攀西黑水河流域北部地区崩塌与滑坡分布规律

李源亮，任光明，黄细超，杨 磊，范荣全

(1.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，成都 610059；2.四川省地质调查院 遥感中心，成都 610081；3.四川省电力公司，成都 610041)



攀西黑水河流域北部地区崩塌与滑坡分布规律

李源亮1，任光明1，黄细超1，杨 磊2，范荣全3

(1.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，成都 610059；2.四川省地质调查院 遥感中心，成都 610081；3.四川省电力公司，成都 610041)

攀西黑水河流域北部地区是我国地质灾害高易发地区。为深入研究该地区崩塌、滑坡灾害发育规律，基于现场调查和高精度遥感影像崩塌、滑坡解译，借助ArcGIS平台强大的空间分析能力，研究区内崩塌、滑坡的分布规律。主要成果与结论为：① 研究区共发育崩塌76个，滑坡487个，93.4%的滑坡分布于10°～40°斜坡范围内, 47.4%的崩塌发育于40°～50°斜坡；② 地层岩土体结构组合特征及力学强度在宏观上决定山地灾害的类型及其易发性；③尽管研究区现今处于地震活动的相对平静期，但断层对崩塌、滑坡的发育仍有一定的影响(滑坡约300 m，崩塌约500 m)，断层切过处往往发育大型崩塌和滑坡；④研究区滑坡的分布宏观上受河网水系的控制；⑤公路对滑坡发育的影响范围约300 m。

黑水河流域；崩塌；滑坡；分布规律；ArcGIS 平台

黑水河流域地处四川省南部的攀西地区，流域北部的普格一带山高谷深，地层岩性复杂，则木河断裂、黑水河断裂等区域性断裂自此经过。复杂的地质环境条件，加之公路建设等人类工程活动的影响，使流域北部地区发育众多崩塌、滑坡等山地灾害，该区处于滑坡等自然灾害的高度危险区[1]。本文基于对攀西黑水河流域北部地区崩塌、滑坡的现场调查和高精度遥感解译，借助ArcGIS平台强大的空间分析能力，深入研究这一区域复杂地质环境条件下崩塌、滑坡的分布规律。研究成果可供地质、GIS等相关同行参考，同时对该区防灾减灾措施的制定具有重要的参考价值。

1 地质环境及数据获取

1.1 地质环境

研究区地处青藏高原东南横断山区黑水河流域北部的普格一带，研究区范围：东经102°22′～102°46′，北纬27°13′～27°51′，面积约1 918 km2。区内地貌特征可概括为“三山夹两谷”，乌梁子山与螺髻山东西对峙，中梁子山纵贯其间；区内最高峰螺髻山，海拔4 164 m，最低处黑水河，海拔1 032 m，相对高差达3 132 m(图1)。

图1 研究区及崩塌、滑坡分布Fig.1 Study area and distribution of rockfallsand landslides

研究区地层从震旦系到第四系除石炭系和泥盆系上统缺失外，其余各系均有出露，尤以侏罗系和白垩系地层出露最广。岩性以碎屑岩、碳酸岩、岩浆岩为主。区内主要分布2大断裂带，即则木河断裂带和黑水河断裂带。作为川滇菱形断块西侧边界之一的则木河断裂带，南起宁南华弹，经松新—荞窝—五道箐沿则木河往北西方向延伸。黑水河断裂分布于研究区东部，由2条主断层组成，呈近南北向延展，长达75 km以上。

研究区山高谷深、河网密布，以则木河和西洛河为主干，沿河支沟众多，水系形态具有典型的“树枝状”特点，2条主干河流则木河与西洛河在研究区南部的花山附近汇合后名为黑水河。

1.2 数据获取

1.2.1 基础地质数据

基于1∶50 000地形图生成DEM(数字高程模型)，进而提取高程、坡度、水系等数据；基于1∶50 000地质图经地理配准后矢量化得到数字地质图，经处理后进一步提取断层、工程地质岩组图层。

