率呈成层性较好的分界面处形成滑坡面。

在采用高密度电阻率法的异常特征勘查沉积岩地区滑坡中，由于覆盖层与基岩之间存在明显的电性差异，覆盖层多呈低阻闭合圈，而下伏基岩则为低阻反映，且连续性较好，所以能准确地推断出滑坡的主滑面。为了更准确的对滑坡进行探测，得到更准确的物探数据，建议采用多种物探方法。在实际上作中应结合当地的地球物理条件，具体情况具体分析，先做实验，先取最适合工区地球物理条件的物探方法及装置，从而取得最佳节约的工程物探效果。

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The Application of Multi-electrode Resistivity Method to the Zhangjiagou

Landslide Survey in Qingchuan, Sichuan

Shuxiang2 ZHANG Chun2 YI Pan2 PENG Wei2 WU Bin1,2 CAO

(1-College of Information Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 2- Geophysical

Exploration Team, SBGEEMR, Chengdu 610072)

Abstract: The Zhangjiagou landslide in Qingchuan, Sichuan was induced by the Wenchuan Earthquake on May 12, 2008. Multi-electrode resistivity method is applied to the Zhangjiagou landslide survey. Site of principal sliding surface, depth and specific moisture content of buried bedrock are determined by use of multi-electrode resistivity method.

Key words: multi-electrode resistivity method; landslide; Zhangjia Valley, Qingchuan, Sichuan

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