藏东南高位远程滑坡动力学特征及研究难点*

汪发武 陈 也 刘伟超 高 杰

(①同济大学地下建筑与工程系， 上海 200092， 中国) (②同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室， 上海 200092， 中国)

0 引 言

藏东南地区是指喜马拉雅俯冲构造带形成的“东构造结”及受其影响的邻近区域，西起拉萨、东至成都、南靠丽江、北临玉树，是我国能源、交通、政治、经济等诸多方面的战略要地，也是全球范围内地形地貌最为复杂、地质环境最为脆弱、内外动力最为活跃的地区(王培清等， 2013； 谢金明等， 2022)。藏东南地区多发的高位远程滑坡灾害表现出发育位置高、隐蔽性强、冲击力大、波及范围广、致灾频率高等特征(鲁建莹等， 2021； 王玉峰等， 2021； 余国安等， 2022)，对我国“面向服务国家重大战略，实施雅鲁藏布江下游水电开发等重大工程”、“加快西南水电基地建设”等“十四五”战略目标构成重大威胁。

高位远程滑坡是指物源区海拔高(>2000m)或运动高差大(>500m)，滑坡体一定程度向流态转化实现远程运动(堆积视摩擦角<岩土体内摩擦角)的重大地质灾害类型。作为高速远程滑坡的特殊类型，高位远程滑坡具有极强的破坏能力。例如2000年发生的易贡滑坡，源区海拔高于5km，落差达3.2km，运动距离9.5km。由于滑体冲击加载和铲刮裹挟效应，滑坡体体积最终达到3亿余方，冲毁下游川藏公路及桥梁，导致上万人受灾(Yin et al.， 2012)。再如川西毛垭坝乱石包滑坡，源区海拔4.9km，落差0.8km，运动距离3.8km。源区崩滑岩体体积达4千万方，运动后滑体体积增加到7千万方，铲刮裹挟效应导致滑坡体积成倍增长，致使该区域工程规划曾多次调整(郭长宝等， 2016)。

高位远程滑坡灾害的动力学机制既是制约藏东南地区重大工程建设的工程地质难题，也是世界范围内地质灾害防灾减灾领域研究的重点科学问题。本文基于藏东南复杂的孕灾环境，指出现阶段高位远程滑坡研究所面临的主要科学问题，并阐述完善滑坡动力学理论的研究难点与方向。

1 藏东南高位远程滑坡孕灾环境

藏东南地区是世界范围内板块构造活动最剧烈、地质情况最复杂的地区。区域内地块严重变形、山川流域众多、缝合带断层密布、地震活动集中、高原山地气候突出等诸多特殊的地质、水文、气候格局集于一体(图 1)，使藏东南地区的工程活动开展面临巨大挑战(邓建辉等， 2019)。

1.1 构造背景十分复杂

受印度板块向欧亚板块下方俯冲的影响，藏东南地区强烈隆升，使得当地地形陡峻、沟谷密布(陈文等， 2006)。由于青藏高原周边扬子克拉通、华北克拉通、塔里木稳定地块以及印度克拉通的存在(Zheng et al.，2013)，青藏高原区域的俯冲带上部物质受到强烈构造应力作用。复杂的大区域构造背景，使得由新元古代以来松潘-甘孜地块、羌塘地块、拉萨地块和喜马拉雅造山带等组成的青藏高原基本格架(许志琴等， 2011)存在向东挤出的水平运动(张东宁等， 1994； Zheng et al.，2017)，同时高原主体还在向东南方向运动(图 2)。这种运动趋势为高原北部和东南部缝合带、走滑断层的发育创造了条件。根据东构造结大拐弯处缝合带/断层表现出的东侧左旋和西侧右旋特征，可以推测喜马拉雅地体插入拉萨地块下部，经过复杂的地质演化形成的高级变质杂岩体(许志琴等， 2008； 董汉文， 2022)，演变成为东喜马拉雅构造结。东构造结被东西向的雅鲁藏布江缝合带切割为两部分，分别是拉萨地块和南迦巴瓦地块(Ding et al.，2001)。构造结附近地体、地形、地貌、水文分布等受构造应力影响严重扭曲。原本属于高原的地块缝合带则由于强烈的构造应力而围绕东构造结呈弧形分布。

