九寨溝景區(qū)“8·8”震后崩塌災(zāi)害發(fā)育特征及影響因素

王 毅, 陳又麟, 余 業(yè)

(1.核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院，成都 610061； 2.四川省地礦局九一五水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，眉山 620010)

2017年8月8日21:19:46，四川省阿壩州九寨溝縣(33.20°N、103.82°E)發(fā)生里氏(Ms)7.0級地震，震源深度20 km[1]，川西、甘南大部及成都震感強(qiáng)烈。九寨溝景區(qū)距震中(比芒村)僅5 km，地震烈度為Ⅸ度[2]，受其影響景區(qū)發(fā)育了大量崩塌、滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅則查洼溝、樹正溝、荷葉溝以及扎如社區(qū)等景點(diǎn)和聚居點(diǎn)的安全。為盡快恢復(fù)九寨溝景區(qū)正常營業(yè)，保障災(zāi)后恢復(fù)重建工作得以順利實(shí)施，受景區(qū)管理局委托，筆者參與了景區(qū)則查哇溝中季節(jié)海至長海段(長約8.5 km)的地質(zhì)災(zāi)害的治理工作。

通過已搜集的資料來看，目前對景區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、水位地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、旅游開發(fā)方面的研究較多，但對地質(zhì)災(zāi)害，尤其是崩塌災(zāi)害的特征、成因、影響程度等研究較少，而“8·8”地震震后重建又急需對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行治理，因此查明崩塌災(zāi)害的分布情況、研究其發(fā)育特征、破壞特征、發(fā)展趨勢就顯得尤為緊迫。依托筆者參與的“8·8九寨溝地震災(zāi)后重建九寨溝景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理項(xiàng)目”，通過調(diào)查分析震后景區(qū)崩塌(危巖)規(guī)模、分布、運(yùn)動(dòng)堆積等特征，研究崩塌災(zāi)害的破壞特點(diǎn)、威脅范圍，以及影響崩塌發(fā)育的主要因素，為后續(xù)治理工程提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

九寨溝位于青藏高原和四川盆地的過渡地帶，以高寒山地與峽谷為主，屬白水河流域山地區(qū)，平均海拔3 000 m以上，相對高度差達(dá)2 000 m，呈南高北低之勢。自南向北依次呈現(xiàn)冰川、巖溶甘谷及層湖疊瀑地貌景觀。其中，則查洼溝、日則溝和樹正溝在平面上呈“Y”形展布[3]，形成一個(gè)完整的樹枝狀水系，九寨溝的“層湖疊瀑”、鈣華景觀主要分布在則查洼溝、日則溝和樹正溝中?！?·8”地震后該段發(fā)育12處較大規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害，其中崩塌災(zāi)害8處，為主要地質(zhì)災(zāi)害類型(圖1)。

圖1 研究區(qū)地貌

研究區(qū)地處巴顏喀拉地塊與西秦嶺造山帶摩天嶺地塊的結(jié)合部位(圖2)，其周邊主要分布有塔藏?cái)嗔?F1)、虎牙斷裂帶(F2+F3)、雪山梁子斷裂(F4)及岷江斷裂帶(F5+F6)，斷裂以脆性剪切形變?yōu)橹鲗?dǎo)，表現(xiàn)為逆斷層、正斷層和平移斷層。

研究區(qū)主要出露石炭系下統(tǒng)岷河組二段(Cm2)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、偶夾燧石灰?guī)r，岷河組一段(Cm1)灰?guī)r、板巖、變質(zhì)砂巖，泥盆系上統(tǒng)益哇溝組(DCy)灰?guī)r、含燧石灰?guī)r夾少量礫屑灰?guī)r，巖層走向NW-SE，傾向SW，為正常層序產(chǎn)出，巖層傾角較陡。

