龍門山構(gòu)造條件下的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與分布研究安縣雎水河流域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育、分布及影響因素

龍門山構(gòu)造條件下的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與分布研究安縣雎水河流域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育、分布及影響因素

2008年05月12日下午14:28，四川省樊川縣發(fā)生了m8.0級(jí)大地震，造成10萬多人傷亡，近1.9萬人失蹤。受“5.12”汶川特大地震影響,安縣雎水河段群發(fā)地質(zhì)災(zāi)害,呈現(xiàn)出數(shù)量多、規(guī)模大、分布范圍廣,密集分布等特征,大型、特大型崩塌滑坡十分發(fā)育。后遇高強(qiáng)降雨,大量的松散崩塌滑坡堆積物又會(huì)形成次生泥石流災(zāi)害,如2009-07、2010-08的幾次持續(xù)強(qiáng)降雨誘發(fā)了泉水村、新橋村、柿子園等數(shù)十處大型、特大泥石流災(zāi)害,造成了嚴(yán)重的人員和財(cái)產(chǎn)損失。這些災(zāi)害將在段內(nèi)長期存在,且嚴(yán)重威脅著公路、新建鐵路、災(zāi)民安置點(diǎn)、災(zāi)后重建場(chǎng)址的安全。研究區(qū)位于龍門山前段,地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜,山高坡陡。本研究借助于航空遙感技術(shù),通過圖像數(shù)字處理和三維模型的建立,對(duì)區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)遙感解譯,宏觀研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育、分布情況。在遙感解譯圖像的基礎(chǔ)上,經(jīng)過兩次詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)測(cè)繪調(diào)查,統(tǒng)計(jì)研究了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育、分布與高程、坡度、距斷裂的位置、河流水系、岸坡結(jié)構(gòu)、坡體結(jié)構(gòu)和巖體結(jié)構(gòu)等因素的關(guān)系,進(jìn)而為新建鐵路雎水河段內(nèi)的選線和災(zāi)后建設(shè)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。1地質(zhì)環(huán)境1.1西南沿海地區(qū)雎水河流域?qū)冽堥T山山脈與四川盆地過渡部位,屬構(gòu)造侵蝕中低山和高山溝谷深切割地貌。受到地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造的控制,區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜,高差懸殊,地域差異較大。地勢(shì)整體呈西北高東南低,由西北向東南逐漸傾斜,山勢(shì)陡降。西北地區(qū)海拔多在1000～2000m,東南海拔多在800～1500m。根據(jù)地形分布特點(diǎn),可將研究區(qū)分為四個(gè)高程段:<800m地段、800～1000m地段、1000～1500m地段和>1500m地段。研究區(qū)面積111.41km2,其中>1500m地段面積17.43km2,占統(tǒng)計(jì)區(qū)的15.64%、1000～1500m地段面積49.22km2,占統(tǒng)計(jì)區(qū)的44.18%、800～1000m地段面積38.44km2、占統(tǒng)計(jì)區(qū)的34.50%、<800m地段面積6.32km2,占統(tǒng)計(jì)區(qū)的5.67%。根據(jù)地形坡度特征,可將研究區(qū)內(nèi)坡度分為五個(gè)部分:<25°、26°～30°、31°～40°、40°～50°和>50°地段。統(tǒng)計(jì)表明,坡度在30°～50°地段發(fā)育分布的地質(zhì)災(zāi)害占整個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)的70.89%。1.2構(gòu)造及活動(dòng)斷裂研究區(qū)位于我國著名的活動(dòng)斷裂帶——龍門山斷裂帶上。龍門山構(gòu)造帶是規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的巨型推覆構(gòu)造帶,由一系列壓性、壓扭性斷裂及褶皺組成,斷裂總體走向NE40°左右,傾向NW,傾角50°～80°,活動(dòng)構(gòu)造發(fā)育。