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【摘要】本文从高密度电法勘探的基本原理及工作方法、滑坡区的相关分析，以及应用实例这三个方面对高密度电法在滑坡勘察中的应用进行阐述。
【关键词】高密度电法；滑坡；勘察；应用
中图分类号：U469文献标识码： A
一、前言
随着科学技术的不断向前发展，在进行滑坡地质灾害的勘查过程中，人们开始不断的采用先进技术，本文就针对高密度电法的应用进行分析。
二、高密度电法勘探的基本原理及工作方法
1.基本原理
高密度电阻率法俗称高密度电法，是近几年新兴的物探方法。电阻率法是以地壳中岩石的电阻率差异为物质基础，观测和研究人工电场的变化和分布规律，进而进行解决地质问题的一种勘探方法。
高密度电法属于电阻率法范畴，是一种阵列勘探方法。传统的电阻率法有电测深法和电剖面法。电测深法反映测点下方不同电性的岩层随深度的分布情况。电剖面法反映地下一定深度内沿水平方向地电断面的特征。高密度电法同时具备上述2种方法的特点，并弥补了传统电阻率法测点相对稀少和解释依据单一的不足。
高密度电法勘探的前提条件是地下介质间的导电性差异，和常规电法一样，它通过A、B电极向地下供电(电流为I)，然后测量M、N极电位差△U，从而求得该记录点的视电阻率值Ps=K×△U／I。根据实测的视电阻率剖面进行计算、处理、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而解决相应的工程地质问题。
2.工作方法
在本次滑坡体勘探中，将采用如下采集参数：装置类型：温纳装置(AMNB)，如图1所示；电极距：2m；电极排列：50一100个；记录层数：20层。
图1温纳装置
三、滑坡区的相关分析
1.地形地貌与地质构造
该滑坡区为一阶梯状的斜坡地貌，地势东高西低，坡体的上部较陡，下部相对较缓，坡度为20°～30°，东南高山的坡度则为40°，且有陡崖。区内的地面高程为333～500m，相对高差为167m。该滑坡区是一单斜构造，东北西南走向，倾向西北方向，倾角为73°～85°，部分倾角近90°，滑坡体的南北两侧是深切沟谷，后缘和陡崖相连。
2.地层岩性
在滑坡区的出露岩石及土层主要有泥岩夹泥质粉砂岩、第四系松散堆积层、泥岩等，都是软质岩石，节理裂隙发育、风化严重，在滑坡带的主要物质多是松散体，如块石、粘土、粉质粘土夹碎石等。
3.气候条件
该滑坡区的气候为亚热带湿润季风气候， 雨水充足，气温为-2.5°～44°，年平均气温为22.5°，最大日降雨量192.9mm，年平均降雨量1082.6mm，雨季为5～9 月，是全年降雨量的67%。
4.水文地质条件
该滑坡区的地下水主要是基岩裂隙水及松散层孔隙水。松散层孔隙水主要存在于滑坡体的堆积层中，含水层是崩积及残积的粉质粘土夹碎块石层，在基岩和覆盖层的接触带周边的透水性较好，其地下水主要沿着基岩顶面的强风化层流动，以大气降雨为主要补给，季节性较强。
四、应用实例
1.测区地质概况和地球物理勘探前提
测区位于青海省西宁市郊区褚家营沟某拟建铁路隧道的进口部分，地形比较陡峭．测区山上布有光缆，山脚下为防空洞和居民区，紧挨兰西高速公路。
据野外地质调查，隧道进口存在巨型滑坡．覆盖层主要为第四系全新统冲积砂质黄土、坡积碎石类土，基岩主要为第三系泥岩及砂岩。据前人资料和一般岩土视电阻率经验值统计分析，各地质体视电阻率值统计见表1。
表1工区视电阻率值统计表
由此可见，各地质体之问具有一定的电性差异，满足高密度电法的地球物理勘探前提条件。
2.野外施工方案
