川西北红层地区崩滑体形成演化分析——以梓潼县某崩滑体为例

王 毅， 赵国华， 王成功

(核工业西南勘察设计研究院，四川 成都 610052)

红层主要是指侏罗纪—古近纪沉积形成的泥岩、粉砂岩、砂岩和部分砾岩[1]，其特点是软、硬岩相互交错和叠加，岩性、岩相复杂多变。四川盆地是红层大规模分布的地区之一[2]，因其特殊的地质构造，分布于盆地边缘的红层常发育崩塌、滑坡等地质灾害。近年来，研究人员围绕四川盆地红层滑坡进行了大量研究，如许强等[3]统计了20世纪80年代以来四川盆地红层滑坡成灾历史，分析了浅层土质滑坡、平缓岩层滑坡的成因机制；范宣梅等[4]、许强等[5]分析了平推式滑坡、板梁状滑坡的形成机制；卢远航[6]、张涛等[7]提出了临空型滑坡、缓倾岩质滑坡的早期识别方法和标志；王一超[8]在分析岩质斜坡降雨入渗特征基础上，建立了相关入渗模型。上述工作主要从红层滑坡的发育特征、成因机制、稳定性计算模型等方面进行研究，缺乏从场地所处的区域地质环境出发，基于斜坡物质组成及坡体结构，从地质地貌演化历史的角度对红层斜坡崩滑堆积体的形成演化过程、发展趋势进行分析研究。

四川省梓潼县某大型构筑物拟建场地位于四川盆地西北盆缘、龙门山构造带以东地区，属盆地丘陵向盆周低山过渡地带。该区构造类型为宽缓褶皱[9]，主要发育梓潼向斜，出露下白垩统剑门关组(K1j)紫红—红棕色砂岩、泥质粉砂岩、泥岩及砾岩。研究区覆盖层及两侧冲沟存在大量砾岩与砂岩孤石，在场平施工期间，虽然无降雨和地震的作用，但局部坡体发生了滑动，后缘拉裂缝延伸近百米，宽2～3 m，严重影响了工程进度及施工安全。为查明孤石的来源及滑坡成因，对研究区及附近地形地貌、地质构造、地层岩性及坡体结构进行调查分析，初步揭示该区覆盖层同时具有崩塌、滑坡两种成因特性，并从地貌演化的角度对斜坡崩滑体的形成演化进行分析，对类似场地的选址和建设具有借鉴意义。

1 研究区地质概况

研究区地处潼江右岸丘状斜坡地带，整体坡向东倾，自西向东呈缓坡—斜坡—缓坡展布(图1)。坡顶缓坡坡度约6°，缓坡尽头为巨厚层状砾岩(图2-a)。中部斜坡坡度约20°，局部砂岩出露形成陡坎，地表有砾岩与砂岩孤石分布，植被发育(图2-b)。拟建场地位于下部缓坡地带，坡度约9°，场平施工前地表多为水田、耕地，分布有民房及水塘。研究区南北侧各分布两条冲沟，沟深1～3 m，沟宽一般为3～4 m。研究区地表及冲沟内分布有大量砾岩与砂岩孤石，以砾岩孤石居多，粒径数米—十余米(图2-c、图2-d)。

a.坡顶缓坡尽头发育砾岩;b.中部斜坡发育砂岩与砾岩孤石;c.下部缓坡(场地内)发育砾岩孤石;d.场地冲沟内发育砾岩孤石；e.砂岩中发育两组“X”节理；f.砾岩中发育两组“X”节理图2 研究区地表岩性及孤石Fig.2 Surface lithology and solitary stone in the study area

研究区主要出露剑门关组地层，顶部为一套巨厚层状砾岩，中下部为泥岩、砂岩与泥质粉砂岩互层，产状近水平(图1)，其中泥岩+泥质粉砂岩与砂岩的厚度比例约6∶4。因龙门山前缘不断向前扩展，来自NW向的挤压应力[10]使原来的水平岩层发生倾斜，层间出现错动或滑脱，形成NWW及NNE向两组“X”节理(图2-e、图2-f)。

2 斜坡坡体结构及组成特征

斜坡地表覆盖层为崩滑堆积含碎石、块石黏土，下伏基岩为泥岩。研究区揭露深度范围内主要发育三层泥岩，各层厚2～10 m，拟建场地即位于第二层(自上而下)泥岩顶面(图1)。砂岩与泥质粉砂岩互层主要分布于三层泥岩之间，各层厚约25 m。斜坡顶部为一套砾岩层，厚约15 m。