图 1 藏东南高位远程滑坡研究区域(地震数据来源于王继， 2021； 断层数据来源于中国地震局地质研究所)Fig. 1 Research area of long-runout landslides with high-altitude in Southeast Tibet (Seismic data get from Wang， 2021; fault data get from Institute of Geology， China Earthquake Administration)

图 2 青藏高原构造简图(修改自Zheng et al.(2013))Fig. 2 Simplified tectonic map of Qinghai-Tibet Plateau in western China (modified from Zheng et al.(2013))

藏东南地区由于板块俯冲形成的喜马拉雅东构造结和多个地块间的极端接触，孕育了多条弧形缝合带和大型断裂。在构造应力作用下，缝合带还会向断裂带转化。这一系列复杂的构造背景对该地区的地质演化、地形塑造、水文走向等产生了巨大影响，决定了区域内的重大地质灾害孕灾环境。

1.2 构造活动异常活跃

自印度板块开始向欧亚板块下部俯冲以来，作为地球上最年轻的高原(孙鸿烈等， 1986)，青藏高原相关各地块间的强烈接触从未间断。在东构造结附近存在9条长达上千千米的缝合带。由于强烈的构造应力，缝合带发生转向，多条超过100km的大型断裂穿插其间(白永健等， 2019； 王洋等， 2022)。缝合带和断裂带存在，加之活跃新构造运动，致使该地区地震灾害频繁发生。

根据中国地震台网记录的数据，近年来我国遭受的大部分地震灾害都与藏东南地区分布的大型断裂密切相关。2003年察隅7.0级地震发震于已经完全转换为右行韧性剪切带的帕隆藏布缝合带； 2008年汶川8.0级地震(殷跃平， 2008； Wang et al.，2014)、2013芦山县7.0级地震、2022年芦山县6.1级地震(范宣梅等， 2022)都源于藏东南地区东缘的龙门山断裂； 2013年左贡县—芒康县交界处6.1级地震震中位于以走滑逆冲运动为主的澜沧江断裂带(李佳辑等， 2014)； 2017年九寨沟县6.5级地震发震断层为昆仑断裂带东端支断层(徐锡伟等， 2017)； 2019年林芝市墨脱县6.3级地震震中位于东构造结西侧南北向的主喜马拉雅逆冲断层(李国辉等， 2020)； 2014年甘孜州康定县6.3级地震(李大虎等， 2015)及2022年泸定县6.8级地震(王欣等， 2022)皆发震于川滇块体西侧以水平剪切运动为主的左旋鲜水河断裂； 2022年马尔康市6.0级地震则位于以走滑特征为主的松岗断裂(张建勇等， 2022)。近10年间(2013.04～2022.09)，藏东南地区曾发生6.0级以上地震11次，作为最主要内动力地质作用之一，诱发了大量高位远程滑坡灾害，严重威胁到区内工程活动及其安全。

1.3 外动力作用侵蚀剧烈

藏东南地区纬度位于26°N～33°N之间，平均海拔3000m以上，高原山地气候特征显著，区域内受地形地势影响的小气候发育(尚伦宇等， 2007； 刘晓东等， 2008)。在全球气候变暖背景下，藏东南地区的冰川面积明显减少，极端降雨天气逐渐增多，冰劈、冻融等作用剧烈(董瑞琨等， 2000； 崔鹏等， 2014)。同时，藏东南构造结附近河流多沿地势低的缝合带延伸，因而缝合带、断裂等区域地貌常表现为下切较深的“V”形沟谷，坡度陡，河流侵蚀作用非常强烈，往往会对古河漫滩、阶地等有特殊堆积结构的地貌造成下切较深的破坏。因此，藏东南特殊的地理位置、地质和气候条件导致了该地区具有极端降雨、冰川活动、河流侵蚀等各类强烈的外动力地质作用，使得高山峡谷区广泛分布的裂隙岩体和松散堆积物长期受到强烈的水岩相互作用和冰水循环影响(廖秋林等， 2004)。在冰、水、风、化学及生物侵蚀的共同作用下，高海拔区域的浅部地质条件遭受极大的劣化，增大了该地区高位远程滑坡的发生频率。

