龙门山断裂北川断裂带滑坡与构造活动关系研究

李金洋 杨顺 佘涛 陈欢

摘要：北川断裂带位于龙门山中央断裂带中部，新、老滑坡较为发育，构造活动是影响区内滑坡发生的主导因素。采用文献记载、现场调研等方法，分析了构造对滑坡灾害的影响，结果表明：① 构造横向挤压、不均匀抬升对地表岩体的完整性进行改造，使得不同构造部位、斜坡部位岩体存在结构差异，进而控制滑坡在空间上的发育规律，同时，细部构造结构面在空间上的产出关系构成了滑坡发生的初始边界条件;② 作为构造活动的剧烈外部表现，地震动荷载直接诱发滑坡的同时造成斜坡岩体的松动;③ “5·12”震后，区域构造应力方向发生近90°的偏转，进一步加剧了松动岩体的变形与破坏，震后应力偏转是影响区域斜坡稳定的最主要内动力因素。

关键词：滑坡; 构造应力; 地震; 北川断裂带; 龙门山断裂

中图法分类号：P642.2文献标志码： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.02.024

滑坡是內外动力地质作用的结果[1]，构造活动作为影响滑坡发生的主要的因素之一。一方面，新构造活动诱发地震，地震强大的垂直和水平荷载直接引起山体滑坡，称为同震滑坡[2-3]，这是构造活动引起的一种突发的、剧烈的地质行为;另一方面构造形成的断裂、派生节理等结构面从本质上改造岩土体完整性[4]，后期在重力卸荷、降雨、地震等因素的影响下，结构面继续发生变形，积累到一定程度发生滑坡。

龙门山区地质背景复杂，加之”5·12”地震影响，滑坡灾害极其发育。目前对龙门山区构造影响滑坡的研究主要围绕同震滑坡这一类型，包括地震诱发滑坡的发育特征[5-6]、形成机制[7-10]、运动规律[11-12]，鲜有从构造对斜坡体本身结构改造的研究。罗文行[13]对震区地表破裂带的详细研究结果表明，震区地表破裂不仅包括同震破裂，还包括震后重力影响下的斜坡破坏;张永双、郭长宝[14-15]对青藏高原东源活动断裂与地质灾害效应进行研究后指出，活动断裂的地质灾害效应不仅体现在断裂剧烈活动产生的地震地质灾害，活动断裂在长期演化过程中对地形地貌、岩体结构、斜坡结构以及局部地应力条件的影响等，都是活动断裂地质灾害效应的研究范畴。因此，本文以龙门山中段北川断裂带为例，从构造对岩土体改造及新构造活动方面，综合分析了构造对滑坡的影响，研究成果可为区内地质灾害早期识别、监测预警提供参考。

1构造概况及滑坡信息

北川断裂带位于龙门山中段，断裂为西部高山区与东部丘陵区分界线，呈北西向展布，有龙门山中央断裂之称。断层倾向305°～320°，倾角55°～60°，断裂构造岩宽度10～30 m。断裂带由中心到边部可分为劈理带、构造透镜体带和节理密集带，有明显的碳化。断裂带附近岩体较为破碎，常见轴面与断面近于平行的歪斜及倒转褶皱，表现为脆性向韧性过渡的逆冲断裂。节理展布方向较乱，显示其形成的多期性，产出频率较高，SE向及NWW向的长大节理面均与层面构成一组共轭节理，显示为NW～SE向挤压的结果，节理发育程度、组合关系等特征影响斜坡稳定性。北川断裂是“5·12”地震的主干发震断裂，地震造成了地表1.6～6.0 m的垂直位错、0.2～6.5 m的水平位错，是地表破裂最为严重的地段[16]，同时诱发了大量山体滑坡。

鉴于上述构造特征，区内新、老滑坡发育分布情况、发育特征见图1和表1。调查的17处滑坡中有13处为“5·12”地震同震诱发，震前滑坡2处，震后滑坡2处，可见，地震为区内滑坡最主要的诱发因素，但仍然受构造等其它因素的控制。

