甘肃武都马槽沟泥石流松散物源分析

2012-06-07赵玉红

地下水 2012年1期

赵玉红

(甘肃省地质环境监测院，甘肃兰州 730050)

甘肃省陇南地区是我国泥石流发育最集中、危害性最大的地区之一，而其中的马槽沟又是武都北峪河流域内发育特征最为典型的一条泥石流沟。马槽沟位于陇南市武都区北峪河南岸，主沟长4.8 km，流域面积12.61 km，流域内冲沟发育，深切沟谷，比较典型的冲沟有红沟、沿房子沟和桥子沟等。马槽沟地质环境复杂，土体结构松散、基岩风化强烈，深切沟谷两侧滑坡发育、松散物储量丰富，泥石流灾害活动频繁，危害严重。2008年“5.12汶川”大地震，松动了流域内岩土体，诱发了部分滑坡复活，增加了区域内泥石流松散物储量。针对这种情况，在2009年9月对马槽沟流域进行了实地调查，调查显示流域内丰富的松散物源不仅与沟岸两侧不同规模滑坡、崩塌体有关，而且与流域所处地层岩性、地质构造密切相关。

1 地质环境条件

1.1 地质、构造条件

研究区在大地构造上属于西秦岭—柴达木单元次级单元西倾山—迭山逆冲褶断带，次级构造复杂多变，由一系列向南突出的弧形断裂和复合式背斜组成。马槽沟流域出露的地层主要有志留系、古近系及第四系(图1)。

志留系下统(S1):分布于流域上游郭楞岗－张阴山一带，以千枚岩、炭质板岩为主，呈灰色、灰黑色，受区域构造影响，岩石挠曲、裂隙、错断非常发育，风化强烈，岩石风化面多为5～10 cm的片石。

志留系中统(S2):主要为变质灰岩、片麻岩，岩石结构较完整，呈弱风化。分布于刘家山、下愣干一带。

古近系(E):分布于马槽沟流域中下游，为泥岩、泥质砂岩，呈紫红色，层状构造，岩石遇水易膨胀软化，失水干缩，因而表面风化强烈，为泥石流重要物源。

图1 马槽沟环境地质图

第四系(Q):研究区第四系地层成因复杂，结构松散，是泥石流的主要物源。

深黄、浅红色，以粉土为主，质硬。主要分布在流域下游黄土梁峁上，厚度变化较大，一般在5～120m之间。

分布在泥岩、千枚岩、板岩等易风化地层坡脚，呈裙状分布，厚度1～10m不等，松散，是泥石流固体物质来源之一。

重力堆积物主要沿沟谷两岸分布，类型有滑塌、崩塌、错落等，结构松散，土质不均匀，黄土陷穴发育，坡面破碎。在强降雨、地震作用下易发生次级滑坡、崩塌、错落等不良地质现象，是区内泥石流形成的主要物源。

泥石流堆积物分布马槽沟沟口，呈灰色，青灰色，呈锥形堆积。主要成分为泥岩团块，块石，砂及泥土等，分选性差，磨圆度多呈棱角状，块石含量约15%，砂含量约30%，泥土含量55%左右。

全新统河流冲洪积物主要分布在马槽沟沟谷中，呈灰色，棕红色，结构松散，碎石含量约40%，分选性差，呈棱角－次棱角状。

1.2 新构造运动及地震

受青藏构造带和武都弧形构造的控制，白龙江流域新构造运动和地震活动十分强烈，新生代以来处于长期上升过程中，主要表现为差异升降运动，形成高山、深谷的地貌，如白龙江河谷形成了八级阶地，高差达350m，马槽沟深切200m。在多期构造运动中马槽沟流域各类岩体也遭受了各种地质作用的长期累进性破坏，岩土体松散破碎。

陇南地区地处南北地震带中段天水—武都地震带，并受邻近松潘—平武地震带的强烈影响，属地震多发区，其地震烈度为Ⅷ度。仅史料记载的7级以上地震就达16次，2006年临江地震曾引发马槽沟左岸崩塌，2008年“5·12”汶川地震更是引发多处滑坡、崩塌，仅马槽沟流域内发生中型滑坡3处，小型滑坡10处，沟岸小型崩塌不计其数。区内新构造运动及地震为泥石流形成提供了源源不断的物质来源。

1.3 地形地貌

马槽沟流域地势为南高北低的阶梯形地貌，最大高差980m;流域形态呈南宽北窄的三角形状，其地形总体上属高山深谷、地形陡竣、沟壑纵横，这种地形既有利于接受周围山坡的松散物质，也有利于降雨集中汇流，具备了泥石流沟的地貌形态特点。

马槽沟沟谷纵坡坡降也充分显示出泥石流的特征，坡降上游大、下游小。流域平均纵坡5.4%，而从七叉沟、刘家沟两支沟汇合处朝上，纵坡可达26.8%;而上游一些小沟谷的纵坡更是达到35%或以上。相对而言，下游段沟床的纵坡却只有3% ～5%，堆积扇处仅2.5%。

