湖北省竹溪县地质灾害成因机理与局部构造关系

聂 进 王孔伟 路永强

(三峡大学 三峡库区地质灾害教育部重点实验室， 湖北 宜昌 443002)

地质灾害的形成是由多种因素共同造成的，不同类型的地质灾害其形成条件受地质环境的影响也不尽相同[1].地质灾害的规模、数量，主要取决于4个方面：工程地质条件(地形地貌、新构造运动强度和方式、岩土体工程地质类型和地质构造条件)、水文气象条件(包括降水强度和降水量、水流速度和水流量)、植被发育程度和人类活动影响程度等[2-3].其中，地质构造因素起主导控制作用[4].因此，弄清地质灾害赋存的地质环境因素是研究地质灾害成因机理的前提[5-6].前人对竹溪县地质灾害的研究往往侧重于对单个地质灾害的研究，忽略了整个区域地质灾害之间的关系[7-9].竹溪县地质灾害无论是在区域还是在个体的存在部位都存在一定的规律性，这种规律性表现出地质环境对地质灾害成因演化的控制作用，对预测地质灾害未来演化及其稳定性评价具有重要的意义.本文主要从竹溪县地质灾害的特征和成因入手，在野外地质调查研究的基础上，对竹溪县地质环境与地质灾害之间的内在关系进行深入研究.

1 竹溪县地质状况

1.1 地形地貌

湖北省竹溪县地处大巴山脉东段北坡，境内由于地壳强烈隆升形成深切沟谷、山峦陡峻、河沟溪沟发育，山体多呈东西向延伸.竹溪县最高点为西南部的葱坪，海拔2 740 m，最低点为东北部的烂泥湾，海拔276 m.总体上反映出南高北低、西高东低的地势特征.

1.2 水文地质

竹溪县境内地表水和地下水的宏观流向均受地势、岩性制约，其动态变化受大气降雨的影响.地下水按含水介质特征、赋存条件及水动力特征，可划分为：松散孔隙含水岩类、碎屑岩裂隙含水岩类、碳酸盐岩溶含水岩类、岩浆岩-变质岩裂隙含水岩类.境内河流发育，流域面积在100 km2以上的较大河流有7条，分别是竹溪河、汇湾河、万江河、泉河、瓦沧河、厚河、大河.

1.3 区域构造

湖北省竹溪县地域范围横跨扬子地台台缘褶皱带和秦岭构造带两个构造单元.竹溪县以北为武当复式背斜，南东与神农架断穹相邻，位于两大构造单元的复合部位，以城口-青峰断裂弧形构造带为界，南部为扬子地台台缘褶皱带，北部为秦岭造山带[10].

秦岭造山带内主要表现为北西向构造，整体构造挤压方向为北东向，在该构造应力场作用下形成两组共轭剪切裂隙，走向分别为近东西向和北东向，沿此共轭剪节理系后期分别发育形成近东西向的竹溪断裂(又叫狮子坝-黄龙寨断裂)以及如图1所示的10号断裂以及北东向的泉河断裂.北西向构造为一推覆构造，在其根部形成张性盆地，充填白垩系和第三系地层，其前锋带位于蒋家堰、龙坝、鄂坪、泉溪一带.据此将竹溪县划分为南部山区(丰溪断裂以南地区)，中部山区(丰溪断裂-竹溪断裂之间的地区)和北部山区(竹溪断裂以北地区).同时在北部山区又可以划分为3个区，分别为：河套区、推覆体前锋带以及推覆体叠瓦扇带.

图1 竹溪县构造纲要图

1.4 新构造运动

竹溪县新构造活动的表现形式有两种：一种为地质历史时期长期发展的活动性区域断裂，晚近期活动频繁，有明显的继承性.扬子地台北缘大断裂(青峰断裂)的地球物理场将该区域分为两个类型区，重力异常在青峰断裂以北显示区域负异常，以南显示区域正异常，反映出两侧基地性质及后期构造引起地壳均衡补偿特征不一致.人工地震显示该断裂地震波有明显的北移现象，控制白垩系红层盆地.另一条活断裂为竹溪断裂(狮子坝-黄龙寨断裂)，其南侧持续上升，北侧持续下降，控制着更新世洪积扇群的分布，在地貌上表现为断层三角面山.

