松坪溝地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布及主控因素研究

徐 煜，趙其華，王 旭

(1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))， 四川 成都 610059;2.成都理工大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院， 四川 成都 610059)

松坪溝處于四川省阿壩州茂縣西北部的疊溪鎮(zhèn)境內(nèi)，位于岷江上游右岸，地理坐標(biāo)東經(jīng)103°31′06.23″～103°40′12.94″，北緯32°02′22.58″～32°15′11.15″N，總面積約419 km2，是現(xiàn)今保存最完整的地震遺址之一，也是國(guó)家4A級(jí)風(fēng)景區(qū)，素有“三溝九海十四景”之稱。

該地區(qū)在近百年歷史上經(jīng)歷過(guò)兩次強(qiáng)烈的地震：1933年疊溪Ms7.5級(jí)地震和2008年汶川Ms8.0級(jí)地震，兩次大的地震致使區(qū)內(nèi)山體破碎嚴(yán)重，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度高，遍布整個(gè)地區(qū)。針對(duì)兩次地震后的地質(zhì)災(zāi)害，前人已經(jīng)做了部分研究[1-8]。許向?qū)幍萚2-3]根據(jù)斜坡變形特征將疊溪地震區(qū)劃分為4個(gè)區(qū)帶，并論述了松坪溝區(qū)的變形特征；鄧慶[6]對(duì)該地區(qū)不同破壞程度的疊溪地震地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估。

然而，地質(zhì)災(zāi)害是多種因素綜合作用的結(jié)果[9]，包括內(nèi)在因素和誘發(fā)因素。前人對(duì)該地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布及其與主要因素的相關(guān)性研究相對(duì)較弱。因此，本文以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料為基礎(chǔ)，結(jié)合GIS技術(shù)，研究了松坪溝地區(qū)兩次地震后的地質(zhì)災(zāi)害分布特征及其影響因素，并總結(jié)了該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的主要控制因素，為松坪溝景區(qū)的重新規(guī)劃、有效規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害提供借鑒。

1 概 況

1.1 地形地貌

研究區(qū)位于茂縣西北部，溝內(nèi)河谷多呈“V”形，上游河谷稍寬、岸坡較緩，下游河谷較窄、岸坡陡峻，且右岸相較于左岸陡，區(qū)內(nèi)最高海拔約4 700 m，最低海拔約2 100 m，平均海拔約3 500 m。

區(qū)內(nèi)地貌根據(jù)成因類型可劃分為極高山地貌(海拔3 800 m～4 500 m)、高山地貌(海拔3 200 m～3 800 m)和中山地貌(海拔2 500 m～3 200 m)。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

研究區(qū)地處較場(chǎng)弧形構(gòu)造帶、石大關(guān)弧形構(gòu)造帶和龍門山華夏系構(gòu)造帶圍成的三角區(qū)域內(nèi)，發(fā)育了復(fù)雜的印支期和燕山期的褶皺變形和斷裂構(gòu)造，其最典型的地質(zhì)構(gòu)造為弧形構(gòu)造，如較場(chǎng)弧形構(gòu)造、小金弧等。斷裂帶主要發(fā)育有茂汶斷裂、岷江斷裂和松坪溝斷裂(見(jiàn)圖1)。其中，松坪溝斷裂帶發(fā)育在較場(chǎng)弧形構(gòu)造帶及其西翼，研究區(qū)主要受該斷裂帶的控制和影響(見(jiàn)圖2)。研究區(qū)三維模型見(jiàn)圖3。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及物探資料顯示，松坪溝斷裂帶整體走向NW向，大致沿松坪溝主溝呈三段斜列式展布。北西段起始于麥?zhǔn)?露頭見(jiàn)圖4)附近，向東南方向延伸至樺子林附近，斷面走向N55°W，斷面傾向NE，但露頭處傾角多變；中間段起始于娃兒堡附近，向東南方向延伸至上白臘寨附近，斷面走向N70°W，斷面傾向SW，傾角約56°；南東段(露頭見(jiàn)圖5)自滾水溝溝口附近起，向南方向延伸至松坪溝溝口附近，斷面走向NW，斷面傾向SW，傾角約72°。

