青藏高原东部大渡河流域太平桥乡古滑坡群复活特征多源遥感识别

曾 帅，马志刚，赵 聪，杨 磊，张 肃，董继红，3，梁京涛，鄢圣武

(1.四川省国土空间生态修复与地质灾害防治研究院，四川 成都 610081；2.四川省地质调查院稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室，四川 成都 610081；3.四川省智慧地质大数据公司，四川 成都 610081)

0 引 言

青藏高原东部的大渡河流域是全球古滑坡最为发育的地区之一[1]。近年来随着人类工程活动大量展开和极端天气不断加剧，大渡河流域众多的古滑坡发生不同程度的复活滑动迹象，造成沿岸交通线路、水利工程等重要设施损毁，甚至出现了人员伤亡事件[2]，例如2003年7月，四川省丹巴县木积国滑坡和嘎拉巴加滑坡发生滑动，大量滑坡松散物质成为泥石流物源，导致邛山沟特大泥石流的暴发，造成51人死亡[3]。自20世纪90年代以来，丹巴县城不断扩张，由于建设用地不足开挖建设街滑坡前缘，诱使古滑坡复活，位移量最大达到50 mm/d，危及县城数千人生命安全[4]。2020年6月，丹巴县梅龙沟暴发大规模泥石流，泥石流堆积物堵塞小金川河道形成堰塞体，堰塞体自然溃决后，洪水冲刷引发阿娘寨古滑坡大面积复活，大量土石垮塌进入小金川河，进一步引发小金川河山洪(泥石流)，最终导致1人死亡，1人失踪，2万余人受灾[5]。

古滑坡的复活是一个受地形地貌、地质构造和人类工程活动等因素共同作用的复杂地质过程[6-7]。近年来，由于古滑坡复活导致的灾害风险日趋严峻，该问题受到国内外学者的广泛重视，古滑坡复活机理、复活过程模拟分析以及早期识别等方面的研究被大量开展。前人研究表明，古滑坡复活失稳多以蠕滑型为主，降雨和人类工程活动是古滑坡复活的主要诱发因素[8-10]。基于物理模型试验、数值模拟等手段，能够再现极端降雨、人类工程活动等作用下古滑坡复活演化过程[11-12]。另外，在古滑坡复活的长时间演化过程中，可将高分辨率光学遥感影像、InSAR、LiDAR等遥感技术和GNSS等地面监测技术应用于古滑坡复活的早期识别研究[13-17]，综合利用多期高分辨率光学遥感影像和长时序InSAR形变监测结果，必要时结合GNSS监测数据，研究古滑坡各阶段复活特征及其演变趋势。

2020年5月至6月，丹巴县连续降雨近2个月之久，降雨量超过同期近20%，连续的降雨导致大渡河流域的众多古滑坡呈现不同程度的变形复活迹象。本文以大渡河流域太平桥乡古滑坡群中各洛寨村滑坡为例，采用无人机航空遥感影像和InSAR时序监测相结合的多源遥感技术手段，并综合现场调查，总结分析大渡河流域典型古滑坡复活变形特征及复活机理，研究成果能够为大渡河流域古滑坡复活的防灾减灾工作提供基础资料和科技支撑。

1 太平桥乡古滑坡群概况

1.1 地质环境条件

太平桥乡古滑坡群位于四川省甘孜藏族自治州丹巴县东部，小金川河北岸的支沟三岔沟内，属于大渡河流域。古滑坡群周边区域出露的地层主要为三叠系杂谷脑组(T2z)、侏倭组(T2zh)以及新都桥组(T3x)等。

古滑坡群所在的三岔沟位于小金弧形构造的西部，由一系列彼此协调紧密排列的弧顶朝西南的线状弧形褶皱组成，三岔沟中下游主沟道地处中梁子背斜核部，主沟道左侧为北东翼地层，其倾向70°、倾角76°，右侧为南西翼地层，其倾向220°、倾角56°，主沟道中下游两侧斜坡的坡向均与岩层产状相反，均属于典型的逆向坡。此外，主沟道左侧的三岔沟断层(F1)呈北北西—南南东延伸，走向约330°，断层通过部位岩层透镜体化强，局部呈碎裂岩化，两盘远离中心部位发育有多组节理裂隙。

