三峡库区地质灾害勘察物探技术方法应用 浅议三峡库区地质灾害预警工程常用监测方法及应用
李洪涛 孙党生 杨勤海 杨进平
（中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051）
【摘要】本文简要叙述了在三峡库区地质灾害勘察中经常使用的物探技术方法以及一些典型的工程实例，以求为今后的工作带来一定示范效应，进一步为地质灾害勘察提供先进有效的测试手段。
【关键词】三峡库区 地质灾害 勘察物探技术方法
1 前言
从1997年至2004年，中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所承担了三峡库区移民迁建新址重大地质灾害防治研究与论证综合地球物理勘查，奉节三马山小区物探勘察，巴东黄土坡滑坡、万州官塘口滑坡物探勘察，重庆14区县库岸调查等一批应用研究课题及物探勘察任务。先后在三峡库区的巴东、巫山、奉节、万州及丰都、石柱等地进行了大量的综合地球物理勘察。本文为地球物理勘探技术方法在三峡库区地质灾害防治工程中的应用实践经验总结和体会，以求为今后的工作带来一定示范效应，进一步为地质灾害勘察提供先进有效的测试手段。
2 地球物理勘探技术方法
2.1 浅层高分辨率地震勘探
2.1.1 工作技术方法
（1）展开排列法
考虑到库区地形地质条件的复杂性，在奉节和巫山两地，在布置地震剖面之前，作为一种重要的试验方法，都采用了展开排列法。其作用是了解测区地震波波组中各种波的时序排列关系，进行震相分析，从而确定数据采集的仪器参数和观测系统，采取合适的激发与接收措施，进行地层介质速度参数的估算。展开排列法观测系统采用0m、10m、20m、30m、40m、50m等不同偏移距，道距2m或3m。
（2）共深度点多次水平叠加法（CDP)
CDP水平叠加法是在不同激发点和接收点上采集来自相同反射点的反射波，在得到的多张地震记录中抽出界面上共反射点道集，经过速度扫描、动静校正之后，进行叠加处理，以时间剖面的形式给出地质界面及构造信息，这种方法可以提高信噪比，对压制干扰波有显著的作用。CDP剖面观测系统中的偏移距的选择，是根据面波、声波等干扰波与目的层反射波的关系确定，分别采用30m、40m和69m。道距采用2m、3m和5m。水平叠加次数大部分为6次，部分用3次。
（3）地震高密度映像法
高密度映像技术采用单次激发、单次接收等偏移距信号采集，其工作模式与水域中声纳法类似，故又称为陆地声纳法。采集的信号经幅度压缩、彩色调制，以彩色映像的方式显示。高密度映像法的偏移距用2m，点距1m。
2.1.2 野外数据采集设备
地震勘探采用北京水电物探研究所的SWS—1A型多功能面波仪与瑞典ABEM公司MARK6轻便多道地震仪。接收检波器用38HZ高灵敏数字检波器配CDP轻便覆盖电缆。根据探测目的层的深度，以及测区施工条件，分别采用锤击与炸药爆破两种震源。锤击震源锤重24磅，锤垫厚20mm。为增加有效信号，压制随机干扰，采用垂直叠加，叠加次数一般为5次。炸药震源一般在炮孔中激发，孔深1～2m，药量100～200g。
2.1.3 资料数据处理
CDP剖面资料的数据处理采用CSP.3.3地震数据处理系统。针对本区地形坡度大且起伏剧烈的特点，在叠前和叠后均作了地形校正。处理内容还包括增益控制、噪音和干扰波切除、滤波、速度分析、动校正与水平叠加等，最终输出含有地形线的CDP水平迭加双程反射波时间剖面图，成果地质解释图是在AutoCAD14.0下完成的。处理流程如图1。
图1 浅层地震数据处理流程图
2.2 面波勘探
采用瞬态面波（瑞雷波）勘探。在地表用震源竖向激震时，一般会产生直达纵波、折射纵波、反射纵波和瑞雷波以及各种转换波。理论分析和实验表明，所有这些波中，瑞雷波的能量最强，约占67%。瑞雷波是一种沿地表传播的表面波，其传播的波阵面为一个圆柱体，传播的深度约为一个波长。利用瑞雷波的频散特性，即不同波长的瑞雷波传播特征反映不同深度地质体的特征，进行地质介质结构的探测。
2.2.1 仪器设备
面波勘探采用北京水电物探研究所的SWS—1A型多功能面波仪，接收检波器采用4Hz低频检波器，面波剖面采用12道排列，道距1m，点距5m，偏移距分别为0m、5m、10m、15m和20m。
