岷江上游地质灾害的成因分析

岷江上游地质灾害的成因分析

1高山丘陵区地质背景岷江上游位于青藏高原东缘地带的四川西北偏三角形断块东部，横跨四川西北高原和四川盆地过渡带的高山峡谷。该区沟谷纵横,地表遭遇强烈侵蚀切割,最深可达2000余米。由于该地区属我国著名的南北向地震构造带中段,因其特定的大地构造环境和强烈的现代地壳运动,区内崩塌、滑坡、泥石流等表生地质灾害严重,极大地制约了该区经济发展。本次研究区域为岷江上游汶川县城以上干流河段。2河谷地貌分区综观岷江上游干流河谷地貌形态,总体上为强烈侵蚀切割的高山峡谷地貌,但不同地段,又有各自不同的河谷地貌形态。大致可划分为三个Ⅰ级段,若干个Ⅱ级段(表1)。根据已有资料和现场调研,岷江上游干流河谷两岸表生地质灾害类型主要有崩塌、滑坡和泥石流等,且其分布沿岷江两岸具有明显的分段特征(表2)与河谷地貌分段基本一致。3不同时期灾害的分布特征及原因3.1弓噶岭—虹桥关—弓嘎岭段(Ⅰ)本段基本上无表生地质灾害。究其原因是:弓嘎岭为岷江与白水江的分水岭。弓嘎岭南至虹桥关为较开阔的河谷盆地,第四系堆积物广泛发育,阶地完善,发育有Ⅰ、Ⅱ级阶地及Ⅲ级阶地,全新世以来,弓嘎岭—漳腊地区地壳抬升幅度不太大,河流主要在原有的湖盆里以侵蚀下切为主,河床较平直,湖盆边缘的斜坡相对稳定,因而表生地质灾害稀少,不发育。3.2老滑坡顺向坡虹桥关—松潘县城南石河桥镇约15km长的岷江河谷两岸,共发育有大大小小30余个滑坡。其中左岸约10余个,右岸20余个。据现场调研,这些滑坡大多为老滑体,且基本上处于相对稳定状态。只有少数老滑坡前缘由新修九环线公路开挖而人为诱发复活。该段滑坡主要集中发育在三叠系新都桥组(T3x)深灰、黑色粉砂质板岩、钙质板岩、炭质薄板岩为主的易滑地层中,地层向东倾,倾角为50°左右,岷江西岸(右岸)为顺向坡,有利滑坡形成。该地段滑坡分布如此密集,主要是由于在全新世近东西向区域构造应力场作用下,岷江主干断裂南段(虹桥关南)有一次较弱的逆冲活动,使得岷江东岸相对抬升,而岷江西岸及河谷地带相对下降,岷江河流侧向侵蚀作用加强,形成了极为典型的深切曲流段。曲流侧蚀不断掏蚀斜坡坡脚,使得坡体临空,为滑坡的发育提供了良好条件,在暴雨、地震等诱发因素作用下,就易于产生滑坡。3.3太平-松潘-南泥石流带h(1)分布结构据现场调查沿岷江茂县太平镇—松潘南的石河桥镇段河谷两岸,凡支流与岷江交汇处都发育有泥石流堆积扇(表3)。(2)泥石流发生、发展与演变的其他因素据现场初步调查,该段具备泥石流发育的三个基本条件,即大量易于失稳的松散岩土体,较为充足的水源和促使这两者迅速起动、汇集、运动和停积(或遭稀释消亡)的地貌条件,其他众多条件均通过这三个基本条件来影响泥石流的发生、发展与演变。山地地貌特征地貌条件对泥石流的发生、发展所起的作用有两方面:a.通过地势条件为泥石流提供位能,赋与泥石流一定的侵蚀、搬运和堆积所需能量;b.在坡地或沟谷的特定地段内,能提供足够的物质(水体和土石体)。山地地貌特征控制着泥石流的分布、发生与演化。我国泥石流较集中分布在全国性三大地貌阶梯的两个过渡地带,而松潘-太平段正处于过渡地带的地理位置。