贵港市覃塘镇银山口泥石流成因机制分析

黎义勇，王宁涛，王清，赵幸悦子

(中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北武汉 430205)

贵港市覃塘镇银山口泥石流成因机制分析

黎义勇，王宁涛，王清，赵幸悦子

(中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北武汉 430205)

以地质调查与地质钻探相结合的工作手段，采用定性分析方法，我们分析银山口泥石流的发育特征并探讨其成因机制。结果表明：银山口泥石流沟除受地形地貌、地层岩性等因素控制外，丰富的物源以及暴雨是该泥石流发生的主要因素，银山口泥石流沟在降雨尤其是暴雨的影响下，总体处于不稳定状态。研究结果可以为地方政府防灾减灾及制定对策服务。

泥石流；定性分析；成因机制；主要因素；暴雨

泥石流是一种发生在山区，由泥砂、碎块等松散土体与水体所组成的混合流体，在重力作用下，沿坡面或溪沟迅速流动的一种自然地质现象[1]。泥石流作为一种地质灾害，形成原因较多，不仅与地形地貌有关，还与当地的降雨情况、人类工程活动有着密切联系。北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室马超等[2]对我国高频率泥石流的雨量特征进行了研究，认为高频泥石流沟与物源量和软弱岩土体密切相关。成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室黄勋等[3]对在缺失可靠降雨数据的地区，为解决泥石流暴发频率这一现实问题，从泥石流形成机理出发，由泥石流堆积特征反演形成条件，构建了基于数值模拟的泥石流暴发频率计算模型。

近年来，我国山区地质灾害频发，给人民生命财产造成了极大威胁。2015年入汛以来，我国南方普遍遭受大到暴雨的侵袭。2015年7月23日起至27日，贵港出现了连续强降雨，103个自动站累积雨量在100 mm以上，累积雨量最大出现在平南新利村，达407.4 mm，其中7月25日平天山附近累积雨量达269.8 mm，导致平天山附近的龙头山银山口泥石流沟物源区发生坡面泥石流灾害，山脚下一处工棚被冲垮，造成2人失踪。为全面了解银山口泥石流发育特征、稳定性情况，进一步对其危害性作出评价，我们针对银山口泥石流沟进行了1∶10000比例尺的现场地质调查和测绘，并按照重点部位控制沟槽起伏和基岩构造线的原则，以查明堆积区冲洪积扇中轴线上扇顶、扇中和扇缘冲洪积物厚度及冲洪积扇边界条件为目的布置了13个钻孔，并对位于冲洪积扇上的钻孔SZK02土样进行了土工测试分析（图1）。

本文基于野外现场调查、工程钻探及测试分析相结合的工作手段，对部署在银山口泥石流冲洪积扇上的钻孔资料及研究区降雨资料进行分析，采用定性的分析方法，探讨银山口泥石流的发育特征及形成机制，为地方政府及早识别及预防泥石流灾害提供重要依据，以达到有效为地方政府灾害预警、防灾减灾制定对策措施的目的。

图1 银山口泥石流沟平面示意图Fig.1 The planimetric map ofYinshankou debris flow

1 泥石流发育特征

银山口泥石流沟位于贵港市覃塘镇六务村银山口，由物源区、流通区及堆积区组成（图1），流域面积约20.72 km2，属沟谷型泥石流。泥石流沟的主要形态特征参数如下（表1）。

表1 银山口泥石流分区特征Table 1 Features of regions of Yinshankou debris flow

1.1物源区

物源区位于银山口东侧以北地区，长度约4.0 km，面积约6.12 km2，地形地貌为低山峡谷，物源区呈荷叶状，三面环山，一面和流通区相连，有利于使汇集的地表水从荷叶状的三面汇流入银山口冲沟内。物源区的物源主要来自两个方面，其一为沟顶斜坡地带的松散堆积物及滑坡、崩塌产生的崩滑物质，其二为流通区沟底的矿渣堆积及矿渣的再搬运物质。物源区斜坡地带地形坡度较陡，坡度一般大于25°，纵坡降达212.5‰，上覆第四系残积、坡积物较厚，厚度一般大于10 m，斜坡地带物质以粘土、粉质粘土夹碎石、砾石为主，局部为崩塌、滑坡产生的块石、滚石，碎石、砾石成分多为砂岩、泥质粉砂岩、泥岩，结构较为松散，其储量约为2.5万m3，动储量约为1.2万m3。沟道堆积物及再搬运物质主要为平天山金矿的尾矿矿渣，堆积面积约0.3 km2，主要物质组成为碎石、块石，沟道堆积物不含矿渣的储量约为4.5万m3，动储量约为2.0万m3。