2.2.2 资料处理
面波剖面采用 FKSWSA面波处理系统，通过多道三维傅里叶变换，在时间—空间（T—X）域和频率—波数（F—K）域内进行速度和波数（波长）滤波，消除非面波信号，有效地提取面波信息，绘制面波频散曲线，进行面波资料的反演解释。
FKSWSA面波处理系统的特点是可以进行拟合处理，即设定的地层结构参数与计算的地层参数，通过相关系数判断，确定最佳地层结构反演结果。
2.3 地震层析成像（CT）
地震层析成像和其他科学技术领域的成像技术类似，是一种边界投影反演方法。从地震波的运动学与动力学特征出发，地震层析可分为射线层析和波动方程层析两类。它们分别测定地震波的走时、振幅、相位、周期等信息变化，反演地质介质三维速度结构或衰减特性，并以图像表示其结果。
地震 CT数据采集采用井间与井地结合的方式。井地方式是在两孔之间沿地面上激发弹性波，孔中接收；井间方式是在一孔内激发，另一孔内接收。接收点距2m和1m，炮距2m或视井中条件确定，构成上下交叉的观测系统，以保证射线覆盖测试区域，提高成像精度。
2.3.1 仪器
SWS—1A多功能面波仪或 MARK6轻便多道地震仪。
接收采用串联式气囊检波器与井壁耦合。
采用爆炸震源，电雷管激发。
2.3.2 数据处理
数据处理采用CST for Windows地震层析成像系统。每个成像区域均按2m×2m单元剖分，每个单元块上的射线节点密度为10个×10个。成果以波速等值线色谱图展示，图像输出是通过Winsurf6.04实现的。处理流程如图2。
图2 地震层析成像数据处理流程
2.4 EH—4电导率成像
EH—4电导率成像方法属部分可控源与天然场相结合的一种大地电磁测试法。不同于直流电法，它不是通过延长电缆和加大极距来增加勘探深度，而是在测点上，通过其变频获得深度信息。EH—4在奉节县宝塔坪三万塘地面塌陷坑调查中，在坑底布置了一条南北向剖面，点距5m，电偶极距15m，与剖面方向一致。在塌陷坑南侧地表布置了一条剖面，点距5m，电偶极距10m。
2.4.1 仪器设备
EH—4电导率成像系统是由美国 GEOMETRLCS和EMI公司联合生产。是目前国际上较为先进的一种电磁法勘探仪器。
2.4.2 EH—4的资料处理
包括现场数据处理和后续处理两大部分。现场数据处理主要是一维分析，用于检查野外采集的数据质量和调整参数。后续处理包括数据分析、一维数据处理和显示及拟二维处理。数据分析软件用于识别噪声源，估计和调整发射机的信号电平，分析数据采集质量。一维数据处理和显示是在经过数据分析后得到新的功率谱后的资料再处理，可删除噪声严重的数据以减少发散，增加信号的相关度。二维处理是采用EMAP法进行拟二维反演，有效地消除静态效应，构造电阻率断面图，在现场给出解释结果灰度图，通过计算机二维反演，进行彩色成图。
2.5 声波测井技术
声波测井是以测定岩、矿的声波速度和幅度为基础，在划分基岩岩性、风化破碎程度，确定破碎带位置、基岩与覆盖层分界面以及在覆盖层、基岩内确定低速层等方面是一种较为有效的方法。
单孔全波列声波测试是采用一发双收探管，发射—接收源距50cm，间距30cm。在钻孔内（裸孔）沿井壁发射、接收声波信息，测井时将探管下至井底，按一定点距向上测试，由计算机完成全波列数据采集与数据存储，室内通过回放和资料处理拾取纵、横波，在全波列采集波形中根据波形干涉点、幅度、频谱分析，确定纵横、波初至走时，计算纵波、横波速度绘制成果图。
测试使用的仪器为SSJ—4D全波列声波测井仪（中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所）。
井下探头分采用干孔贴壁式和水耦合两种类型。
3 应用成果分析
3.1 滑崩堆积体
滑崩堆积体是一种多成因、多期次的松散堆积体。其大部分是在构造和重力卸荷及岩溶作用下形成的滑坡体、崩塌体、泥石流堆积体和岩溶塌陷堆积体。地球物理勘探的目的是了解堆积体厚度及深部结构特征，采用的主要工作方法是展开排列法、CDP剖面与面波法。
3.1.1 巫山新城址净坛路—祥云路—集仙路深部结构特征