九寨溝景區(qū)屬于高原寒溫帶-亞寒帶季風(fēng)氣候區(qū)，垂直分帶特征明顯，區(qū)內(nèi)海拔2 380 m的九寨溝諾日朗附近年平均氣溫5.5 ℃，7月極端最高氣溫32.6 ℃，1月極端最低氣溫-20.2 ℃。5—9月為雨季，月平均降雨量大于70 mm，10月降雨明顯減小，積雪期從每年11月至次年4月，最大積雪深度達(dá)150 mm，全年無霜期100 d左右。年日照時(shí)數(shù)為1 600 h，日平均氣溫大于10 ℃的累積溫度為3 000～3 500 ℃，相對濕度為60%～70%；年平均降水量約705.2 mm。

圖2 九寨溝景區(qū)周邊地質(zhì)構(gòu)造綱要圖[4]

2 崩塌災(zāi)害發(fā)育特征

2.1 “8·8”地震崩塌規(guī)模特征

則查哇溝中季節(jié)海至長海段“8·8”地震誘發(fā)規(guī)模相對較大的崩塌災(zāi)害共計(jì)8處(圖3)，主要分布于則查哇溝中、上季節(jié)海、長海兩岸，其中左岸較多，對景點(diǎn)設(shè)施、棧道及景區(qū)公路損壞嚴(yán)重。本次地震誘發(fā)的崩塌堆積體總體積約17.8×104m3(表1)，最大點(diǎn)約9.6×104m3，一般1×104～2×104m3，屬小-中型，崩塌物最大粒徑2 m。殘余危巖體總體積約33×104m3，大于10×104m3的兩處，1×104～10×104m3兩處，其余小于1×104m3，巖性以灰?guī)r為主，局部為板巖。最大的危巖單體約3.5 m3，一般為1～3 m3。

圖3 研究區(qū)崩塌災(zāi)害點(diǎn)分布

表1 中季節(jié)海至長海段崩塌災(zāi)害規(guī)模特征

注：崩塌堆積體體積僅為“8·8”地震時(shí)及震后至本次調(diào)查期間的統(tǒng)計(jì)值。

2.2 崩塌(危巖)分布特征

則查哇溝兩岸更是重巒疊嶂、山峰(脊)與溝谷(槽)交錯(cuò)分布，相對高差較大?！?·8”地震崩塌主要來自則查哇溝兩岸山體，有的直接墜落在景區(qū)公路、棧道或水體景觀，有的則沿溝槽滾動(dòng)聚集，形成破壞力較大的崩塌流，或停留在溝槽內(nèi)成為泥石流的物源。

調(diào)查的8處崩塌災(zāi)害點(diǎn)共發(fā)育危巖36處。其中，7#點(diǎn)最多(7處)，一般3～4處。危巖分布海拔高程范圍2 805～3 478 m(表2)，至坡腳的相對高差6.5～525 m。其中，分布于坡腳(0～50 m)的低位危巖相對較少，僅7處，占危巖總數(shù)的19%(圖4、圖5)；相對高差50～300 m是危巖的主要分布高程，總數(shù)的62%，大于300 m的高位崩塌亦占據(jù)較大比重(達(dá)到17%)，可見研究區(qū)多以中、高位崩塌為主。就崩塌物的分布來看，低位崩塌一般直接墜落至坡腳公路、棧道等平坦位置，多為單一的落石掉塊，因高差較小，具備的勢能小，主要造成接觸范圍內(nèi)公路、棧道的破壞，呈點(diǎn)狀破壞，危害性較小。而中、高位崩塌脫離母巖后，沿重力方向進(jìn)入臨近溝槽，沿溝槽滾動(dòng)、跳躍，與其他進(jìn)入溝道的崩塌物匯合(“歸槽效應(yīng)”)，動(dòng)能進(jìn)一步增大，加之本身勢能較大，同時(shí)還裹挾溝槽兩側(cè)松散物質(zhì)，慣性增大，形成破壞力極強(qiáng)的“崩塌流”，沖出溝口后迅速散開，呈面狀或帶狀破壞，常造成溝口公路、棧道數(shù)十米，甚至上百米的連續(xù)破壞，是九寨溝景區(qū)震后次生地質(zhì)災(zāi)害中威脅最大的災(zāi)害。殘留在溝道內(nèi)的松散堆積體，則可能成為泥石流的物源[5]，在降雨作用下以泥石流形式?jīng)_出溝道，形成鏈?zhǔn)綖?zāi)害，危害尤甚。

