川西甘孜地区活动断裂与地质灾害分布相关性探讨

秦宇龙,吴建亮,詹涵钰,熊昌利,贾 春,白宪洲,李名则,武文辉,徐云峰

1.稀有稀土战略资源评价与利用四川重点实验室、四川省地质调查院,四川 成都 610081;2.四川省地质矿产勘查开发局109地质队,四川 成都 610100

新构造活动是指晚更新世至今依然在活动,未来一定时期内仍可能发生活动的各种构造(邓起东等,1994;邓起东,1996;邓起东等,2002)。川西甘孜地区位于举世闻名的青藏高原东南缘,是新构造运动和地质灾害十分发育的地区(黄润秋等,2001;殷跃平,2004;白永健等,2019)。近年来,在活动断裂影响下的地质灾害效应研究受到国内外学者的普遍关注(巨能攀等, 2010;蒋瑜阳等, 2010;郭长宝等,2012;陈伟志等,2020;罗路广等, 2020)。受“5·12”汶川大地震的影响,川西地区发生多次大型泥石流,如最近的2019年“8·20”汶川泥石流和2020年“6·18”丹巴县山洪泥石流,严重影响周围居民的生活。川藏公路、即将建设的川藏铁路、太阳部落石渠、理塘毛垭坝草原、情人海木格措等主要工程和风景名胜区都受到了鲜水河、甘孜-玉树等活动断裂影响;同时沿断裂带发育的地质灾害也严重影响了各类工程规划建设和人类活动。由此,研究活动断裂与地质灾害之间的相关性也将得到更多人的关注。文章通过收集相关地质灾害详查数据,利用地形地貌图、活动断裂分布图、地质灾害分布图,进行叠置分析,揭示活动断裂、地形地貌特征和地质灾害彼此之间的分布特征和相关性,进而对活动断裂影响下的川西各类地质灾害孕育环境进行分析和探讨,研究结果将对总结川西甘孜地区地质灾害的形成规律和防灾减灾工作具有重要的意义。

1 区域地质构造背景

川西甘孜地区位于上扬子陆块和三江弧盆系的结合部位。地域辽阔,地层出露较为齐全,除西部缺失白垩系、侏罗系和东部缺失白垩系外,各系地层均有沉积;其中三叠系地层广泛分布,岩性主要以变砂岩和板岩为主。构造主要呈北西走向、北东走向和南北走向;龙门山断裂、鲜水河断裂和金沙江断裂将研究区分为四川前陆盆地、可可西里-松潘前陆盆地、雅江残余盆地、义敦-沙鲁里岛弧和甘孜-理塘蛇绿混杂岩(图1;潘桂棠等,2002;张建东等,2015)。岩浆岩各个时代均有出露,约占全区面积的三分之一。新构造运动强烈,主要反映为层状地貌、活动断裂及老断裂新活动等,其不仅控制了青藏高原东南缘的地质地貌,还控制了地震的发生。

图1 四川甘孜地区构造单元简图(据张建东等,2015修改)Fig.1 Sketch map of tectonic units in the Ganzi area, Sichuan (modified after Zhang et al., 2015)

2 地形地貌特征

川西甘孜地区位于横断山脉北段,位于中国最高一级阶梯向第二级阶梯云贵高原和四川盆地过渡地带,具有地势高、北高南低、中部突起等特征(李海兵等,2007;图2)。地貌依地势高程、河流切割深度和地表特征分为丘状高原区、高山原区、高山峡(深)谷区三大类型。区内江河湖泊众多,流经境内的河流主要为长江上游主要干流的金沙江、雅砻江、大渡河,均自西向东,南北向平行排列,支流甚多。冰川作用、流水地质作用明显,加之新构造运动、高原隆升,易发生崩塌、滑坡、泥石流和地震等地质灾害(赵根模等,2020)。

图2 甘孜州地形地貌分布图Fig.2 Topography and landform distribution map of Ganzi Prefecture

川西甘孜地区现代地貌的形成,经历了漫长的地质发展时期(许志琴等,2007),三叠纪末的印支造山运动,导致整个川西地区迅速隆升。燕山运动时期区内地壳抬升,大规模的岩浆侵位导致地壳增厚。中新世以来的喜马拉雅造山运动使区内及整个川西高原形成现今的地貌景观。地壳抬升和冰川活动形成一系列的冰川U谷、冰碛台地及终碛垄。随着地壳的进一步抬升,河流的侵蚀作用加强,在山间河谷地带形成湖相盆地。