该区由于地形起伏较大，加上冲沟人工回填等因素，给地震探测带来了很大困难。图3（剖面F）反映了净坛路—祥云路—集仙路方向的深部结构特征。可以看出完整基岩埋深达40～50m，而在祥云路至集仙路之间形成深达30m的深槽。图4（剖面 H）横切头道沟，冲沟形态明显。在时间剖面上，凡是在冲沟部位，由于切割、风化呈多同相轴形态，反映冲沟堆积物的复杂性。探测结果明显反映了堆积体的顺层特征。
3.1.2 滑崩堆积体精细结构特征
为了进一步提示滑崩堆积体精细结构特征，采用了面波探测来了解浅部的地质结构。图5列出典型的频散曲线及其地质解释结果，可以看到面波勘探能够很好地提供浅部地层细节及其速度分布资料。结果表明，滑崩堆积体内部可划分为3层：
图3 巫山新址净坛路—集仙路（剖面F）浅层地震勘探结果
第一层：0～3.15m，为含砾石粘土层，横波速度330～470m/s。
第二层：3～8m，为碎石夹土层，横波速度470～770m/s。
第三层：8～16m，为破碎岩层，横波速度770～970m/s。
3.1.3 成果解释
滑崩堆积体埋深约40m，但是祥云路至集仙路之间存在深达70m的凹槽。滑崩堆积体底面明显顺岩层方向，倾角达30°。在滑崩堆积体中，可细分为3层，其波速不超过1000m/s，说明其岩体完整性较差。
3.2 滑坡
滑坡勘查采用的技术方法主要是 CDP剖面法，勘查对象有巴东县新城区黄土坡滑坡、巫山秀峰寺滑坡、重庆市万州区关塘口滑坡、万州区长江大桥—上沱口段库岸滑坡等。本文仅对其中一部分有代表性的成果分述如下。
3.2.1 巴东县新城区黄土坡滑坡
（1）地震时间剖面波组特征
巴东黄土坡滑坡共做了9条剖面，本文列举2条剖面予以分析。从图6(D剖面）、图7(C剖面）中的时间剖面可以看出均存在一至二组反射波同相轴，其中T1波组较稳定，时间在30～60ms左右，其深度为30～51m，这一层可以认为是第四系滑坡堆积体与下伏基岩的分界面，T2波组时间在50～90ms左右，其深度为52～76m，这一层可认为是基岩风化岩层与完整基岩的分界面。从图6(D剖面）及图7(C剖面）可见均未发现有大的断层形迹的显示，但裂隙（节理）较发育，形成岩体破碎，从反射波的特征来看，形成了杂乱弱反射或波组的错断标志。
图4 巫山新址祥云路（剖面H）浅层地震勘探结果
图5 巫山新址净坛路—集仙路面波勘探结果
图6 巴东黄土坡滑坡（D剖面）浅层地震勘探时间剖面
图7 巴东黄土坡滑坡（C1、C2剖面）浅层地震勘探时间剖面
（2）地质解释
巴东黄土坡滑坡地震勘探结果基本查明了工作区内第四系松散堆积体的厚度及空间分布范围、滑坡堆积体的厚度及分布范围。推断地质解释图直观反映了基岩埋深及起伏形态，其埋藏深度分布范围一般在50～90m左右。查明了工作区内基岩软弱结构面的异常分布带及位置，共解释推断基岩破碎带及裂隙发育带共计21处。
3.2.2 巫山秀峰寺滑坡
（1）地震时间剖面的波组特征
巫山秀峰寺滑坡共做了8条浅层地震剖面，本文列出其中典型的地震剖面1条见图8，从时间剖面可以看出，均存在一至二组反射波同相轴，其中一组比较稳定，时间在50ms左右（消除地形影响后）。这一层可以认为是滑坡堆积体与下伏基岩的分界面，其深度一般为30m左右。对一些不同结构特征的界面，如风化岩体也有所反映。时间一般为75ms左右，推断为完整基岩与风化岩体或碎块石层的分界面。另外，在图8中，CDP点120～140反射波同相轴向下凹陷甚至尖灭，结合现场地质情况，这一位置为一古寺庙所处位置，在地震反射波中出现这一现象，可能是由于古代工程人工开挖造成地层波阻抗界面差异所致。
图8 巫山秀峰寺 D3浅层地震勘探结果
（2）地质解释
巫山秀峰寺滑坡所完成的8条浅层地震剖面，基本查明了滑坡堆积体的厚度和空间形态，推断地质图直观反映了基岩的形态和覆盖层的厚度变化。除基岩面之外，CDP剖面上还有一些同相轴，它们都是地震波地质信息的真实反映，如D3线所反映的同相轴不连续现象与旧寺庙位置相吻合。秀峰寺滑坡的8条剖面展示了秀峰寺滑坡堆积体厚度约在25～35m之间。
3.2.3 重庆万州区长江大桥——上沱口段库岸滑坡勘查
（1）地震剖面的波组特征
万州长江大桥上沱口段库岸滑坡勘查共做了5条CDP浅地震剖面。图9、图10是其中两条典型剖面，从图7、图8可见地震反射波的波组特征较明显，一般延续1～2个相位，从波的相位、能量、波形、连续性等方面来对比，其中T1波组为第四系滑坡堆积层与下伏基岩（风化层）的分界面，该层反射波的连续性和相位特征是分析判断崩滑堆积层厚度变化的主要依据。T2反射层推断为基岩内部的反射，是推断基岩埋深及起伏形态的主要依据，它反映了基岩风化壳及软弱岩层的岩性横向的变化特征。
