三峡库区作辑托背斜和巴东断裂与滑坡类型的关系

王孔伟，赵小明，邓成进，张 帆

1.武汉大学水利水电学院，武汉 430072

2.三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002

3.中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉 430205

4.中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，西安 710065

0 前言

有关作辑托背斜以及巴东斜坡的成因前人有过若干论述，但都局限于各自的研究领域［1－3］。从基础地质角度认为作辑托背斜为一滑脱式褶皱［4－5］，从灾害地质和第四系角度认为巴东斜坡为一错落体［6］；很少有人从基础地质研究入手，特别是从构造地质角度入手去探讨该区地质灾害的成因机理，对构造特征与滑坡之间的因果关系及相同局部构造上多个个体滑坡之间的因果关系研究很少。大型滑坡发生与区域构造分区、局部构造类型相关［7－8］，这种相关性不仅仅体现于对单个滑坡的控制，更深层次在于对整体岸坡带演化规律、个体滑坡演化之间因果关系的控制上。

滑坡的形成与多种因素有关，这些因素可以划分为两类：第一类为地质环境因素，对于滑坡来说这是内在因素（先天因素），包括新老构造条件以及岩性条件等，对于位于相同局部构造和相同新构造活动区域上（岩性条件基本一致）的不同滑坡个体而言存在成因联系；第二类为触发因素，包括外动力地质因素（河流切割、卸荷等）、降雨、地震等，主要涉及岸坡破坏点的选择问题。先天因素的研究是基础，即把受相同局部构造控制的、位于相同新构造活动区域的多个滑坡个体分布带作为整体研究，建立分布带内部滑坡个体之间在成因机理、演化特征上的关系，是笔者所要探讨的主要问题。

鄂西地区为大巴山-大洪山弧形构造组成部分以及其影响区域，该地区具体构造形式对于巴东县一带滑坡成因机理研究有着重要影响。通过对巴东-秭归一带野外勘察，研究该地区褶皱构造形式，认为鄂西地区构造形式也是一种薄皮构造（断层传播褶皱），作辑托背斜属于此类构造形式，该种构造形式控制该区滑坡群形成演化过程（图1）。

图1 作辑托背斜区域构造纲要图Fig.1 Structural outline map of Zuojituo anticline

1 作辑托背斜的基本特征

作辑托背斜西起巴东县楠木园村，向东一直延伸到老巴东县旧县城黄土坡滑坡东侧，向长江倾伏消亡，背斜轴线为近东西向，背斜核部出露的最古老地层为古生界志留系和泥盆系，两翼为石炭系、二叠系以及中生代三叠系。

沿作辑托背斜由长江切割形成两个滑坡聚集区，分别为作辑托滑坡聚集区和巴东斜坡滑坡聚集区。其整体构造特征如图1所示。

通过楠木园、石寨-老屋场、金竹园3条地质路线测绘研究表明，作辑托背斜为一非对称性背斜：

1）整体看来，作辑托背斜并不是一个简单背斜，北翼靠近核部产状发生转变，控制坡体结构发生变化，由顺向坡结构转变为反向坡结构。向长江方向岩层产状350°∠43°，往高处岩层转变倾向坡内，产状155°∠5°，岩性为薄层灰岩，发育垂直岩层密集的节理构造（图2）。

图2 作辑托背斜核部特征Fig.2 Core of anticline about Zuojituo anticline

2）作辑托背斜北翼相对简单，岩层产状为0°～9°∠29°～48°，岩性为二叠纪薄层灰岩，多发育层间节理构造，在层面上发育擦痕，显示上层面相对下层面向上运动。在灰岩中间出现的泥页岩层，其间发育揉皱现象，在薄层灰岩中见到大量膝折褶皱和尖棱褶皱，表明顺层滑动作用明显。

3）南翼较为复杂，产状变化大，多处形成膝折状弯曲，整体上具有上缓、中陡向下又变缓的特征，褶皱的枢纽倾伏向为E。作辑托背斜南翼靠近褶皱核部附近地方，岩层产状170°∠85°，甚至直立，层间揉皱现象发育，整体上看南翼明显比北翼陡。