崩滑体主要分布于研究区地表，厚度一般为3～10 m，平均厚约7 m，在场地两侧冲沟沟口位置厚度较大。崩滑体主要由含碎石、块石黏土组成，黏土呈黄褐色、褐色，可塑—硬塑状，具膨胀性，内部发育多级老滑面。碎石与块石含量约20%～30%，主要成分为砂岩、砾岩碎块，其中砂岩碎块粒径一般为20～50 cm，最大约1.5 m；砾岩碎块粒径一般为50～200 cm，最大约15 m。场平开挖形成的HP1滑坡即发育于该崩滑体中，沿基覆界面滑动，滑坡斜长30～50 m，前缘宽约118 m，后缘宽约70 m，滑体厚度平均为6～8 m，滑体体积约3.4×104m3。

崩滑体下伏基岩为泥岩、砂岩与泥质粉砂岩互层，岩层倾向SSW-SSE，倾角2°～5°。泥岩呈棕红色，具泥质结构、薄—中层状构造，主要由黏土矿物及少量石英、长石组成，泥质胶结，节理裂隙发育，岩质相对较软，属易滑层，对斜坡、边坡稳定性起控制作用。场平开挖形成的HP2滑坡即发育于泥岩中，沿泥岩软弱面滑动，滑坡斜长约27 m，前缘宽约76 m，后缘宽50～60 m，滑体厚度平均为3～5 m，滑体体积约0.5×104m3。

砂岩与泥质粉砂岩互层岩性中，砂岩呈紫红色，具中—细粒结构、中—厚层状构造，主要由石英、长石等组成，泥钙质胶结；泥质粉砂岩呈棕红色，具粉砂质结构、中—厚层状构造，主要由黏土矿物及石英、长石等组成，泥钙质胶结，偶夹薄层状砂岩、泥岩。岩层中发育3组节理(表1)，其中LX1、LX2为陡倾共轭剪节理，延伸较长，并发生张开。

表1 节理特征统计表Table 1 Statistical table of joints characteristics

泥岩中主要发育网状裂隙，延伸和张开有限，但受构造作用影响，沿层间仍发育延伸较长的结构面，结构面普遍充填灰白色条带，以黏土矿物为主，厚度为1～3 mm，局部有错动痕迹。

3 崩滑体形成演化分析

主要运用区域地质学研究方法，通过收集区域地质资料，调查分析研究区的地质环境、地貌形态，反演其形成演化历史的地质过程，从宏观上寻找发展规律。同时也运用工程地质学分析手段，通过收集勘探资料，绘制地质剖面图，研究斜坡坡体结构，通过统计岩体节理、分析结构面组合及岩体变形破坏模式，从细观上研究崩滑体的形成条件。再将二者相结合，从区域地质地貌演化入手，着重研究川西北盆缘红层地区的地层结构、崩滑体形成条件、变形破坏及运动堆积过程，进而对红层地区斜坡崩滑体演化规律进行总结和提炼。

3.1 区域地质地貌演化

受印支运动Ⅱ幕影响，川西北前陆盆地形成，海水全部退出，气候炎热干旱，形成大型的红色前陆盆地[11]。侏罗世—早白垩世(剑阁期)，区内沉积了巨厚的红层。剑阁期后，区内一直处于抬升状态而缺失上白垩统地层[12]。喜马拉雅运动使青藏高原东部龙门山前缘不断向前扩展，该区逐步抬升，部分下白垩统地层逐渐被剥蚀[13]，开始出露剑门关组地层(下部为块状砾岩夹砂岩、泥岩透镜体，中上部为砂岩与泥质粉砂岩、泥岩互层夹砾岩)。

3.2 研究区地质地貌演化

伴随青藏高原的隆升，研究区开始抬升并受到来自NW向的挤压[14-16]，岩层层间发生错动或滑脱并形成NWW、NNE向两组“X”节理(图3-a)。在区域抬升作用和两组节理切割下，冲沟、河流逐步形成，首先发育为窄谷浅丘地貌(图3-b)；在进一步抬升作用下，形成窄谷深丘地貌(图3-c)；而后在区域大面积的抬升作用下，最终形成低山(桌状山)地貌(图3-d)。

3.3 斜坡地貌演化

伴随潼江发生侧蚀作用，场地斜坡初步形成。因区域应力场调整、差异性卸荷回弹等影响[17-18]，导致场地硬质岩(砂岩、砾岩)中的两组“X”节理发生张开，向上下延伸，并在泥岩位置断开(泥岩中该两组节理较隐蔽)(图4)。地表水沿张开裂隙灌入并在岩体裂隙及层间渗流，使得软岩(泥岩)进一步软化，泥岩中的黏土物质不断析出，在裂隙(包括层间错动带)富集，进一步泥化后发育为潜在滑带[19-20]。随着地形条件的改变以及地表水渗入导致裂隙内孔隙水压力陡升，泥岩之上的砾岩、砂岩极易发生平推式滑坡[3](图5)。在泥岩层位发育为缓坡平台，在砂岩与砾岩层位发育陡坎或较大坡度的斜坡，脱离母体的砂岩与砾岩孤石在斜坡崩塌、滚动，在泥岩缓坡平台堆积(图6-a—图6-c)。

