高密度电阻率法在露天采场边坡稳定性评价中的应用

郭志东

摘 要：通过应用高密度电阻率法对弓长岭露天矿独木采矿区边坡区域的探测工程实例，介绍了高密度电阻率法的基本原理、资料处理和成果解释及推断。探测成果图分析结果显示，此次探测结果与实际情况基本吻合。证明高密度电阻率法在露天边坡稳定性评价中具有重要意义。

关键词：电阻率法 弓长岭露天矿 高密度 边坡稳定

中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0075-02

露天采场边坡稳定程度对于采矿安全生产具有重要意义。其稳定程度取决于边坡所在位置岩体的构造情况。查清边坡岩体空间构成，常用的方法是在该区打探钻，其所需工程量大、费用高且费时间。利用物探方法确定边坡岩体形态特征具有时间快、费用相对较低的优点。

在各种物探方法中，高密度电阻法在不稳定斜坡调查中得到了越来越多的应用[1～3]。从工程地质角度分析，通常矿体、围岩及空区的电阻率存在较大的差异。对边坡进行高密度电法勘探，可以有效地反映出这些差异，从而查明边坡地质体空间结构特征。

1 高密度电阻率法概述

1.1 高密度电阻率法的主要优点[4]

与常规电阻率法相比，高密度电阻率法具有自身特点。

（1）电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。

（2）野外数据采集自动化和半自动化，避免了由于手工操作所引起的错误，进一步提高了工作效率。

（3）在同一剖面上，保持部分参数（电极数、电极间距、测点和测线位置、接地电阻）不变的情况下，可进行多种电极排列方式的扫描测量，可以获得较为丰富的有关地电断面的地质信息。

（4）不仅可以实现资料的现场实时处理和脱机处理，而且还可以根据需要自动绘制和打印各种成果图件，大大提高了电阻率法的智能化程度；可以同时观测整条测线上的电位变化情况，并可实现数据远程实时采集，实现电法探测的远程实时监测。

（5）与常规电阻率法相比，成本低、效率高、信息丰富，解释方便且勘探能力显著提高。

1.2 高密度电阻率法工作原理

高密度电阻率法就其基本原理而言，与传统的电阻率法完全相同。它通过A、B电极向地下施加电流I，在M、N极间测量电位差ΔUMN，求得改点的视电阻率（见图1）：

（如图1）。

根据实测的视电阻率剖面进行计算和处理，可以获得地下传导电流的变化分布规律和地层中的视电阻率的分布情况。

1.3 资料处理

高密度电阻率法的数据处理和资料解释工作是高密度电阻率法勘探的重要环节。观测数据处理采用res2dmod正演和RES2DINV反演等软件完成[5]。先进行突变点剔除工作和消除坏点，再做数据圆滑处理和地形校正后的预处理数据，经正演和反演计算处理后绘制出视电阻率成相色谱图。最终处理成果以视电阻率等值线断面图或彩色分级图等图件的形式表示，从而结合勘探地区实际地质地形条件或与勘探方法，对成像色谱图所反映出的异常进行圈定解译[6]。

2 探测实例

对独木采矿区边坡进行高密度电法勘探，目的是查明边坡地质体的电阻率及厚度等物性参数，确定矿区边坡的稳定性，为安全开采提供保障。

2.1 研究区背景及地球物理概况

弓长岭露天矿独木采矿区是有着近半个世纪开采历史的老矿山，该矿的北帮主要是由风化程度不同的混合岩构成，200 m水平以下出现角闪岩、云母片岩夹层及铁矿体，工程地质条件较复杂，断层、节理较发育，现为矿山生产的推进帮。随着矿山开采深度的加深和揭露范围的扩大，岩体边坡的高度和范围逐年增加，复杂的工程地质条件如断层、破碎带、节理等对岩体边坡的稳定形成了较大的影响，在北帮岩体边坡出现了局部的变形、塌陷和滑落现象，对矿山的安全生产产生了较大的影响。