马槽沟地形的另一特点是谷坡陡竣，野外实地调查表明，由滑坡、崩塌等形成的松散物质坡度(松散状态)为30～38°;较紧密的基岩山坡可达45～50°。总体上，这些边坡多处于不稳定或极不稳定状态，每当沟床下切而形成溯深侵蚀时，沟谷两侧诱发不同规模的滑坡、崩塌，而这些沟段也是马槽沟泥石流的主要形成区。

2 松散物源类型及特征

2.1 泥石流松散物质分类

马槽沟泥石流松散物质按照成因可分为四种:(1)构造破碎基岩;(2)风化破碎泥岩;(3)原生黄土;(4)重力侵蚀崩滑体。

2.1.1 构造破碎基岩

如前所述的广泛分布于马槽沟沟谷上游郭楞岗－张阴山一带两侧山坡内的薄层炭质板岩，由于构造运动、地展及后期风化作用，这种板岩呈典型的散体结构，并以粒径不等的碎块和岩屑为组成成分，一般大小3～6 cm，个别为10～15 cm。该类物源在坡面冲刷或因冲沟溯源侵蚀而导致的滑坍后，将直接补给泥石流，也是马槽沟流域内最主耍的松散物源成分，约占整个泥石流补给的15%。

2.1.2 风化破碎泥岩

分布于马槽沟流域中下游，岩性为泥岩、砂质泥质，层状构造，岩石遇水易膨胀软化，失水干缩，因而表面风化强烈。以1～3 cm碎石及0.05～2 mm岩屑为主，该类物源在坡面冲刷下直接补给泥石流，约占泥石流补给的10%。

2.2.3 黄土

分布于主、支沟山坡上部或分水岭及其邻近地带，厚度变化较大，一般在5～120m之间。该类松散土层总体上具一定的固结度，以粉质粘土为主，也以坡面冲刷和滑坍方式补给泥石流，约占整个泥石流补给的5%。

2.1.4 重力侵蚀堆积物

马槽沟沟谷两岸长4.8 km发育滑坡17处，其中巨型滑坡2处，大型滑坡13处，中型滑坡2处，次生小型崩滑体不计其数，此类土体表现在一次泥石流形成时，以对其侧蚀切割的方式呈块状纳入泥石流，块石大小不等。此外沟谷平缓处堆积泥石流堆积土，在泥石流的冲刷作用下卷入泥石流。总体上看，该类松散物源约占整个泥石流补给的70%。

2.2 不同松散物源对泥石流的补给方式

针对上述分析结果，流域内松散物源对泥石流补给主要表现为以下三种形式:(1)降雨坡面冲刷;(2)滑坡、崩塌(3)流体冲刷。

2.2.1 降雨坡面冲刷

这是流域内所有松散物源转化成泥石流最为普遍的一种方式，一般以片流、散流侵蚀为主，其条件是土层松散、裸露和强烈风化。这种方式补给的区域主要是黄土覆盖区、炭质板岩区、泥岩区。总体上看，流域内以这种方式补给泥石流的松散物质方量是比较大的，预计约占泥石流总补给量的30%。

2.2.2 滑坡、崩塌

这是流域内松散物质转化成泥石流的主要方式，主要是以块石型松散物像为代表的失稳转化方式，沟岸坡体在泥石流侧蚀过程中，因底部失去支撑而形成滑坡、崩塌。马槽沟泥石流与沟岸滑坡、崩塌是相互作用，相互影响的，每一次暴发泥石流流体对山体坡脚的强烈掏蚀后，以及各支沟在每一次洪流形成的溯潭侵蚀过程中，即会导致山坡发生滑坡或滑坍。滑坡、崩塌形成的大量堆积物除部分直接进入泥石流外，绝大部分堆于坡脚，又为下次泥石流暴发提供了充足的物源。整个马槽沟流域泥石流的暴发和冲沟深切都是在这种周而复始的循环中进行的，预计以此方式补给泥石流方量约占总补给量的65%。

2.2.3 流体冲刷

主要是指分布于沟道内次生的泥石流堆积碎石土，显然这种泥石流堆积碎石土的起动方式(即流体冲刷)与沟床纵坡坡降、泥石流的冲击能量以及堆积碎石土本身的抗剪强度等有关。一般情况下，沟床纵坡坡降大时，流体冲刷相对要更发育一些。预计以此方式补偿泥石流方量约占总补给量的5%。

3 松散物源量估算

3.1 重力侵蚀松散物

图2 马槽沟滑坡分布图

由于新构造运动活跃，武都地区总体隆升，沟谷发育，切割深度200m，在黄土梁峁区沟谷切穿上部黄土，深入下伏更新世或第三纪地层，黄土易沿接触面附近下滑，而在侵蚀中高山区沟谷切断软弱岩层造成山体的蠕滑。因而马槽沟流域滑坡及滑坡群多达17处之多，其中巨型滑坡2处，大型滑坡13处，中型滑坡2处，滑坡堆积体总量1 068万m3(图2)。