4）在背斜的核部附近，发育两条断层：F1断层，产状为350°∠68°，观察该断裂带宽度为20m，主要为张性角砾岩，产出部位为北翼与转折端产状变化处，也就是岩层倾向发生变化的部位，由褶皱的膝折带转化而来，目前表现为正断层；野外勘察，越过野火溪沟谷后岩层产状发生根本性变化，由350°∠38°转变为190°∠10°，相当于走过了F1断层位置。F2断层为走滑正断层，断层产状0°∠80°，存在宽约20m的变形带；该断层的形成机理与F1断层类似，但其规模远远大于F1断层，并且具有走滑性质，一直延伸至长江对岸，并控制红石梁滑坡体的右边界，目前表现为一大深沟（当地人叫一道沟）。

总之，作辑托背斜为一不对称褶皱，具有断层相关褶皱中断层传播褶皱的特征［9－10］，其地质模式如图3所示。

图3 作辑托背斜地质模式Fig.3 Geological model about Zuojituo anticline

2 作辑托背斜与滑坡类型的关系

作辑托背斜的基本形态特征以及长江河谷的切割形式决定了该区的滑坡类型和破坏模式。

作辑托背斜作为断层传播褶皱，其形成过程决定了其后期可能的破坏形式。断层传播褶皱在形成过程中，下盘断坪以上的地层全部卷入层间滑移运动，形成了大量层间剪切带，后期滑坡的滑带可以借助这些剪切带形成；同时与层间滑动相伴生，在上盘断坪与断坡部位岩层中产生顺层和层间剪切裂隙，加剧了岩石破碎，后期卸荷裂隙往往就是借助于层间裂隙发展而形成，在下盘断坪及断坡一侧层间滑动作用强烈，变形剧烈。从这一点认识出发，可以很好地解释该区滑坡大多发育于背斜缓倾斜一翼的现象。也就是说，上盘断坪与断坡的过渡区是发生滑坡的集中部位，同时也为后期岸坡中大量存在的切割面、拉裂面的形成发展奠定了基础。

长江切割作辑托背斜形成两个楔形区域以及两个滑坡聚集区域，在每个区域内滑坡类型和规模变化是有规律的，与切割局部构造的部位相关（图4）。

图4 作辑托背斜与滑坡群关系Fig.4 Relationship about landslide group and Zuojituo anticline

2.1 楠木园崩滑体

楠木园崩滑体位于该楔形区域的最西部，作辑托背斜的北翼，长江右岸；整体表现为一顺向坡结构，处于岸坡中坡长最长的部位，崩滑体总方量为60×104m3。在其周围未破坏基岩中普遍发育重力背斜构造，表明楠木园崩滑体的破坏过程与重力背斜相关，同时在局部地段也观察到这种破坏过程（图5）。

对于重力背斜破坏过程，根据野外地质调查及前人的一些模型试验［11－12］，可将其形成演变过程分为以下3个阶段：

轻微滑移弯曲隆起阶段 在早期河流下切、顺层河谷边坡逐渐形成过程中，由于原岩应力的释放，坡体应力重新调整，并在坡体表部一定范围内形成强烈卸荷带。在重力和其他一些荷载作用下，薄板状的岩层沿层间挤压带启开，表现为沿岩层倾向方向发生轻微差异性层间错动。由于坡脚附近变形无临空条件，差异性层间错动受阻，因而在坡脚上部岩层发生轻微弯曲隆起变形，局部出现微弱的架空现象（图6a）。

强烈滑移弯曲、剪裂面形成阶段 随着岩层的蠕变，滑移弯曲变形进一步加剧，弯曲的岩层形成类似褶曲的弯曲形态。浅表部岩层发生明显的层间差异错动，后缘拉裂，一并在局部地段形成拉裂陷落带。坡体前缘岩层发生强烈弯曲隆起变形并在岩层之间出现架空等现象。在此阶段的滑移弯曲变形过程中，伴随着在最大弯曲的“波峰”处岩层折断，局部压碎，出现一组反倾坡内的锯齿状剪裂面。同时，位于根部的“波谷”处岩层也发生折断，由于其应力集中程度比“波峰”处大，岩层折断的同时还出现明显的压碎而发生剪切屈服，并形成一组与“波峰”处相似的、基本连续的剪裂面。上述两组剪裂面在形成过程中与顺层滑移面逐渐贯通（图6b、c）。