1.2.2 崩塌、滑坡数据

崩塌、滑坡信息的获取主要是通过现场调查和基于Google Earth的高精度遥感影像解译。

作为一款优秀的三维遥感影像软件，Google Earth已在相关领域得到大量的运用。汶川地震后，Google Earth及时在线提供了震后第3天(5月15日)的重灾区北川地区的FORMOSAT-2卫星影像，为及时了解灾情和抗震救灾的工作部署提供了依据，国外学者利用这些灾后影像解译了200多处大型滑坡[2]；许冲等[3]利用Google Earth影像补充解译了汶川地震震后滑坡，进行地震滑坡编录；李为乐等[4]利用Google Earth影像对1920年海源大地震诱发的滑坡进行解译，确定了1 000处滑坡。

研究区覆盖多颗高分辨率卫星的多期遥感影像，如Wordviewer-2(0.5 m)，Spot6卫星(1.5 m)。现场对44个崩塌、305个滑坡进行了详细调查，将其边界在Google Earth中用多边形画出来。对交通不便，人无法到达的地区基于Google Earth多期影像采用添加多边形的方式进行崩塌、滑坡解译，共解译出崩塌32个，滑坡182个。随后将现场调查及遥感解译的崩塌、滑坡分别存为.KML文件，经Global mapper转换成ArcGIS的Shapfile文件。

2 崩塌、滑坡分布规律

2.1 崩塌、滑坡总体特征

研究区发育崩塌76个，滑坡487个，其中现场详细调查了崩塌44个，滑坡305个。为了解崩塌、滑坡的总体规模特征，进行崩塌危岩、滑坡的面积-频数关系统计(图2)。结果表明：研究区主要发育面积<10 000 m2的崩塌(41%)及滑坡(62%)，崩塌危岩体面积为484～19.3×104m2，平均面积1.68×104m2；滑坡面积432～28×104m2，平均面积1.70×104m2。

图2 崩塌、滑坡频数与面积关系

2.2 崩塌、滑坡发育与坡度的关系

坡度是影响斜坡稳定性及其失稳模式的重要因素之一。为具体研究不同坡度范围内崩塌、滑坡的发育特征，基于DEM数据生成坡度栅格图层，提取各崩塌、滑坡灾害点的坡度信息并统计各坡度区间的面积百分比(图3)。

图3 崩塌、滑坡频数与坡度关系Fig.3 Relation between degree of slope and frequency of rockfalls and landslides

统计表明：区内滑坡主要发育于10°～40°斜坡范围内，这一区间(占总面积的74.7%)发育占总数93.4%的滑坡；崩塌发育在30°以上斜坡，集中发育于40°～50°斜坡(占总面积的3.5%)，这一区间的崩塌占总数的47.4%。

崩塌、滑坡是在各种内外营力作用下斜坡物质往坡脚方向运移、堆积的地貌改造现象，其发生的结果一般是使斜坡坡度变小、斜坡稳定性趋于增强。研究区10°以下斜坡占总面积的20.9%，却仅发育了占总数3.9%的滑坡；随着坡度的增大，滑坡数量急剧增多，20°～30°斜坡范围内滑坡数量最多(189个，占38.8%)，显然这与该区间斜坡面积最广(占总面积33.1%)有关。

随着坡度的继续增大，斜坡失稳模式呈现出由“滑”向“崩”的转化趋势。一般而言坡度越陡越有利于崩塌的发生，如区内50°以上斜坡仅占总面积的0.9%，却发育了占总数18.4%的崩塌；40°～50°斜坡崩塌发育最多(占总数的47.4%)，这与其地形较陡，面积较广有关(占研究区总面积的3.5%，占崩塌发育的30°以上斜坡面积的19.5%)。

2.3 崩塌、滑坡发育与工程地质岩组的关系

研究区出露地层、岩性众多，岩体结构类型及力学性质各异。为此，有必要对研究区复杂的地层及岩性按一定原则进行归类合并——即在综合考虑岩土体地质成因、结构类型及力学性质的基础上划分工程地质岩组[5]，进而分析崩塌、滑坡分布与工程地质岩组的关系。具体划分方案见表1，区内崩塌、滑坡分布与工程地质岩组的空间关系见图4。

