0 引言

滑坡在我国乃至世界范围内的分布范围极其广泛，在时间和空间上具有不确定性。滑坡一旦发生，将在短时间之内对人民的生命财产造成严重的损失，因此，滑坡灾害是严重的地质灾害之一^[1]。近年来，为进行突发性滑坡在发生时间、地点、规模及影响范围等方面的预测，众多学者从多方面对滑坡进行分析研究，包括滑坡成因机制^[2-4]、岩土体参数与稳定性^[5-7]和位移变形规律^[8]等。位于三峡库区中心地带万州区的典型滑坡成为近年来国内滑坡研究的热点区域：王佳佳等^[9]基于GIS(geographic information system)和信息量及张俊^[10]等通过地层岩性、地质构造、水系分布等致灾因子分别对万州区的滑坡灾害易发性进行评价研究；刘磊等^[11]利用降雨影响对万州区进行危险性动态评价研究；王芳^[12]对万州区滑坡灾害风险评价与管理进行研究, 均取得了一系列成果。尽管如此，但前人对滑坡的研究手段多基于GIS平台，采用经验模型、信息模型和统计预测模型^[10-13]等方式，其主要数据是依据监测点、钻孔等点信息来获取，较少参考实测地球物理数据形成的连续剖面。

近年来，地球物理设备不断更新，探测方法的研究也不断深入，在数字信号采集、数据分析和处理等方面均取得了质的飞跃，从而进一步提高了地球物理数据的分辨率和信噪比^[14-17]，其应用领域也越来越广。不少学者已将地震反射、地震折射^[18]和面波等地球物探测手段引入滑坡工程防治^[19]、地质灾害排查^[20]、滑移面埋深^[21]、滑坡体积和面积估算^[22]中；电阻率法方面，国外大多数学者对滑坡体裂缝和破裂面^[23]、滑坡监测^[24]和稳定性研究^[25]等方面做过相关研究，而国内学者利用高密度电法主要是查明滑移面形态^[26]、分析滑坡工程地质特点^[27-28]和滑坡的稳定性评价。虽然取得一定成果，但在滑坡评价上却均局限于单体滑坡，未对区域滑坡特点进行论述；在方法应用上，高密度电法也多用于基岩滑坡，对于土质滑坡探测也较少涉及。

本文对三峡库区典型的3个滑坡：四方碑滑坡、麻柳林滑坡、塘角1号滑坡进行地球物理实测工作，通过数据处理，结合钻孔资料进行量化，查明滑坡体地层结构、滑移面埋深、滑床形态等地质与地球物理特征，并从区域上对滑坡体性质进行陈述，以期对该区域进行滑坡形成机制分析、评价滑坡稳定性提供技术支持，同时为地质灾害风险治理决策提供参考依据。

1 研究区地质特征及滑坡概况 1.1 地质构造

燕山运动末期，三峡库区的构造形态初步形成；喜山期之后，地壳活动状态表现为缓慢运动间歇性抬升；新构造运动在中更新世20~30万年期间较为活跃，地壳多次大面积抬升加快了长江下切，展布于长江两岸的阶地型地貌就此形成^[29]。万州区位于川东褶皱束万县复向斜北东段近轴部，南面为方斗山背斜、北面为铁峰山背斜(图 1)，主要构造形态为隔档式梳状构造，其形态呈现背斜紧闭、向斜宽阔的特征，区内背斜和向斜交替发育为滑坡提供了形成条件(图 2)。本文选取的四方碑滑坡、麻柳林滑坡、塘角1号滑坡地处由万县向斜、黄柏溪向斜和新场背斜组成的雁行式排列万县复向斜内，该复向斜为不对称屉形，走向50°~70°，向斜核部平缓开阔，靠近背斜核部的两翼地层产状突然变陡，在铁峰山附近靠近北翼的地层甚至发生倒转现象，形成倒转背斜^[29]。

① 马建华.长江三峡水利枢纽库区万县市迁建城镇新址地质论证报告.武汉，长江水利委员会综合勘测局，1996.

