高密度電法及其三維可視化在滑坡勘察中的應用

黃霖　李祖能

摘要：文章以龍灘天湖特大橋古滑坡堆積體勘察項目為例，針對滑坡項目物探勘察階段成果數據，使用三維可視化建模分析軟件（EVS）對其進行建模技術處理，經二維反演數據與三維模型結合應用表明，基于EVS軟件的高密度電法三維建模研究及應用展示，能夠為古滑坡地質勘察三維可視化研究提供幫助，較為直觀地呈現巨厚層松散體分布，進而在實際工作中解決相關問題。

關鍵詞：古滑坡;高密度電法;EVS三維建模;三維可視化

中圖分類號：U412.22A050185

0 引言

滑坡是公路、鐵路建設工程中常見的自然災害，高密度電法則是滑坡工程勘察常用的物探方法，其以地下巖土介質的導電性差異為前提，通過采集和計算人工建立的地下穩定電流場的分布數據[2]，反演二維地電斷面。二維斷面在重要勘察項目上表現形式不是很直觀，大多只能反映局部線段的異常，不能直觀呈現整體異常發育的趨勢。而目前高密度電法數據三維模型的呈現方式多為三維網格化的形式，該方法的效率及效果不佳。本文介紹的EVS建模軟件則能很好地解決以上問題。近年來EVS大多應用于地層建模[3]， 也可以應用于建立物探數據模型，能較為直觀地展示巖土物理性質在空間的分布關系。本文以南丹至下老高速公路K69+533～K70+020龍灘天湖特大橋古滑坡堆積體勘察項目為例，通過EVS軟件對高密度電法數據進行三維可視化處理，得到三維切片圖和三維地層模型圖，相比于二維反演圖更直觀，能更加立體地展示物探成果，讓工程人員更加直觀地了解工程狀況。

1 項目概況

測區位于龍灘水庫（紅水河）東北岸，屬剝蝕低山丘陵地貌，測區地層主要由第四系覆蓋層（Q）及三疊系中統（T2）基巖組成。第四系覆蓋層（Q）：粉質黏土、褐黃色、混碎石和局部夾有角礫，碎石成分主要為風化的粉砂巖、泥巖。三疊系中統（T2）地層：砂巖、局部夾頁巖、淺灰色、砂狀結構、中厚層狀構造。據地質調查及區域地質資料顯示，橋[KG（0.07mm]址處無區域性斷層或斷裂構造破碎帶存在。滑坡區域褶皺很發育，巖層產狀較為散亂，巖層總體傾向EES，沿河邊出露的巖層產狀為20°/SE∠17°。通過地質調查結合訪問調查，得知測區以前有滑動的現象，調查滑坡裂縫已被充填，在地表上基本沒有明顯裂縫反映。如圖1所示，地形特征上，滑坡體堆積體在樁號約K69+500～K69+650段有一個平臺，分布于滑坡體堆積體中后部，高程為500～545 m，平臺地勢稍平緩，與周邊場地形成明顯反差。滑坡體堆積體主要位于山體中部，相對高于紅水河水位，地表也無積水，因此滑坡區地下水、地表水主要以大氣降雨補給為主。根據出露的巖層產狀，推測為沿特征節理面在基巖強風化層逆層古滑坡，在當前自然條件下，滑坡體堆積體處于穩定狀態。

2 地球物理前提

測區內第四系覆蓋層與基巖、基巖不同風化層間、古滑坡的坍塌及滑移造成巖土的松散以及滑動面附近的地層含水率不同，致使地下介質在密度、電性參數（如介電常數，電導率等）存在明顯的差異，形成明顯的電性界面，為該區開展高密度電法勘探提供了良好的地球物理前提。本次高密度電法勘察工作布置5條測線，使用電極距為10.0 m，采用溫納裝置進行觀測。

3 EVS在高密度電法數據三維可視化中的實現

3.1 EVS地質建模簡述

EVS是美國C Tech公司的經典軟件[4]，此軟件基于數據驅動，采用成型的功能模塊，靈活定制工作流程布局，具有數據可視化及模型動態更新的優點，能較好地滿足地質建模的需求。

3.2 數據預處理

在對高密度電法數據進行三維可視化處理之前，需要對數據進行二維帶地形反演，通過RES2DINV（二維反演軟件）反演導出具有二維橫、縱方向坐標及相應坐標視電阻值的Surfer文本文件，通過Excle（電子表格）結合實地測量數據進行換算，將x坐標轉換為大地坐標并使用XLSX存盤，用EVS中Tools標簽頁上的相應工具生成ADPV文件[3]，如圖2所示。

3.3 地層、物探建模

通過建立地表地層模型，進一步對高密度反演數據進行插值處理，形成三維模型。一些步驟如圖3所示，先用make_geo_hierarchy模塊建立好地層，隨即形成了.geo和.gmf格式的數據，再用krig_3d_geology模塊進行地質建模，使用krig_3d模塊對高密度電法數據進行插值計算。