3 活动断裂特征

3.1 活动断裂分布特征

新构造运动造成了包括研究区在内的青藏高原东缘显著的地貌差异,在高原与盆地过渡地带形成了多条活动断裂(带),已知的活动断裂(带)有五道梁-长沙贡玛断裂、玉树-甘孜断裂带、鲜水河断裂带、巴塘断裂带、达郎松沟断裂、金沙江断裂带、理塘断裂带、玉农希断裂等33条(图3,表1),这些活动断裂主要控制着川西高原地形地貌。

表1 区内的主要活断裂(带)一览表Table 1 List of main active faults

图3 甘孜地区主要活动断裂分布图Fig.3 Distribution map of the main active faults in the Ganzi area

3.2 活动断裂对地形地貌的控制作用

野外调查和研究表明,活动断裂带内特殊的地形地貌、山体结构及断裂活动的动力强度等控制了大型地质灾害的发育,常形成完整的断裂活动-差异性隆升-滑坡的演化序列。活动断裂的发育为地质灾害创造了有利条件(彭建兵等,2004;彭建兵,2006;冯向阳,2007)。强烈的活动断裂形成了相对高差大的高山峡谷地貌,势能容易积累,有利于高速高位、远程滑坡等大型滑坡的发生(罗路广等,2020)。

3.3 活动断裂的继承性和新生性

区内活动断裂的继承性表现为断裂活动在先前构造的影响下,一定程度的继承先前构造的格局,晚期断裂继承先前断裂带性质,发生强烈隆升,并在先前断裂带基础上发生逆冲或逆冲走滑运动。

区内还存在活动断裂新生性,表现为有的断裂断块出现反向运动,有的产生新的断裂断块,如金沙江流域发育一组北东—北西向新生断裂,不仅对地形、地貌进行控制,还造成水系、山谷的位移,甚至在断块内形成断块山、断陷盆地、断裂谷地等。

4 地质灾害分布特征

4.1 地质灾害发育特征

文章利用四川省历年来地质灾害详细调查资料,统计各类地质灾害及隐患点5749处(表2),结合以往地质灾害详查成果(四川省地理研究所,1973;李明辉等,2010,2011;倪化勇等,2010;蒋瑜阳等,2010;铁永波等,2012),发现地质灾害及隐患点主要以泥石流(图4)、滑坡(图5)、崩塌(图6)、不稳定斜坡(图7)为主。5749处地质灾害及隐患点中泥石流和滑坡最多,分别发育2574处和1728处,各占灾害总数的44.77%和30.06%;其次为崩塌和不稳定斜坡,分别为814处和629处,各占总数的14.16%和10.94%。地裂缝和地面塌陷等其他类型地质灾害在甘孜地区发育较少,仅见4处,占总数的0.07%(表2)。

表2 四川甘孜地区地质灾害发育类型和数量(处)Table 2 Types and quantity (sites) of geological disasters in the Ganzi area, Sichuan

4.1.1 泥石流

区内泥石流规模以小型为主,按照一场泥石流所搬运出的物质总量来分,全区共发育巨型泥石流19处(占总量的0.74%)、大型泥石流84处(占总量的3.26%)、中型泥石流617处(占总量的23.97%)、小型泥石流1854处 (占总量的72.03%),按位置分为沟谷型和山坡型,其空间分布如图4所示。以鲜水河流域为例,沿线沟谷型泥石流易发综合指数在61～114之间,多属中等低易发(白永健等,2014)。坡面泥石流受季节性暴雨激发影响大,每年7—9月均会发生高易发泥石流。

图4 甘孜地区地形地貌与泥石流地质灾害分布简图Fig.4 Distribution diagram of topography and debris flows in the Ganzi area

4.1.2 滑坡

甘孜地区滑坡规模以中小型为主,其中巨型14处(占滑坡总数的0.81%)、大型66处(占滑坡总数的3.82%)、中型420处 (占滑坡总数的24.31%)、小型1288处(占滑坡总数的74.54%)。滑坡多发育高程主要在2600～4000m,地形坡度20°～50°,坡体结构以横向坡、斜向坡为主,其空间分布如图5所示。表现形式主要由砂岩、板岩转石和冲洪积卵石土组成的崩坡积、残坡积堆积形成的土质滑坡,多呈半圆形和舌形,不规则形和矩形较少。孕育地层主要为三叠系变砂岩、板岩。