松潘-太平一线,岷江河谷狭窄,两侧均为陡峭高山山体。从泥石流沟沟床来看,其坡度为8°～16°,高差可达150～200m,可以为流体提供足够大的位能,也利于松散体沿沟谷滚落,为泥石流的发生、发展提供了良好的地貌条件。泥石流形成的外因泥石流形成的物源条件系指源地松散岩土体的分布、类型、结构、性状、储量和补给的方式、速度等。由于种种物源条件的差异,常常引起各地、各沟、各次泥石流在形成、汇集、堆积和危害程度等方面均不相同。泥石流是一种外动力地质作用现象,它的发生、发展是内、外地质营力综合作用的产物。故影响泥石流物源的因素自然离不开与内外营力有关的因素。现就构造运动、山体应力和岩性等因素进行概略分析。a.晚第三纪上新世(N2)以来本区至少经历了五次较大的构造变动,致使松潘-太平一线斜坡岩体结构面十分发育,岩层支离破碎,增加泥石流物源储量,同时新构造运动造成的区域性地壳抬升使河谷深切,山谷间高差加大,增加了泥石流发生、发展的势能。b.在自重应力作用下,斜坡岩体表生时效变形使得岩体进一步遭受破坏,岩层破碎厚度大为增厚,又可为泥石流提供更丰富的土石体。c.泥石流流域的基岩岩性抗风化能力的强弱影响着泥石流源地土石体的累积量;岩土体的稳定性影响着泥石流土石体的补给量。本段沿线岷江两侧分布的岩层多为T3x和T3zh,其中T3x为一套以板岩为主体的砂泥质沉积,T3zh为一套砂岩和板岩的韵律层,均属软弱岩类,易于风化和破碎,从而为泥石流土石体提供了来源。土石体的来源本区泥石流形成所需的水源主要来自大气降水(降雨和降雪融雪水)及地下水等。对松潘-太平一线的泥石流而言,大气降雨、积雪融水是水体的主要来源。雨水降落至泥石流源地,充填了土石体中的孔隙,使之浸润、饱和土体。当降水超过临界量、饱和土石体层的厚度逐渐增加超过某一值时,土石体便起动、奔流,汇集于凹形坡地或沟谷内而形成泥石流。本段山地海拔近4000m以上,冰雪覆盖面积大。夏季,太阳辐射强度高,气温上升幅度大,高温持续时间长,积雪融水的量很大;同时,雨季来临时暴雨集中,为泥石流的发生提供了良好的水源条件。(3)公路泥石流中、汽车泥沙问题本段泥石流发育,其危害涉及城镇、交通、农田、环境等。由于本区山高坡陡,平地面积小,山区城镇居民点多座落于平坦的泥石流堆积扇上。当泥石流处于间歇期或潜伏期时,居民点安然无恙;一旦泥石流暴发,居民点将遭严重危害。公路沿岷江而建,分布在岷江河谷两侧的泥石流直接威胁着公路的安全,一旦暴发,就可能冲毁或淤埋路基而阻断交通。山区多岩石,少泥土,不利耕作,而泥石流堆积扇利于耕作,农田多分布于其上。发生泥石流时,很容易就会淤埋或冲毁农田。当泥石流流量数倍,乃至数十倍于主河同期流量时,主河水流无力稀释、搬运汇入的泥石流体,就会导致泥石流堵断主河,形成临时堤坝。坝内积水成湖,湖水迅速上涨,造成大面积淹没灾害,或将河道向外推移,迫使河流改道。随着流域中上游森林植被进一步破坏(包括泥石流侵蚀、搬运破坏作用),流域水土保持能力下降,下游和干流江河河床,泄洪能力锐减,极有可能诱发泥石流重新活动,导致洪旱灾情加剧。