1.2流通区

流通区主要为银山口以北至龙头山山前位置，银山口泥石流沟流通区长度约2.5 km，沟底宽50～300m之间，平均宽度约100m，其分区面积约3km2，地形坡降约为52‰，沟内可见流水现象，枯水期基本断流，丰水期视降雨量大小而呈现出季节性洪流，流通区堆积物质主要为平天山金矿的尾矿矿渣，该流通区实为平天山金矿的尾矿库，根据在银山口处拦渣坝高度判断，尾矿渣的堆积厚度一般在3～10 m之间，平均厚度约5 m，尾矿矿渣堆积面积约0.3 km2，尾矿矿渣规模约150万m3，其动储量约50万m3，目前该尾矿库的尾矿渣已基本将拦渣坝坝顶填平，所以在洪水作用下，尾矿库内的大量矿渣将成为该泥石流的潜在物源，流通区两侧地形较陡，坡面堆积大量的第四系残坡积物，厚度一般3～8 m，局部厚度可达15 m左右，一旦发生崩滑地质灾害，滑落到沟内的物质也将进一步成为该泥石流的潜在物源，因此，该流通区同时也是银山口泥石流沟的潜在物源区。

1.3堆积区

为查明银山口泥石流在堆积区所形成的冲洪积扇特征，在冲洪积扇的扇顶、扇中及扇缘部署了钻探工作，钻探部署的主要目的为确定洪积扇堆积区的边界和上覆冲洪积物的厚度以及冲洪积物的物理力学性质。堆积区主要为六务村银山口以南至杨志村、红泥塘一带，堆积区上覆第四系冲洪积物厚度较大（表2），主要以卵砾石夹细砂、粉砂为主，少量块石、粘性土，上覆第四系冲洪积物呈现一定的二元结构，且具有旋回性质，结构较为松散，分选性较差。

表2 堆积区第四系厚度Table 2 Quaternary thickness of accumulation area

堆积区以冲洪积扇的形式存在（图2），长度约3.6 km，面积约11.60 km2，纵坡降约13.8‰。总体上，扇顶部位位于六务村银山口至北山庙一带，长度约0.5 km，扇顶坡度较扇中及扇缘陡，一般在5° -15°之间，扇顶多为漂石、卵砾石和筛滤堆积物组成，中间厚、两侧薄，分选性较差，卵砾石磨圆度差。扇中起始位置为北山庙以南的李村至红泥塘附近，长度约2.5 km，扇中坡度较缓，主要由砂砾石夹粘土组成，冲洪积扇横切面似弦切面，中部堆积厚，两侧薄。据扇中位置的工程地质钻孔ZK06揭示，第四系冲洪积物厚度最大达48.10m，而靠近扇顶位置的钻孔ZK30揭示第四系冲洪积物厚度为26.20 m，靠近扇缘的钻孔ZK23揭示第四系冲洪积物厚度最大达27.00 m。据钻孔ZK06等资料揭示，冲洪积扇上的物质组成从上至下总体上表现为块石、卵砾石—块石、卵砾石夹粉细砂—粉细砂，并有多个旋回，显示出该泥石流的多期次堆积。