由物探测试资料可知，泥质页岩、灰岩、云母片岩等围岩普遍为低阻，电阻率值，800～1800 Ω·m左右；条带状磁铁矿、赤铁矿1800～3000 Ω·m左右，为中等电阻率值表现；硅质岩、石英岩等围岩电阻率多为5000 Ω·m以上或者更大。围岩与矿体之间存在明显电性差异，满足电法勘探物理前提。

2.2 仪器装置选择及测线布置

本次工作采用高密度电法对边坡进行勘探，主要采用温纳及偶极装置，此两种装置数据稳定性好。

（1）温纳装置。

装置系数K=2πna，AM=MN=NB=na（n为隔离系数，a为电极极距）。测量时，AM=MN=NB为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，逐点向右移动，得到另一条剖面线；这样不断扫描下去，得到倒梯形断面（见图2）。

（2）偶极装置。

装置系数K=2πna，AB=BM=MN=na（n为隔离系数，a为电极极距）。测量时，AB=BM=MN为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线；接着AB、BM、MN增大一个电极间距，逐点同时向右移动，得到另一条剖面线；这样不断扫描下去，得到倒梯形断面（见图3）。

（3）测线布置。

根据实际地形地质条件在现场布置了两条测线（见图6），两者之间平行相距大约10 m。根据实际的地形情况布置测点，尽量使测点上的电极耦合良好。电极间距2 m。

①测线G-10长度118 m，电极点间距2 m，测点数60个。

②测线G-11长度118 m，电极点间距2 m，测点数60个。

2.3 成果分析

把所得的视电阻率数据处理后得到的视电阻率成像色谱图（见图4）以及结合已收集的地质勘探资料进行联合解释。

对图4定性分析可知，成像色谱图的上部均呈现有低阻晕团，该低阻区域厚度范围为2～4 m，电阻率范围为300～1200Ω·m，根据收集到的地质资料，可以推测为碎屑矿体、围岩及地表残留雨水混合的反映；在30～40 m区域范围下方，呈现连续倾斜低阻，纵向延伸大于20 m，推测该倾斜连续低阻为一断层所在位置，与钻探结果吻合；高阻异常基本占据其余部位，其中主要高阻异常位于65～105 m范围内，深度范围为4～15 m，电阻率范围大于5000Ω·m，根据实际矿体走向，可推测其为硅质围岩。

综合G-10的探测成果图及分析所得到的有关结论对测线G-11所获得的探测成果图进行定性分析。由图5可知，上部高阻范围主要集中区域在70～105 m之间，并且高阻体展布不均匀，可能由于地表围岩与矿体混杂所致。在32～40 m与68～78 m，深约5 m左右，有两处低阻，电阻率范围为200～600 Ω·m，推断为泥质或云母质围岩；此外在12～16 m之间具有一倾斜连续低阻。由于两测线近于平行，且根据G-10结论分析可知，此处低阻区域为一断层，且与F1为同一断层（见图6）。该断层走向北北东，倾向南东东，且向深部发展至测线控制范围以外，与钻孔资料基本吻合。

3 结论

（1）通过对测线G-10和G-11的探测成果图的对比分析可知，高密度电阻率法用于边坡稳定评价是切实可行的。

（2）基本查明了勘探区断层位置分布，并在图上清晰的反映出了断层的产状，达到了预期的目的，为矿山下一步安全生产提供依据。

（3）在边坡稳定评价中，仅靠钻探手段难以达到高校、经济的要求。如果结合高密度电阻率法，可以提高工作效率及勘查成果质量。

参考文献

[1] 雷宛，肖宏跃，邓一谦.工程与环境物探[M].北京：地质出版社，2007：192-302.

[2] 肖宏跃，雷宛.地电学教程[M].北京：地质出版社，2008：99-115.

[3] 陶晓风，吴德超.普通地质学[M].北京：科学出版社，2007：251-266.