1.4 高位远程地质灾害频发

藏东南地区构造运动活跃，物质条件特殊、地形起伏剧烈、流域分布众多、高原山地气候特征显著。诸多因素共同作用、内外动力耦合作用强烈(张永双等， 2022)，对浅层岩土体的物质特性有很强的控制作用。由于地块间强烈的相互作用，加之外动力地质作用对岩体强度的进一步劣化(傅晏， 2010)，藏东南地区岩性组合经历高应力环境下强烈变质作用后倾向于形成节理发育、易破碎的风化脆性岩体。在地震烈度大，外动力地质作用强烈的高山峡谷区域，浅表分布的脆性岩体非常不利于边坡的稳定，此类地段经常发生高位远程滑坡。2000年波密县易贡滑坡顺坡而下后形成了危害性严重的滑坡堰塞湖灾害链，源区岩体经过长距离搬运后变为小块岩土体碎屑(Yin et al.，2012)； 2007～2018年波密县天摩沟发生的多起滑坡-碎屑流灾害，均对流经河道帕隆藏布造成了不同程度的堵塞(高波等， 2019)； 2018年白格滑坡，高位岩体碎屑经远程运动后堵塞金沙江主干道，冲毁金沙江大桥，造成了重大经济损失(许强等， 2018)。我国藏东南高山峡谷区是高位远程滑坡灾害易发区，这与该地区分布的大量经过强烈变质作用、经构造活动隆升至地表的脆性岩体密切相关。

2 藏东南高位地质灾害研究面临的科学问题

藏东南地区地质环境脆弱、对环境变化敏感。内外动力地质作用导致该地区岩体具有脆性破坏-急剧劣化特征，而坡前堆积物继承母岩特性，容易在滑坡运动时产生颗粒破碎，也具有脆性变形破坏特征。由于岩体和堆积物的脆性破坏特征，藏东南高位崩滑体容易产生巨大灾变后果。藏东南地区高位崩滑灾害研究所面临的科学问题，具体体现在以下3个方面。

2.1 复杂高原地质活动导致高位崩滑体超高起滑势能问题

由于喜马拉雅东构造结的高断层活动性，藏东南地区内外动力耦合作用十分活跃(田镇等， 2020； 钟宁等， 2021)。初风化脆性岩体经挤压剪切、褶皱断裂、冰川活动等地质过程，形成裂隙并逐步发育成软弱带，进而为滑坡的高位起滑提供前提条件。

地质构造破碎、大震频发的区域地质背景下，陡峻地形对地震地面运动的放大效应(黄润秋等， 2008)、软弱带和高弹性模量岩体的地震动响应差异(崔圣华等， 2019)、长持时地震波作用下脆性岩体的突然损伤和应力调整(裴向军等， 2015)等因素共同导致了滑坡高位起滑。2022年9月5日，四川省甘孜州泸定县发生了MS6.8级地震，并诱发大量高位崩塌滑坡。截至2022年9月11日，地震及滑坡共造成93人死亡，数以万计房屋被毁(李为乐等， 2022； 铁永波等， 2022； 王欣等， 2022)。

全球气候变暖大趋势下，以海洋性冰川为主的藏东南地区对环境变化十分敏感，域内冰川正经历强烈消融和退缩过程(杨威等， 2008)。随之而来的冰川倒退、冰川跃动和冰崩等一系列冰川活动(邬光剑等， 2019)，则从软化岩体强度和增大地形高差两个角度加速高位滑体起滑进程(Deline et al.， 2015)。雅鲁藏布江的色东普流域作为典型的冰崩-碎屑流易发区，超高的起滑势能、极快的消融速度、破碎的冰川结构导致该流域在2014～2018年共发生8次冰崩碎屑流事件，其中雅鲁藏布江4次被堵(刘传正， 2018； 童立强等， 2018)。

藏东南地区存在以构造地震、冰川活动等为主的活跃内外动力作用，然而高势能地区地质体在内外动力耦合作用下的力学起滑机制和运动学特征仍缺乏细致表征，有待在深入认识区域内外动力过程的基础上，揭示复杂高原地质活动背景造成的地质灾害超高起滑势能机理。