表1 工程地质岩组划分方案

图4 崩塌、滑坡分布与工程地质岩组及断层的位置Fig.4 Spatial distribution of rockfalls, landslides, engineering geology petrofabric and faults

统计各岩组类内崩塌、滑坡的发育情况(表2)。结果表明：滑坡在除火山碎屑岩类坚硬岩岩组外的其他岩组内均有分布；与之相对应，崩塌在除松散岩外的其他岩组内均有分布。沉积岩类软硬岩互层岩组内的滑坡、崩塌数量均最多：滑坡339个，占总数的69.61%；崩塌38个，占总数的50%。显然这是因为研究区沉积岩类软硬岩互层岩组分布最广的缘故。

表2 各岩组内崩塌、滑坡统计

为分析不同岩组内崩塌、滑坡的易发性，统计其在各岩组里的点密度。结果表明：滑坡在松散岩类及沉积岩类软硬岩互层岩组里的发育密度大于硬岩地层里的密度。滑坡点密度在松散岩类地层中可达0.536个/km2、沉积岩类软硬岩互层岩组内达0.273个/km2，而在沉积岩类坚硬岩岩组内点密度仅为0.158个/km2。这反映了地层岩土体的力学强度及组合特性在宏观上决定滑坡的易发性。

同理不难发现，岩土体强度是影响崩塌发育的主要因素。3个不同成因的硬岩岩组内崩塌点密度都≥0.06个/km2，而在软硬岩互层岩组内仅0.031个/km2，松散岩类地层中未发育崩塌。

2.4 崩塌、滑坡发育与断层的关系

不少学者曾对强震滑坡的分布规律进行研究，这些研究成果均表明：强震活动中发震断裂对区域性滑坡分布的影响范围巨大。如文献[6-7]指出，汶川Ms8.0级地震诱发的10 000多处崩滑总体呈带状分布于发震断层两侧15～20 km内，其中2/3的崩塌、滑坡集中分布于发震断层10 km内；玉树Ms7.1级地震诱发滑坡分布于发震断裂两侧约9.5 km范围内，其中占总数53%的1 082个滑坡分布于发震断裂2 km范围内[8]。

研究区构造复杂，断裂带上历来多发强震，然而自则木河断裂带上西昌、普格之间1850年发生Ms6.5级地震以后[9]，相较同一断裂带上的其他地段而言，区内地震活动相对平静了许多，地震学者称其为“则木河小震活动空缺段”[10]，并指出现今这一地段正处于应力迅速积累期。那么在研究区这样一个断裂极其发育，地震活动却相对平静，现今地震规模相对较小的地区，断层对崩滑分布的影响范围有多远？为回答这个问题，笔者基于ArcGIS平台对崩塌、滑坡灾害点进行了断层的多环缓冲区统计分析(图5)。

图5 距断层不同距离范围内的崩塌、滑坡频数统计Fig.5 Statistics of rockfalls and landslides in different distances from faults

由图5可以发现：随着与断层距离增大至300 m以后，每100 m范围内滑坡数便保持在9个左右；对于崩塌，在距离断层500 m范围内迅速减少至1个，随后便稳定在4个左右。这表明随着与断层距离的增大，崩塌、滑坡数量总体上迅速减少，在大于一定距离后崩塌、滑坡分布便趋于平稳，崩塌、滑坡发育已不再受断层的主要控制，而转由受其他因素如地形、岩性控制。这说明区内的断层对崩塌、滑坡的发育仍有一定的影响，但影响范围相对较小，仅限于断层附近几百米内，滑坡约300 m，崩塌约500 m。

图6 断层上的大型崩塌、滑坡Fig.6 Large-scale rockfall and landslide crossed by faults

另外，研究发现：不少大型崩塌和滑坡均位于断层直接切过处。典型的如马桑坪崩塌(图 6(a))和白水河滑坡[11](图6(b))，前者发育于奥陶系大箐组(O2d)灰岩构成的陡坡上，黑水河断裂分支断层