[4] 杨振威，严加永，刘彦，等.高密度电阻率法研究进展[J].地质与勘探，2012（5）：969-978.endprint

摘 要：通过应用高密度电阻率法对弓长岭露天矿独木采矿区边坡区域的探测工程实例，介绍了高密度电阻率法的基本原理、资料处理和成果解释及推断。探测成果图分析结果显示，此次探测结果与实际情况基本吻合。证明高密度电阻率法在露天边坡稳定性评价中具有重要意义。

关键词：电阻率法 弓长岭露天矿 高密度 边坡稳定

中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0075-02

露天采场边坡稳定程度对于采矿安全生产具有重要意义。其稳定程度取决于边坡所在位置岩体的构造情况。查清边坡岩体空间构成，常用的方法是在该区打探钻，其所需工程量大、费用高且费时间。利用物探方法确定边坡岩体形态特征具有时间快、费用相对较低的优点。

在各种物探方法中，高密度电阻法在不稳定斜坡调查中得到了越来越多的应用[1～3]。从工程地质角度分析，通常矿体、围岩及空区的电阻率存在较大的差异。对边坡进行高密度电法勘探，可以有效地反映出这些差异，从而查明边坡地质体空间结构特征。

1 高密度电阻率法概述

1.1 高密度电阻率法的主要优点[4]

与常规电阻率法相比，高密度电阻率法具有自身特点。

（1）电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。

（2）野外数据采集自动化和半自动化，避免了由于手工操作所引起的错误，进一步提高了工作效率。

（3）在同一剖面上，保持部分参数（电极数、电极间距、测点和测线位置、接地电阻）不变的情况下，可进行多种电极排列方式的扫描测量，可以获得较为丰富的有关地电断面的地质信息。

（4）不仅可以实现资料的现场实时处理和脱机处理，而且还可以根据需要自动绘制和打印各种成果图件，大大提高了电阻率法的智能化程度；可以同时观测整条测线上的电位变化情况，并可实现数据远程实时采集，实现电法探测的远程实时监测。

（5）与常规电阻率法相比，成本低、效率高、信息丰富，解释方便且勘探能力显著提高。

1.2 高密度电阻率法工作原理

高密度电阻率法就其基本原理而言，与传统的电阻率法完全相同。它通过A、B电极向地下施加电流I，在M、N极间测量电位差ΔUMN，求得改点的视电阻率（见图1）：

（如图1）。

根据实测的视电阻率剖面进行计算和处理，可以获得地下传导电流的变化分布规律和地层中的视电阻率的分布情况。

1.3 资料处理

高密度电阻率法的数据处理和资料解释工作是高密度电阻率法勘探的重要环节。观测数据处理采用res2dmod正演和RES2DINV反演等软件完成[5]。先进行突变点剔除工作和消除坏点，再做数据圆滑处理和地形校正后的预处理数据，经正演和反演计算处理后绘制出视电阻率成相色谱图。最终处理成果以视电阻率等值线断面图或彩色分级图等图件的形式表示，从而结合勘探地区实际地质地形条件或与勘探方法，对成像色谱图所反映出的异常进行圈定解译[6]。

2 探测实例

对独木采矿区边坡进行高密度电法勘探，目的是查明边坡地质体的电阻率及厚度等物性参数，确定矿区边坡的稳定性，为安全开采提供保障。

2.1 研究区背景及地球物理概况

弓长岭露天矿独木采矿区是有着近半个世纪开采历史的老矿山，该矿的北帮主要是由风化程度不同的混合岩构成，200 m水平以下出现角闪岩、云母片岩夹层及铁矿体，工程地质条件较复杂，断层、节理较发育，现为矿山生产的推进帮。随着矿山开采深度的加深和揭露范围的扩大，岩体边坡的高度和范围逐年增加，复杂的工程地质条件如断层、破碎带、节理等对岩体边坡的稳定形成了较大的影响，在北帮岩体边坡出现了局部的变形、塌陷和滑落现象，对矿山的安全生产产生了较大的影响。