1.5 地层岩性

竹溪县广泛分布有震旦系-第四系，局部缺失侏罗系、白垩系、第三系.该区地层岩性具有明显的分区性，与构造分区基本一致，以扬子地台北缘断裂为界，南部出露地层为后扬子盖层构造，岩性主要为藻礁碎屑化学沉积的碳酸岩类，其次为陆源碎屑沉积的泥硅质岩类.北部为后加里东盖层构造，岩性主要为低级变质岩，陆源碎屑沉积岩和少量化学沉积碳酸岩，其间有超基性、碱性岩浆岩侵入.

2 地质构造对地质灾害的影响

地质构造对竹溪县地质灾害的影响体现在如下几个方面，第一是区域地质构造对竹溪县地质灾害分区的影响，主要表现为大地构造分区与地质灾害分区的一致性；第二为局部地质构造对竹溪县地质灾害类型以及地质灾害密度上的影响，体现为同一局部构造不同部位地质灾害类型的变化以及地质灾害密度的变化；第三为新构造隆升规律控制着竹溪县地貌特征的总体走势，决定了斜坡形成的先后顺序，进而造成不同高程地质灾害类型的变化.

2.1 区域地质构造对地质灾害的控制

区域地质构造对地质灾害的影响主要表现为大地构造分区与地质灾害分区的一致性.中生期时代，秦岭造山带仰冲于扬子板块之上，形成了大巴山双重构造带，形成了竹溪县北西向构造格局，派生了东西向和北东向构造线.奠定了竹溪县地质灾害空间分布格局的形成，表现为地质灾害的展布方向与区域构造线走线一致，以及地质灾害类型随区域构造分区的变化而变化.南部扬子地台台缘褶皱带，构造线走向近东西向，河流发育方向明显受构造线走向所控制，区内主要几条河流(大河、小河、厚河、瓦沧河)流向皆为东西向，进而造成地质灾害空间分布方向同样具有东西走向的特征.北部秦岭造山带构造线走向为北西向，伴随两组共轭剪切节理，分别为近东西向和北东向，沿这两组节理分别发育了近东西向的竹溪河和汇湾河，以及北东向的泉河，造成区内地质灾害展布方向分别为近东西向、北西向和北东向.在此种构造背景之下，竹溪县全境地质灾害整体表现为南崩、北滑、中崩滑以及东西分异的分布格局，如图2所示.

图2 竹溪县地质灾害分布图

南崩就是指扬子地台北缘大断裂以南地区，地质灾害中崩塌发育，全县23处崩塌中有12个位于该区，占崩塌总数的52.1%，竹溪县境内的几个大型崩塌皆分布于该区，大河流域的五里峡不稳定斜坡，厚河流域的雷达岩不稳定斜坡皆为由崩塌堆积体构成的不稳定斜坡，其中五里峡崩塌造成的崩塌堆积物方量达到800×104m3.

北滑就是指竹溪断裂以北地区，地质灾害以滑坡为主，分布大小滑坡96个，占全区滑坡总数的41.5%.竹溪县境内两个特大型滑坡中的一个位于该区(罗家坡滑坡)，全县大型滑坡12处，在该区分布有4处.中崩滑就是指竹溪断裂以南到扬子地台北缘大断裂之间的广大区域，分布有汇湾河和泉河，地质灾害表现为崩塌与滑坡并存，全县崩塌总数23处，分布于该区的有9处，占全县崩塌总数的39.1%.分布大小滑坡116处，占全县滑坡总数的50.2%，竹溪县境内特大型滑坡在该区分布有一处，全县大型滑坡12处，在该区分布有7处.

2.2 局部地质构造对地质灾害的控制

竹溪县地质灾害与局部地质构造关系也十分密切，处于不同的局部构造环境，地质灾害种类、发育程度明显不同，主要体现在如下几个方面：

1)南部山区褶皱类型对地质灾害的控制作用

南部山区的褶皱类型具有断层相关褶皱特点，具有一翼缓，一翼陡的特征.地质灾害主要集中于褶皱缓倾角的翼部，主要类型表现为滑坡，褶皱陡倾角翼部地质灾害不发育，如发育地质灾害以崩塌为主，其在褶皱中形成的层间剪切面被后期滑坡滑带所继承，滑坡形成机理如图3所示.例如小河流域位于断层传播褶皱的缓倾翼部，地质灾害以滑坡为主，大河流域位于断层传播褶皱的陡倾翼，地质灾害以崩塌为主.