表2 中季節(jié)海至長海段危巖分布高程統(tǒng)計(jì)

注：W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7均為危巖編號。

圖4 危巖數(shù)量的相對高程分布

圖5 危巖數(shù)量的相對高程百分?jǐn)?shù)

2.3 危巖(帶)變形破壞特征

研究區(qū)出露的基巖主要為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、板巖，以灰?guī)r為主。受該區(qū)NW-SE向構(gòu)造行跡影響，巖層產(chǎn)狀大體為260°～281°∠50°～61°(局部受小型褶皺、斷層影響可能出現(xiàn)變化)，傾角較陡。此外，該區(qū)還發(fā)育四組結(jié)構(gòu)面(表3)。其中，結(jié)構(gòu)面①、④為該區(qū)的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面(可能為共軛結(jié)構(gòu)面)，其余兩組發(fā)育程度皆有岸別差異，且僅在部分崩塌點(diǎn)比較發(fā)育。

表3 巖土結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)

在則查哇溝左岸雖然巖層反傾坡內(nèi)，有利于斜坡穩(wěn)定，但①、④結(jié)構(gòu)面組合跡線傾向坡外，為不利組合[6]，將巖體(灰?guī)r)切割成塊狀，出現(xiàn)墜落或傾倒破壞。同時(shí)，由于①、④結(jié)構(gòu)面為該區(qū)主要發(fā)育的結(jié)構(gòu)面，這也成為左岸崩塌明顯多于右岸的原因之一(圖6)。而右岸巖體破壞則主要受巖層控制，當(dāng)臨空面坡度較大時(shí)，巖層緩傾坡外，加之結(jié)構(gòu)面切割，巖石塊體可能出現(xiàn)滑移或墜落破壞(圖7)。巖石脫離母體后沿重力放下發(fā)生翻滾、跳躍，尤其是中、高位崩塌，較大的勢能轉(zhuǎn)化為強(qiáng)大的動(dòng)能，所到之處破壞力極強(qiáng)，砸壞樹木、破壞景區(qū)公路及原被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等(表4、圖8～圖11)。

圖6 左岸巖體結(jié)構(gòu)面赤平投影

圖7 右岸巖體結(jié)構(gòu)面赤平投影

圖8 1#崩塌點(diǎn)景區(qū)公路受損

圖9 1#崩塌點(diǎn)斜坡下部樹木被折斷

表4 中季節(jié)海至長海段崩塌災(zāi)害災(zāi)情結(jié)果統(tǒng)計(jì)

圖10 2#崩塌點(diǎn)溝槽下游被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)大面積破壞

圖11 3#崩塌點(diǎn)墻頂鋼軌柵欄被破壞

3 崩塌災(zāi)害影響因素

3.1 地形地貌

研究區(qū)為中高山-高山狹谷地貌，地形起伏大，高聳的山峰坡度陡，臨空條件較好，應(yīng)力相對集中，為巖體的變形提供了空間和力學(xué)條件[7]。巖體臨空卸荷，應(yīng)力釋放，而后斜坡體內(nèi)巖層應(yīng)力重新調(diào)整，產(chǎn)生向臨空方向的拉裂和變形，隨著變形時(shí)間增長，張裂隙逐漸向深部擴(kuò)展，以致巖體從上至下形成破碎(破裂巖體)-較破碎(塊裂巖體)-較完整(基巖)的分布規(guī)律。隨著風(fēng)化、侵蝕等地質(zhì)作用的進(jìn)一步加劇，應(yīng)力加劇調(diào)整積累，拉張裂隙進(jìn)一步擴(kuò)張，并逐步向深部發(fā)展，從而完成整個(gè)裂隙面的貫通。

中、高位的危巖脫離母巖后具備較高的勢能，先沿重力方向進(jìn)入附近的溝槽，在溝谷中跳躍、翻滾，鏟刮和裹挾溝床及兩岸松散物質(zhì)，同時(shí)匯聚該溝流域內(nèi)的其他崩塌物[8-9]，形成“崩塌流”(圖12)，具備強(qiáng)大的破壞力和沖擊能，造成溝口建(構(gòu))筑物大面積破壞。