2.2 复杂高原气候变化导致高位崩滑体超强运动特性问题

由于青藏高原隆升作用、印度洋西南季风和高原季风的影响，藏东南地区形成了太阳辐射强烈、雨热同期、冻融作用明显的高原气候变化特征(乔彦松等， 2010； 杨小强等， 2022)，导致藏东南地区风化作用显著，深厚沟谷堆积层广布，为域内高位远程滑坡的超强运动特性提供了物质基础(廖秋林等， 2004； 袁广祥等， 2010)。

不同于普通滑坡，高速运动的破碎地质体长距离运动会使沟谷堆积物发生颗粒破碎与剪动力液化过程，产生明显的超孔隙水压力上升和抗剪强度下降现象，劣化其自身的力学特性(Wang， 1999； 胡明鉴等， 2009)。孔压上升或抗剪强度下降在宏观上即表现为地质灾害体运动中视摩擦角(或者视摩擦系数)的降低。Qi et al. (2011)通过对汶川地震诱发的66个高速远程滑坡进行对比分析，发现运动区存在松散堆积物层的滑坡比其他滑坡具有更明显的远程运动特点。此外高位崩滑体在高速远程运动过程中，剧烈摩擦会出现不可忽略的热效应，一定程度上降低了滑体的抗剪强度(Wang et al.，2017)。加之藏东南地区冰川退化剧烈、冰碛物广泛分布，滑体内部冰屑受摩擦热效应影响加速融化，对高位崩滑体的远程运动提供了润滑作用(杨情情等， 2015)。

藏东南高位远程滑坡运动区坡前堆积物特性可能控制滑坡远程运动，而目前尚未形成能够刻画高位滑坡远程运动的数学模型，仍需定量化剪切带物质破碎性、剪胀性以及速度和温度与抗剪强度间的内在联系，以厘清其灾变运动学机理。

2.3 复杂高原地形地貌导致高位崩滑体超大致灾能力问题

藏东南地区涵盖高原等多种地形地貌特征，新构造运动十分活跃，沟谷切割深窄、沟道纵比降大(蒋忠信， 2003； 王盈等， 2019)。复杂的高原地形地貌格局下地质灾害能量汇聚、消散过程多样，呈现不同程度的流化特征，极大增强其致灾能力(崔鹏等， 2014)。

域内高山峡谷众多，高位崩滑体与沟谷松散堆积物间剧烈的动力接触将使滑体体积迅速增加，明显增大致灾能力(高杨等， 2020)。2017年6月24日，四川茂县发生高位远程滑坡-碎屑流，由于滑带剧烈的动力接触过程，该滑坡在2.8km的运动距离上体积增大近4倍，直接导致了超强的致灾特征(殷跃平等， 2017)。此外，沟谷的走向变化也会对动力接触过程有深刻影响。对2018年色东普沟崩滑碎屑流过程的运动特征分析发现，滑体在沟谷地形转折处铲刮深度达到最大30～40m(李昆仲等， 2021)。

域内冰川地貌广布，在冰雪消融(赵鑫等， 2020)、冰湖溃决(刘建康等， 2021)、冰川断裂(刘文等， 2022)等一种或多种典型事件的作用下，高位冰(岩)崩滑体通过铲刮裹挟运动路径上的冰雪堆积物、冰碛物，最终形成“高位冰(岩)崩-滑坡-碎屑流”(Peng et al.， 2022)，甚至“高位冰(岩)崩-滑坡-碎屑流-堰塞湖溃决-洪水”的链式致灾过程(蔡耀军等， 2022)。2021年2月7日，印度查莫利北部发生高位冰岩山崩堵江溃决洪水灾害链，冰川断裂形成的地质灾害体通过铲刮沟谷冰碛物、谷底冰川等转化为泥石流，随后堆积在距源区11km处形成堰塞坝，最终溃坝诱发洪水，形成完整的“高位冰(岩)崩-滑坡-碎屑流-堰塞湖溃决-洪水”灾害链(殷跃平等， 2021； Zhou et al.， 2021)。