图3 断层传播褶皱缓倾翼滑坡演化示意图

2)推覆构造不同部位对地质灾害的控制作用

逆冲推覆构造产出于挤压构造环境，在逆冲方向上具有分带性特征，主要表现为自根带、中带到前锋带的变形特征，以及相关的后缘带和外缘带.根带是逆冲构造的起始部位，主要表现为强烈挤压，根带位置往往被后期变形所覆盖，其具体位置较难确定，但根据后缘带的张性特点，发育有正断层控制的小型断陷盆地来确定根带的相对位置；中带又叫叠瓦扇构造带，次一级逆冲断裂倾向根带，中带变形相对较弱，岩层倾角开始陡立；前锋带挤压作用再次加强，特别是脆性破裂作用进一步加强，岩层倾角加大，形成破碎带，分布碎裂岩.

竹溪县位于大巴山弧形构造带的东部边缘，如图4所示.境内北部山区(竹溪断裂以北地区)位于一推覆构造体的前锋带和叠瓦扇构造带部位，该推覆体被竹溪断裂切割成两个部分，具有右旋走滑的特点，地质灾害主要位于推覆体的前锋带部位(蒋家堰镇)，向叠瓦扇部位(龙坝乡)地质灾害数量明显减少，如图5所示.地质灾害分布特征明显与推覆构造分带性相一致，同时在推覆体的前锋带分布有火山岩体，局部加热作用造成变质作用加强，形成一个局部千枚岩变质岩分布区.

图4 大巴山弧形构造带构造样式(奉节附近)

图5 推覆构造部位地质灾害统计图

3)板理构造产状对地质灾害的控制作用

竹溪县内的秦岭构造带东部分布大面积的板岩，其板理走向为北西向，与区域构造线方向基本一致，板理产状(走向)与区域构造挤压方向垂直，表明当时的挤压应力为北东向，从板理构造的倾角分析当时的水平挤压应力的俯角为30°左右，表明现今应力场与古应力场具有继承性.该地区地质灾害类型主要为滑坡，且具有倾倒变形-折断-滑坡的形成规律.首先板岩沿着陡倾板理面在重力作用下发生倾倒变形，倾倒变形体折断，碎裂岩体堆积于坡面，形成不稳定斜坡.其次斜坡上的碎裂岩体产状由于折断变缓，裂隙开度较大，地下水在地下形成汇水区域.坡体开始下坐变形，地形也随着发生改变.最后，滑坡的整体面貌形成.板理的高倾角特点决定了该区域变质岩地质灾害的成因与后期重力变形关系密切.

2.3 新构造对地质灾害的控制

新生代以来竹溪县始终处于隆升区域：主要表现为西部和南部的持续隆升，南部隆升区域主要表现为扬子地台台缘褶皱带的持续隆升，从隆升阶段来看，分布有三级夷平面：鄂西期夷平面、山原期夷平面、云梦期夷平面.在竹溪河流域主要分布二级夷平面，夷平面高程分别为500 m和800 m，相当于山原期和云梦期夷平面，南部山区和西部山区存在高程在1 000～1 200 m左右的夷平面，相当于鄂西期夷平面.夷平面的存在奠定了竹溪县的斜坡系统，表现为三套斜坡体系，竹溪县地质灾害高程分布特征与这三期斜坡系统存在密切的对应关系.形成竹溪县南北分割，东西分异的地质灾害格局，竹溪县地质灾害主要分布于500 m夷平面附近(见表1).

表1 竹溪县夷平面与地质灾害的关系

竹溪县地壳抬升的幅度表现为由南向北、由西向东逐渐减弱的特点，造就了境内南高北低、西高东低的特征.大巴山区表现为双重构造，形成抬升幅度最高的地区，向东山体高度降低，河流从东向西逐渐加长，形成向源侵蚀，斜坡倾角同样具有向西变陡的特点，地质灾害类型产生东西分化，整体表现为西部地区崩塌相对集中、东部地区滑坡相对集中的特点.竹溪县南部山区与三峡地区抬升阶段基本一致，在三峡地区奉节-巫山地区抬升幅度最高，该区域向北进入竹溪县境内，形成南部山区地貌形态.向北向东山体逐渐变低.由此可见竹溪县地质灾害类型空间分化特征与中新生代境内的不均匀性隆升相关.同时竹溪断裂新生代活动特征造成前人所说的竹溪新生代断陷盆地的形成，并在竹溪断裂带附近形成了冲积扇群的发育，控制了竹溪河二级阶地上地质灾害的发育.