1.2 地层岩性

出露在研究区内的地层多为沉积岩，从第四系及侏罗系上统蓬莱组(J₃p)到三叠系下统大冶组(T₁d)均有出露。根据钻孔及相关资料^{[29, 31]}，万县复向斜内出露的地层包括：侏罗系上统的遂宁组(J₃s)部分层位、中统的上沙溪庙组(J₂s)，以及不同成因的第四系松散堆积层(表 1)。

侏罗系上统遂宁组：该段地层部分出露于天子城、太白岩等山的山顶地段。主要物质成分由泥质粉砂岩、紫红色泥岩以及褐红色粉砂岩等不等厚的互层地层组成，局部地层含紫灰色细粒长石砂岩。

上沙溪庙组：分为上沙溪庙组第二段和第三段。第二段(J₂s²)主要出露于附马古滑坡^[31]和四方碑滑坡等地，主要物质成分为褐红色粉细砂岩夹紫红色泥岩、泥质粉砂岩以及紫灰色长石石英砂岩。第三段(J₂s³)主要出露于万州城区，主要物质由粉砂岩、粉砂质黏土岩和紫红、褐红杂灰黄、灰绿色细砂岩以及泥岩等岩性相变较大的多个层位组成。

第四系：主要为人工堆积、冲洪积、坡积、残坡积及滑坡堆积物等松散土石体。

四方碑滑坡位于重庆万州区钟鼓楼街道吊龙村1组，滑坡近临长江左岸，详细地理位置中心点坐标为108°29′18.65″E、30°51′45.69″N。滑坡体前缘接近长江河床，其高程为110 m，后缘基岩呈陡崖出露，其高程为325 m；主滑坡剖面长度约840 m，滑坡体横向宽度约430 m，坡度13°~20°，厚度5~40 m；通过测量与估算，滑坡体表面积3.16×10⁵ m²，总体积约9.03×10⁶ m^3[32]。

塘角1号滑坡位于重庆市万州区塘角村，滑坡近临长江右岸，详细地理位置中心点坐标为：108°27′25.15″E、30°49′22.28″N。总体平面形态为箕形，后部呈弧形，前缘稍宽，剖面形态呈凸形，主滑坡方向与斜坡方向一致，方位角为354°，前缘高程130 m，后缘高程325 m，坡度5°~25°，滑坡总面积1.25×10⁶ m²，总体积2.5×10⁷ m^3[33]。

麻柳林滑坡位于重庆市万州区太龙镇向坪社区，并位于长江右岸，地理坐标为108°29′57.65″E、30°50′21.78″N。总体平面形态为箕形，滑坡主轴长度约300 m，平均宽度约450 m，滑坡平均厚度约25 m；前缘高程125 m，后缘高程230 m，坡度10°~25°，滑坡总面积为13.5×10⁴ m²，总体积为3.03×10⁶ m³。滑坡边界特征明显，前缘为长江，后缘基岩出露^[34]。

2 地球物理剖面与工程地质剖面 2.1 方法原理及前提条件

根据地形状况和物性差异，本文选取高密度电法为地球物理实测手段。高密度电法属于直流电法，具备电测深和电剖面的特点。它是利用地下介质的电阻率差异对人工建立的稳定地下电场进行分析和研究，从而达到探明地层结构及地质构造目的的一种主动源电法勘探方法^[35]，测量结果为二维视电阻率断面，可在横向和纵向上同时反映地下某一深度范围内的电性变化特征。其探测深度与测线长度和极距成正比，一般可到几十米深，最深可达上百米。影响高密度电法探测深度的因素主要包括测线长度、排列装置形式、电极间距、隔离系数以及地层物性等。研究区内3个滑坡中的第四系冲洪积、崩积、坡积和滑坡堆积物等与侏罗系泥质粉砂岩、泥岩及细粒长石砂岩等岩土体存在明显的电阻率差异，因此研究区具备地球物理探测前提条件。此外，滑坡体内部存在的滑块在长期演化与移动的过程中位置会发生变化，而滑块对应位置的电阻率值也会发生相应变化，同样为高密度探测分析提供了有利依据。

2.2 数据采集及参数选取

综合前期地质调查成果与现场地质环境，为探测滑移面形态和埋深，沿四方碑滑坡、塘角1号滑坡、麻柳林滑坡的主滑坡方向各布设了2条纵测线进行高密度电法探测工作，共计6条测线(表 2)。试验选取温纳装置形式进行野外数据采集，其观测系统如图 3所示。测量时供电电极和测量电极按照一定方式滚动，测量过程中，实时采集的视电阻率值将按照测量顺序依次显示在电脑界面中，并呈倒梯形状态^[36]。本文详细采集参数为：水平极距为5 m和10 m，最小隔离系数为1，最大隔离系数为22，总电极数视排列长度而定，最大电极数为90。