藏东南地区是全球地势起伏最为剧烈的区域之一。对其独特的地质地貌格局对域内地质灾害冲击流化机制、运动铲刮机制和链式致灾机制的认识仍不清楚。亟需明晰藏东南地区高位崩滑体运动特征、运动形态变化模式，揭示复杂高原地形地貌格局导致的高位崩滑体超大规模致灾机理。

3 藏东南高位远程滑坡灾变动力学研究难点

藏东南高海拔岩体从高位坠落后，崩滑体将在松散堆积物中产生冲击加载和铲刮裹挟效应。这两大灾变效应直接控制了滑动带的抗剪强度，与滑体起滑势能一起控制了滑坡的运动速度和运动距离，进而影响滑坡运动状态和展布形态。高位远程滑坡从充分孕灾至成灾破坏必须经历3个阶段：高海拔冰雪覆盖的脆性岩体在内外动力作用下逐渐劣化至突发性破坏； 高位崩落的大体量岩体冲击沟谷底部堆积物发生破碎解体并形成软弱剪切带； 剪切带物质在高应力长距离剪切作用下破碎液化促使滑体远程流滑致灾(图 3)(孙萍等， 2009； 张明等， 2010； 王玉峰等， 2012； 殷跃平等， 2013； 汪发武， 2019)。这一复杂的灾变过程，导致高位远程滑坡灾变动力学机理不明，致灾范围预测困难。为探明高位远程滑坡整个灾变过程，提升对该类重大地质灾害的预测预报和防灾减灾能力，高位远程滑坡的灾变动力学原理已成为当前工程地质学界地质灾害研究方向的重点攻关问题，形成了针对高位岩体起滑“预报难”、崩滑体冲击转化程度“预判难”和流态化滑体致灾能力“预测难”3个问题的前沿研究突破方向。

图 3 藏东南高位远程滑坡成灾模式示意图Fig. 3 Transformation mode of long-runout landslide with high-altitude in Southeast Tibet

3.1 高海拔脆性岩体起滑机制研究

藏东南孕育的潜在高位崩滑体大量分布于常规技术手段难以观测的高海拔位置； 常年受到冰雪冻融循环影响，脆性岩体完整性被破坏； 且长期处在内外动力响应敏感环境下，导致了高位脆性岩体破坏起滑具有隐蔽性、易发性和突发性等特点，使得高位地质灾害早期预报预警难以实现。宜综合利用精细地质调绘、多源多期遥感影像解译、InSAR动态解译、无人机航测、GIS空间分析等手段，开展藏东南地区宏细观孕灾环境分析、建立孕灾环境关键指标体系，首先解决高位远程滑坡隐蔽性问题。在明确高位远程滑坡孕灾环境关键影响因子的基础上，进而研究区域历史冰川活动迹象、区域地震循环荷载作用规律、冰川跃动下的脆性岩体劣化机制、冰雪融水渗流作用下岩体高速剪切弱化机理等广域内外动力因素影响规律，构建藏东南区域孕滑临界条件评价模型。通过模拟内外动力地质作用的正交试验，研究高位岩质斜坡与具有软弱夹层潜在滑坡的起滑机制，提炼滑动面弱化起滑模型和地震/融雪触发起滑模型，揭示多因素控制的高位滑坡起滑机制，最后建立高位岩质斜坡体稳定性评价模型。上述内容是解决高位远程滑坡易发性和突发性问题的必要研究，也是突破重大高位灾害及时预报的重要技术方法。