（2）地质解释
长江大桥上沱口段库岸滑坡所完成的5条浅层地震剖面，基本查明了滑坡堆积体的厚度和空间形态。推断地质图直观反映第四系崩滑堆积层的厚度及分布范围，崩滑堆积层平均厚度为3.5～9m。基本确定了工区范围内的基岩风化壳的厚度，基岩风化壳平均厚度为14～17m左右。确定了基岩埋深及起伏形态。对工区内基岩结构面的异常分布及结构特征也作出了相应的地质推断与解释，共解释推断基岩破碎带及裂隙发育带共计11处。
3.2.4 重庆万州区关塘口滑坡群和巴东县新城址滑坡体声波测井
重庆万州关塘口滑坡群、巴东县新城址滑坡体进行声波测井勘探，旨在结合地质调查，评估划分岩性、完整性，确定滑带、破碎带位置。
图9 万州长江大桥—上沱口段库岸（塌岸）防护工程C—C′浅层地震勘查成果
图10 万州长江大桥—上沱口段库岸（塌岸）防护工程D—D′浅层地震勘查成果
万州关塘口滑坡群总计对13口钻孔进行了观测，巴东黄土坡滑坡对12口钻孔进行了观测，图11为关塘口 ZK3典型的声（波）速—孔深曲线，它是由原始记录声波波列及其提取出的声时时差—孔深曲线和计算后绘出的声速—孔深曲线。由此，可对基岩及上覆层的界线明确地做出划分，同时还可看出：基岩部分声速在3500m/s以上，裂隙发育带声速有所低；上部覆盖层可分为平均声速1800m/s、2200m/s两层，其速度变化说明块石与土的含量、块石岩性、地层结构均有不同程度的变化。图12为声波测试曲线图与钻孔柱状图的对比图，20.5～24m之间曲线频率低、声波幅度小，为岩体疏松的反映。钻孔20.5～24m表明完整岩体内部存在裂隙破碎带（见图12）。图13为巴东ZK1典型的声（波）速—孔深曲线，66.0～67.5m、77.5～84.5m两段波速值明显增高到3800m/s，认为已进入基岩，其间所夹68.0～77.0m段，从变面积图像看接收波形频率变低，速度变低，认为是一层软弱夹层，并在后期治理工程中得到了验证。
图11 官塘口滑坡勘察ZK3声波测井成果图
图12 ZK7声波测试曲线图与钻孔柱状图的对比图
图13 巴东黄土坡ZK1孔声波测井成果图
万州关塘口滑坡群的13口钻井声波测试结果统计出不同地层岩性的声速平均值如表1、表2。
表1 关塘口滑坡群主要岩性波速
表2 黄土坡滑坡主要地层岩性波速
根据测井资料、钻孔资料分析推断关塘口滑坡存在一个以上的滑带。依据测试成果，本次推断解释的滑带，其位置为上部覆盖层与下伏基岩的岩性分界部位。从测试钻孔整体分布位置分析，滑坡体的前后缘较浅，前缘埋深为20m，后缘埋深为30m，滑坡体的中间部位埋深在55m位置。
声波测井在划分基岩岩性、风化破碎程度、确定破碎带位置、基岩与覆盖层分界面以及在覆盖层、基岩内确定低速层等方面是一种较为有效的方法。
3.3 岩溶与洞穴
3.3.1 岩溶塌陷
奉节县宝塔坪小区赵家梁子西侧三万塘沟底缓坡处，于1997年5月30日下午2:30分发生塌陷，形成长短轴20～25m，深约20m的塌陷坑。剖面呈漏斗形，体积约6000～7000m3，东北侧地面裂缝离新迁移民房不足4m。塌陷引起社会各界，特别是县委各级领导的高度重视。为进一步查明塌陷坑的深度及延伸发育情况，课题组进行了专门的调研，并运用了先进的EH—4电导率成像系统、高分辨地震勘探、高密度电阻率法、音频大地电场法及井间地震层析成像等综合物探。
（1)EH—4电导率成像
图14为塌陷坑底 EH—4勘测剖面。
图14 奉节宝塔坪塌陷坑底电法勘探剖面
从图中可以看出，完整基岩界面自坑底向下深约55m，加上坑底至地表的距离，塌陷坑底界面距地表深度约70m，同时该剖面还反映了塌陷坑南北两侧基岩风化破碎程度的差异，北侧粘土层覆盖层厚，基岩风化破碎强烈，南侧有一破碎基岩段，底部边界距地表约55m，其下可能为岩溶发育通道。此解释结果与地震 B剖面结果是吻合的。
（2）高分辨率地震勘探
图15反映了沿宝塔坪塌陷冲沟的深部结构特征。剖面起自塌陷坑，测线长约200m，近南北向。该区地质结构可划分为4层：