區(qū)內(nèi)的活動(dòng)斷裂有映秀-北川斷裂(龍門山中央斷裂F2)、江油-都江堰斷裂(龍門山前山斷裂F3),以及巖梯子斷裂(F4)、卸軍門斷裂(F5)、兩岔河斷裂(F6)、清平斷裂(F7)和夜火槽斷裂(F8)等。受斷裂控制,區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橛杀蔽飨蚰蠔|仰沖,形成疊瓦狀的逆沖帶,在地形上成北西-南東呈階梯式下降,相對(duì)高度達(dá)600～700m。1.3下統(tǒng)觀霧山組、唐王鼓群區(qū)內(nèi)地層較全,從古生界到新生界都有發(fā)育,巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖均可見。古生界地層有震旦系上統(tǒng)芍藥組(Zbs)和邱家河組(Zbq),寒武系下統(tǒng)清平組(ε1c),奧陶系中統(tǒng)寶塔組(O2b),志留系下統(tǒng)馬龍溪群(S1ln)、中統(tǒng)茂縣群第一亞組(S2-3mx1)和第二亞組(S2-3mx2),泥盆系中統(tǒng)觀霧山組(D2gn)、上統(tǒng)唐王寨群(D3tn),石炭系下統(tǒng)總長溝群(C1zn),二疊系下統(tǒng)(P1)和上統(tǒng)(P2)等;中生界地層包括三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)+銅街子組(T1f+t)、中統(tǒng)嘉陵江+雷口坡組(T2j+1)和天井山組(T2t)、上統(tǒng)須家河組(T3x1);新生界地層為第四系全、更新統(tǒng)松散巖層。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001,可將區(qū)內(nèi)地層巖性分為5個(gè)類別:堅(jiān)硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖。研究區(qū)內(nèi)的堅(jiān)硬巖巖組主要巖漿巖、堅(jiān)硬碳酸鹽巖等,包括地層有晉寧期第一期侵入巖、震旦系芍藥組、邱家河組、奧陶系寶塔組等;較堅(jiān)硬巖巖組主要有凝灰?guī)r、灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、砂巖等,包括地層有寒武系下統(tǒng)清平組、石炭系下統(tǒng)總長溝群、泥盆系、二疊系、三疊系等;較軟巖巖組有泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r、頁巖、千枚巖、炭質(zhì)板巖等,包括地層有志留系上中統(tǒng);極軟巖巖組主要有更新統(tǒng)(階地礫石、砂土、粘土層、湖河沉積層)和全新統(tǒng)地層。2受影響的災(zāi)害分布和影響因素2.1自然災(zāi)害分布范圍及特點(diǎn)研究區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害主要表現(xiàn)為崩塌、滑坡、泥石流,以及斜坡淺表層剝落等。分布范圍主要是沿?cái)嗔褞?、河流、溝谷、交通干線分布,呈帶狀、線狀分布,海拔主要集中在800～1500m;地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量較多,呈區(qū)域性集中的特點(diǎn)(圖1)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和遙感解譯,雎水河段地質(zhì)災(zāi)害的空間分布特征主要有以下幾點(diǎn)。1.范圍根據(jù)“成蘭鐵路雎水河段衛(wèi)星遙感解譯圖”(簡稱“遙感解譯圖”)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查綜合分析,雎水河段內(nèi)都不同程度的存在地質(zhì)災(zāi)害。2.泥石流及泥石流溝單位面積內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量大,是區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的一大特點(diǎn),統(tǒng)計(jì)區(qū)總體面積111.34km2,地質(zhì)災(zāi)害近1710處,其中崩塌1674個(gè),滑坡21個(gè)、泥石流溝15條,平均密度達(dá)15處/km2。遙感圖像直觀的反映是崩塌、滑坡上下左右連成一片,很難分清單體地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育范圍。3.“內(nèi)部”帶分布的“控水”分布地質(zhì)災(zāi)害的空間分布表現(xiàn)為成帶和成群性。