高密度電法在礦山廢棄物滑動面探測中的應用

劉 永

（中國電建集團貴州電力設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002）

礦產資源在開采過程中產生的大量廢棄物堆積成山，不僅占用很多土地資源，而且也對生態環境造成日益嚴重的影響。由于廢棄物為松散堆積體，結構不穩定，同時受到其它外在因素影響，高陡的廢棄物極易滑動，在暴雨、地下水、礦震或人為因素的影響下，極易產生地質災害，對人民生命財產和安全生產造成了極大的威脅，對礦山環境的勘查成為礦山安全生產的迫切需要[1]。

礦山廢棄物滑坡主要誘因是不斷降雨引起大量地表水下滲，導致滑坡面(軟弱夾層或軟弱面)內物質軟化，物理力學性質降低，不能提供足夠的摩擦阻力阻擋滑坡體的下滑力。因此要對礦山廢棄物滑坡進行治理首先需要對滑坡進行勘查，確定滑坡面的深度及位置。高密度電法是一種簡便、快速且富有成效的物探方法，已被廣泛應用于地質災害調查及工程勘查中，在滑坡勘查中將發揮越來越大的作用[2]。為了快速有效地探測礦山廢棄物滑面，利用高密度電法對礦山廢棄物滑動面進行探測，為進一步認識礦區發生地質災害及其治理提供了地球物理依據。

1 方法原理

高密度電法是以地下介質導電性差異為基礎的一種經濟高效無損的工程地球物理方法，其同樣是屬于電阻率法勘探的一種。所不同的是，高密度電法是通過布置大量的電極測定介質的電阻率差異以達到對介質進行勘查的一種陣列勘探方法。具有以下特點：①通過一次完成電極布局，可以降低由電極的設定引起的障礙和干擾，并建立在礦山地區的地質勘探數據的迅速自動測量的基礎。圖1為數據獲取和數據處理流程。②可以有效地執行多種電極布置方法的掃描測量。我們可以獲得關于地球電力橫截面結構特征的豐富的地質信息。③與傳統的電阻率方法相比，高密度電法具有效率高，信息豐富，解釋方便，勘探能力顯著提高，為采礦地質學家對礦區地質勘查提供更有力證據。

圖1 使用高密度電法對礦區地質情況進行測量

2 礦區勘探實例

2.1 地質概況及地球物理特征

礦區從1990年開始堆積已經形成2個大型廢棄物堆積體，這類堆積體是把礦山開采剝離的廢物和地表開挖的覆蓋層共同堆積而成。目前最大的堆積體面積可達2km2，已經形成3層臺階，每層臺階高度約10m。工區最大高差達到40m，地形較陡，坡角很大，廢棄堆積體主要由廢棄礦渣和粉砂礦物組成的碎石土，下伏堆積礦物形成一種特殊的礦層，在干燥情況下礦物穩定堅固，但遇水就軟化，手可以輕輕碾碎。堆積體離礦區南側村莊距離小于300m，由于堆積時間較長，且在大量地表水下滲的情況下，容易導致地質災害發生，將嚴重威脅整個村莊安全。在此次調查過程中，地表發現一些裂隙，最大者長15m～20m，寬30cm。

2.2 測線布置

為了對礦山廢棄物堆積體滑動面進行有效探測，本次工作在堆積體上布置了4條剖面。為保證測量精度，有效排除干擾，供電電極和測量電極均采用30cm銅電極，入土深度大于20cm，保證了電極的可靠接地。AB供電采用180V直流電，最大供電電流500mA，接收電位差大于10 mV。保證了較高的信號分辨率和較強的抗干擾能力。測量采用的儀器為重慶奔騰地質儀器廠所生產的WGMD-9高密度電法系統，點距為3m，電極數為60根，采用溫納裝置進行測量。

圖2 W1-W1'號測線高密度電法視電阻率反演擬斷面圖

2.3 數據處理與礦區地質解釋

首先對野外實測高密度電法數據進行畸變點剔除、地形校正等預處理，然后利用RES2DINV軟件對數據進行反演成像，即可得到反應地下介質的視電阻率斷面圖。通過反演后得到W1-W1'號測線視電阻率擬斷面圖（如圖2所示），W1-W1'號測線沿線地表從左到右主要為礦山廢棄物堆積體、第四紀覆蓋層、右側部分區域存在中風化泥巖出露。由該測線高密度電法反演擬斷面圖揭示，測線左側電阻率偏低，主要由于雨水滲流如松散廢棄堆積物含水而造成視電阻率降低，變化范圍為10Ω·m～200Ω·m，局部視電阻率偏高主要是由于廢棄礦渣和碎石導致；推斷右側下方視電阻率相對較高的則為下伏完整基巖，與左側視電阻率形成鮮明對比，故推測該界面即為廢棄堆積體滑動面（如圖2中虛線所示）。

3 結論

論文采用高密度電法對礦山廢棄物滑動面進行探測，根據地質調查并結合高密度電法結果分析，有效查明了礦山廢棄物滑動面，為進一步治理礦山地質災害提供了地球物理依據。