第一层：埋深0～40m，以块碎石夹粘土层为主。
第二层：埋深40～70mm，为破碎松动的岩体。
第三层：埋深70～100mm，为较完整的岩体。
第四层：埋深100m以下，为完整岩体。
另外从顺冲沟作了两条近东西向的横切剖面 B、C（图16、图17）。探测结果表明其地层结构与图15所揭示的类似，但是，在塌陷坑南侧反射界面呈现向上弯曲的拱状，类似绕射波的特点，且局部不连续，推断可能为岩溶异常点。其连线方向与冲沟方向一致。发育深度 B为55～60m,C剖面为60～65m。
（3）地震波 CT剖面
为了进一步查明塌陷坑的延伸与发育情况，有针对性地布置了3条地震 CT剖面，根据地震CT成像剖面图的波速图像特征、波速等值线分布结合钻孔资料综合分析如下（见图18）。
图15 奉节宝塔坪 A线浅层地震勘探结果
图16 奉节宝塔坪B线浅层地震勘探结果
图17 奉节宝塔坪 C线浅层地震勘探结果
图18 奉节宝塔坪浅震1线钻孔 CT成像图
a.整个工作区纵波速度分布较低，均在0.8～3.8km/s之间。其上部（50～60m）碎块石土的波速分布在0.8～1.6km/s之间，基岩部分的波速仅为2.0～3.8km/s，即为钻孔所揭露的破碎岩体段。
b.CT成像的速度分布呈现不均一状，说明工作区基岩部分的节理裂隙发育，岩体破碎。上部碎块石土堆积形态不一，结构复杂。
c.由图18可以看到一系列由 NW向 SE倾的界面特征，推测为地层产状或岩性接触面。这一点与浅震B、C剖面（图16、图17）解释结果相一致。
综上所述，宝塔坪赵家梁子塌陷坑附近，在CT剖面所处位置，基岩部分未发现较大的溶洞。但是高分辨地震与音频大地电场显示的结果都表明，在塌陷坑的下游方向，顺沟发育有一SN向构造破碎异常带，形成地下水通道，对地层介质起到溶蚀、迁移作用，其深度在50～60m。3.3.2 溶洞
为配合“重庆巫山新城地质灾害防治与利用示范研究”专题中有关浅部岩溶发育状况研究，在巫山新城周家包统建房基础作了三对地震波CT。图19为巫山县周家包ZB5—ZB6钻孔CT成像图。其速度分布在0.71～3.40km/s之间，与完整灰岩相比偏低，浅部岩溶极为发育。310m高程以下岩体相对完整，但其波速依然不高，推断解释为裂隙或小溶洞较多，尤其是ZB5—ZB6剖面的底部有一直径3m左右的红色区域，推断为溶洞。从ZB5孔310m高程至ZB6孔280m高程有6个串珠状分布的相对独立闭合的红色区域推断为受构造影响形成的溶洞。
图19 巫山县周家包ZB5—ZB6钻孔CT成像图
4 结束语
地质灾害受天然和人为的多种复杂因素影响和控制，其分布、形成、发生、发展和变化都十分复杂，特别是在三峡库区，地质地理条件复杂、地质灾害繁多、分布广、发生频繁。单纯借助传统地质技术方法已不能完成勘查、监测、预报和防治的任务，新技术方法是改善常规地质勘查方法、实现地质工作现代化的有力武器，是地质工作取得新进展和突破的有力手段。在此次三峡库区移民迁建的整个过程中，由于地质问题的复杂性，给移民迁建带来了巨大的压力，也为勘查新技术的应用提供了一个广阔的用武之地。
在库区地质灾害勘查防治与合理开发利用的全过程中，地球物理勘查得到了较为广泛的应用。尤其在地质灾害调查中，勘查新技术的应用无论从涉及的地质灾害类型、选择的方法种类及其适宜性和投入的工作都是前所未有的，所取得的成果也是多方面的、突出的，历年来我所采用先进的CT层析成像、浅层地震探测、面波勘探、高密度映像、声波探测、EH—4等方法，对三峡库区岩溶分布规律、塌陷坑、滑坡体结构、人防工程分布等进行了示范研究，为地质灾害的预防提供了科学的依据，具有重要的实用价值与指导意义。然而由于物探方法理论基础所决定的地质解释多解性的局限，以及三峡库区复杂的地质条件、恶劣的工作环境，某些物探工作成果中往往不免存在一些差强人意之处。这要求我们以锲而不舍的精神，通过合理有效地利用地球物理勘探新技术（包括根据不同的地质条件和目的，正确地选择物探方法及其最佳组合形式）对现有物探方法的工作布置方式、数据采集和解释处理方法提出改进，以适应三峡库区特殊的工作环境。
新技术新方法在地质灾害勘查设计中有哪些应用~