沿河谷地質(zhì)災(zāi)害多呈“帶狀”分布,雎水河沿岸的這種“帶狀”特點(diǎn)在遙感圖像上表現(xiàn)得十分直觀。另外在山區(qū)地區(qū),地質(zhì)災(zāi)害的分布表現(xiàn)為“成群”性,衛(wèi)星遙感圖像也很直觀的反映出這樣的特點(diǎn)(圖2)。2.2分布和影響因素1.病蟲害發(fā)生高度雎水河段主要為構(gòu)造侵蝕中低山和高山地貌、河谷階地地貌。根據(jù)“遙感解譯圖”統(tǒng)計(jì),地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生在800～1500m高程。進(jìn)一步的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的具體部位還與微地貌形態(tài)有密切的關(guān)系。(1)密度為0.5m的密度統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),大多數(shù)的崩塌滑坡都發(fā)生在高程800～1500m范圍內(nèi),其中又以1000～1500m范圍密度最高,達(dá)19.81個(gè)/km2,800～1000m次之,密度12.28個(gè)/km2。這是因?yàn)?00～1500m高程河谷岸坡地形坡度較陡,巖體卸荷強(qiáng)烈,受地震動(dòng)響應(yīng)也最突出,因而地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育最多(圖3、表1)。(2)地形坡度隨坡度變化的災(zāi)害地形坡度也是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育、分布的控制性因素之一。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),絕大部分的災(zāi)害集中在坡度30°～50°的范圍內(nèi)(圖4、表2),且多在地形坡度由緩變陡的過渡轉(zhuǎn)折部位。這主要是該坡度范圍內(nèi)的斜坡陡峭,為其失穩(wěn)破壞提供了勢(shì)能條件,在地震動(dòng)力等外力作用下易發(fā)生變形滑動(dòng)。2.峽谷河地質(zhì)災(zāi)害主要沿雎水河以及支流兩岸發(fā)生,整體沿河流兩岸呈“線性”分布(圖5)。3.km范圍內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害分布段內(nèi)的有三條“5.12”發(fā)震斷裂:龍門山前山斷裂(F3、F3-2)和龍門山中央斷裂(F2-1),通過遙感解譯分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,地質(zhì)災(zāi)害在區(qū)域上總體是沿發(fā)震斷裂帶呈帶狀和線狀密集分布的,主要呈現(xiàn)以下特征:(1)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育、分布在發(fā)震斷裂的上、下盤具有明顯的差異。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),距中央斷層(F2-1)上下盤5km范圍內(nèi),上盤地質(zhì)災(zāi)害有465個(gè),下盤有263個(gè),斷層上盤的地質(zhì)災(zāi)害明顯多于下盤。這主要是龍門山地震斷裂活動(dòng)表現(xiàn)為逆沖擠壓變形,上盤變形破裂比下盤強(qiáng)烈(圖6)。(2)斷裂、特別是發(fā)震斷裂控制著地質(zhì)災(zāi)害的分布。區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害分布共呈現(xiàn)出三個(gè)密集區(qū),分別為中央斷裂(F2-1)8km范圍內(nèi)、前山斷裂(F3、F3-2)5km范圍內(nèi)和卸軍門斷裂及其支斷裂(F5、F5-1～F5-5)交匯密集處5km范圍內(nèi),這三個(gè)區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害共有1057個(gè),占整個(gè)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)的61.81%。調(diào)查發(fā)現(xiàn),距發(fā)震斷裂F2-1上下盤5km范圍內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害共有747個(gè),占整個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)的43.68%,此段地質(zhì)災(zāi)害最為發(fā)育,公路路面損壞也最為嚴(yán)重;5～10km范圍內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害有389個(gè),占22.75%,>10km范圍地質(zhì)災(zāi)害漸少。