由物探测试资料可知，泥质页岩、灰岩、云母片岩等围岩普遍为低阻，电阻率值，800～1800 Ω·m左右；条带状磁铁矿、赤铁矿1800～3000 Ω·m左右，为中等电阻率值表现；硅质岩、石英岩等围岩电阻率多为5000 Ω·m以上或者更大。围岩与矿体之间存在明显电性差异，满足电法勘探物理前提。

2.2 仪器装置选择及测线布置

本次工作采用高密度电法对边坡进行勘探，主要采用温纳及偶极装置，此两种装置数据稳定性好。

（1）温纳装置。

装置系数K=2πna，AM=MN=NB=na（n为隔离系数，a为电极极距）。测量时，AM=MN=NB为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，逐点向右移动，得到另一条剖面线；这样不断扫描下去，得到倒梯形断面（见图2）。

（2）偶极装置。

装置系数K=2πna，AB=BM=MN=na（n为隔离系数，a为电极极距）。测量时，AB=BM=MN为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线；接着AB、BM、MN增大一个电极间距，逐点同时向右移动，得到另一条剖面线；这样不断扫描下去，得到倒梯形断面（见图3）。

（3）测线布置。

根据实际地形地质条件在现场布置了两条测线（见图6），两者之间平行相距大约10 m。根据实际的地形情况布置测点，尽量使测点上的电极耦合良好。电极间距2 m。

①测线G-10长度118 m，电极点间距2 m，测点数60个。

②测线G-11长度118 m，电极点间距2 m，测点数60个。

2.3 成果分析

把所得的视电阻率数据处理后得到的视电阻率成像色谱图（见图4）以及结合已收集的地质勘探资料进行联合解释。

对图4定性分析可知，成像色谱图的上部均呈现有低阻晕团，该低阻区域厚度范围为2～4 m，电阻率范围为300～1200Ω·m，根据收集到的地质资料，可以推测为碎屑矿体、围岩及地表残留雨水混合的反映；在30～40 m区域范围下方，呈现连续倾斜低阻，纵向延伸大于20 m，推测该倾斜连续低阻为一断层所在位置，与钻探结果吻合；高阻异常基本占据其余部位，其中主要高阻异常位于65～105 m范围内，深度范围为4～15 m，电阻率范围大于5000Ω·m，根据实际矿体走向，可推测其为硅质围岩。

综合G-10的探测成果图及分析所得到的有关结论对测线G-11所获得的探测成果图进行定性分析。由图5可知，上部高阻范围主要集中区域在70～105 m之间，并且高阻体展布不均匀，可能由于地表围岩与矿体混杂所致。在32～40 m与68～78 m，深约5 m左右，有两处低阻，电阻率范围为200～600 Ω·m，推断为泥质或云母质围岩；此外在12～16 m之间具有一倾斜连续低阻。由于两测线近于平行，且根据G-10结论分析可知，此处低阻区域为一断层，且与F1为同一断层（见图6）。该断层走向北北东，倾向南东东，且向深部发展至测线控制范围以外，与钻孔资料基本吻合。

3 结论

（1）通过对测线G-10和G-11的探测成果图的对比分析可知，高密度电阻率法用于边坡稳定评价是切实可行的。

（2）基本查明了勘探区断层位置分布，并在图上清晰的反映出了断层的产状，达到了预期的目的，为矿山下一步安全生产提供依据。

（3）在边坡稳定评价中，仅靠钻探手段难以达到高校、经济的要求。如果结合高密度电阻率法，可以提高工作效率及勘查成果质量。

参考文献

[1] 雷宛，肖宏跃，邓一谦.工程与环境物探[M].北京：地质出版社，2007：192-302.

[2] 肖宏跃，雷宛.地电学教程[M].北京：地质出版社，2008：99-115.

[3] 陶晓风，吴德超.普通地质学[M].北京：科学出版社，2007：251-266.