从陡坡中部切过，危岩面积达16.6×104 m2，为研究区内第2大崩塌；后者发育于奥陶系下统红石崖组(O1h)砂、页岩地层中，则木河分支断层从滑坡中部切过，滑坡面积19.4×104m2，为县内第4大滑坡。

2.5 崩塌、滑坡发育与河网的关系

基于DEM数据，经填洼处理后提取区内河流及主要支沟(图7)。对崩塌、滑坡进行河网多环缓冲区统计分析(图8)。结果表明：滑坡在距离水系100 m内分布最为密集，这一区段分布滑坡192个，占总数的39.4%。显然，该区段内滑坡发育密集与水系的直接浸润、冲刷坡脚导致斜坡失稳密切相关。随着距离的增大，滑坡数量迅速减少。研究区96.7%的滑坡分布在距离河网1 km范围内，这表明河网水系是县内滑坡发育的主要控制因素。

图7 崩塌、滑坡分布与水系及公路的位置关系Fig.7 Spatial relation of rockfalls and landslides with river system and roads

图8 距水系不同距离内的崩塌、滑坡发育状况Fig.8 Statistics of rockfalls and landslides occurrence in different distances from river system

相较滑坡，水系对崩塌发育的控制作用则不明显，距河网100～200 m范围是崩塌的主要发育区间，该区间内发育崩塌占总数的48.7%。比较滑坡、崩塌的集中发育区间，滑坡主要发育在距河网100 m范围内，崩塌则主要发育于距水系100～200 m范围内，这表明水系对崩塌发育的影响机理不再是水对坡体的直接浸润、冲刷，而是水系长期切割沟谷、使地形变陡，从而为崩塌创造陡峻的地形条件。

2.6 崩塌、滑坡发育与公路的关系

公路对斜坡稳定性的影响主要体现在2个方面：

(1) 修路时开挖坡脚使坡形变陡，坡体应力场调整出现局部应力集中现象，坡体局部开始破坏，随着破坏范围的扩大，滑面贯通形成滑坡。

(2) 汽车荷载(包括车辆自重和汽车冲击动力荷载)的作用，这种荷载效应对浅层滑坡稳定性的影响尤其重大；文献[12]指出，汽车荷载会使滑坡的稳定性系数降低5.8%～12.1%。

调查发现：研究区不少滑坡与公路密切相关，尤其是修路开挖坡脚导致的滑坡较为常见，这类滑坡一般具有规模不大、滑距小的特点(图9)。

图9 公路开挖诱发的典型滑坡Fig.9 Typical landslide induced by road excavation

为了解与公路相关的滑坡、崩塌的分布规律，进而分析公路对斜坡稳定性的影响范围，先基于Google Earth画出研究区主要公路网并存为KML文件，经Global Mapper转换成Shapefile文件，然后创建公路网的间距为50 m的多环缓冲区，统计缓冲区内的崩塌、滑坡数量(图10)。

图10 距公路不同距离范围内的崩塌、滑坡分布状况Fig.10 Distribution statistics of rockfalls and landslides in different distances from roads

研究结果表明：300 m范围内，随着与公路距离的增大，滑坡迅速减少并稳定在7个左右，300 m外各区间滑坡数量波动较大；结合现场调查，考虑到公路诱发的滑坡规模小、滑程短的特点，可以认为300 m外的滑坡已不再受公路控制，即公路诱发型滑坡一般分布在公路两侧300 m范围内，这一范围内滑坡占总数的20.5%；距公路100 m范围内，集中分布了占总数13.8%的滑坡。

公路对崩塌的影响不明显，这主要是因为公路一般离危岩体较远，很难影响危岩体的稳定性。

3 结 论

通过现场调查和基于Google Earth的崩塌、滑坡遥感解译，共确定研究区内发育崩塌76个，滑坡487个。基于ArcGIS分析崩塌、滑坡与主要影响因素地形坡度、工程地质岩组、断层、河网水系、公路的关系，论文主要得出如下结论：