3.4大工厂-大工厂以北c(1)地震滑坡体分布从较场北大海子天然堆石坝到大店北的麂子坪一线为超大型地震诱发崩塌滑坡堵江灾害极为发育段,在沿岷江东岸长约10km范围内,连续分布着七、八个超大型地震滑坡体。历史上较场—大店北的麂子坪一带曾发生过数次大规模的滑坡堵江事件,其波及范围极广,直至解放村仍可见到湖相沉积。据现场调查,湖相沉积构成了解放村的Ⅲ级阶地,由此判定堵江事件时间最早可能发生在晚更新世末至全新世初(Q3333～Q1441)。可见自晚更新世末以来,较场—大店北的麂子坪一带曾多次发生大地震活动,并诱发大型崩塌滑坡堵江灾害。(2)决策权有利的地理位置本段岷江河谷为强烈深切侵蚀的陡峭险峻的“V”字形高山狭谷。切割深度大于1700m,形成利于崩滑形成的高陡临空条件。质粉砂质板岩和石炭系的石灰以及二叠系的灰炭质主要出露下三叠统菠茨沟组(T1b)的一套灰绿色变质粉砂质板岩和石炭系的灰岩以及二叠系的灰黑色炭质绢云千枚岩。这些岩层的层理发育,层理面上富集有定向排列的绢云母和黑云母,抗剪强度较低,属易滑地层。强地震活动区域地处岷山隆起带南部西南侧,大地构造上位于较场弧形构造带弧顶核心部位,地震构造上位于北西向松平沟活断裂南东端部。构造活动强烈,大地震活动十分频繁、强烈,该地区的易滑地层相当破碎,各种岩体结构面十分发育,在强地震诱发条件下,十分容易发生大型崩塌滑坡,诱发崩滑堵江事件。有历史地震记录以来,曾先后两次(1713年,1933年)在较场—叠溪一带发生大于7.0级地震。3.5茂县-大店段h(1)滑坡体及设施茂县县城西北的燕儿崖至茂县石大关乡的大店北的岷江两岸密集发育着大大小小50余个崩塌滑坡体,体积小者多为崩塌体,大者多为滑坡。其中松基堡至石大关段发育了3个至今仍在活动的巨型滑坡,即野鸡坪滑坡,飞虹关滑坡,水草坪滑坡,使该段岷江河谷宽仅为30～50m,公路多次破坏,被迫改道。三个滑坡体上的果园、农田、村庄均遭受到不同程度损坏。据调查,每年雨季和农灌期,活动加速,说明孔隙水压力增加是诱发活动的主要因素之一。另外在强地震作用条件下,存在诱发崩滑堵江的可能性。(2)决策权有利的地形强烈深切的“V”形高山狭谷,切割深度达1000m,形成利于崩塌滑坡的高陡临空条件。浅变质碎屑岩岩石学特征主要出露志留系茂县群(Smx)的一套灰绿、灰色、浅灰色、银灰色碳质千枚岩、绢云石英片岩等浅变质碎屑岩,属软弱岩层,间夹碳酸岩和泥盆系危关组(DW)的一套以黑色炭泥质、炭质板岩以及三叠系中上统的粉砂质、钙质板岩、砂岩等易产生崩滑的地层。关-大店弧形构造带弧顶核心部位该段地处岷山隆起带与龙门山后山断裂带的过渡带,石大关-大店弧形构造带弧顶核心部位,由于长期强烈的构造变动,使得岩体破碎结构面十分发育,加之,存在高临空面,在暴雨、浇灌、地震等外因作用下,易于产生崩塌滑坡。3.6四川省茂县活动断裂带滑动带h(1)分布结构汶川—茂县段长约45km的岷江两岸滑坡分布极不均匀。可分为茂县—南新段(Ⅶ1)、南新—文镇段(Ⅶ2)、文镇—汶川段(Ⅶ3)等三段。茂县—①茂县—南新段(Ⅶ1)该段共有滑坡8个,岷江两岸均有分布,其规模大者(燕儿崖滑坡)体积达600×104m3,最小者约10×104m3。均发育在茂县—汶川主干断裂带附近。