1.2 古滑坡群发育概况

如图1所示，受区域地质构造、气候环境等条件影响，太平桥乡所在的三岔沟内共密集发育了7处古滑坡(表1)，其规模均以大型、特大型为主，并且众多古滑坡所形成的平缓地形已成为太平桥乡各村修建房屋、土地耕种等重要的生产生活场所。2020年6月，在丹巴县连续降雨2个月之后，笔者对太平桥乡古滑坡群进行现场调查发现，7处古滑坡均呈现不同程度的局部或整体复活变形迹象。

表1 太平桥乡古滑坡群Table 1 Ancient landslide groups at Taipingqiao county

图1 太平桥乡古滑坡群分布Fig.1 Distribution of ancient landslide groups at Taipingqiao county

1.3 各洛寨村滑坡概况

本文重点阐述的各洛寨村滑坡(GHP03)为太平桥乡古滑坡群中复活变形最为强烈的古滑坡之一。该滑坡地理位置坐标为102° 8′45.915″ E、31° 3′56.122″ N。滑坡区后缘高程约3340 m，前缘坡脚处高程约2600 m，相对高差为740 m。该滑坡平面形态呈圈椅状，剖面形态呈阶梯形，平均坡度约30°，坡向为200°；滑坡体长1400 m，宽度为420～800 m，平均宽度约700 m，面积约83×104m2，滑体厚度10～30 m，滑坡体积约2000×104m3，属于特大型规模滑坡。

2 各洛寨村滑坡的多源遥感识别

本文充分运用“空天地”一体化综合遥感识别技术，从“空天地”三个维度进行识别，先利用无人机航测技术获取滑坡区亚米级无人机影像，再利用InSAR技术开展长时间序列追踪监测，最后进行人工地面核查，综合多源遥感技术手段对各洛寨村滑坡复核变形特征及复活机理进行总结。

2.1 基于无人机航空遥感影像的复活变形特征分析

2021年6月23日，选取搭载E-CAM2000航测模块的飞马E2000无人机对各洛寨村滑坡进行无人机正射影像采集工作。该款无人机能够实现精准的地形跟随飞行，采用变高飞行模式，相对飞行高度设置为638 m，经photoscan软件空三校正处理后，获取了分辨率为0.1 m的无人机航空正射影像。采用2021年6月23日无人机航测影像对各洛寨村滑坡展开详细解译，并结合现场调查对滑坡复活变形进行综合分析(图2)。该滑坡变形要素特征主要为拉裂陡坎、拉张裂缝、剪切裂缝以及次级滑坡4类，依据地形特征和变形特征将滑坡划分为后缘平台、上部陡坡、中部平台和前缘强变形区4个大区，具体情况如表2所示。

表2 各洛寨村滑坡分区变形要素特征Table 2 Characteristics of deformation elements of the Geluozhai landslide

图2 各洛寨村滑坡无人机航空遥感解译Fig.2 UAV aerial remote sensing interpretation of the Geluozhai landslide

2.2 基于InSAR时序监测的复活演化过程分析

获取各洛寨村滑坡区域内的哨兵-1A降轨数据(2018年9月—2020年9月)，并采用SBAS-InSAR技术开展各洛寨村滑坡体的形变监测工作。图3为基于SBAS-InSAR的各洛寨村滑坡形变速率图，滑坡体与周边斜坡形变速率存在明显差异，并且滑坡体中部形变速率相对较大，形变速率值最大约40 mm/a，依据InSAR监测斜坡形变速率的差异，能够有效圈定各洛寨滑坡边界范围。

图3 各洛寨村滑坡InSAR监测形变速率Fig.3 InSAR monitoring deformation rate of the Geluozhailandslide

依据SBAS-InSAR形变速率监测结果，选取滑坡体中部形变速率较大位置，提取该点的降轨累计形变量(2018年9月—2020年9月)，如图4所示，其中形变量正值代表靠近卫星方向，负值代表远离卫星方向，由于滑坡主滑方向为北东向，因此降轨累计形变量表现为负值。InSAR时序监测结果表明，各洛寨滑坡于2020年7月之前均未发生明显形变，在经历了5月开始长达两个月的强降雨之后，滑坡体开始发生明显的持续变形，且半年累计变形量达到2～3 cm。

2.3 现场核查特征

现场调查发现，滑坡体上部陡坡区和中部缓坡平台区变形以横向拉张裂缝为主，坡体拉张裂缝最大拉开宽度可达20～30 cm，裂缝外侧坡体可见不同程度下错迹象，最大下错高度可达10～20 cm，多条拉张裂缝导致大量农户房屋出现不同程度变形破坏，局部房屋甚至已成为危房无法居住(图5)。于2019年新修的各洛寨村委会活动室位于中部缓坡平台，篮球场地面并排分布三条拉张裂缝，最大拉开宽度10～20 cm，采用钢筋混凝土修筑的村委会活动室，地面隆起高度可达20～30 cm，墙面分布多条裂缝，房门已无法正常打开(图6)。据现场访问，上部陡坡区一组较大规模的拉张裂缝于2021年1月测量时最大拉开宽度仅为15～20 cm，5月最大拉开宽度便达到了20～30 cm，拉张裂缝的变形不断加剧表明滑坡目前仍处于活动变形阶段。