1-區(qū)域主干斷裂；2-一般斷裂；3-向斜；4-背斜；5-飛來(lái)峰；6-松坪溝斷裂；7-較場(chǎng)弧形構(gòu)造；8-茂汶斷裂；9-岷江斷裂；10-塔藏-文縣-岸門口斷裂

圖1研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造圖

圖2 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖

圖3 研究區(qū)三維模型圖

圖4 麥?zhǔn)瘮鄬勇额^全景照

圖5 金槍巖隧道斷層露頭(南東段)

1.3 地層巖性

研究區(qū)主要出露地層為三疊系地層，包括菠茨溝組(T1b)、雜谷腦組(T2z)、侏倭組(T3zw)和新都橋組(T3xd)，總厚度約達(dá)2 500 m，具體巖性描述見(jiàn)表1。

表1 研究區(qū)地層巖性特征統(tǒng)計(jì)表

其中，上三疊統(tǒng)的千枚巖(T3zw)、板巖(T3xd)主要發(fā)育在松坪溝的上游地區(qū)；中三疊統(tǒng)的變質(zhì)砂巖(T2z)主要發(fā)育在松坪溝的中下游地區(qū)，局部地區(qū)發(fā)育有下三疊統(tǒng)的粉砂巖(T1b)。此外，在河流階地、河漫灘和山前坡覆蓋有厚度不等的第四系崩坡積物和殘坡積物，揭示厚度10 m～20 m。

1.4 氣象水文

研究區(qū)內(nèi)山峰峻立，山谷幽深，階地狹小，晝夜溫差較大，根據(jù)多年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，年平均氣溫在5.6℃左右，其中每年最低氣溫約為2.8℃，最高氣溫約為22.5℃，全年三分之一的時(shí)間為無(wú)霜期。

多年來(lái)平均降水量約為484.1 mm，每年最大降水量約為560.6 mm，最小降水量約為335.5 mm。每年降水主要在5月—9月，分配不均勻，常會(huì)出現(xiàn)春冬干旱、夏秋充沛。降雪主要在每年的11月至次年的2月。

2 疊溪地震地質(zhì)災(zāi)害分布特征

1933年8月25日，中國(guó)四川疊溪發(fā)生了Ms7.5級(jí)地震，造成松坪溝3 200余人死亡、400余人受傷，田地、房舍遭地震完全毀壞。

據(jù)資料收集和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的疊溪地震同震地質(zhì)災(zāi)害及震后地質(zhì)災(zāi)害共計(jì)17處，其中滑坡有5處，崩塌有11處，不穩(wěn)定斜坡有1處。崩塌是疊溪地震在松坪溝內(nèi)誘發(fā)最嚴(yán)重、分布最廣的一種次生災(zāi)害，從數(shù)量上看，崩塌是滑坡的兩倍。

盡管誘發(fā)的滑坡數(shù)量相對(duì)較少，但每個(gè)滑坡的體量都很大，滑坡體直接滑入溝內(nèi)，堵塞河道，形成諸多規(guī)模不一的堰塞湖，部分保留下來(lái)成為如今的海子。

基于DEM數(shù)據(jù)利用ArcGis的高程分析進(jìn)行高程分帶，并將地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注，其分布特征可見(jiàn)圖6。

圖6 疊溪地震地質(zhì)災(zāi)害平面分布圖

從平面上看(見(jiàn)圖6)，這17處地震地質(zhì)災(zāi)害集中發(fā)育在研究區(qū)的中下游地區(qū)，主要沿松坪溝斷裂兩側(cè)呈帶狀分布，發(fā)育位置也離斷裂帶較近，其中12處災(zāi)害的發(fā)育位置距離斷裂帶不到1 km。有關(guān)疊溪地震發(fā)震斷層的研究，一直以來(lái)也存在爭(zhēng)議[10-11]。有學(xué)者認(rèn)為發(fā)震斷層為岷江斷裂，另有學(xué)者認(rèn)為發(fā)震斷層為松坪溝斷裂。松坪溝位于疊溪地震的極震區(qū)，結(jié)合此次地震在溝內(nèi)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布特征，也可以從側(cè)面佐證松坪溝斷層便為疊溪地震的發(fā)震斷層。