[4] 杨振威，严加永，刘彦，等.高密度电阻率法研究进展[J].地质与勘探，2012（5）：969-978.endprint

摘 要：通过应用高密度电阻率法对弓长岭露天矿独木采矿区边坡区域的探测工程实例，介绍了高密度电阻率法的基本原理、资料处理和成果解释及推断。探测成果图分析结果显示，此次探测结果与实际情况基本吻合。证明高密度电阻率法在露天边坡稳定性评价中具有重要意义。

关键词：电阻率法 弓长岭露天矿 高密度 边坡稳定

中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0075-02

露天采场边坡稳定程度对于采矿安全生产具有重要意义。其稳定程度取决于边坡所在位置岩体的构造情况。查清边坡岩体空间构成，常用的方法是在该区打探钻，其所需工程量大、费用高且费时间。利用物探方法确定边坡岩体形态特征具有时间快、费用相对较低的优点。

在各种物探方法中，高密度电阻法在不稳定斜坡调查中得到了越来越多的应用[1～3]。从工程地质角度分析，通常矿体、围岩及空区的电阻率存在较大的差异。对边坡进行高密度电法勘探，可以有效地反映出这些差异，从而查明边坡地质体空间结构特征。

1 高密度电阻率法概述

1.1 高密度电阻率法的主要优点[4]

与常规电阻率法相比，高密度电阻率法具有自身特点。

（1）电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。

（2）野外数据采集自动化和半自动化，避免了由于手工操作所引起的错误，进一步提高了工作效率。

（3）在同一剖面上，保持部分参数（电极数、电极间距、测点和测线位置、接地电阻）不变的情况下，可进行多种电极排列方式的扫描测量，可以获得较为丰富的有关地电断面的地质信息。

（4）不仅可以实现资料的现场实时处理和脱机处理，而且还可以根据需要自动绘制和打印各种成果图件，大大提高了电阻率法的智能化程度；可以同时观测整条测线上的电位变化情况，并可实现数据远程实时采集，实现电法探测的远程实时监测。

（5）与常规电阻率法相比，成本低、效率高、信息丰富，解释方便且勘探能力显著提高。

1.2 高密度电阻率法工作原理

高密度电阻率法就其基本原理而言，与传统的电阻率法完全相同。它通过A、B电极向地下施加电流I，在M、N极间测量电位差ΔUMN，求得改点的视电阻率（见图1）：

（如图1）。

根据实测的视电阻率剖面进行计算和处理，可以获得地下传导电流的变化分布规律和地层中的视电阻率的分布情况。

1.3 资料处理

高密度电阻率法的数据处理和资料解释工作是高密度电阻率法勘探的重要环节。观测数据处理采用res2dmod正演和RES2DINV反演等软件完成[5]。先进行突变点剔除工作和消除坏点，再做数据圆滑处理和地形校正后的预处理数据，经正演和反演计算处理后绘制出视电阻率成相色谱图。最终处理成果以视电阻率等值线断面图或彩色分级图等图件的形式表示，从而结合勘探地区实际地质地形条件或与勘探方法，对成像色谱图所反映出的异常进行圈定解译[6]。

2 探测实例

对独木采矿区边坡进行高密度电法勘探，目的是查明边坡地质体的电阻率及厚度等物性参数，确定矿区边坡的稳定性，为安全开采提供保障。

2.1 研究区背景及地球物理概况

弓长岭露天矿独木采矿区是有着近半个世纪开采历史的老矿山，该矿的北帮主要是由风化程度不同的混合岩构成，200 m水平以下出现角闪岩、云母片岩夹层及铁矿体，工程地质条件较复杂，断层、节理较发育，现为矿山生产的推进帮。随着矿山开采深度的加深和揭露范围的扩大，岩体边坡的高度和范围逐年增加，复杂的工程地质条件如断层、破碎带、节理等对岩体边坡的稳定形成了较大的影响，在北帮岩体边坡出现了局部的变形、塌陷和滑落现象，对矿山的安全生产产生了较大的影响。