图5 甘孜地区地形地貌与滑坡地质灾害分布简图Fig.5 Distribution diagram of topography and landslides in the Ganzi area

4.1.3 崩塌

研究区内崩塌规模以中小型为主(表2,图6),其中小型491处(占崩塌总数的60.32%)、中型267处(占崩塌总数的32.80%)、大型55处(占崩塌总数的6.76%),巨型1处(占崩塌总数的0.12%)。多属岩质崩塌,发育于地形陡缓相间的台地上,变形破坏模式主要以滑移式和拉裂式为主。运动形式多为崩坠式、滚动式和滚落式。

图6 甘孜地区地形地貌与崩塌地质灾害地貌分布简图Fig.6 Distribution diagram of topography and collapses in the Ganzi area

4.1.4 不稳定斜坡

不稳定斜坡规模以中小型为主,其中中型137处,占21.78%;小型467处占74.24%;另有大型22处,占总数的3.50%;巨型3处,占总数的0.48%(表2,图7)。以松散土体斜坡为主,发育128处,少量岩质斜坡56处(四川省国土空间生态修复与地质灾害防治研究院,2020)。坡形多为凸型或直线状;地形坡度在30°～60°区域变形迹象表现为前缘局部鼓胀、房屋开裂、地面沉降和后缘拉张裂缝、剥坠落等,最后演变为滑坡。

4.2 空间分布特征

区内地质灾害主要呈“线-带-片状”空间特性分布。表现为:交通干线呈线状分布;受地形地貌、地质构造控制的河流、沟谷地带,呈带状分布;沿乡镇、村落、矿山呈片状分布(陈红旗,2007;巨能攀等,2010)。

(1)沿主要交通干线呈线状分布。流域内地质灾害沿重要交通干线国道,县级公路、乡村公路呈线状密集分布。主要表现为川藏北线沿线、道孚至雅江县道沿线、理塘至新龙公路沿线、乡城至然乌公路沿线、稻城至香格里拉公路等五个线状密集分布。

(2)在河流、沟谷区域,受地形地貌和地质构造控制呈带状分布。①地质灾害沿河流两岸密集分布。主要有大渡河、大小金川、鲜水河、硕曲河、巴楚河、九龙河、色曲河、泥曲河、金沙江沿岸等密集带。②地貌上地质灾害主要分布于鲜水河、大渡河、雅砻江、金沙江等河谷两侧岸坡及断陷盆地两侧山前地带。③地质构造上,地质灾害沿主要活动断裂,如鲜水河断裂、乡城断裂、理塘断裂、金沙江断裂等,均呈带状墨迹分布。

(3)沿乡镇呈片状分布,流域内地质灾害分布与行政区等人类及工程活动聚集区有密切关系呈片状分布。

5 地质灾害孕育环境分析

5.1 地形地貌控制效应

滑坡、崩塌、不稳定斜坡等不同破坏方式形成的地质灾害,主要由内外地质动力作用,斜坡内应力分布不平衡而成。同时在雅砻江、大渡河、鲜水河、金沙江等河谷侵蚀切割区为代表的不同地形地貌条件下又孕育出不同类型、规模的地质灾害,表现为地表千沟万壑,支离破碎。以斜坡地表形态为代表的地形地貌对于地质灾害的孕育表现尤为突出(王文俊等,2000;王思敬,2002)。

5.2 地层岩性控制效应

不同地层岩性的抗剪强度不同,导致发生地质灾害的难易程度也不同,这也反映出地层岩性是决定地质灾害孕育的物质基础。岩性软弱地层更容易成为潜在的滑动面或滑动带;相反,在坚硬岩地层中则不易形成潜在滑移面和松散物质。区内活动断裂沿线的地层主要以三叠系中—粗粒变砂岩、变粉砂岩、板岩为主,并夹有泥质成分为主的千枚岩和碳酸岩等,软硬相间,节理裂隙发育,岩体较破碎;同时由于流域地处高寒山区,气候寒冷,冻融作用使岩体更加破碎,利于形成松散堆积层(陈宗基,康文法,1991;刘涌江,2003)。