各类地质灾害指的是在自然或者人为的因素条件下形成的,对于人民的生命财产安全造成了很大的损失,同时,各类地质灾害还会对我们的生存环境造成严重的破坏。最近几年,由于大自然的破坏,以至各类地质灾害屡屡发生,如滑坡、泥石流、崩塌等,到了夏季,暴雨频发,对于滑坡、泥石流等灾害更容易引发,这种灾害会导致水土流失人员伤亡、房屋倒塌、人员伤亡,给人民的生命财产安全造成极大损失。因此,对于滑坡、泥石流等地质灾害的的深入研究就成为了一项刻不容缓的而且具有重大社会意义的工作,这样,会在一定程度上减小这类地质灾害对于人类的损失。作为一项新的科研成果,物探技术成为了现代针对滑坡、泥石流等地质灾害的一项重大发明,作为一项新的现代化的勘探技术,它具备了准确、省时省力、经济、全面性的特点。因此,它在各类地质灾害的勘探与调查中起到了非常重要的作用。本文针对以滑坡为主的地质灾害所形成的原因,来分析物探技术,重点介绍高密度电阻率法和瑞雷波法在各类地质灾害中的实际应用
王爱军1,2薛星桥1,2
(1中国地质大学（武汉），湖北武汉，430074；
2中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定，071051）
【摘要】长江三峡库区地质灾害预警监测是服务于地质灾害防治、保障三峡工程建设安全的主要基础工作。开县、万州区、巫山县的38个滑坡灾害专业监测点，采用大地形变监测、深部位移钻孔倾斜仪监测、地下水动态监测、滑坡推力监测、地表裂缝相对位移监测、GPS全球卫星定位系统监测、TDR时间域反射监测和宏观监测等综合系列监测方法。每个滑坡灾害点，采用2种以上监测方法，分别监测滑坡体地表内部变形或受力变化；重要灾害点采用4～5种方法同时进行监测，以便进行对比和综合分析。对滑坡监测及监测成果统计分析，多种监测数据成果具有明显的一致性和相关性，反映了滑坡体的变形情况和特征，证实监测方法合理有效，监测成果将为地质灾害预警工程和地质灾害防治工程提供可靠依据。
【关键词】三峡库区 地质灾害 预警工程监测方法 应用
1 前言
长江三峡库区自然地质条件复杂，是地质灾害的多发区和重灾区。三峡工程的兴建和百万移民工程，在一定程度上改变了原有地质环境的平衡状态，加剧了地质灾害的发生。随着三峡工程建设的不断推进，库区地质灾害对三峡工程和库区人民生命财产安全的影响日益增加，及时有效地防治库区地质灾害已成为三峡工程建设的重要任务之一。地质灾害预警监测工作是实现地质灾害防治的主要基础工作。
三峡库区共有38个滑坡灾害专业监测点在进行专业监测工作，其中重庆市开县14个、万州区14个、巫山县10个。
2 监测方法
2.1 大地形变监测
采用全站仪监测。在滑坡体外选取地质条件较好、基础相对稳定的点位作为监测基准点，在滑坡体上选择有代表性的点位作为监测点，标志点全部采用混凝土强制对中监测墩。
2.2 深部位移监测
采用钻孔倾斜仪进行监测。在滑坡体上选择有代表性的点位布置测斜钻孔，分别在其主滑方向和垂直主滑方向上进行正反两回次自下而上的测读，监测点间距0.5m，使用移动式“CX-01型重力加速度计式钻孔测斜仪”，监测数据稳定后自动记录，每期监测共记录4组数据。
2.3 滑坡推力监测
在滑坡体上选择有代表性的点位布置钻孔，在钻孔中选择适当的深度部位，预置一系列滑坡推力传感器，用传导光纤连接至地面，每次监测采用“BHT－Ⅱ型崩塌滑坡推力监测系统”测量记录各点数据。
2.4 地表裂缝相对位移监测
在裂缝的两侧适当部位安置数套裂缝计，进行原位裂缝相对位移监测。机械式监测具有干扰少、可信度高、性能稳定特点，监测记录数据可直接做出时间—位移曲线，测量结果直观性强。仪器一般量程范围在25～100mm间，读数器的分辨率为0.01mm，操作温度在－40℃～＋105℃之间。
2.5 地下水动态监测
在滑坡体上选择有代表性的点位布置钻孔，对地下水水位，孔隙水压力、土体含水率、温度等参数监测，采用自动水位记录仪、孔隙水压力监测仪等仪器监测。其中孔隙水压力监测仪的孔隙水压力量程为－80kPa～200kPa，分辨率0.1kPa，精度0.5%F·S；土体含水率量程为0至饱和含水率，分辨率1%；温度量程为0～70℃，分辨率0.1℃，精度1%F·S。
2.6 GPS全球卫星定位系统监测