为了查明滑坡体的成份、厚度及滑动面等，一般选择综合物探。但据上述前提条件，地震折射、电测深工作不便开展，因此只好单独采用高密度电法．根据地形、地质条件和目标层埋深选用不同的电极距和排列长度，采用5 m电极距。由于地形起伏较剧烈，地层以层状结果为主，故设计温纳装置采集。野外工作共布置了二条剖面，剖面均超过了滑坡存在范围，剖面两端均有延长。其中I-I’剖面沿隧道中线布置，剖面长为550 m；Ⅱ一Ⅱ’剖面沿滑坡轴线布置，剖面长350 m。其工作步骤为：首先利用GPS点和地形图，找到剖面位置起点桩，仪器主机放在起点处，然后顺线路桩布置排列，超过线路部分，利用GPS方位角沿线路方向顺延，排列布置完毕后，仪器检查电缆开关是否连通，然后检查电极接地是否合格，如果不合格，重新钉电极，等电缆开关、电极都正常后，仪器开始采集。采集过程中，仪器操作人员可以实时监测所测电流、电压大小，随时可以处理采集过程中的异常现象。采集结束后，存盘，将原始数据导人U盘，野外工作结束。
由于地表干燥，为了改善接地条件，采用了给每个电极浇水的措施。由于地形较陡，容易造成距离损失，为了得到比较准确的解释结果，工作人员采用了现场素描地形的办法，将地形变化点与电极位置一一对应，这样可对反演时的地形校正提供准确的地面信息，从而减少了因地形起伏而引起的解释误差。其野外布置见图2所示。
图2高密度電法剖面平面布置示意图
3.数据处理及反演
在高密度电法数据采集中，往往包含有一些错误和误差。因此，在反演之前，需要对数据进行人工和计算机程序相结合的方法进行预处理工作。人工预处理主要凭个人的知识与经验，基本处理方法是：对原始视电阻率所对应的观测电流、电压值进行排序，剔除掉电流、电压值过大或过小的数据(一般电流小于10 mA、电压小于0.3 mV为剔除对象)，再根据视电阻率曲线的大体趋势，利用手工进行视电阻率数据曲线的修正与圆滑。然后使用计算机程序处理，这样可以减少人工处理的劳动强度，提高处理效率，基本处理方法是利用“数据比值插值法”来压制外界干扰带来的误差，利用软件的数据编辑“窗口平滑”来压制布极和观测不准确带来的偶然误差。
高密度电法反演使用软件为瑞典ABEM公司的RES2DINV二维电法处理软件。其反演程序基于圆滑约束最小二乘法(deGroot--Hedlin andConstable 1 990，Sasaki 1992)的计算机反演计算程序，使用了基于准牛顿最优化非线性最小二乘新算法(Loke and Barker，1996)，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。
这种算法可以依据采集数据的质量来调节阻尼系数和平滑滤波器，以适应各种不同类型的地质情况。将预处理后的数据加上地形文件，结合测区实际地质概况和地球物理特征，选择合适的反演参数进行二维反演，选择合适结果形成物性地质断面图。其数据处理流程见图3。
图3 高密度电法数据处理流程示意图
由于地形起伏较剧烈，观测数据受地形影响较大，反演时需对数据进行地形校正。目前的高密度电法反演软件基本都有地形校正功能，软件在带地形反演时，它首先把地形线进行线性拟合、圆滑处理和线性切割，把地下空间模型的矩形块和地形线揉合到一起进行反演。
针对该工区地质情况，RES2DINV主要反演参数设置如下：阻尼因子设置为0.02～0.2，阻尼因子随深度增加递增系数设置为1.1倍，视电阻率值限制范围设置为0.1～10倍平均值，水平垂直滤波比设置为0.5，有限元网格形状选择为梯形，4个节点，地形线切割类型设置为线性最小二乘法，地形模型设置为带扭曲有限元网格的S-C变换。反演程序使用的二维模型把地下空间划分为许多矩形块，然后确定这些矩形块的视电阻率，使正演计算出的视电阻率拟断面与实测拟断面相吻合。最优化方法主要靠调节模型矩形块的视电阻率值来减少正演值与实测值的差异，这种差异用均方误差(RMS)来衡量。迭代次数越多，均方误差越小。但是，反演结果的RMS误差并不是越小越好，要结合实际地质模型选择合适迭代结果，一般选择2~3次迭代结果较好。