這說明距發(fā)震越近地質(zhì)災(zāi)害分布密度越大,反之,則密度越小;另外,非發(fā)震斷裂密集交匯處也是地質(zhì)災(zāi)害十分發(fā)育的地區(qū),這主要是因?yàn)槭軘嗔褬?gòu)造影響,巖體破碎,卸荷較強(qiáng),在外力作用下易行成崩塌滑坡。4.軟巖地層的發(fā)育程度研究發(fā)現(xiàn),地質(zhì)災(zāi)害在硬巖、較堅(jiān)硬巖地層的發(fā)育程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于軟巖地層,絕大部分的崩塌發(fā)生在硬巖、較堅(jiān)硬巖巖組中,而軟巖、極軟巖巖組中的滑坡、泥石流較堅(jiān)硬巖中多(表3)。5.不同岸坡段的外來地坡結(jié)構(gòu)雎水河兩岸出露地層都很好的表現(xiàn)出了原生層狀的特征,原生層狀結(jié)構(gòu)面是坡體變形破壞的主要控制面,同時(shí)河流的走向又決定著岸坡的臨空條件。劉漢超等人選取巖層傾角(α),巖層傾向與岸坡傾向間的夾角(β),作為岸坡結(jié)構(gòu)劃分的基本數(shù)據(jù),將岸坡結(jié)構(gòu)劃分為5大類(Ⅰ～Ⅴ)、11小類(Ⅰ1～Ⅰ2,Ⅱ,Ⅲ1～Ⅲ2,Ⅳ1～Ⅳ3,Ⅴ1～Ⅴ2)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),雎水段內(nèi)的崩塌滑坡主要是沿河岸兩側(cè)呈“線狀”分布的,但是不同的岸坡地段其發(fā)育分布又有明顯的差異。研究區(qū)出露巖層傾角較陡,大都>10°,除平緩層狀岸坡外,其他幾類岸坡結(jié)構(gòu)在段內(nèi)均可見,且出岸線長度差異不大。通過對(duì)研究區(qū)內(nèi)不同岸坡段的崩塌滑坡的分布統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),橫向岸坡(Ⅱ)中崩塌滑坡最為發(fā)育,占整個(gè)區(qū)域的38.94%,其次為斜向傾內(nèi)層狀岸坡(Ⅴ1),占整個(gè)區(qū)域的15.52%(表4,圖7)。總的來說,中陡傾岸坡比緩傾岸坡更易發(fā)生崩塌滑坡。6.滑坡結(jié)構(gòu)的控制雎水河段的地質(zhì)災(zāi)害的類型、分布、發(fā)育密度,還與區(qū)內(nèi)坡體結(jié)構(gòu)及巖體結(jié)構(gòu)有關(guān)。區(qū)內(nèi)坡體結(jié)構(gòu)總體上可分為順層、斜向和反傾邊坡,不同類型的坡體結(jié)構(gòu)結(jié)合巖體結(jié)構(gòu),一定程度上控制著崩塌滑坡的類型展開。研究發(fā)現(xiàn),順層邊坡坡體其巖體中如果發(fā)育有陡傾坡內(nèi)的結(jié)構(gòu)面,則易形成滑坡,例如區(qū)內(nèi)干磨房滑坡就是典型的順層滑坡,主要受順層邊坡和陡傾坡內(nèi)的結(jié)構(gòu)面控制;另外反傾邊坡中如發(fā)育有陡傾坡外的結(jié)構(gòu)面則易形成崩塌,這說明崩塌滑坡的分布展開與坡體結(jié)構(gòu)和巖體結(jié)構(gòu)及其組合特征有一定的關(guān)系(圖8)。3區(qū)域主要泥石流、滑坡分布特點(diǎn)1.地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育、分布在空間上具有范圍廣、密度大、成群成帶等特征。大多數(shù)的崩塌滑坡發(fā)生在高程800～1500m,其中又以1000～1500m密度最高,800～1000m次之,高程1500m以上地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育較少;絕大部分的災(zāi)害集中在坡度20°～50°的范圍,且多在地形坡度由緩變陡的過渡轉(zhuǎn)折部位。2.區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布并不均衡,主要沿雎水河流及其支流沿岸成條狀、帶狀分布,在山區(qū)則是呈現(xiàn)出成群、成片的密集分布特征。3.地質(zhì)災(zāi)害的形成和分布主要還受龍門山斷裂帶的控制,特別是發(fā)震斷裂帶。沿發(fā)震斷裂帶地質(zhì)災(zāi)害多成“線狀”、“片狀”密集分布,尤其在活動(dòng)強(qiáng)烈的斷裂10km范圍內(nèi)分布更加集中。4.地質(zhì)災(zāi)害分布密度在發(fā)震斷層的上下盤有明顯的差別,斷裂上盤的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量遠(yuǎn)多于下盤,這是由于龍門