扇缘长度约0.6 km，坡度1°～2°之间，其物质一般由粉砂和粘土组成。根据部署在冲洪积扇纵剖面上钻孔ZK30、SZK08、ZK23、ZK24资料分析，从扇顶到扇缘砾石颗粒由大变小，从砾石到砂砾石再到粉砂和粘土，透水性由好变差。银山口泥石流沟在出银山口前存在一定厚度的第四系砂卵砾石覆盖层，其透水性强，孔隙率大，地表水快速转化为地下潜水。冲洪积扇扇缘带由粘土和细砂组成的多层地层结构，透水性差，地下水径流在此受阻，在杨志村、根竹、灯草汶等地位置，出露有泉水，且在杨志村附近，地下水出露以泉群的形式出现，这和钻探揭露的扇缘特征一致，是判断冲洪积扇扇缘的主要标志（图2）。

图2 银山口泥石流流通区和堆积区示意图Fig.2 Diagrammatic sketch oftransition and accumulation area ofYinshankou debris flow

2 泥石流成因机制

2.1内在因素

2.1.1 地形地貌

陡峻的地形是形成泥石流的主要因素之一。银山口泥石流沟位于西江支流鲤鱼江左岸，银山口泥石流沟沟顶高程约1100 m，沟口高程约120 m，主沟长约6.5 km，平均纵坡降101.98‰，主沟呈狭窄长条“V”形，沟右岸分水岭平均高程415 m，高差约300 m，沿沟落差较大，左岸分水岭平均高程约为760 m，至沟底高差在100～640 m之间，两岸谷坡坡度25°～65°，使银山口泥石流沟两岸斜坡上的松散堆积物稳定性差，对银山口泥石流物源区及流通区而言，由于受龙山穹隆褶皱构造作用影响，沟谷深切，地形陡峭，岩层产状较陡，节理裂隙发育，岩体破碎，为不良地质体形成创造了良好的临空面条件。

2.1.2 地层岩性

银山口泥石流沟沟谷两岸底部高程在475 m左右出露地层为寒武系下统小内冲组（1x），岩性为褐灰色薄至中层状细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩互层，上部475 m高程以上出露地层为泥盆系下统莲花山组（D1l），岩性上段为：紫红色薄-中层粉砂质泥岩、粉砂岩、长石砂岩、含泥粉砂岩；下段为：浅灰色中厚层中-细粒石英砂岩，上部夹少量泥岩，底部为厚层砂质砾岩夹角砾状细-中粒岩屑石英砂岩，二者呈不整合接触。下部小内冲组岩性主要为一套软弱岩类，常形成缓坡地带，上部莲花山组地层岩性为坚硬岩与软弱岩互层，总体上构成了下部软弱上部坚硬岩的地层结构，这样的地层组合结构形成上部陡崖、下部缓坡的坡面形态，在此类斜坡坡面上，由于风化后的残积、坡积物自重不断加大，不利于斜坡稳定。

2.1.3 物源较丰富

丰富的物源为泥石流的发生提供了有利条件[4]。据现场调查和钻孔揭露第四系厚度估算，银山口泥石流沟内物源总储量约157万m3，动储量达53.2万m3（表3）。寒武系小内冲组和泥盆系下统莲花山组岩石节理裂隙发育、岩体破碎、易于风化，为银山口冲沟流域内滑坡、崩塌、水土流失等不良地质现象发育提供了有利条件，同时，银山口冲沟两侧的斜坡上堆积大量的残坡积物及崩积物，厚度一般3～8 m，局部厚度可达15 m左右，且结构较松散，一旦发生滑坡地质灾害，滑落到沟内的物质也将进一步成为该泥石流沟的潜在物源，同时由于沟内堆积储量约150万m3、动储量50万m3的尾矿矿渣，亦成为该泥石流的主要潜在物源，因此，该流通区存在双重性质，既是该泥石流沟的流通区，在暴雨条件下，流通区内的矿渣再搬运后可转化为物源区。