组成滑坡体的物质为志留系茂县群(Smx)的灰色千枚岩夹灰岩、变质砂岩及其风化堆积物。该段河谷宽约200～500m,切割深度大于100m,这些滑坡基本上位于河的凹岸。现今7个滑坡较稳定仅燕儿崖滑坡稳定性稍差,在雨季时易部分复活,造成部分堵江灾害。下东北部—②南新—文镇段(Ⅶ2)该地段岷江左岸(东南岸)连续密集地呈群分布7个超大型滑坡。从上游往下依次为日瓦查、周场坪、向阳坪、羊毛坪、石坪、苏村、文镇滑坡体。此地段河宽约50～100m,左岸坡度大多为20°～45°,右岸坡度>65°。右岸出露γ(4)22(4)、δ(4)22(4)、Pth等坚硬岩浆岩、变质岩,左岸为S、D的千枚岩夹灰岩等易滑地层,构成茂县—汶川主干断裂的下盘中(东南侧)次级断裂的上盘,而滑坡就发育在这些次级断裂的上盘中,滑坡体积一般为(700～1500)×104m3,前(后)缘附近均为次级分枝断裂通过部位。这些断裂总体倾向NW325°,倾角60°左右。据现场调查,这一滑坡群(除文镇滑坡属老滑坡的残留体)复活变形时间已达20～30a,每年均向河下滑,并使公路垮塌,终使茂县—汶川公路被迫迁移到河右岸。现今这些滑坡复活变形迹象仍很明显。前缘各种鼓张裂缝和地面鼓包、后缘环状拉张阶坎裂缝以及中部斜向拉张裂缝均十分发育,坡体上的房屋均已大量开裂,每年需进行维修或移位;石坪、苏村滑坡前缘九环线新公路才使用1a,其路堤就已发生错动和拉裂,大者可达10cm,路边排水沟也已单侧倒塌或变形,影响了九环线茂县—汶川段的交通状况;尤其近几年,这些滑坡的位移速率达10～20cm/a,复活变形程度加剧,严重影响了当地的经济发展。青都坡—③文镇—汶川段(Ⅶ3)该段共有5个滑坡,均分布在岷江左岸(冲刷岸),除扣山老滑坡外,其余4个规模较小。该段河宽100～200m,为“U”形河谷。右岸出露地层为γ2(4)和δ2(4)等坚硬岩浆岩,左岸为D千枚岩夹灰岩组成的易滑地层,为滑体的主要组成物质。茂县—汶川主干断裂沿河通过,其南东次级断裂较为发育,控制了滑坡的主滑断壁或近后缘部位。其中青坡滑坡和青都坡滑坡复活变形迹象明显。青都坡滑坡位于汶川县城北东附近青都山西北坡,其前缘拉裂缝及小型溜滑体十分发育,后缘环状拉张裂缝亦十分发育,中部仅见3～5条斜向拉张裂缝,坡脚公路路堤(使用仅1a)已产生大量剪张裂缝,缝宽2～6cm,部分路面已被挤压成鼓包高约20cm。据城建部门介绍,该滑坡每年向河位移10～20cm,坡上土房也年年修补,在雨季或雨后拉裂活动更加剧烈,这已持续约十多年。另外,扣山老滑坡为体积达1.5×108m3的超巨型滑坡,历史上曾造成完全堵江。(2)易滑地层①存在有利的地形地貌:茂县—汶川段岷江河段的下切侵蚀为(老)滑坡复活变形提供了有效的临空面。②易滑地层的存在:本段岷江两岸(特别是左岸)广泛发育泥盆系、志留系的千枚岩等几套易滑地层,这为滑坡发育奠定了物质基础。③特殊的构造部位:茂县—汶川断裂在该河段通过且与次级断裂的组合控制了滑坡的发育分布,尤其在次级断裂与主干断裂组合的“菱形块体”中滑坡最发育,其现今的滑坡复活变形程度也最剧烈。④历史上的扣山老滑坡完全堵江的回水范围可达茂县县城附近,堰塞湖存在时间长达100