2岩体的构造改造差异对滑坡的影响

2.1不同构造部位岩体横向差异对滑坡的影响

区域构造挤压过程中，会造成地表岩体发生不同程度的变形或破裂，断裂及褶皱也是岩体深部破裂的产物。一般来讲，距离断裂越近，岩体结构面相对发育、破碎程度越高，随着距离的增大，岩体完整性较好。由于横向张拉作用，褶皱核部区域往往是张拉结构面的密集发育带，因此，断裂带和褶皱构造形迹附近岩体破碎程度较高，斜坡稳定性较差。根据岩体结构特征将区内岩体大致划分为似散体结构、碎裂结构及板裂—层状结构3类，图2为垂直北川断裂带走向方向的岩体结构特征。据统计，区内滑坡在横向上具有一定的规律，主要表现为：① 在距离断裂带较近的碎裂结构、似散体结构岩体中集中发育;② 在大型褶皱核部周围有所发育。

图2构造作用下岩体分区示意（A-A剖面）Fig.2Schematic diagram of rock mass subdivision undertectonism（A-A′ profile）

2.2构造不均匀抬升引起的岩体垂向差异对滑坡的影响

构造抬升与河谷地貌演化是一个相辅相成的过程，构造抬升剧烈程度不同造成了斜坡微地貌差异。构造抬升缓慢时期，河流下切及地表剥蚀速度相对较慢，地貌上多形成宽谷（图3（a）），斜坡地形坡度相对较平缓。构造抬升剧烈阶段加剧了地表剥蚀与河流下切的速度，多形成峡谷地貌，斜坡坡度较陡（图3（b））。研究区河流岸坡多具有陡—缓—陡的剖面形态，以高程1 000～1 200 m为界，上部斜坡坡度在15°～35°之间，下部坡度一般大于45°，此为构造剧烈—缓慢—剧烈抬升过程的结果。

宽谷地貌时期，岩体以垂向卸荷为主[4]，在近垂直河谷方向（NNW向）的构造应力场共同作用下，主要派生近水平方向的张拉结构面，于谷底附近形成相对密集的结构面密集带。进入峡谷地貌阶段，原先位于谷底的裂隙密集带以相对快的速度隆升、暴露至地表，并接受更加剧烈的卸荷改造，峡谷期以垂直河流方向的侧向卸荷为主[4]，引起岩体沿水平结构面的剪切滑移以及派生新的陡倾结构面并发生离面张拉变形。因此，在这一时期的结构面发育密度、延伸长度、张开度相应增大，导致岩体更加破碎松弛，为滑坡的发生提供了有利结构条件。同时，裂隙密集带下方形成的陡立临空面地形，为滑坡提供了剪出口。据统计，北川断裂带滑坡主要分布于1 000～1 200 m高程范围（表1），该高程带恰好处于河谷斜坡地形由缓变陡的部位。

2.3细部构造控制滑坡边界条件

据统计，区内滑坡宏观发育具有一定的规律，滑动方向大致为SE向，与断裂带走向垂直（表1）。因滑坡多数为地震同震滑坡，所以已有的研究认为，滑坡滑动、运动方向与地震波传播方向及发震断裂错动的形式和方向等具有一定的相关性[6]。实际上，地震作用仅作为滑坡的诱发因素，其本质上受到斜坡固有结构特征的控制，即斜坡构造、卸荷结构面的发育情况、细部结构面在空间上的组合关系构成了滑坡发生的初始基础边界条件。龙门山断裂带中段历史构造挤压方向为NNW向[17]，区域构造挤压使得区内张拉结构面与剪切结构面基本呈NE走向，与斜坡坡向基本垂直。NE走向的结构面主要有：断层面、褶皱横向张拉形成的核部张性结构面密集带、局部连续分布的碳化软弱带。此外，构造相伴生的岩体破碎带中不规则产出的结构面也较为发育。岩质滑坡往往受结构面控制，本区断层面倾向NW、傾角55°左右，张性结构面与岩层面近相垂直，碳化带主要沿平行层面方向产出，在内外地质营力，特别是地震作用下，岩体以已有结构面为基础发生进一步的变形，以致发生滑坡。具体表现为：陡倾的断层面、张性结构面密集带结构面发育成为滑坡的后缘边界，缓倾坡外的碳化软弱带或岩层面则演变成为滑坡的底滑面，见图4（a）和（b）。现场调查发现，已发生大型、特大型滑坡大多有以上的原始边界特征。此外，高度破碎的岩体与较完整基岩界面也是中、小型滑坡发生的主控结构面，见图4（c）。