從地貌高程和坡度并結(jié)合該區(qū)的三維模型圖來(lái)看(見(jiàn)圖3、圖7)，疊溪地震在研究區(qū)內(nèi)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育高程主要在2 700 m～3 700 m之間，僅1個(gè)崩塌點(diǎn)的發(fā)育在4 050 m處，地質(zhì)災(zāi)害主要分布在山體的中上部。研究區(qū)內(nèi)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的斜坡坡度的變化范圍較大，滑坡大多發(fā)育在坡度在30°～35°的斜坡上；崩塌大多發(fā)育在坡度在35°～75°的斜坡上，其中，坡度在35°～45°之間的占7處，坡度在45°～75°之間占5處。

按地質(zhì)災(zāi)害的類型和規(guī)模大小，可將其分為特大型、大型、中型，其中滑坡以特大型和大型為主；崩塌以特大型為主，大型和中型次之；不穩(wěn)定斜坡以特大型為主(見(jiàn)圖8)。

圖7 疊溪地震地質(zhì)災(zāi)害坡度、高程數(shù)據(jù)圖

圖8 地質(zhì)災(zāi)害類型及規(guī)模

3 汶川地震地質(zhì)災(zāi)害分布

2008年5月12日，中國(guó)四川汶川映秀鎮(zhèn)發(fā)生了Ms8.0級(jí)地震，是我國(guó)近百年遭遇的最嚴(yán)重的一次地震，距離震中約160 km的松坪溝也受到了嚴(yán)重的影響。

據(jù)地質(zhì)調(diào)查資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的汶川地震同震地質(zhì)災(zāi)害及震后地質(zhì)災(zāi)害共計(jì)27處，其中滑坡8處，崩塌15處，不穩(wěn)定斜坡4處。

基于DEM數(shù)據(jù)利用Arcgis的高程分析進(jìn)行高程分帶，并將地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注，其分布特征見(jiàn)圖9。

圖9 汶川地震地質(zhì)災(zāi)害平面分布圖

從平面上看，汶川地震在研究區(qū)誘發(fā)的26處地質(zhì)災(zāi)害沿松坪溝內(nèi)的河流水系呈線狀分布，河谷兩岸地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量大致相同，且主要分布在三段斜列式斷層附近，這與疊溪地震地質(zhì)災(zāi)害的平面存在一定的相似性。但與疊溪地震地質(zhì)災(zāi)害的分布也存在一定的差異，疊溪地震地質(zhì)災(zāi)害主要分布在研究區(qū)的中下游地區(qū)，而汶川地震地質(zhì)災(zāi)害在研究區(qū)內(nèi)均有所展布，尤其在上游地區(qū)發(fā)育較多。

從地貌高程和坡度并結(jié)合該區(qū)的三維模型圖來(lái)看(見(jiàn)圖3)，汶川地震在研究區(qū)內(nèi)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育高程大多在2 200 m～3 400 m之間。發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的斜坡坡度的變化范圍較大，滑坡大多發(fā)育在30°～50°的斜坡上；崩塌大多發(fā)育在40°～85°的斜坡上，其中，坡度在30°～50°之間的占5處，坡度在50°～85°之間占10處。

按地質(zhì)災(zāi)害的類型和規(guī)模大小，可將其分為特大型、大型、中型，其中滑坡以特大型和大型為主；崩塌以特大型為主，大型和中型次之；不穩(wěn)定斜坡以特大型為主。

與疊溪地震相似，汶川地震在研究區(qū)內(nèi)誘發(fā)最多的地質(zhì)災(zāi)害類型也是崩塌，且汶川地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量比疊溪地震多，但根據(jù)單點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的規(guī)模來(lái)看，汶川地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模遠(yuǎn)小于疊溪地震，其中，汶川地震災(zāi)害的規(guī)模主要是中小型，而疊溪地震災(zāi)害的規(guī)模主要是大型和特大型。