4.成果资料解释
选择最接近实际地层模型的第2次迭代结果，形成视电阻率断面图(图4)。
图4 剖面视电阻率断面图
依据视电阻率断面图的等值线形态和梯度变化，再结合工区地质资料分析，推测表层高阻体为覆盖层，表层低阻体并往下延伸为泥岩层，底部较厚中阻体为砂岩层。根据滑坡的特征，推测剖面范围内斜坡的泥岩和砂岩界面为滑动面，滑体为泥岩。根据以上分析绘制出工区物性地质断面图(图5)。
图5工区物性地质断面图
据工区物性地质断面图分析，滑体下为砂岩和泥岩，I-I’剖面滑体最大厚度约为25 m，从滑动面形态看，可能为二期次滑坡；Ⅱ一Ⅱ’剖面滑体已延伸到山顶，其最大厚度约为30 m。为验证高密结果，在里程HDzKl72+900处设计了一个钻孔，结果为：0~16 m为泥岩，16～30 m为砂岩，与高密所即解释的深度相比较，其相对误差为6.3％。
五、结语
综上所述，在进行滑坡勘察的过程中，高密度电法的应用极大的提高了勘察的效率和便捷性，同时提高了勘察的准确度。
参考文献
[1]张勇，蓝红珠 高密度电法在滑坡勘察中的应用 [J] 《科技广场》 -2010年9期-
[2]江玉乐，张楠，周清强，张朝霞 高密度电法在岩溶路基勘察中的应用 [J] 《物探化探计算技术》 ISTIC -2010年6期-
[3]肖武威 高密度电法勘探在某滑坡勘察中的应用 [J] 《低温建筑技术》 ISTIC -2014年2期-
[4]谢尚平，熊章强，易清平，方根显 浅层地震和高密度电法在滑坡体勘察中的应用 [J] 《东华理工学院学报》 -2010年4期-
【关键词】高密度电法；滑坡；勘察；应用
中图分类号：U469文献标识码： A
一、前言
随着科学技术的不断向前发展，在进行滑坡地质灾害的勘查过程中，人们开始不断的采用先进技术，本文就针对高密度电法的应用进行分析。
二、高密度电法勘探的基本原理及工作方法
1.基本原理
高密度电阻率法俗称高密度电法，是近几年新兴的物探方法。电阻率法是以地壳中岩石的电阻率差异为物质基础，观测和研究人工电场的变化和分布规律，进而进行解决地质问题的一种勘探方法。
高密度电法属于电阻率法范畴，是一种阵列勘探方法。传统的电阻率法有电测深法和电剖面法。电测深法反映测点下方不同电性的岩层随深度的分布情况。电剖面法反映地下一定深度内沿水平方向地电断面的特征。高密度电法同时具备上述2种方法的特点，并弥补了传统电阻率法测点相对稀少和解释依据单一的不足。
高密度电法勘探的前提条件是地下介质间的导电性差异，和常规电法一样，它通过A、B电极向地下供电(电流为I)，然后测量M、N极电位差△U，从而求得该记录点的视电阻率值Ps=K×△U／I。根据实测的视电阻率剖面进行计算、处理、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而解决相应的工程地质问题。
2.工作方法
在本次滑坡体勘探中，将采用如下采集参数：装置类型：温纳装置(AMNB)，如图1所示；电极距：2m；电极排列：50一100个；记录层数：20层。
图1温纳装置
三、滑坡区的相关分析
1.地形地貌与地质构造