2.2外在因素

2.2.1 大气降雨

一定强度的降水量是形成泥石流的重要因素。大气降雨的季节性特征及降雨量大小，决定了泥石流沟的发展变化趋势，当具有汇流快、流量大的水文条件时，泥石流沟的发展就变得迅速，且失稳的可能性加大[5]。泥石流物源区及堆积区含松散岩类孔隙水，主要受大气降水补给，受季节影响变化大[6]。据访问，银山口泥石流沟在暴雨条件下，物源区和流通区几乎每年7、8月份都有大小规模不等的泥石流发生，显示出该泥石流具有高频次特点。由于受季风影响，银山口泥石流沟所在区域雨量充沛，多年平均降雨量（表4）1421.66 mm，最大年降雨量为2085.1 mm（2001年），最小年降雨量为916.2 mm（1989年）。雨季一般在4～8月（图3），占全年降雨量的73.9%，枯季一般在11月至次年2月，占全年降雨量的10.2%。平均年降雨日数为170天。由于地形的影响，山区雨量偏大，年降雨量一般为1500～1600 mm，平原雨量偏少，年降雨量一般为1400～1500 mm。

表3 银山口泥石流物源估算汇总表Table 3 Provenance estimate summary table of Yinshankou Debris flow

表4 研究区多年月平均降雨量分配情况表Table 4 The study area for many years on average rainfall distribution

暴雨入渗导致非饱和斜坡土体中基质吸力逐渐减小或丧失，潜在破坏面，即土、岩界面上孔隙水压力增加；斜坡底部土体中的大孔隙为水所充填，形成较高的孔隙水压力，暴雨形成流量较大的山谷洪流[7]，从而导致了银山口泥石流的高频次发生和多期次堆积，从降雨特征看，银山口泥石流在4-8月份为泥石流较易发的时间段，这与2015年7月23日该泥石流暴发在时间上和降雨量上都具有高度的吻合关系。

图3 研究区多年月平均降雨量直方图Fig.3 Years on average rainfall in the studyarea histogram

2.2.2 崩塌、滑坡的影响

潜在崩塌体、滑坡体的崩落、滑落物运移是泥石流的物源补给途径之一。在银山口泥石流沟上段及中段潜在发育多处滑坡或变形体，它们构成了泥石流后期发展的主要物源。这些潜在滑坡（变形体）性质均为松散堆积体滑坡，滑体、崩落物岩性为第四系残坡积物(Qel+dl)、崩积物（Qcol），物质组成为块、碎石土，受构造作用的影响，沟谷深切，谷坡陡峭，加之水流侧蚀作用，沟谷谷底成为较好的临空面，为滑坡滑动创造了空间条件，潜在滑坡体的运移松散堆积体总量达数万m3，为银山口泥石流后期发展提供大量物质来源。

2.2.3 人类工程活动

人类工程活动表现为不合理尾矿矿渣堆积，是银山口泥石流沟的潜在物源。

流通区堆积物质主要为平天山金矿的尾矿矿渣，该流通区实为平天山金矿的尾矿库，根据在银山口处拦渣坝高度推测，尾矿渣的堆积厚度一般在3～10 m之间，目前该尾矿库的尾矿渣已基本将拦渣坝坝顶填平，所以在洪水作用下，尾矿库内的大量矿渣将成为该泥石流沟的潜在物源。在一定程度上来说，银山口泥石流属于矿山堆渣型泥石流，这种形式的泥石流在我国广泛分布，具备很高的潜在危害性，由于国内中小型矿山在开采过程中大多采用露天方式开采，导致大量废弃矿渣不合理地堆放在沟道两岸及沟道中，几乎没有相应的防护措施，在降雨诱发下就会出现矿渣转换成泥石流的现象，增加泥石流暴发的频率[8]。

3 分区稳定性评价

根据调查，结合钻探资料分析，该泥石流物质组成中粘性土含量较少，固体物质约占30%，具有一定的分散性，水是该泥石流的搬运介质，石块以跳跃或滚动的方式向前推进，该泥石流的体密度ρm约为1.20 t/m3，其稠度级别为泥砂饱和的液体，属于稀性泥石流。根据SZK02的土样取样测试分析结果见表5。

3.1物源区稳定性

物源区存在潜在滑坡、崩塌等地质灾害，加上斜坡陡峻，斜坡上松散堆积物厚度较大，在暴雨条件下，物源区的潜在滑坡和崩塌下来的物质就会成为该泥石流的物源，因此他们的稳定性对泥石流的稳定性起着至关重要的作用，在银山口沟顶位置发生于2015年7月25日的龙头山滑坡表明，物源区处于不稳定状态。