4 地質(zhì)災(zāi)害主控因素分析

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生往往與很多因素有關(guān)，重力條件下發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害一般受地形地貌條件、地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)類型、斜坡類型和降雨等[12]因素的影響，大多發(fā)生在基覆界面和性質(zhì)差異顯著的成層巖質(zhì)與基巖的接觸面處[13-14]，但地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的機(jī)理與重力誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害不一致，除了上述幾個(gè)影響因素外，還需要考慮斷裂帶的性質(zhì)、地震的活動(dòng)強(qiáng)度、與斷裂帶和水系的距離等因素的影響。

4.1 地形地貌

地形是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的先決條件。無(wú)論是滑坡還是崩塌，地貌上都要有一個(gè)臨空面，而不穩(wěn)定體則向著臨空面的方向運(yùn)動(dòng)。研究區(qū)內(nèi)地形以高山、河谷為主，山坡陡峻，局部地區(qū)有階地發(fā)育。根據(jù)坡度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)看，疊溪地震誘發(fā)滑坡大多發(fā)育在30°～35°之間的斜坡上，崩塌大多發(fā)育在35°～75°之間的斜坡上；汶川地震誘發(fā)滑坡大多發(fā)育在30°～50°之間的斜坡上，崩塌大多發(fā)生在40°～85°之間的斜坡上。由此可以看出，滑坡一般發(fā)育在坡度相對(duì)較緩的斜坡上，崩塌大多發(fā)育在坡度較陡的斜坡上，且受疊溪地震影響，研究區(qū)內(nèi)山體破壞嚴(yán)重，斜坡變得更為陡立，也為汶川地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害創(chuàng)造了有利的地形條件。

地形地貌除了坡度的影響外，還有地貌高差的影響。從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來(lái)看，疊溪地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的高程范圍在2 700 m～3 700 m之間，汶川地震誘發(fā)地質(zhì)的高程范圍在2 200 m～3 400 m之間，疊溪地震誘發(fā)災(zāi)害的高程整體高于汶川地震，部分發(fā)育高程有重疊。這說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的優(yōu)勢(shì)高程在2 500 m～3 500 m之間。

4.2 地層巖性

地層巖性為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了物質(zhì)條件。研究區(qū)內(nèi)出露的地層巖性相對(duì)單一，主要為三疊系的千枚巖、變質(zhì)砂巖、板巖，千枚巖風(fēng)化程度較高，強(qiáng)度低，節(jié)理面發(fā)育。

在疊溪地震中，中下游地區(qū)巖體組合以變質(zhì)砂巖夾千枚巖為主，因此，在地震動(dòng)作用下，千枚巖作為較軟層易產(chǎn)生變形破壞，且隨著高程的增大，地震波的放大效應(yīng)越顯著，高處千枚巖更易發(fā)生崩解剝落，從而形成崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

在汶川地震中，上游地區(qū)坡體巖性組合以千枚巖、板巖為主，巖性組合相對(duì)單一，受疊溪地震擾動(dòng)作用小于中下游地區(qū)，在疊溪地震中較少發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害，但巖體已產(chǎn)生損傷，在汶川地震進(jìn)一步的擾動(dòng)下，上游地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。

同樣，疊溪地震也為汶川地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害提供了物質(zhì)便利，尤其是滑坡災(zāi)害，在疊溪地震作用下，高處的千枚巖崩解剝落，并在高程2 200 m～2 500 m之間產(chǎn)生堆積。汶川地震發(fā)生時(shí)，原堆積物在地震的擾動(dòng)作用下，易沿基覆界面開始滑動(dòng)形成滑坡災(zāi)害。

4.3 斷裂帶性質(zhì)