3地震的直接或间接作用

3.1地震动荷载加剧岩土体破坏

如前所述，构造活动较大程度上破坏了地表岩体的完整性，这些被改造的岩体在自然重力、降雨及地震等内外动力因素作用下演变成滑坡，其中，地震作为构造活动的剧烈外部表现，无疑是滑坡最主要的触发因素。据现有资料统计，“5·12”地震同震滑坡多达30 000多处[18]，地震直接诱发滑坡的特征具有：高程放大效应、距离效应、锁固段效应、上下盘效应、方向效应及地形效应等[5-6]，北川断裂带地震诱发滑坡有相似规律。另一方面，地震引起了大量山体松动，这些“震而未滑”的山体在后期逐渐演变成为滑坡，称为地震后效应[19]，因此，“5·12”地震之后的近几年，震区屡有滑坡发生，主要是由于地震对斜坡岩体造成的“内伤”进一步发展恶化的结果。

3.2震后应力场变化对斜坡稳定性长期影响

地震是地应力积累到一定程度，地壳岩层突然破裂、错动的一种自然现象[20]。一次大地震的同震位错会引起附近区域的应力场变化，对于整个区域而言，应力量级、方向的变化将影响邻近区域的应力累积进程，从而使地表岩体发生新的变形和破坏。安其美等[14]对“5·12”震前、震后的地应力状态进行对比研究，发现龙门山中央断裂带北段—中段最大主应力方向发生较为明显的偏转，由原先的垂直断裂带（NW）方向转变为与断裂带基本平行（NE）方向。北川断裂带位于龙门山中段，研究区斜坡走向呈NE向，由图5可知，2008年汶川地震以后，构造主应力方向由震前的垂直于斜坡走向转变为与斜坡走向相平行。

假设岩体处于极限平衡、最大主应力σ1、最小主应力σ3及构造应力σq（震前）、σh（震后）方向均为水平，根据岩体力学原理，震后构造应力由NW转为NE，应力量级不变的情况下，NW向σ1应力水平得到削减，因此斜坡岩体沿应力削减方向发生卸荷回弹，形成与斜坡走向平行的张拉裂缝，NE向σ3应力水平得到增强，甚至超过σ1水平，势必会形成新的剪切裂隙和压张裂隙。笔者认为，应力状态的改变引起的上述诸多变化为震后滑坡的发生提供了结构条件和力学条件。

4典型实例

以研究区李家湾斜坡为例，李家湾斜坡位于北川县陈家坝乡太洪村李家湾村西350 m、都坝河右岸斜坡上。自2008年汶川地震以来共发生了2次大型滑坡，第1次滑坡为地震同震滑坡，第2次滑坡发生于2016年9月5日，滑坡先后发生于斜坡顶部及中部缓坡平台处，2次滑坡均形成堰塞湖，对下游村庄及陈家坝镇数百人的生命财产安全造成不同程度的威胁，见图6。

4.1滑坡主要发育特征

李家湾斜坡整体坡度约35°，坡顶最高高程1 295 m，相对高差590 m。斜坡上部1 150～1 295 m高程范围内，坡度约65°;中部高程1 150～1 060 m范围内，坡度15°～20°;中下部高程1 060～810 m范围内，坡度约65°;底部靠近河床处斜坡坡度约15°，整体呈现陡缓交替微地形。斜坡高程950～1 110 m范围内龙门山主断裂—北川映秀断裂由此通过，断裂面倾向NW315°，倾角55°～60°（断层走向与滑坡方向近垂直），为逆冲兼具右旋走滑性质，多表现为脆性特征，现今活动性强。断裂上盘出露寒武纪油房组（∈y）变凝灰质砂岩、寒武纪邱家河组（∈q）灰黑色炭质板岩、变炭质粉砂岩、灰黑色薄-中厚层碳硅质岩，夹少量结晶灰岩透镜体;断裂下盘为志留纪韩家店组（Sh）绢云母千枚状板岩。受断裂带活动影响，斜坡上岩体破碎，岩体呈层状—碎裂结构，见图7。

地震同震滑坡位于斜坡顶部陡坡段，滑坡发生后于斜坡中部平台及坡脚都坝河堆积，现场于滑坡堆积体1号区左侧边界冲沟底部发现碳化带连续分布（图8），产状约135°∠20°～30°;碳化带上部为滑坡堆积体，下部为未发生扰动的强—中风化基岩，因此推测碳化带为地震同震滑坡的滑带，滑坡边界特征与图4（a）相似。