在滑坡体外选取地质条件较好，基础相对稳定的点位，作为监测基准点；在滑坡体上选择有代表性的点位作为监测点，标志点全部采用混凝土强制对中监测墩，观测时采取多点联测。GPS监测方法，可进行全天候监测，不受通视条件限制，同时监测 X、Y、Z三维方向位移量，方便灵活，并可监测灾害体所处地带的区域地壳变形情况。采用的美国 Ashtech公司生产的UZ CGRS型GPS，最小采样间隔1s，最少跟踪和接收12颗卫星，使用Ashtech Solution 2.6软件解算，精度可达水平3mm+1ppm，垂直6mm+2ppm。
2.7 时间域反射测试技术（TDR）监测
即采用电缆中的“雷达”测试技术，在电缆中发射脉冲信号，同时进行反射信号监测。在滑坡体上选择有代表性的点位布置监测钻孔，将同轴电缆埋入监测孔，地表与 TDR监测仪相连接，把测试信号与反射信号相比较，根据其异常情况判断同轴电缆的断路、短路、变形状态，推断出电缆的变形部位，进而推算滑坡体地层的变形部位和位移量。TDR监测采用了固定式预置同轴电缆，成本低，可进行自上而下的全断面连续监测，量程范围大。
2.8 宏观监测
以定期巡查方法为主，对变形较大的滑坡体，据其变形特征布置一定数量的简易观测点进行定期观测，及时掌握其变形动态。
对于每个滑坡灾害点，采用2种以上监测方法，分别监测滑坡体地表变形和滑坡体内部变形或受力变化，重要灾害点采用4～5种方法同时进行监测，以便进行对比和综合分析。监测点的布置应重点突出，控制滑坡的重点部位；照顾全面，力求能反映滑坡体整体变形情况。钻孔孔口周围用混凝土浇筑，布置精确监测点位。
3 监测效果分析
根据2003年7月至12月滑坡灾害专业监测数据资料，初步分析三峡库区地质灾害预警工程监测方法及应用效果。
3.1 大地形变监测
大地形变监测，开展了开县大丘九社和巨坪九社滑坡、巫山县狗子包滑坡和板壁塘滑坡，共4个滑坡的监测。以下以开县大丘九社滑坡为例简述监测效果。
大丘九社滑坡位于开县镇东镇大丘九社斜坡上，滑坡平面形态近似矩形，剖面上呈凹型；分布高程205～300m，滑体长约250m、宽约300m，面积710万m2，估计厚度20m，体积约140万m3。滑坡发育于侏罗系中统沙溪庙组（J2s）紫红色泥岩及砂岩互层组成的平缓层状斜坡中，滑坡体的物质组成主要为砂岩及砂岩碎块石土，表层为松散土壤，局部出露砂岩碎块石，为崩滑堆积体滑坡。
图1 开县大丘九社滑坡累计位移量曲线图
（a）X方向（b）Y方向（c）H方向 D1——监测点编号
大丘九社滑坡体上布置了3排监测点，每排3个共计9个监测点，滑坡体对面斜坡上布置了2个基准点，分别在2个基准点进行监测。监测网布置既控制了整体滑坡体又突出重点，采用前方交汇法施测。
8月5日进行了首次测量，9月21日进行D1第二次测量成果与之对比，表明变形趋势明显，滑体向 NEE向滑移。10月24日监测成果表明各监测点的变形趋于缓和。11月和12月监测成果表明各监测点无明显变化（见图1）。监测数据与宏观调查定性分析相一致。
利用全站仪进行大地形变监测，其特点为监测方便，可随时对一些危险滑坡监测，既可以在滑坡体上设置永久性监测桩，又可以设置临时性监测桩；监测精度高，测点中误差可达到3.5mm；不仅能测定相对位移，而且能监测绝对位移；在满足测量条件下可进行连续监测，监测滑坡滑移的全过程，不存在量程限制。但该仪器监测受天气因素和光线条件制约，难以在雨雾条件和夜间实施监测，且受地形和通视条件制约，施测以人工操作为主，不易实现自动化监测。
3.2 深部位移钻孔倾斜仪监测
深部位移钻孔倾斜仪监测点为开县6个滑坡、16个钻孔，巫山县5个滑坡、19个钻孔，万州区8个滑坡、24个钻孔，共计19个滑坡、59个钻孔。以下以开县虎城村滑坡为例简述监测效果。
虎城村滑坡为堆积层滑坡，位于开县长沙镇虎城村斜坡。该滑坡在平面近似矩形，剖面为凹形，分布高程330～400m，纵长约300m，横宽约500m，滑体估计平均厚度12m，面积15万m2，体积180万m3。滑坡发育于侏罗系中统沙溪庙组（J2s）紫红色泥岩及泥质粉砂岩组成的水平层状岩层斜坡上，滑体上部为崩坡积紫红色碎石土层。滑坡威胁居民400余人及其财产安全。该滑坡布置了3个深部位移钻孔倾斜仪监测钻孔。