该滑坡区为一阶梯状的斜坡地貌，地势东高西低，坡体的上部较陡，下部相对较缓，坡度为20°～30°，东南高山的坡度则为40°，且有陡崖。区内的地面高程为333～500m，相对高差为167m。该滑坡区是一单斜构造，东北西南走向，倾向西北方向，倾角为73°～85°，部分倾角近90°，滑坡体的南北两侧是深切沟谷，后缘和陡崖相连。
2.地层岩性
在滑坡区的出露岩石及土层主要有泥岩夹泥质粉砂岩、第四系松散堆积层、泥岩等，都是软质岩石，节理裂隙发育、风化严重，在滑坡带的主要物质多是松散体，如块石、粘土、粉质粘土夹碎石等。
3.气候条件
该滑坡区的气候为亚热带湿润季风气候， 雨水充足，气温为-2.5°～44°，年平均气温为22.5°，最大日降雨量192.9mm，年平均降雨量1082.6mm，雨季为5～9 月，是全年降雨量的67%。
4.水文地质条件
该滑坡区的地下水主要是基岩裂隙水及松散层孔隙水。松散层孔隙水主要存在于滑坡体的堆积层中，含水层是崩积及残积的粉质粘土夹碎块石层，在基岩和覆盖层的接触带周边的透水性较好，其地下水主要沿着基岩顶面的强风化层流动，以大气降雨为主要补给，季节性较强。
四、应用实例
1.测区地质概况和地球物理勘探前提
测区位于青海省西宁市郊区褚家营沟某拟建铁路隧道的进口部分，地形比较陡峭．测区山上布有光缆，山脚下为防空洞和居民区，紧挨兰西高速公路。
据野外地质调查，隧道进口存在巨型滑坡．覆盖层主要为第四系全新统冲积砂质黄土、坡积碎石类土，基岩主要为第三系泥岩及砂岩。据前人资料和一般岩土视电阻率经验值统计分析，各地质体视电阻率值统计见表1。
表1工区视电阻率值统计表
由此可见，各地质体之问具有一定的电性差异，满足高密度电法的地球物理勘探前提条件。
2.野外施工方案
为了查明滑坡体的成份、厚度及滑动面等，一般选择综合物探。但据上述前提条件，地震折射、电测深工作不便开展，因此只好单独采用高密度电法．根据地形、地质条件和目标层埋深选用不同的电极距和排列长度，采用5 m电极距。由于地形起伏较剧烈，地层以层状结果为主，故设计温纳装置采集。野外工作共布置了二条剖面，剖面均超过了滑坡存在范围，剖面两端均有延长。其中I-I’剖面沿隧道中线布置，剖面长为550 m；Ⅱ一Ⅱ’剖面沿滑坡轴线布置，剖面长350 m。其工作步骤为：首先利用GPS点和地形图，找到剖面位置起点桩，仪器主机放在起点处，然后顺线路桩布置排列，超过线路部分，利用GPS方位角沿线路方向顺延，排列布置完毕后，仪器检查电缆开关是否连通，然后检查电极接地是否合格，如果不合格，重新钉电极，等电缆开关、电极都正常后，仪器开始采集。采集过程中，仪器操作人员可以实时监测所测电流、电压大小，随时可以处理采集过程中的异常现象。采集结束后，存盘，将原始数据导人U盘，野外工作结束。
由于地表干燥，为了改善接地条件，采用了给每个电极浇水的措施。由于地形较陡，容易造成距离损失，为了得到比较准确的解释结果，工作人员采用了现场素描地形的办法，将地形变化点与电极位置一一对应，这样可对反演时的地形校正提供准确的地面信息，从而减少了因地形起伏而引起的解释误差。其野外布置见图2所示。
图2高密度電法剖面平面布置示意图
3.数据处理及反演
在高密度电法数据采集中，往往包含有一些错误和误差。因此，在反演之前，需要对数据进行人工和计算机程序相结合的方法进行预处理工作。人工预处理主要凭个人的知识与经验，基本处理方法是：对原始视电阻率所对应的观测电流、电压值进行排序，剔除掉电流、电压值过大或过小的数据(一般电流小于10 mA、电压小于0.3 mV为剔除对象)，再根据视电阻率曲线的大体趋势，利用手工进行视电阻率数据曲线的修正与圆滑。然后使用计算机程序处理，这样可以减少人工处理的劳动强度，提高处理效率，基本处理方法是利用“数据比值插值法”来压制外界干扰带来的误差，利用软件的数据编辑“窗口平滑”来压制布极和观测不准确带来的偶然误差。