由物探测试资料可知，泥质页岩、灰岩、云母片岩等围岩普遍为低阻，电阻率值，800～1800 Ω·m左右；条带状磁铁矿、赤铁矿1800～3000 Ω·m左右，为中等电阻率值表现；硅质岩、石英岩等围岩电阻率多为5000 Ω·m以上或者更大。围岩与矿体之间存在明显电性差异，满足电法勘探物理前提。

2.2 仪器装置选择及测线布置

本次工作采用高密度电法对边坡进行勘探，主要采用温纳及偶极装置，此两种装置数据稳定性好。

（1）温纳装置。

装置系数K=2πna，AM=MN=NB=na（n为隔离系数，a为电极极距）。测量时，AM=MN=NB为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，逐点向右移动，得到另一条剖面线；这样不断扫描下去，得到倒梯形断面（见图2）。

（2）偶极装置。

装置系数K=2πna，AB=BM=MN=na（n为隔离系数，a为电极极距）。测量时，AB=BM=MN为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线；接着AB、BM、MN增大一个电极间距，逐点同时向右移动，得到另一条剖面线；这样不断扫描下去，得到倒梯形断面（见图3）。

（3）测线布置。

根据实际地形地质条件在现场布置了两条测线（见图6），两者之间平行相距大约10 m。根据实际的地形情况布置测点，尽量使测点上的电极耦合良好。电极间距2 m。

①测线G-10长度118 m，电极点间距2 m，测点数60个。

②测线G-11长度118 m，电极点间距2 m，测点数60个。

2.3 成果分析

把所得的视电阻率数据处理后得到的视电阻率成像色谱图（见图4）以及结合已收集的地质勘探资料进行联合解释。

对图4定性分析可知，成像色谱图的上部均呈现有低阻晕团，该低阻区域厚度范围为2～4 m，电阻率范围为300～1200Ω·m，根据收集到的地质资料，可以推测为碎屑矿体、围岩及地表残留雨水混合的反映；在30～40 m区域范围下方，呈现连续倾斜低阻，纵向延伸大于20 m，推测该倾斜连续低阻为一断层所在位置，与钻探结果吻合；高阻异常基本占据其余部位，其中主要高阻异常位于65～105 m范围内，深度范围为4～15 m，电阻率范围大于5000Ω·m，根据实际矿体走向，可推测其为硅质围岩。

综合G-10的探测成果图及分析所得到的有关结论对测线G-11所获得的探测成果图进行定性分析。由图5可知，上部高阻范围主要集中区域在70～105 m之间，并且高阻体展布不均匀，可能由于地表围岩与矿体混杂所致。在32～40 m与68～78 m，深约5 m左右，有两处低阻，电阻率范围为200～600 Ω·m，推断为泥质或云母质围岩；此外在12～16 m之间具有一倾斜连续低阻。由于两测线近于平行，且根据G-10结论分析可知，此处低阻区域为一断层，且与F1为同一断层（见图6）。该断层走向北北东，倾向南东东，且向深部发展至测线控制范围以外，与钻孔资料基本吻合。

3 结论

（1）通过对测线G-10和G-11的探测成果图的对比分析可知，高密度电阻率法用于边坡稳定评价是切实可行的。

（2）基本查明了勘探区断层位置分布，并在图上清晰的反映出了断层的产状，达到了预期的目的，为矿山下一步安全生产提供依据。

（3）在边坡稳定评价中，仅靠钻探手段难以达到高校、经济的要求。如果结合高密度电阻率法，可以提高工作效率及勘查成果质量。

参考文献

[1] 雷宛，肖宏跃，邓一谦.工程与环境物探[M].北京：地质出版社，2007：192-302.

[2] 肖宏跃，雷宛.地电学教程[M].北京：地质出版社，2008：99-115.

[3] 陶晓风，吴德超.普通地质学[M].北京：科学出版社，2007：251-266.

[4] 杨振威，严加永，刘彦，等.高密度电阻率法研究进展[J].地质与勘探，2012（5）：969-978.endprint