滑动破坏阶段 从前面两阶段结果可以看出，在坡脚附近出现了两组潜在的剪切破裂面。当边坡体变形进一步加剧，顺层滑移面与上述两组剪裂面完全贯通，则会发生滑坡。在滑坡的形成过程中，滑体沿“波峰”处，即上部的剪裂带滑出，滑坡的规模相对较小；当滑坡沿岩层根部“波谷”处的剪裂带滑出时，滑坡规模加大。当滑体下滑，同时或不同步的沿两个顺层挤压带下滑并贯通下部张裂隙时，可形成具有两组以上滑面的滑坡，或在不同步的情况下形成主、次滑坡体（图6d）。

重力背斜形成在相同的地质背景条件下，主要取决于临界坡长和坡角的变化，同时与岩层单层厚度相关［13－14］，所谓临界坡长就是产生重力背斜的最短坡长。重力背斜的形成在其他地质条件相同的情况下与坡角和坡长关系密切，楠木园崩滑体和作辑托崩滑体所处局部构造位置相同，岩性特征一致，岩层倾角和坡角基本相同，但是坡长相差巨大，破坏形式发生了变化。

图5 楠木园崩滑体周边发育的重力背斜构造及局部破坏形式Fig.5 Gravity anticline and local slope failure aroud Nanmyuan slump mass

图6 重力背斜的形成及破坏机理Fig.6 Disruptive mechanism and forming process about gravity anticline

2.2 作辑托崩滑体

作辑托崩滑体位于该楔形区域西部，靠近楠木园崩滑体，作辑托背斜的北翼靠近转折端处，顺向坡与反向坡结合部位。相比楠木园崩滑体而言，坡长明显缩短，由于没有达到形成重力背斜形成的临界坡长，所以作辑托崩滑体整体表现出崩塌滑坡的破坏特征（图7）。从图7可以看出，作辑托背斜前部为一顺向坡结构，岩层倾角大于坡角，具有形成重力背斜的基本地质条件，由于没有达到临界坡长，顺向坡结构中并不存在重力背斜构造，坡体相对稳定。该滑坡后部岩层倾向发生改变，形成反向坡结构，由于位于断层转换褶皱上，断坡靠近背斜核部附近节理发育，岩体破坏之后形成的崩塌体堆积于顺向坡坡体上构成崩滑堆积体。在反向坡部位，作辑托崩滑体的周围仍然存在着大量的倾倒变形体。

图7 作辑托崩滑体与作辑托背斜关系Fig.7 Relationship of Zuojituo slump mass and Zuojituo anticline

2.3 曹家坪崩滑体、杨家朋崩滑体

曹家坪、杨家朋崩滑体位于该滑坡群的中部，由于长江切割方向的改变，曹家坪、杨家朋崩滑体处于作辑托背斜的南翼靠近核部的部位，岩层产状近直立（170°∠85°），岩性为薄层深灰色灰岩，其中在薄层灰岩中叠加有明显的膝折构造现象。

曹家坪、杨家朋崩滑体已经转到作辑托背斜的南翼靠近褶皱核部附近，这一点从曹家坪、杨家朋崩滑体的整体特征就可以看出，曹家坪、杨家朋崩滑体受作辑托背斜南翼陡倾角地质结构控制，与作辑托崩滑体特征不同（图8）。

2.4 下坪沱崩滑体、链子溪崩滑体

下坪沱崩滑体、链子溪崩滑体位于该滑坡群的最东边，长江切割方向转向东北，构成顺向坡－斜向坡结构，并在斜坡上形成以残积物为主体的第四纪堆积物，形成顺向堆积体滑坡和顺层基岩滑坡，形成该滑坡群中规模最大的下坪沱崩滑体。

通过以上研究表明，该滑坡群滑坡类型从西向东发生变化，由顺向重力背斜形成的切层滑坡-反向坡－顺向坡结合形成的崩塌堆积型滑坡-陡倾反向坡结构形成的堆积体滑坡-顺向坡－斜向破结构形成的滑坡。这种变化与作辑托背斜形态特征相关联（所有滑坡皆位于上盘断坡附近），也与长江切割作辑托背斜不同部位相关联，显示出斜坡体破坏规模在空间演化上具有一定的方向性：从东西两个方向向中部发展（图9，表1）。