圖12 2#崩塌點(diǎn)高位崩塌“歸槽效應(yīng)”

3.2 巖性與巖體結(jié)構(gòu)

研究區(qū)出露基巖為灰?guī)r，屬硬質(zhì)巖，受則查洼溝斷層、夏莫向斜、卡真背斜影響，巖體較破碎，巖體除巖層外，還發(fā)育2～3組結(jié)構(gòu)面，間距較大，延伸較長，往往成為巖體薄弱環(huán)節(jié)。在重力、風(fēng)化、凍融、植物根劈作用等長期作用下，沿著結(jié)構(gòu)面發(fā)生破裂并不斷發(fā)展，巖體完整性降低，相互組合切割，從而形成潛在崩塌體。巖層及結(jié)構(gòu)面組合方式主要兩種：在則查哇溝左岸，其中一組陡傾結(jié)構(gòu)面(結(jié)構(gòu)面④)與坡向一致，形成控制性結(jié)構(gòu)面，其他結(jié)構(gòu)面及巖層切割巖體呈塊狀，易產(chǎn)生墜落、傾倒式崩塌；在右岸巖層則成為主控結(jié)構(gòu)面，其他兩組結(jié)構(gòu)面組合形成楔形體，順坡向且傾角較小，這樣易產(chǎn)生滑移式破壞[10]。在斜坡崩塌破壞時(shí)同時(shí)對下伏巖體起了牽引松動(dòng)作用，在坡體上形成了新的不穩(wěn)定塊體或危石，斜坡局部發(fā)生崩塌破壞后，危巖帶后緣坡體臨空，再次發(fā)生卸荷變形，形成循環(huán)性崩塌破壞。

3.3 地震與斷裂

第四紀(jì)以來，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，歷史上發(fā)生多次強(qiáng)烈地震。1976年8月16日22:00與松潘、平武交界的勿角、馬家發(fā)生7.2級地震，造成了重大災(zāi)禍。2008年5月12日，汶川縣映秀鎮(zhèn)發(fā)生8.0級特大地震，震中距九寨溝縣250 km，受特大地震影響，九寨溝地質(zhì)環(huán)境遭到不同程度破壞。2017年“8·8”地震九寨溝景區(qū)據(jù)震中僅5 km，這次地震的發(fā)震構(gòu)造為虎牙斷裂帶北支-夏莫斷裂[4]。夏莫斷裂是一條隱伏斷裂(圖1)，形成于印支期，斷面傾角可達(dá)70°～80°，屬高角度逆走滑斷裂。夏莫斷裂呈NW走向，北與岷江斷裂斜接，向西南經(jīng)夏莫與阿卓開斷裂相接，長約70 km，其間經(jīng)過九寨天堂-震中-五花海-則查哇溝(下季節(jié)海)，即研究區(qū)有發(fā)震斷裂經(jīng)過，地震烈度為Ⅸ度，破壞力極強(qiáng)。

4 結(jié)論

(1)受“8·8”地震影響，九寨溝景區(qū)(則查哇溝)中-小型崩塌災(zāi)害發(fā)育。其中，低位崩塌呈點(diǎn)狀破壞，危害較??；中、高位崩塌因“歸槽效應(yīng)”，常呈面狀(或帶狀)破壞，破壞力極強(qiáng)，危害較大，后續(xù)治理工程的被動(dòng)攔擋措施位于沖溝溝口時(shí)，應(yīng)予以加強(qiáng)。

(2)九寨溝景區(qū)為中高山-高山狹谷地貌，巖石以硬質(zhì)巖為主，受多組結(jié)構(gòu)面切割，形成不穩(wěn)定組合，具備發(fā)生崩塌的內(nèi)在條件?！?·8”地震烈度為Ⅸ度，破壞力極強(qiáng)，且發(fā)震構(gòu)造經(jīng)過景區(qū)，震中距景區(qū)僅5 km，是崩塌災(zāi)害發(fā)育的主要誘因。