熊 晋，王建松，廖小平，高和斌

(1.中国铁道科学研究院，北京 100081;2.中铁西北科学研究院有限公司，甘肃兰州 730000)

在山区公路建设前期工作中，滑坡勘察往往采用钻探、坑探、槽探和物探等手段来查明滑坡内部地质信息。其中，前3种常规的勘探方法能直接获得滑坡内部地质信息，但存在工程量大、费用高和劳动强度大等缺点［1］。利用物探方法进行滑坡勘探能够获得更为丰富的内部地质信息，是一种便捷、经济的勘探手段。

高密度电法起源于20世纪70年代末期，是在常规电法基础上借助阵列思想发展起来的一种应用广泛的物探方法［2］，它集合了多种常规电法的跑极方式，在勘探实践中可根据现场情况选择合适的电极排列方式即装置形式，具有一次性布极、自动采集数据的优点，但受装置程式化模式限制未能充分利用电极阵，采集效率低［3］。

超高密度电法是近年来提出的一种全新的电法勘探方法［4-6］，其勘探原理与常规电法相同，不同之处在于装置形式、反演方法的改进。超高密度电法打破普通高密度电法数据采集模式，对布设电极采用全组合的数据采集模式，极大地提高了电位信息的采集密度，并且，结合2.5维反演方法［7］，所获得的反演结果更加接近实际情况。

本文就广东某山区高速公路滑坡进行了超高密度电法实地勘探。该滑坡前期进行了钻探工作，初步查明了滑坡内部地质结构，为验证超高密度电法应用效果提供了有利的条件。

1 超高密度电法概述

1.1 勘探原理

超高密度电法在勘探理论上，仍然以岩、土体的导电性差异为物理基础，通过观测和研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律达到解决地质问题的目的［8］，相对于高密度电法，超高密度电法在数据采集模式及数据反演技术方面进行了较大的改进。

在数据采集模式方面，超高密度电法仍沿用普通高密度电法电极阵列，但测量电极M，N允许在供电电极A，B之外的任一点位，A，B，M，N电极的次序和间距较任意，不规定必须对称或等间隔。采集过程自动化程度高，仪器自动选定A，B，M电极，测量A，B极间的供电电流，同时采集剩余所有电极N与M间的电位差;突破了原有程式化单装置模式，不再分装置形式观测，实现61通道数据同时采集，每分钟采集上千条数据，其采集速度和采集数据总量均是普通高密度电法的40倍以上。

以电极数为64的超高密度电法勘探系统为例，电极变换过程为:①采集程序自动将64个电极分为奇数组32 个(1，3，5，…，61，63)和偶数组 32 个(2，4，6，…，62，64)2组，选定电极A在奇数组，电极B在偶数组;②固定电极A为1号电极，在偶数组变换B电极，顺序从2号依次至64号，当B极选定后，在A，B附近(通常在A，B中间某一位置)选定一接地情况良好的电极作为M极，剩余的61个电极作为N极，供电电极AB一次供电，可同时测得61个电位差(MN1，MN2，MN3，…，MN60，MN61)数据;③变换 A 为3 号电极，电极B和测量电极MN选定方式同②;④继续在奇数组递增A极，直至A极增至63号为止，每次电极变换后同步骤②进行电位差数据采集。可见，一次超高密度电法勘探工作可采集数据总量为32×32×61=62 464(个)，并且，采集时间可控制在1 h以内，而普通高密度电法采集相同数量的电位信息需要至少3个工作日。

在数据反演技术方面，超高密度电法采用2.5维反演方法，它是3维场源和2维地电结构条件下的反演;反演过程中假设地面起伏和地电构造都是2维和具有相同走向的，且观测剖面垂直于构造走向，但场源沿X，Y，Z方向均可变，这与实际情况更为接近，比常规的2维反演方法精确了很多。超高密度电法勘探系统数据采集、处理流程如图1所示。

图1 超高密度电法勘探系统数据采集处理流程

1.2 超高密度电法的特点

超高密度电法勘探系统一般由仪器主机、便携式计算机、电缆、电极、数据采集控制软件、数据处理和反演成像系统6大部分组成。

超高密度电法具有以下特点:①实现了数据采集的自动化和智能化，不需针对工区特点设置各种装置形式，打破常规数据采集模式，采用全组合形式对数据进行采集，实现了同时采集61组数据，相对于高密度电法，超高密度电法数据采集密度更大，工作效率更高，同时弥补了高密度电法单装置数据采集的不全面性;②通过全波形动态显示能直观地实时监控数据质量;③利用2.5维反演软件，对全组合数据进行联合反演，反演结果更接近实际情况。

2 滑坡勘探应用实例

2.1 滑坡概况

广东某山区高速公路滑坡位于粤东海丰县境低山丘陵地带，属构造剥蚀地貌类型。全年气候温暖湿润，属亚热带海洋季风区，年平均降雨量为1 828 mm。该滑坡为崩坡堆积体滑坡，滑坡范围沿公路走向(东西)宽220 m，主轴方向(南北)长360 m。

钻探揭示滑坡区内上层为第四系崩坡积块碎石土、残积土，下层为燕山期全～中风化花岗岩。块碎石土成分以火山碎屑砂岩为主，厚6.3～26.0 m;残坡积土呈浅肉红、灰白色，由花岗岩风化而成，厚度变化较大;燕山期花岗岩为灰白、紫、灰黄等色，石英脉及构造裂隙发育，强风化带较深厚，斜长石已风化成高岭土状，矿物成分大部分已变异。