表1 作辑托滑坡群特征Table1 Feature about Zuojituo landslide group

图9 滑坡群演化方向示意图Fig.9 Schematic diagram about landslide group evolutionary process

3 巴东断裂的基本特征

巴东断裂位于巴东新县城的后部，产状20°∠60°～75°，在亩田湾公路旁发育宽度为100m的断层破碎带，主要为张性角砾岩带和挤压片理化带，内部存在小断层，断层面为Tj（嘉陵江组）与Tb（巴东组）分界层面，向下部断层倾角有变缓的趋势（图10）。

图10 巴东断裂亩田湾处素描图Fig.10 Sketch map about Badong fault in Mutianwan

沿亩田湾向沟里走，可见到大量的断裂构造岩及局部断层面，局部断层面产状30°∠60°，其中构造岩包括挤压透镜体、挤压型断层角砾岩等（图11）。从断裂带内构造岩类型看，巴东断裂具有多期活动特征，先期表现为挤压型断裂（逆断层），后期表现为张性断裂（正断层），后期活动时间和强度对该区地质灾害的分布特征具有控制作用。

图11 巴东断裂内部构造岩及断层面Fig.11 Tectonite and fault surface in Badong fault

野外地质调查研究表明，巴东断裂的形成与层间剪切带密切相关：在巴东断裂的上盘普遍发育次一级的叠加褶皱，叠加褶皱主要发育于T2b3中。褶皱总体走向为轴向N20°-30°E，在作辑托背斜的北翼T2b3地层中形成相对紧闭的背斜构造和相对宽缓的向斜构造（图12），褶皱的形成过程表现为沿T2j与T2b层面的断层传播褶皱，在此基础上形成了巴东断层带第一个活动阶段（逆断层活动阶段）（图13）。同时层间劈理构造发育，甚至将层理构造掩盖，表明层间滑动强烈。巴东断裂正断层是在前期逆断层的基础上，反向活动形成，也就是反转构造。

图12 巴东县凉水河大桥实测地质剖面Fig.12 Measured geologic section in Liangshuihe bridge of Badong County

图13 巴东断裂活动阶段示意图Fig.13 Schematic diagram about mobility of Badong fault

4 巴东断裂与滑坡类型的关系

巴东断裂反转构造活动阶段对该区地质灾害的分布和演化具有控制作用，主要表现为：1）巴东断层正断层活动阶段（反转构造活动阶段）的活动性强弱控制着地质灾害的规模。巴东断层正断层活动阶段主要表现为由西、东两个方向向中部断距逐渐变小，最东端为著名的黄土坡滑坡，最西部为赵树岭滑坡。地质灾害的成灾机理主要表现为逆断层反转运动。2）预示着地质灾害演化方向同样表现为由西、东两个方向向中部逐渐扩展的过程（图14，表2）。

图14 巴东断裂活动强度与滑坡规模关系Fig.14 Relationship about mobility of Badong fault and landslide size

表2 巴东斜坡滑坡群特征Table2 Feature about Badong slope landslide group

5 结论

1）地质灾害的发生以及演化过程与地质环境密切相关，特别是与所处地区的局部构造地质条件具有成生联系，这种关系不是简单的滑坡个体之间差异，而是体现于群体之间的关系：位于同一群体内部的滑坡个体之间存在必然联系，具有一定的演化方向；不同群体之间滑坡演化规律不可对比，相比前人研究成果而言，这种关系可能更为复杂。

2）同时受局部构造样式影响，在局部地段库岸的演化具有一定的方向性，或者说地质灾害的发生及扩展具有一定的方向性；这种演化规律与局部构造样式以及河流切割局部构造形式密切相关，有利于理清地质灾害形成机理。

3）对研究区而言，滑坡的形成与作辑托背斜的构造形式以及巴东断裂的反转活动密切相关，同时也与长江切割局部构造位置相联系，使滑坡类型发生根本性转变，体现在岸坡演化上，表现出岸坡的破坏发展空间演化过程具有很强的方向性。

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