图3 场地及周边地区地貌演化示意图(据许强等[3]修改)Fig.3 Sketch diagram of geomorphic evolution of the site and surrounding areas

图4 砂岩中节理张开和断开Fig.4 The joints are opening and breaking in sandstone

图5 砾岩在缓坡上的滑移破坏形式Fig.5 Sliding failure mode of conglomerate on gentle slope

a.地貌演化过程；b.砂岩与砾岩孤石崩塌、滚动后在斜坡泥岩平台堆积；c.斜坡泥岩平台形成崩滑体；d.斜坡泥岩平台的崩滑体发生滑坡；e.滑坡后的平台再次堆积崩滑体图6 研究区崩滑体形成演化示意图Fig.6 Sketch diagram of formation and evolution of collapse-landslide accumulation in study area

随着泥岩平台上崩滑体不断加载，在暴雨等不利条件下，崩滑体沿着基覆界面或泥岩中的泥化层(软弱层)发生滑坡。原来在斜坡坡脚堆积的砾岩与砂岩孤石向泥岩缓坡平台前缘及两侧冲沟运动，卷入、包裹在土体中，并最终搬运至下一级缓斜坡，形成新的崩滑体(图6-d—图6-e)。在崩滑体形成演化的过程中，可能出现了两种不同类型的滑坡：①沿岩体内泥化层形成的平推式滑坡；②沿基覆界面形成的土质滑坡。这两类滑坡在斜坡上可能同时存在，但其发生的时间和位置与岩土体分布及外力作用密切相关，两类滑坡相互作用，对现今斜坡地貌的形成及场地岩土组成产生了重要影响。

综上所述，侏罗世—早白垩世(剑阁期)川西北前陆盆地沉积形成巨厚红层，构成砂岩+泥质粉砂岩与泥岩互层夹砾岩组合；喜马拉雅运动使青藏高原东部龙门山前缘不断向前扩展并隆升，构造挤压作用使红层层间出现错动或滑脱，发育“X”共轭剪节理，是红层地区崩滑体形成的内因；河流下切增大临空面，溯源侵蚀、卸荷回弹、降雨入渗等是崩滑体形成的外因。在内外动力作用下，红层岩土体发生变形破坏，砂岩、砾岩等硬质岩脱离母体后，在斜坡上表现为崩塌、滚动，逐渐在坡脚堆积；在缓坡地带则沿着泥岩软弱层发生滑坡。随着地壳抬升、斜坡后退发展，上述演化过程不断重复，逐步形成一级或多级由崩滑体组成的缓坡(图7)。

图7 崩滑体形成演化机制示意图Fig.7 Sketch diagram of formation and evolution of collapse-landslide accumulation

4 结论

(1) 研究区红层为下白垩统剑门关组泥岩、砂岩与泥质粉砂岩互层夹砾岩组合，受龙门山构造带影响，硬质岩(砂岩、砾岩)中发育陡倾共轭剪节理，软质岩(泥岩)中出现层间错动，是崩滑体形成的内因；地壳抬升、河流溯源侵蚀、卸荷回弹、降雨入渗等导致硬质岩节理张开并向临空方向发生变形破坏，是崩滑体形成的外因。硬质岩在斜坡地带以崩(塌)为主，在缓坡地带沿泥岩软弱层以滑(坡)为主，随着斜坡后退发展，逐步形成一级或多级崩滑体。

(2) 现状崩滑体多为缓坡平台，时常成为工程建设的备选场址，但由于其自身性质很差，开挖后易发生滑坡，治理代价大，且隐蔽性强，选址时容易被忽视。尤其是山区红层地区，崩塌、滑坡地质灾害频发，既有单点地质灾害的突发性、偶然性，也有类似本文斜坡崩滑体所具备的演化特征，需进一步加强对该类崩滑体的辨识和研究。

(3) 本文不同于以往通过工程地质学方法对单点地质灾害成因机制进行研究，而是试图运用地质演化方法从宏观的地质环境着眼，分析红层地区斜坡的发展与演化，但受困于地质环境的复杂性和区域地质的研究深度不同，反演地质历史仍存在多解性，对规律的探究还需科学的思维和更加丰富的手段加以斧正。