(1) 研究区93.4%的滑坡分布于10°～40°斜坡范围内，随着坡度的增大，山地灾害类型转而以崩塌为主；崩塌主要发育于40°～50°斜坡，这一区间的崩塌占总数的47.4%。

(2) 滑坡在松散岩类地层及沉积岩类软硬岩互层岩组的发育密度大于硬岩地层里的发育密度。这表明地层岩土体的结构组合特征和力学强度在宏观上决定滑坡的易发性。岩土体硬度是影响崩塌发育的主要因素，松散岩类地层未发育崩塌，硬岩岩组内崩塌点密度是半坚硬岩岩组内的2倍以上。

(3) 尽管研究区现今处于地震活动的相对平静期，但断层对崩塌、滑坡的发育仍有一定的影响。与强震活动中发震断层对崩塌、滑坡发育的影响范围可达几公里甚至十几公里相比，区内断层对崩塌、滑坡的影响范围较小(滑坡约300 m，崩塌约500 m)。断层对崩塌的影响范围大于滑坡，表明崩塌对地震活动的响应程度高于滑坡，这可能与崩塌发育处常为硬岩且地形陡峭突兀，从而地震波放大效应相对显著有关。断层直接切过处往往发育大型滑坡和崩塌。

(4) 区内滑坡的分布宏观上受河网水系的控制，96.7%的滑坡分布于距河网1 km范围内；受水系浸润、冲刷坡脚的影响，距水系100 m内分布有占总数39.4%的192个滑坡；相较滑坡，水系对崩塌的影响不明显。

(5) 公路对滑坡发育的影响范围约300 m，公路相关型滑坡集中分布于距公路100 m范围内(占13.8%)。这类滑坡往往是由于公路开挖后未及时支护所引起的，具有规模小、滑程短的特点。

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(编辑：姜小兰)

Spatial Distribution of Rockfalls and Landslides in Northern Areaof Heishui River Basin in Panzhihua-Xichang Region

LI Yuan-liang1, REN Guang-ming1, HUANG Xi-chao1，YANG Lei2, FAN Rong-quan3

(1.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Environment Protection, Chengdu University of Technology,Chengdu 610059, China; 2.Remote Sensing Center,Sichuan Geological Survey, Chengdu 610081, China; 3.Sichuan Electric Power Corporation of SGCC, Chengdu 610041, China)

Geological disasters are highly prone to take place in the northern area of Heishui river basin in the Panzhihua-Xichang region. The distribution rules of rockfalls and landslides in the region are researched based on field investigation and high-precision remote sensing image interpretation in association with ArcGIS. The main results are concluded as follows: 1) there are 76 rockfalls and 487 landslides in the study area and 93.4% of the landslides are distributed in slope with gradient of 10°-40°,and 47.4% of the rockfalls are distributed in slope with gradient of 40°-50°; 2) the types and susceptibility of mountain hazard are determined by the combination characteristic and mechanical strength of rock and soil mass in macro scale; 3) at present earthquake activity in the study area is relatively quiet, but faults also have influence on the development of landfalls within a distance of 500m and landslides of 300m, and large-scale landslides and rockfalls usually develop at regions traversed by faults; 4) the distribution of landslides is controlled by river water system in macro sense; 5) roads have influence on the development of landslides within a distance of 300 meters.

Heishui river basin; rockfall; landslide; distribution rules; ArcGIS

2015-12-08；修回时间：2016-02-19

国家电网公司科技项目(资助)(SGSCJY00JHJS2016000)

李源亮(1992-)，男，贵州晴隆人，硕士研究生，主要从事地质灾害及岩土体稳定性方面的研究，(电话)028-84076381(电子信箱)1173227590@qq.com。

10.11988/ckyyb.20151029

2016,33(10):57-62

P642.2

A

1001-5485(2016)10-0057-06