3.2 高位崩滑体运动形态转化机制研究

藏东南地区孕育的大规模高位崩滑体具有高势能、大体量特点，快速冲击沟谷堆积物致使崩滑体解体并以全新运动形态运动，造成了能量难判、规模难判和转化程度难判的高位远程地质灾害预判难问题。应基于藏东南重大工程邻区地形地貌及岩土体物质分布特征，结合区域孕灾环境因子分析结果，构建广域精细化三维地质场模型，从而实现藏东南广域潜在崩滑体的风险评估模型。综合利用离心试验和模型试验等物理试验方法，揭示实际应力条件下、不同沟谷形态中高位崩滑体冲击加载-铲刮裹挟机理，观测滑体运动速度和距离关系，了解滑体固态-流态转化过程，探究高位远程滑坡致灾影响范围。研究复杂地形条件下高位崩滑体冲击模式、崩滑体冲击崩解体积放大效应、沟谷堆积物动力侵蚀响应等岩土体相互作用机理，揭示高位滑坡冲击加载远程灾变作用机理，量化潜在崩滑体致灾形态转化能力，建立全过程多效应滑坡远程运动模型，以期对高位远程滑坡的规模、能量以及潜在致灾能力做出迅速预判，提升防灾应急响应能力，突破重大高位地质灾害的预判难问题。

3.3 高位崩滑体流态化远程运动机制研究

高位崩滑体坠落至沟谷或坡前开阔地带后，崩滑体与地表浅层堆积物强烈的相互剪切作用是远程滑坡运动的内在力学模式。高位远程滑坡滑体物质与堆积物的相互作用、受地形与地表物质特性影响的滑体运动速度差异以及长距离剪切过程中滑体表现出的强流态化特征是导致高位滑体实现远程运动的重要机制，也是重大高位地质灾害防灾所面临的堆积展布形态多变、冲击力分布不明、致灾范围难测等问题的重要原因。通过深入研究藏东南地区坡前松散堆积物的物质特性，开展高位高角度和远程运动低角度等不同冲击加载模式下的不排水剪切响应，模拟滑动带长距离剪切过程中超孔隙水压力的急剧上升导致的抗剪强度的降低过程，探究松散堆积物瞬间不排水剪切效应和冲击液化机理，可望揭示不同冲击加载模式下坡前堆积物的强度变化规律。同时，针对松散堆积物的易破碎特性，建立排水条件下易破碎性-体积变化、不排水条件下易破碎性-抗剪强度变化之间的关联，可以查明颗粒破碎效应对滑坡运动学的影响。通过进一步提炼藏东南特征岩土体物质剪切动力学特性、远程滑坡体流态化运动机理、流态化滑体铲刮扩展堆积与运动速度变化分布特征，可以揭示介观岩土体剪切动力学特性。基于藏东南孕灾环境对高位远程滑坡的控制规律、高位岩体内在起滑机制、崩滑体流态转化机理，建立高位远程滑坡灾变动力学模型，定量化表征崩滑物质空间形态变化与力学特征，建立藏东南重大高位地质灾害致灾范围精准预测模型，为该地区重大工程选址及应急防灾方案提供科学依据。

4 结 论

综上所述，藏东南地区独有的区域地质环境极易孕育高位远程滑坡地质灾害，成为当前亟待解决的重大工程地质问题。随着我国某交通线路建设进入攻坚克难阶段、“雅下水电”工程进入规划时期，高位远程滑坡对藏东南地区地质环境安全的影响已引起广泛关注。在此发展背景下，我们必须回答，哪些因素、如何控制滑坡的起滑和运动，导致灾害的发生； 冲击加载如何降低滑动带抗滑强度诱发远程灾害； 铲刮裹挟如何导致体积增大，最后形成巨大灾害。对应的科学问题可归纳为，内外动力地质作用下的高位滑坡起滑机制，滑坡强度变化的灾变动力学机制，和滑坡形态变化的灾变运动学机制。这些问题构成了高位远程滑坡动力学理论的整体框架，直接影响高位远程滑坡灾害风险管控以及重大工程设施的安全保障。突破上述研究难点有助于提升区域重大工程和基础设施建设与安全运营和重大地质灾害应急管理水平，也是揭示人类活动与地质环境相互影响、实现人地和谐目标等深层次理念的攻关重点，在可见的未来将始终是工程地质灾害研究的热点方向。

致 谢感谢日本京都大学防灾研究所王功辉教授、中国科学院武汉岩土力学研究所胡明鉴研究员、中国地质科学院地质力学研究所张帅助理研究员、同济大学郭桢助理研究员等在凝练本文核心内容时提供的学术建议，也感谢朱国龙、闫孔明、彭星亮、赵子昕等博士后和博士生在形成本文时提供的帮助。