2.3 数据处理流程

高密度电法数据处理是一个人机交互的过程，由于存在工业用电和民用电等干扰源，数据采集过程中不可避免包含一些错误和误差；在进行反演之前，需要对采集的数据进行预编辑和处理，主要是对突变导致的高电流、电压值进行剔除(本次剔除数据原则为：电流小于10 mA、电压小于0.3 mV)，再根据视电阻率曲线变化的趋势对视电阻率数据曲线进行修正与圆滑^[37]。然后进行二维数据反演。二维反演和一维反演的数学性质是相同的，都需要寻找相应的地层电性模型，并使模型对应的理论计算值和实测电阻率值按照一定的拟合方式达到最优拟合。本文利用Loke等^[37]提及的新最小二乘法算法进行反演，该算法具有在反演过程中能够依据数据质量以及不同地质情况对阻尼系数和平滑滤波器进行调节的优点，算法的基本方程为^[38]

式中：F=f_xf′_x+f_zf′_z，f_x为水平平滑滤波系数矩阵，f_z为垂直平滑滤波系数矩阵；J为偏导系数矩阵；J′为J的转置矩阵；μ为阻尼系数；d为模型参数修改矢量；g为残差矢量^[39]。

针对实际地质情况，本文选取的阻尼系数范围为0.03~0.18，阻尼系数可随着地层深度的增加而递增，本文反演梯度设置为1.05倍，视电阻率值限制在0.2~10倍平均值范围内。预处理后，将加入标高的数据文件按照上述参数进行反演，通过迭代误差和钻孔资料选取合适的电阻率剖面图(图 4)。

2.4 实测地球物理剖面

通过现场实测，在四方碑滑坡、塘角1号滑坡和麻柳林滑坡中获得2条测线的二维高密度电法电阻率剖面，并将剖面与钻孔信息进行标定和对比，对结果进行论述。

图 5为四方碑滑坡实测二维高密度电法电阻率剖面，2条测线相互平行，方向自SE向NW，测线滑坡前缘均为长江，测线终断于滑坡后缘垂直高度为50 m的陡崖处。从图 5中可看出，2条剖面高差起伏较大，起点与终点垂直高差近150 m，地层结构的电性差异显著导致2条测线电阻率剖面呈现出的滑移面形态特征非常明显：Ⅰ、Ⅱ号测线滑移面深度分别为10~35 m和5~25 m，Ⅰ号测线剖面0~ 460 m段、Ⅱ号测线剖面0~480 m段滑移面起伏不大，较为平稳；2条测线剖面分别发现2处电阻率低值异常，①Ⅰ、Ⅱ号测线剖面320~370 m处滑移面突然变深，电阻率较低，在地貌上与地表的堰塘吻合，②Ⅰ号测线剖面480~520 m处、Ⅱ号测线剖面520~570 m处电阻率为8~20 Ω·m，滑移面界线反映不清，低值电阻率几乎穿透整个剖面，推测为古滑坡过程中拉裂所形成的拉裂槽。结合岩性资料可知：电阻率小于40 Ω·m的层位为第四系人工堆积、冲洪积、崩积、坡积、残坡积及滑坡堆积物；电阻率大于40 Ω·m的层位为J₂s由砂岩与泥岩互层组成的滑床。

图 6为塘角1号滑坡实测二维高密度电法电阻率剖面，2条测线相互平行，方向自NW向SE，测线滑坡前缘均为长江，接近河床，剖面尾端和前端高差约90 m，地形较陡。剖面反映滑移面不连续，测线尾端下部电阻率均较高，上覆地层电阻率较低，滑移面明显，埋深5~45 m。中部110~190 m范围呈低阻反映，电阻率为12 Ω·m，穿透整个剖面，推测为破碎区或者上部滑坡堆积物所致；由于在0~80 m范围内的块区电阻率呈现相对高阻，因此中部低阻区的滑动较为稳定。两条测线前端靠近河床，受到江水浸润，电阻率呈现低阻，由滑坡堆积物、第四系黏土及耕植土组成的滑坡体滑动可能性较大。

图 7为麻柳林滑坡实测二维高密度电法电阻率剖面，2条测线相互平行，方向自NW向SE，测线滑坡前缘均为长江，接近河床。剖面反映滑移面界线非常明显，埋深25~40 m。滑移面上部电阻率为9~30 Ω·m，为由坡积物、耕植土等组成的滑坡体；下部电阻率为35~140 Ω·m，为砂岩、泥岩互存组成的滑床。水位上涨和下雨将会导致滑移面电阻率值较低，同时会加大滑动的可能性。

2.5 工程地质剖面

多数学者对工程地质剖面的获取都是基于钻孔所提供的点信息，而点信息最大的缺点是不具有连续性，因此会漏掉滑移面在其他位置的起伏和形态特征。本文在四方碑滑坡、塘角1号滑坡和麻柳林滑坡分别选取一条与主滑坡平行工程地质剖面进行陈述，在四方碑滑坡通过地球物理实测剖面对相同位置的工程地质剖面进行补充、在塘角1号滑坡以及麻柳林滑坡将实测地球物理剖面与工程地质剖面进行地层信息对比。