5.3 活动断裂控制效应

川西甘孜地区的地质灾害分布,展现了以北西向构造为主的总体格局(张信宝等,2006)。对甘孜地区有代表性的15条活动断裂两侧发育的地质灾害进行统计(表3)发现,全区分布在活动断裂两侧5km范围内的地质灾害(隐患)点达2607处(泥石流1234处,滑坡724处,崩塌351处,不稳定斜坡298处)。其中断裂2～5km范围内有1023处(泥石流412处,滑坡334处,崩塌167处,不稳定斜坡110处),地质灾害(隐患)点密度为0.029处/km2;断裂1～2km范围内有514处(泥石流234处,滑坡151处,崩塌61处,不稳定斜坡68处),地质灾害(隐患)点密度为0.050处/km2;断裂1km范围内则增加到1070处(泥石流588处,滑坡239处,崩塌123处,不稳定斜坡120处),地质灾害(隐患)点密度为0.095处/km2。由此可见,越靠近活动断裂发育的区域,地质灾害(隐患)点密度有明显增加,地质灾害发育也越密集,反映出活动断裂对地质灾害的控制效应也就越强,这从地质灾害的空间分布上表现的非常明显(图4—图7)。以鲜水河断裂带为例,在甘孜—炉霍—道孚—磨西沿线,受活动断裂影响的两侧总共有地质灾害(隐患)点399处;其中在活动断裂0～1km分布各类地质灾害(隐患)点173处,占总量的43.35%;1～2km分布各类地质灾害(隐患)点91处,占总量的22.80%;2～5km分布各类地质灾害(隐患)点135处,占总量的33.83%。此外,断裂的活动性越强,引发的地质灾害数量和规模也急剧上升。全新世活动断裂较晚更新世和早—中更新世断裂具有更强的活动性,其引发的地质灾害频率更高,规模也可能更大。如在全新世活动断裂0～1km范围内地质灾害(隐患)点的分布密度为0.14处/km2,大于晚更新世活动断裂的0.07处/km2,后者也同样大于早更新世活动断裂(分布密度为0.06处/km2)。这里需要说明的是, 高海拔地段灾害(隐患) 点数少与村落、人口相对稀少有关,许多滑坡、泥石流对人类不构成威胁,仅是一种自然现象,未列入调查统计数据(四川省国土空间生态修复与地质灾害防治研究院,2020)。

表3 甘孜州地质灾害分布与主要活动断裂空间位置统计表Table 3 Distribution of geological disasters and the spatial location of main active faults in Ganzi Prefecture

图7 甘孜地区地形地貌与不稳定斜坡地质灾害分布简图Fig.7 Distribution diagram of topography and unstable slopes in the Ganzi area

除活动断裂、地形地貌、地层岩性等因素外,影响地质灾害孕育的因素还包括工程地质特征、降雨、人类工程活动等(任磊等,2020),其中,新构造活动主要表现形式——地震对地质灾害的发生有很大的推动作用(郑万模等,2000)。如1973年发生的7.9级炉霍地震,再结合各类地质灾害调查报告和流域内野外调查显示,在沿炉霍-乾宁鲜水河断裂带两侧岩体破碎,有大量地震形成的堆积体古滑坡(四川省地理研究所,1973);同时,也为泥石流提供了丰富的物源。

6 结语

文章以活动断裂最强烈的四川甘孜地区为例,阐述了活动断裂地质灾害效应的主要表现形式和相关性。获得如下认识:

(1)川西甘孜地区地质灾害与活动断裂关系密不可分。受活动断裂形成的特殊地形地貌、山体结构以及动力特征等控制,区内地质灾害广泛分布,形成了强烈的泥石流、滑坡、崩塌等系列地质灾害,同时活动断裂还控制了主要的地质灾害空间位置和周界。

(2)活动断裂破碎带是地质灾害链的源头。区内河谷、陡坡的发育多数受活动断裂的影响,泥石流、滑坡面多与活动断裂呈大角度相交。当泥石流源区和流通区受活动断裂切割时,产生大量破碎的岩土,增加泥石流松散沉积物储量,为泥石流提供物源。

(3)活动断裂两侧广泛分布地质灾害,尤其在0～5km范围内发生频次高,在主要活动断裂0～1 km范围内0.095处/km2、1～2 km范围内0.050处/km2、2～5 km范围内0.029处/km2频发。不当的人为活动易诱发地质灾害,造成人员伤亡和经济损失。加强沿线的灾害风险评估工作和危险区地质灾害监测工作迫在眉睫。

致谢:工作过程中,周荣军研究员对文章给予指导;甘孜州及各县应急局在野外调查过程中给予大力支持,华地建设工程有限公司谢小国、罗兵高级工程师在野外工作中提供大量帮助,审稿专家对本文提出了许多建设性的修改意见,在此一并表示感谢。