新构造运动塑造了本区的原始地貌景观，其间歇性抬升机理决定了本区夷平面的分布特征，以及河流阶地的分布特征，形成了境内垂向斜坡系统，根据夷平面的分布特征，竹溪县秦岭区可以划分为两个斜坡系统，对应着二级夷平面，地质灾害主要集中于500 m左右的夷平面之上.同时通过调查发现竹溪河河流阶地有两级，地质灾害分布主要分布于二级阶地之上.

2.3.1 竹溪河二级阶地上地质灾害特征

竹溪河二级阶地上地质灾害的类型主要为不稳定斜坡和滑坡，主要受更新世未固结和弱固结土体的临空面特征和地下潜水面特征所控制.形成原因主要有两点，一为坡脚开挖造成，当地居民修建房屋，开挖坡脚，在房屋后侧形成2～5 m陡坎，受降雨的影响在陡坎的上部形成张裂隙，沿张裂隙土体下坐形成局部地质灾害；二为地下潜水位偏低，在雨季上部土体饱水条件下，形成局部水力坡度改变，造成水力坡度增加，上部土体具有沿地下潜水面下滑的趋势.如彭家院子滑坡、芦沟村5组滑坡.

2.3.2 夷平面上地质灾害特征

夷平面作为地貌单元，应该经历过较长时间的风化剥蚀作用，相比沟谷部位总体上应该是地质灾害少发地区，但竹溪县变质岩岩组分布区特殊的结构特征造成夷平面附近形成了一种特殊的滑坡类型，表现为倾倒变形-折断-滑坡的形成规律.该类滑坡主要集中于水坪乡北部二级夷平面上以及双竹林场狮子垭分厂马家沟内.

由于岩体卸荷倾倒变形，折断形成堆积型斜坡，在地下水的作用下风化强烈，逐渐下坐，最终形成阶梯状结构，演变成滑坡.同时在北部山区夷平面附近的地质灾害类型基本都具有此特点.

2.3.3 河谷底部地质灾害的特征

河谷底部地质灾害类型主要受岩层或板理面的结构特征所控制，对于顺向结构滑坡存在残破积的演化过程，滑带可以由层面组成，同时存在切层部位，切层之后形成堆积型顺层滑坡，如李家坡滑坡.对于反向坡结构组成的坡体，其滑坡滑带主要是强风带的底界面，主要由残积物所组成，在雨季强风化带饱水之后，整体沿强风化带底界面剪切滑出，如宋家沟滑坡.

3 结 语

地质灾害产生的条件包括地形地貌、构造运动等内因以及降雨、地震、人类工程活动等外因.内因对灾害的产生起主导作用，只有内因具备的情况下，外因才能起作用，而内因中起控制作用的是地质构造，因此地质构造因素在整个灾害的形成和分布中起主导控制作用，也在很大程度上影响灾害的易发性.

竹溪县构造条件复杂，属于构造变形强烈的地区，地壳强烈隆升造成境内南高北低、西高东低的地势特征.南部扬子地台台缘褶皱带以及北部秦岭造山带控制着河流发育方向，进而造成地质灾害空间分布方向与其构造方向一致性的特征.构造运动与地形造成竹溪县全境地质灾害整体表现为南崩、北滑、中崩滑以及东西分异的分布格局.南部山区断层相关褶皱样式使得地质灾害主要集中于褶皱缓倾角的翼部，且地质灾害主要类型表现为滑坡.北部逆冲推覆构造的地质灾害与其分带性具有一致性，主要集中在前锋带.不同时期的隆升造成境内不同的斜坡体系，进而造成竹溪县地质灾害高程分布不同特征：竹溪河二级阶地上地质灾害的类型主要为不稳定斜坡和滑坡；夷平面附近由于变质岩岩组特殊的结构特征形成堆积型斜坡；河谷底部地质灾害主要受岩层或板理面的结构特征所控制，形成不同类型的地质灾害.