高密度电法反演使用软件为瑞典ABEM公司的RES2DINV二维电法处理软件。其反演程序基于圆滑约束最小二乘法(deGroot--Hedlin andConstable 1 990，Sasaki 1992)的计算机反演计算程序，使用了基于准牛顿最优化非线性最小二乘新算法(Loke and Barker，1996)，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。
这种算法可以依据采集数据的质量来调节阻尼系数和平滑滤波器，以适应各种不同类型的地质情况。将预处理后的数据加上地形文件，结合测区实际地质概况和地球物理特征，选择合适的反演参数进行二维反演，选择合适结果形成物性地质断面图。其数据处理流程见图3。
图3 高密度电法数据处理流程示意图
由于地形起伏较剧烈，观测数据受地形影响较大，反演时需对数据进行地形校正。目前的高密度电法反演软件基本都有地形校正功能，软件在带地形反演时，它首先把地形线进行线性拟合、圆滑处理和线性切割，把地下空间模型的矩形块和地形线揉合到一起进行反演。
针对该工区地质情况，RES2DINV主要反演参数设置如下：阻尼因子设置为0.02～0.2，阻尼因子随深度增加递增系数设置为1.1倍，视电阻率值限制范围设置为0.1～10倍平均值，水平垂直滤波比设置为0.5，有限元网格形状选择为梯形，4个节点，地形线切割类型设置为线性最小二乘法，地形模型设置为带扭曲有限元网格的S-C变换。反演程序使用的二维模型把地下空间划分为许多矩形块，然后确定这些矩形块的视电阻率，使正演计算出的视电阻率拟断面与实测拟断面相吻合。最优化方法主要靠调节模型矩形块的视电阻率值来减少正演值与实测值的差异，这种差异用均方误差(RMS)来衡量。迭代次数越多，均方误差越小。但是，反演结果的RMS误差并不是越小越好，要结合实际地质模型选择合适迭代结果，一般选择2~3次迭代结果较好。
4.成果资料解释
选择最接近实际地层模型的第2次迭代结果，形成视电阻率断面图(图4)。
图4 剖面视电阻率断面图
依据视电阻率断面图的等值线形态和梯度变化，再结合工区地质资料分析，推测表层高阻体为覆盖层，表层低阻体并往下延伸为泥岩层，底部较厚中阻体为砂岩层。根据滑坡的特征，推测剖面范围内斜坡的泥岩和砂岩界面为滑动面，滑体为泥岩。根据以上分析绘制出工区物性地质断面图(图5)。
图5工区物性地质断面图
据工区物性地质断面图分析，滑体下为砂岩和泥岩，I-I’剖面滑体最大厚度约为25 m，从滑动面形态看，可能为二期次滑坡；Ⅱ一Ⅱ’剖面滑体已延伸到山顶，其最大厚度约为30 m。为验证高密结果，在里程HDzKl72+900处设计了一个钻孔，结果为：0~16 m为泥岩，16～30 m为砂岩，与高密所即解释的深度相比较，其相对误差为6.3％。
五、结语
综上所述，在进行滑坡勘察的过程中，高密度电法的应用极大的提高了勘察的效率和便捷性，同时提高了勘察的准确度。
参考文献
[1]张勇，蓝红珠 高密度电法在滑坡勘察中的应用 [J] 《科技广场》 -2010年9期-
[2]江玉乐，张楠，周清强，张朝霞 高密度电法在岩溶路基勘察中的应用 [J] 《物探化探计算技术》 ISTIC -2010年6期-
[3]肖武威 高密度电法勘探在某滑坡勘察中的应用 [J] 《低温建筑技术》 ISTIC -2014年2期-
[4]谢尚平，熊章强，易清平，方根显 浅层地震和高密度电法在滑坡体勘察中的应用 [J] 《东华理工学院学报》 -2010年4期-