Kx-162钻孔位于滑体的中部。2004年10月，在9.5～10.5m测试深度处发生明显的位移变形，本月变形量5.56mm，变形方向247°。11月，没有增大趋势，累积形变4.58mm，略小于10月份累积变形量，变形方向253°（见图2）。
Kx-165钻孔位于滑体的下部。2004年10月，在15.0～16.5m测试深度处发生明显的位移变形（见图3），本月变形量5.45mm，变形方向241°。11月，没有明显的增大趋势，累积变形5.39mm，同10月份累积变形量相近，变形方向240°。
地质灾害调查与监测技术方法论文集
图2 开县虎城村滑坡 Kx-162钻孔位移随深度变化曲线
（a）EW方向（b）SN方向
图3 开县虎城村滑坡Kx-165钻孔位移随深度变化曲线
（a）EW方向（b）SN方向
深部位移钻孔倾斜仪监测方法，可在滑坡体上一定部位布置的钻孔中，监测滑坡体内垂直方向上的浅层、中层、深层、滑动带等滑移方向和相对滑动位移量；但在滑坡发生较大或急剧加速的位移变形时，由于钻孔和孔内测斜管变形、破坏，测斜仪探头不能送入钻孔之内，可能使钻孔失去监测价值。
3.3 滑坡推力监测
滑坡推力监测共设有2个测点、4个钻孔：巫山县淌里滑坡钻孔2个，曹家沱滑坡钻孔2个。以下以淌里滑坡为例简述监测方法与效果。
淌里滑坡位于巫山县曲尺乡长江干流左岸斜坡上，滑坡在平面形态上呈不规则的圈椅状，前缘分布高程90m，后缘高程400m，平均坡度约30°～40°，纵长约800m，横宽150～250m，滑体厚20m，面积24万m2，体积490万m3。滑坡发育于三叠系巴东组（T2b）灰岩、泥灰岩、泥岩中，滑体物质主要为泥灰岩及泥岩碎块石土，表层多为松散土层，下部碎块石土结构密实。
Ws-t-tzk1推力孔位于滑体的下部，Ws-t-tzk2推力孔位于滑体的中部。其滑坡推力监测成果数据见图4、图5。推力监测曲线图表明，各次监测数据规律性强，基本一致，传感器没有发现明显的数值变化。滑坡推力监测结果与宏观监测结果和同时进行的钻孔倾斜仪监测结果相一致，说明此阶段滑坡暂时处于相对稳定的微变形状态。
图4 巫山县淌里滑坡 Ws-t-tzk1钻孔滑坡推力监测曲线图
图5 巫山县淌里滑坡 Ws-t-tzk2钻孔滑坡推力监测曲线图
滑坡推力监测方法属于固定点式监测，在钻孔中预置传感器，用传感光纤连接，在地面用滑坡推力监测系统采集传感信息，可在滑坡体上一定部位布置的钻孔中，自上至下监测滑坡体内垂直方向上的浅层、中层、深层、滑动带等滑坡推力变化量，可定期进行数据采集监测；在对采集和传输处理系统进行改进的基础上，可实现无值守自动化连续监测。
4 结论
（1）通过多手段的综合监测，掌握了被监测滑坡体的表面、内部自上至下滑移带的变形及受力情况，数据综合分析表明其反映了滑坡位移变化及动态特征，取得了进行灾害预警的重要基础数据资料，说明采用的监测方法合理有效。
（2）钻孔倾斜仪深部位移监测方法，当滑坡体发生一定量缓变位移后，部分钻孔不能再进行全孔施测，造成勘察监测资金浪费和滑坡体监测点及监测部位减少。
（3）目前一月一次的监测周期，难以保证在滑坡发生滑移险情时能进行有效监测。为此应在进行专业监测的同时，进行群测群防监测。特殊情况下，对危险滑坡灾害点，调整监测方案，进行加密监测或连续监测，使监测满足预警预报要求。
（4）从长远发展考虑，监测应以免值守、易维护、低成本、固定式、自动化快速连续采集传输和半自动化监测及人工监测相结合为方向，以建立起高效的地质灾害监测网络与地质灾害预警系统。
参考文献
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[5]段永侯，等.中国地质灾害.北京：中国建筑工业出版社，1993
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答：每个滑坡灾害点,采用2种以上监测方法,分别监测滑坡体地表内部变形或受力变化;重要灾害点采用4～5种方法同时进行监测,以便进行对比和综合分析。对滑坡监测及监测成果统计分析,多种监测数据成果具有明显的一致性和相关性,反映了滑坡体的变形情况和特征,证实监测方法合理有效,监测成果将为地质灾害预警工程和地质灾害防治工程...
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