图 8为结合高密度电阻率剖面(四方碑Ⅰ号测线)获取的四方碑主滑坡工程地质剖面^[30-31]，位置与本文的四方碑Ⅰ号测线基本重合。钻孔资料显示，滑坡体局部由上覆较厚的第四系粉质黏土夹碎块石组成(主要集中在滑坡前缘)，下伏滑床基岩由砂岩与泥岩互存的地层所组成，地层性质为典型的万州区近水平状的侏罗系，岩层产状为160°∠5°，滑坡后缘石英砂岩出露，形成陡崖。本文结合前人^[30-31]研究资料与实测地球物理资料，对相关资料进行了补充和修正，更加完整地揭露了滑移面形态特征和埋深情况。此外，高密度电法成果揭示了在工程地质剖面500 m位置处存在拉裂现象，拉裂槽内填充了滑坡堆积物及后期的人工填土，埋深较深。

图 9为塘角1号滑坡工程地质剖面，其位置与塘角1号高密度电法测线平行且位于两条测线中间。乐琪浪等^{[33, 40]}均对该剖面进行了仔细探讨，研究表明：该滑坡体主要由第四系崩坡积物、粉质黏土夹碎石、碎块石等物质组成。前人^[30-31]的研究均是基于钻孔所提供的点信息来绘制工程地质剖面，滑移面界线均由钻孔某一深度的连线直接获取。通过地球物理实测剖面并结合钻孔标定显示(图 9)：在塘角1号滑坡中部出现滑移面被较厚的破碎区中断，滑移面分为上中下3段：上段滑坡体主要由破崩积物组成，埋深较浅；中段为破碎区，主要成分为破崩积物及碎石块组成；下段滑坡体为第四系粉质黏土和耕植土组成。

图 10为麻柳林滑坡工程地质剖面，位于麻柳林Ⅰ号测线与Ⅱ号测线之间。该滑坡属于土质滑坡，滑坡物质主要由建筑人工堆积物、崩坡积物、粉质黏土夹碎石块组成。地质剖面反映的滑移面深度约48 m，滑坡前缘靠近河床，滑坡后缘为陡崖，基岩直接出露。两条地球物理实测剖面也较好显示了滑移面深度较深这一特征，与地质资料高度吻合。

通过地球物理实测剖面和地质调查资料，分析认为在三峡库区存在多种性质滑坡，其中，四方碑滑坡为平推式滑移—拉裂型滑坡，滑坡中后缘存在拉裂槽，该滑坡属于沿层面平移滑动的基岩滑坡，其滑动面倾角不大，坡体沿滑移方向的重力作用较小，因此滑坡相对稳定；而塘角1号滑坡和麻柳林滑坡属于土质滑坡，地球物理剖面和钻孔资料揭示其上覆地层较厚，滑移面埋深较深。三峡库区区域地质滑坡特征明显，基岩滑坡与土质滑坡并存，在长期的历史演化过程中，滑坡主要受到降雨作用、荷载变化、地震作用以及人类工程活动的影响，滑坡基本处于稳定状态，靠近长江边缘滑坡稳定性较差，尤其是滑坡前缘持续受到江水浸润，将对滑坡稳定性产生一定影响。

3 结论

1) 本次以充分了解区域构造背景、地层岩性情况为前提，对三峡库区典型滑坡开展地球物理实测和地质调查工作。通过对原始数据的精细处理，结合钻孔等地质资料对高密度法获取的电阻率剖面进行标定，对四方碑滑坡、塘角1号滑坡、麻柳林滑坡进行了地球物理特征分析，结果表明3个滑坡地球物理剖面均较好地揭示了滑移面的埋深和形态特征。通过与钻孔资料对比发现，由崩坡积物、第四系粉质黏土以及含水的碎石块组成的滑坡体电阻率低于40 Ω·m，而大于40 Ω·m的地层则是由砂岩与泥岩组成的滑床。

2) 三峡库区地质构造复杂，仅靠有限的钻孔资料不足以查明滑移面埋深及其起伏状态，高密度电法在研究区多个滑坡内进行探测工作取得了较好效果，无论是基岩滑坡还是土质滑坡，该方法均切实可行。由于下伏地层地块随着滑坡运动的发生将会产生移动，其电阻率值也将产生变化，因此通过地球物理方法的定期监测可对滑坡演化分析进行进一步的研究。

3) 将地球物理手段成功应用于万州区复杂地形的地质滑坡调查中，较好地获取了电阻率剖面，为今后的滑坡调查提供了新的思路和科学手段。