李家湾第2次滑坡发生区斜坡坡向110°，滑坡整体位于高程1 030～1 060 m范围的斜坡中部缓坡平台下方，即斜坡微地形缓陡交界附近，剪出口位于平台下方高程810～830 m范围内，后缘位于平台上方断裂带出露附近。滑坡体上部为“5·12”同震滑坡堆积体，下部物质组成为较破碎的志留纪韩家店组（Sh）绢云母千枚状板岩。从滑坡残留体可以发现：滑坡源区的岩体相对破碎、松动，且结构面有贯通趋势（图9），滑坡滑带位于下部破碎基岩体中，倾角约60°。滑坡由下部基岩率先发生滑动后，带动上部堆积体跟随滑动，滑坡边界特征与图4（c）相似。

4.2滑坡成因分析

根据滑坡发育特征分析滑坡成因：第1次滑坡为“5·12”地震同震滑坡，受高程放大效应[5]影响，滑坡发生在斜坡顶部;受地震地形效应[5]以及顶部滑坡向下运动的铲刮作用影响，坡体中部缓坡平台部位岩体产生明显松动，但未发生整体滑动。由于震后构造应力方向发生近乎90°的大偏转，斜坡中部缓坡处松动岩体在后期水平向的卸荷回弹及垂向重力卸荷作用下加剧变形，于2016年9月5日发生滑坡堵江（图10）。李家湾滑坡实例很好地验证了斜坡的构造改造特征对滑坡的影响及地震对斜坡的直接和间接作用。

（1） 滑坡区斜坡岩体结构及特殊构造结构面（断层、碳化带）的发育特征与斜坡岩土体的稳定性之间有密切关系。

（2） 地震动荷载直接诱发滑坡的同时造成斜坡岩体的松动。

（3） 震后应力大角度的偏转，进一步加剧了松动岩体的变形，进而演变成滑坡。

5结 论

（1） 构造挤压作用对岩体完整性进行改造，区域横向和垂向上的岩体结构的改造差异对滑坡的发生具有明显的影响，横向上主要受控于断裂、褶皱及其派生裂隙的发育程度，滑坡主要发育在岩体破碎程度较高部位;垂向上受构造不均匀抬升的影响，滑坡主要发育于构造结构面密集发育的陡、缓变坡处。

（2） 细部构造结构面空间上的产出关系构成了滑坡发生的初始边界条件。陡倾的断层面、张性结构面密集带发育成为滑坡的后缘边界，缓倾坡外的碳化软弱带、高度破碎的岩体中的贯通结构面则演变成为滑坡的底滑面。

（3） 作为构造活动的剧烈外部表现，地震动荷载直接诱发滑坡的同时造成斜坡岩体的松动;震后区域应力方向发生大角度的偏转，引起垂直斜坡走向方向的卸荷回弹，进一步加剧了松动岩体的变形，是震后滑坡发生的主要内动力因素。

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引用本文：李金洋，杨顺，佘涛，陈欢.龙门山断裂北川断裂带滑坡与构造活动关系研究[J].人民长江，2019，50（2）：138-143.

Relationship between landslides and tectonic activities in Beichuan fault zone of Longmenshan fault

LI Jinyang1，2， YANG Shun1，2，SHE Tao1，2，CHEN Huan1，2

（1.Institute of Exploration Technology， CGS， Chengdu 611734， China;2.Technical Center for Geological Hazard Prevention and Control， CGS， Chengdu 611734， China）

Abstract： The Beichuan fault zone is located in the middle part of the central Longmenshan fault zone， Sichuan， where the new and old landslides develop well and the tectonic activity is the dominant factor affecting landslides in the area. The influence of tectonic activity on landslide disaster is analyzed by means of documentary record， field investigation， etc. The results show that：① The integrality of the surface rock mass was reformed by lateral compression and uneven elevation of the structure， which caused structural differences of the rock masses located at different structural positions or slopes and further controlled the spatial development law of landslide. At the same time， the spatial exposure relations of the detailed structural plane formed the initial boundary conditions for the occurrence of landslide.② As a violent external representation of tectonic activity， seismic dynamic load induced landslide directly and loosed the rock mass at the same time.③ After "5.12" earthquake， the direction of regional tectonic stress was nearly 90 degrees deflection， aggravating the deformation and failure of loosed rock mass. The post-earthquake stress deflection was the main internal dynamic factor affecting regional slope stability

Key words：landslide; tectonic stress; earthquake; Beichuan fault zone; Longmenshan fault