滑坡区内分布有近东西向隐伏断层，钻探揭示该隐伏正断层走向 NW70°，倾向 N，倾角55°～74°，其破碎带宽30～40 m。

2.2 测线布设

本次超高密度电法勘探在滑坡上布设了5条纵剖面测线，3条横剖面测线。其中，纵剖面Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ，Ⅲ-Ⅲ，Ⅳ-Ⅳ，Ⅴ-Ⅴ与原钻探勘察及监测剖面重合，以起到验证并补充完善先期地质勘察工作的作用;横剖面1-1、2-2、3-3布设在滑坡前缘，以进一步揭示靠近高速公路附近地层的含水情况及地质特征。通过纵、横剖面联合布设的方式，能够有效地对比两个方向的电法勘探成果，更加全面、准确地查明滑坡内部地质条件及水文情况。具体测线布置如图2所示。

2.3 勘探效率

勘探中每条测线均布设64个电极，电极间距5 m，合计测线长2 520延米，测点数512个，采集有效电位信息40万个以上。基于超高密度电法勘探系统61通道技术，全部测线布设和数据采集工作在3 d内完成，而普通高密度电法采集相同数量的电位信息则需要一个月以上，由此可知，超高密度电法勘探工作效率得到了极大的提高。

2.4 成果分析

以下以Ⅱ-Ⅱ纵剖面和2-2横剖面为例，将超高密度电法勘探成果与钻探成果进行对比验证分析。

2.4.1 Ⅱ-Ⅱ纵剖面分析(图3)

由图3可知:地下水位线以上坡体电阻率普遍较高，阻值在1 400～2 000 Ω·m;地下水位线以下坡体电阻率普遍较低，阻值在 750～1400 Ω·m。其中，钻孔ZK2-1附近存在一超高阻异常地质体，推测为崩坡积块碎石土较松散所致;钻孔ZK2-2和ZK2-3之间以及高速公路下方各有一超低阻异常地质体存在，推测为受到强烈风化作用的花岗岩含水而形成的。图3(b)中条形高阻地质体在ZK2-1北侧出现电性分布不连续，并且有上、下相对错动现象，推测该处为正断层，经查与钻探揭示断层位置、性质相吻合。图3(c)中的电性分布反映出滑坡体形态，滑坡体与滑床之间电阻率变化剧烈，推测滑床上部岩体相对隔水，滑动面位于此层岩体顶面，这与钻探所揭示的滑动面位置及物探期间实测的地下水位情况基本吻合。图3(d)中钻孔ZK2-3与ZK2-4之间滑坡表面相对高阻范围内存在相对低阻地质体，推测为滑坡体浅层剪出口位置范围;钻孔ZK2-4北侧存在高、低阻电性分界面，推测为滑坡体深层剪出口位置范围;现场踏勘中分别在一级坡脚及高速公路明洞北侧位置处发现滑坡浅层及深层剪出口，验证了超高密度电法对剪出口位置探测的有效性。

图2 物探测线布置

图3 Ⅱ-Ⅱ测线超高密度电法反演剖面

对比分析表明:①超高密度电法勘探反演结果物性层位清晰，能够反映滑坡内部地质信息及地下水的分布特征;②超高密度电法勘探所查明的滑动面位置、埋深，断层破碎带位置、性质与钻探揭示的情况基本一致;③超高密度电法勘探所推测的浅层、深层剪出口位置范围与现场踏勘发现的实际剪出口位置基本吻合。

2.4.2 2-2横剖面分析(图4)

由图4可知，地下水位线以上坡体电阻率普遍较高，阻值在1 200 ～1 800 Ω·m，厚达20 ～30 m;地下水位线以下坡体电阻率普遍较低，阻值在750～1 200 Ω·m。水平方向:25～100 m范围内，坡表附近存在一超高阻异常地质体，推测为崩坡积块碎石土较松散所致;175～300 m范围内，高程20 m以下存在一超低阻异常地质体，推测为受到强烈风化作用的花岗岩含水而形成的;305 m位置处(与Ⅱ-Ⅱ纵剖面重合)，电性分布与Ⅱ-Ⅱ纵剖面所反映的地质信息相吻合。垂直方向:高程20～25 m范围内电阻率变化剧烈，推测为岩层分界面位置，且底部岩层为相对隔水层，这与钻探揭示及Ⅱ-Ⅱ剖面所反映的情况基本一致。

图4 2-2测线超高密度电法反演剖面

对比分析表明:①超高密度电法勘探所查明的岩层分界面、隔水层位置范围与钻探揭示的情况基本一致;②纵、横剖面中电性分布基本吻合，可相互验证，能够更加全面、准确地查明滑坡内部地质条件及水文情况。

3 结论

1)超高密度电法在数据采集模式和数据反演技术方面具有显著的优越性。在数据采集模式方面通过多通道全组合形式对数据进行采集，采集密度大，工效高，同时弥补了高密度电法单装置数据采集的不全面性;在数据反演技术方面能对所采集数据进行2.5维联合反演，反演结果更接近实际情况。

2)与钻探成果的对比分析证实，超高密度电法对探测滑动面的位置、埋深，断层破碎带性质以及地下水的分布效果良好，对滑坡剪出口位置的探测也很成效。

3)超高密度电法物探信息更加丰富，成果更接近实际情况，可有效地应用于滑坡、断层破碎带等工程地质勘探实践中。

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