3.4 三維地質模型的生成

通過以上流程，大致繪制出高密度電法反演數據在空間模型中的展示，如下頁圖4所示是數據點離散圖，下頁圖5則為結合地層形成的三維模型圖。對于已生成的三維模型，可以對圖層進行任意方向的切片，也可以結合鉆孔數據，形成更加直觀可靠的三維模型[5]。如下頁圖6所示，只要根據一定的邏輯對其模塊進行二次流程化處理即可得到不同的結果[6]。三維可視化建模中的一些細節也需要注意，比如高密度電法數據在豎向的曲線類型為“H”型，在建立堆積體模型前需要對電法數據進行梯度處理。另外插值算法中存在數據受到地層各向異性影響問題[7]，應結合地質調查判斷異常的分布趨向，在插值計算中增加方位幅度參數修正模型。以上細節方法在本文不展開分析。經細化處理后，最終形成了推測滑坡體堆積體空間模型（見下頁圖7）。

4 二維反演數據與三維模型結合應用與評價

測區第四系覆蓋層為黏土夾碎石，結構相對下伏基巖松散，由于處于斜坡，地表水下滲速度較快，其相對含水率低，在高密度電法視電阻率反演等值線剖面圖（見圖8）上相對下伏砂巖表現為相對高阻，強風化基巖相對低阻，滑動層及滑動層面附近的破碎帶相對于覆蓋層及基巖表現為低阻，覆蓋層下相對低阻的巖層或區域與強風化層相對應，而低阻條帶與滑動層及滑動層面附近的破碎帶相對應。通過對剖切的電法數據EVS三維模型（見圖5、圖7）進行觀察，結合地質鉆孔資料（如圖9所示），可以較為直觀地看到在地形特征上，滑坡體堆積體主要位于山體中部。

古滑坡的確定：根據高密度電法的視電阻率等值線在垂向及水平上變化規律，結合地面地質調查來綜合確定。

滑坡深度的確定：高密度電法視電阻率等值線剖面圖上表現為等值線變稀疏，等值線呈半閉合圈或條帶狀低阻區域（帶）。依據地質調查及物探勘察結果（見表1），物探推斷主要的古滑坡影響區域主要在K69+410～K69+840段，推測面積約101 344 m2，滑坡面深度為8～70 m。

綜上所述，高密度電法在滑坡巨厚層松散體勘察中提供了依據，是較為有效的物理勘察手段。基于EVS軟件建立的高密度電法三維模型能較為直觀地在滑坡勘察中呈現巨厚層松散體，模型可進行任意剖面的剖切，并展示低阻異常區域。同時，也可以導入鉆孔與地層巖性，并進行相關描述及解決相關地質問題，如確定滑坡的潛在滑面位置、幾何形態及構造情況等參數，能為其穩定性分析、范圍確定、災害程度判斷以及治理方案設計等提供依據。

5 結語

基于EVS軟件的高密度電法三維建模研究及應用展示，能夠為古滑坡地質勘察三維可視化研究提供幫助，可較為直觀地呈現巨厚層松散體分布，也能為更多的物探數據呈現方式提供途徑。EVS軟件在越來越多的工程、研究項目中得到運用，能實現與ArcGIS、Revit、Civil 3D 等三維建模軟件進行數據交互，這為地質勘探信息處理提供了更多幫助。但由于該軟件在我國的發展還處于起步階段，其操作界面仍未漢化，另外雖然看似有成型的模塊應用，但使用時也應注意數據參數對建模形成的影響。總之，隨著勘察項目工程的發展，勘察技術和成果的豐富性也應隨之提高，展示更智能化、立體化的研究成果。

參考文獻

[1][ZK（#]廖全濤，王建軍，李成香，等.高密度電法在滑坡調查中的應用[J].資源環境與工程，2006（4）：430-431，445.

[2]孔繁良，陳 超，孫冠軍.高密度電法在清江水布埡庫區滑坡調查中的應用[J].工程地球物理學報，2008，5（2）：201-204.

[3]陳 兵，朱泳標，張 燕.基于EVS 的三維地質建模研究[J].高速鐵路技術，2020，11（6）：6-10，18.

[4]錢 睿.基于BIM 的三維地質建模[D].武漢：中國地質大學（北京），2015.

[5]周念清，楊浩博，楊 磊，等.EVS耦合地層-巖性三維地質建模方法在南寧地鐵工程中的應用[J].隧道建設，2020（2）：238-245.

[6]楊云峰.EVS 三維地質建模在整圖幅地質調查的應用[J].科學技術創新，2020（30）：50-51.

[7]李 鵬.隨鉆電磁波電阻率測井在水平井各向異性地層響應特征研究[J].工程地球物理學報，2020，17（4）：484-491.

作者簡介：

黃 霖（1994—），助理工程師，主要從事物探檢測工作;

李祖能（1964—），高級工程師，主要從事物探檢測工作。