斷裂帶的活動(dòng)性控制著地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布，而誘發(fā)地震的斷裂帶性質(zhì)類型主要有逆沖型和走滑型兩類。誘發(fā)地震的斷裂帶性質(zhì)不同，形成的地質(zhì)災(zāi)害也會(huì)存在差異，主要體現(xiàn)在數(shù)量、密度、規(guī)模等方面。一般來(lái)說(shuō)，逆沖型斷層誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害較走滑型更具有破壞性[15]，因此斷裂帶的性質(zhì)決定了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布情況。

松坪溝斷裂帶為走滑型斷裂帶，因此疊溪地震在松坪溝地區(qū)誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量相對(duì)較少，災(zāi)害點(diǎn)沿?cái)嗔褞蓚?cè)呈帶狀分布，但松坪溝內(nèi)各地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)距離斷裂帶的距離相對(duì)較小，距松坪溝斷層1 000 m內(nèi)發(fā)育的災(zāi)害點(diǎn)有15處，占總數(shù)的83.3%，且各災(zāi)害點(diǎn)發(fā)育規(guī)模較大，大于1 000萬(wàn)m3的巨型滑坡有3處，大于10萬(wàn)m3的大型崩塌有11處。

4.4 地震活動(dòng)強(qiáng)度

地震對(duì)山體的影響主要體現(xiàn)在震動(dòng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)引發(fā)巖體產(chǎn)生松動(dòng)變形，乃至破壞，致使邊坡失去原有的平衡而發(fā)生失穩(wěn)，從而誘發(fā)崩塌滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。而其影響程度主要取決于地震動(dòng)在不同位置處的水平加速度大小，一般加速度越大，山體變形破壞越嚴(yán)重，越容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

疊溪地震中，研究區(qū)內(nèi)麥?zhǔn)镣迌罕ぬ幱冖叶葏^(qū)，娃兒堡至松坪溝溝口處于Ⅹ烈度區(qū)，Ⅹ度區(qū)地震加速度較Ⅸ度區(qū)大；汶川地震中，研究區(qū)整體處于Ⅶ烈度區(qū)。因此，疊溪地震時(shí)期研究區(qū)內(nèi)的地震動(dòng)加速度整體較大于汶川地震時(shí)期，疊溪地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的高程、規(guī)模等普遍大于汶川地震，且研究區(qū)內(nèi)邊坡巖體在疊溪地震中遭受了較為嚴(yán)重的變性破壞，造成了很多隱蔽性損傷，在汶川地震的擾動(dòng)下，誘發(fā)了更多數(shù)量的地質(zhì)災(zāi)害。

5 結(jié) 論

(1) 松坪溝內(nèi)地震地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布主要受控于溝內(nèi)的地形地貌、地層巖性、斷裂帶性質(zhì)及及地震活動(dòng)強(qiáng)度等。疊溪地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害主要沿松坪溝斷層呈帶狀分布；汶川地震中，研究區(qū)整體位于發(fā)震斷層的上盤，地質(zhì)災(zāi)害主要分布在松坪溝河流兩岸。

(2) 研究區(qū)位于疊溪地震的Ⅸ度及以上烈度區(qū)，汶川地震的Ⅶ烈度區(qū)，地震動(dòng)作用明顯，對(duì)山體造成的破壞性強(qiáng)，且地形坡度越陡，地層風(fēng)化程度越嚴(yán)重，地震動(dòng)加速度越大，越易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，且地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模也更大，造成的危害也更嚴(yán)重。

(3) 疊溪地震與汶川地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害在平面上有一定的重合。主要原因在于疊溪地震發(fā)生后，研究區(qū)內(nèi)山體在地震的往復(fù)運(yùn)動(dòng)下開始發(fā)生變性破壞，巖體變得更為破碎，原有平衡被打破，部分地區(qū)斜坡發(fā)生失穩(wěn)，從而引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，并產(chǎn)生堆積；部分山體斜坡尋求到一個(gè)新的平衡而并未在疊溪地震中發(fā)生失穩(wěn)，但巖體的強(qiáng)度大大減弱。在汶川地中再受到擾動(dòng)，邊坡發(fā)生失穩(wěn)，從而引發(fā)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。