3.2流通区稳定性

本文结合吕立群等[9]基于人工降雨实验的坡面泥石流启动力学计算一文研究中认为渗透力的大小与孔隙比、含水率、土体内摩擦系数有关的研究。根据SZK02的土样取样测试分析（表5），其含水率为20.5%，孔隙比为0.647，因此，含水率处于一个较高的值，同时孔隙比也较大，因此，流通区的土体的渗透力较大；根据工程经验，土体渗透系数系数K20越大，粘粒越易被潜蚀，从而越易发生泥石流。同时采用形态调查法，借鉴泥石流峰值流量计算公式，Qm=Vm·Fm，判定银山口泥石流的稳定性。根据流通区调查，银山口泥石流断面平均流速约为3.50m/s，泥石流过流断面面积约750 m2，银山口泥石流断面峰值流量为2625 m3/s。泥石流断面峰值流量越大，则该泥石流的稳定性就越差。

3.3堆积区稳定性

根据调查，堆积区近年来未发现有大面积的变形迹象，且银山口泥石流沟所在沟谷在出山口后河流沿堆积区西侧发生了改道，河流偏离了冲洪积扇的中轴线，目前该堆积区处于稳定状态。

表5 土体强度数据表Table 5 Strength data of soil

4 危害性评价

尽管堆积区稳定，但是由于物源区和流通区的不稳定性，在季节性降雨尤其是暴雨的影响下，其高频次、多期次性的特点决定其在相当一段时间内是不稳定的，逐年降雨引发的山洪对先期泥石流堆积在银山口沟内流通区（矿渣堆积区）、沟口、堆积区的物质以及由于滑坡滑动后在流通区堆积的物质进行搬运，搬运后的物质继续停留在流通区，可能造成平天山金矿尾矿库的溃坝事件发生，不但影响该尾矿库的正常运行，同时也会在一定程度上威胁堆积区居民的生命财产安全，在堆积区内，除了居民居住点外，还存在大量的工矿企业、南广高铁、324国道等交通设施，另外，覃塘区政府各职能部门的办公楼就建在堆积区之上，一旦发生泥石流灾害，将对上述对象产生威胁，因此，地方政府必须引起重视。

5 结论

根据对银山口泥石流发育特征及成因机制的分析得出结论：银山口泥石流属暴雨沟谷型、矿山堆渣型泥石流，泥石流规模主要与沟域内松散固体物源的累积情况及与引发泥石流的暴雨情况相关，当沟域内多松散固体物源以及尾矿矿渣累积较多，遇到集中暴雨时，就会发生较大规模的泥石流灾害。同时，银山口泥石流具有高频次、多期次的特点，其主要影响因素为大气降水，特别是受暴雨型降水的影响最大，因此，该泥石流沟目前总体处于不稳定状态。

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LI Yi-yong，WANG Ning-tao，WANGQing，ZHAOXing-Yue-zi

（Wuhan Centre of China Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei,China）

Li Y Y,Wang N T,Wang Q,Zhao X Y Z.Analysis of Debris Flow Formation Mechanism of Yin-shankou of Qintang Town in Guigang.

According to geological survey,geological drilling and the method of qualitative analysis,we studied the development characteristics and the formation mechanism of Yinshankou debris flow.The results show that the Yinshankou debris flowgully was controlled mainly by rich source and heavy rain in addition to the factors of topographic and geomorphic conditions,stratum lithology etc.Yinshankou debris flowgully is generally unstable in the rain,especially under the influence of rainstorm.The research results can serve for the local government disaster prevention and mitigation.

debris flow；Qualitative Analysis；Analysis ofFormation Mechanism；Main factor；Rain storm

P642.23

A

1007-3701（2016）04-382-07

10.3969/j.issn.1007-3701.2016.04.008

2016-07-23；

2016-09-02.

国家地质大调查项目“贵港市小城镇水工环地质综合调查评价”（编号：12120114047201）.

黎义勇（1980—）,男,高级工程师,主要从事水工环地质工作，E-mail：lixiangyushine@163.com.

Geology and Mineral Resources of South China,2016，32(4):382-388.