图6 滑坡中部平台区变形特征Fig.6 Deformation characteristics of platform area in the middle of landslide(a)裂缝外侧坡体下错；(b)村委会篮球场地面裂缝并排发育

在变形最为强烈的滑坡前缘强变形区，其右侧变形区(Ⅳ-1区)内可见4条较大规模的拉张裂缝，裂缝最大拉开宽度20～30 cm，裂缝外侧坡体局部下错10～20 cm，右侧边界两处较大规模剪切裂缝导致盘山公路路面出现多处错断，路基沉降，最大下沉高度可达10～20 cm(图7)；左侧变形区(Ⅳ-2区)整体为一大型规模次级滑坡，在其中后部可见3条较大规模下错陡坎发育，长度70～170 m不等，下错高度3～5 m不等。此外，在次级滑坡中部陡坡与前部平缓堆积区交界处分布一条长约255 m的拉张裂缝，裂缝延伸方向基本与坡向垂直，几乎横向贯穿整个次级滑坡体，该条拉张裂缝最大拉开宽度可达30～50 cm，裂缝外侧坡体下错0.5～1 m。

图7 前缘右侧变形区变形特征Fig.7 Deformation characteristics on the right side of landslide front(a)坡体表部剪切裂缝；(b)公路路基下错

该次级滑坡已发生整体滑动，同时坡体表部分布了大量较大规模的拉张裂缝、拉裂陡坎、浅表层溜滑等变形特征(图8)，致使坡体表部乡村公路及农户房屋损毁较为严重，部分农户房屋已成为危房，无法居住。目前，仍处于活动变形阶段的前缘次级滑坡，将进一步影响整个各洛寨村滑坡的稳定性。

图8 前缘左侧次级滑动区变形特征Fig.8 Deformation characteristics on the left side of landslide front(a)前缘左侧次级滑动区全貌；(b)房屋拉裂变形破坏

3 各洛寨村滑坡复活机理分析

3.1 古滑坡成因

正如前文所述，太平桥乡三岔沟主沟道两侧多为逆向岩质斜坡，各洛寨村古滑坡的原始斜坡同样也为一逆向坡，岩性主要为变质砂岩以及薄层状板岩，受沿三岔沟主沟道发育的断裂带影响，岩体节理裂隙发育，其中一组节理裂隙陡倾坡外，同时原本岩层面反倾的变质砂岩及薄层状板岩受斜坡重力影响，岩体逐渐向临空面发生倾倒变形，导致岩体内部陡倾坡外的节理裂隙进一步产生、扩展，使得该组陡倾坡外的优势结构面成为各洛寨村古滑坡的后缘控制界面(图9)。在自身重力、地质构造运动、降雨等各种内外营力作用下，陡倾坡外的优势结构面从上至下逐渐贯通，最终导致了各洛寨村古滑坡的形成。

3.2 滑坡复活与地质构造运动的关系

众多学者研究表明，地质构造长期运动会导致断裂带及其两侧岩体的强度和整体性显著降低，是控制大型滑坡形成与发展的基本因素[10，18-19]。太平桥乡古滑坡群地处青藏滇缅印尼“歹”字形构造，川滇南北向构造与小金—金汤弧形构造和复合部位，区内新构造运动强烈，以频繁的间歇性上升运动为主，兼有断裂复活和新断裂的产生。丹巴县境内西侧鲜水河断裂带为一地震频发带，近20年来先后发生的炉霍7.9级地震(1973年)、塔公5级地震(1978年)、道孚6.9级地震(1981年)、汶川“5·12”地震(2008年)、康定“11·22”地震(2014年)等多次强烈地震，均对太平桥乡古滑坡群周边地质环境条件造成了不同程度的影响，使得各洛寨村古滑坡堆积体变得更为松散，降低滑坡整体稳定性。

3.3滑坡复活与降雨的关系

经访问当地农户，各洛寨村滑坡曾于20世纪80年代发生过一次较大规模滑动，其上部陡坡区高达2～3 m的下错陡坎即为早期滑动迹象，此后30余年间，未见大规模变形迹象，可推断滑坡此前处于基本稳定状态。丹巴县历年降雨多集中在5至9月，2020年5月进入雨季以来，丹巴县开始了持续近两个月的降雨，降雨量超同期近20%，6月17日发生的强降雨，各洛寨村滑坡周边9个监测点达到暴雨标准，其下游处的半扇门镇3小时降雨量高达38.90 mm，此次极端强降雨天气导致梅龙沟泥石流和阿娘寨滑坡的发生，造成了较为严重的经济财产损失[20]。

在持续近两个月的连续强降雨过程中，由InSAR时序监测结果可知，各洛寨村滑坡并未立即发生大规模整体滑动，然而持续的暴雨除对滑坡表部土体不停冲刷外，大量雨水通过坡体表部原有裂隙渗入以碎块石土为主的古滑坡堆积体内部，提高土体含水率，大大增加了土体自重，同时由于雨水的润滑，持续软化潜在滑动面，导致岩土体的抗剪强度等力学性质降低，使得滑坡体表部从2020年6月下旬开始逐渐出现大量拉张裂缝，并不断加宽加深，诱发了前缘左侧的大规模次级滑坡(Ⅳ-2区)，导致各洛寨村滑坡在前缘次级滑坡的牵引作用下，呈现整体复活迹象。因此，持续的降雨为该滑坡复活的主要诱发因素。

3.4 滑坡复活与河流侵蚀的关系

该滑坡位于高山峡谷地带，其前缘长期受河流侵蚀，形成高约200 m以上，坡度约35°的较为陡峭临空面，为滑坡的失稳提高了良好的临空条件(图10)。特别是在2020年5月以来，持续近两个月的强降雨导致河流长期处于流量大，流速快的状态，河流携带和侵蚀能力显著增强，在河流强烈的冲刷作用下，滑坡前缘出现4处小规模垮塌、溜滑迹象，并且前缘左侧发生大规模次级滑坡。前缘次级滑坡带动各洛寨村滑坡整体复活变形的牵引式破坏机制也进一步证明了河流的不断侵蚀是该滑坡复活的重要因素。

图10 各洛寨村滑坡典型剖面Fig.10 Typical profile of the Geluozhai landslide

3.5 滑坡复活与人类工程活动

随着国家扶贫政策的实施，近年来各洛寨村滑坡体表部修建了大量的乡村公路和农户房屋等，再加之耕地灌溉等人类工程活动，进一步降低了各洛寨村古滑坡堆积体的稳定性，并最终在降雨诱发下复活。

4 结 论

本文以大渡河流域太平桥乡古滑坡群中的各洛寨村滑坡作为研究对象，综合运用无人机航空遥感、InSAR时序监测以及现场调查等技术手段，对古滑坡复活变形特征以及复活机理进行了深入的分析研究，得到如下认识：

(1)三岔沟主沟道中下游两侧的原始斜坡多为逆向岩质斜坡，受地质构造作用影响，发育陡倾坡外的优势结构面，并形成各个斜坡的后缘控制结构面。在各种内外营力作用下，陡倾坡外的优势结构面逐渐贯通，最终导致了太平桥乡古滑坡群的形成。2020年5月至6月持续强降雨之后，太平桥乡古滑坡群均出现不同程度的复活变形迹象，持续的降雨是古滑坡复活的主要诱发因素。

(2)各洛寨村滑坡上部陡坡区和中部平台处两组近乎横向贯穿滑坡体的拉张裂缝，以及前缘左侧大型规模的次级滑坡均表现为宏观的整体变形特征，且InSAR时序监测表明目前仍处于持续变形，从而判断各洛寨村滑坡呈现整体复活迹象，处于潜在不稳定状态。在强降雨或者地震等条件下，前缘左侧次级滑坡可能进一步下滑，甚至引发各洛寨村滑坡整体失稳滑动。

(3)在古滑坡密集发育的大渡河流域，利用无人机航空遥感数据能够有效识别古滑坡表部不同规模的拉张裂缝、剪切裂缝、陡坎、次级滑坡等变形特征，依据变形特征发育时间、规模以及所分布区域，能够判断古滑坡是否处于局部或整体复活状态；基于InSAR技术能够监测古滑坡复活演化过程，依据滑坡体各部位的形变速率变化趋势，可用于古滑坡复活机理以及稳定性的分析。综合运用多源遥感技术能够为大渡河流域古滑坡复活的防灾减灾工作提供有效支撑。