彭州市白水河流域地质环境演化及评价

董淑乾，康小兵，许 模，甯 娜，王 越，段 毅

（1.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室（成都理工大学），成都610059；2.四川省彭州市风景名胜旅游管理办公室，四川 彭州611900）

白水河流域位于彭州市境内北部，处于龙门山推覆构造带，受龙门山断裂带影响，地质环境复杂。国家级风景名胜区银厂沟旅游风景区就位于白水河流域。2008年“5·12”地震过后，流域内地质环境问题更是突出，滑坡、崩塌、泥石流灾害的发生也越来越频繁，地质环境条件也发生了很大的改变。为加快彭州市白水河流域灾后重建和基础设施的完善，更加合理地开发、利用资源并且保护流域内的地质环境，确定地质环境质量状况对人类生存和发展的适宜性，对该地区进行地质环境质量进行评价具有十分重要的社会意义[1]。

1 区域地质条件

白水河流域地处于成都平原北部彭州市境内西北方向，涉及龙门山镇、小鱼洞镇等，流域面积约100 km2。白水河为湔江上游支流，发源于光光山，在龙门山镇注入湔江。流域处于龙门山脉的过渡地带，由湔江冲积扇平原向西北向的山麓过渡，地势逐渐由平坦变陡峭[2]。

白水河流域处在北川－映秀大断裂南东盘，江油－灌县大断裂北西盘，属于前山冲断－推覆构造带。龙门山推覆断裂构造带自北西向南东主要发育茂汶断裂（后山断裂）、映秀－北川断裂（中央断裂）、灌县断裂（前山断裂）3条大断裂带，研究区位于映秀－北川断裂带南侧且极为接近，地质构造复杂，构造活动频繁，断裂构造及飞来峰构造发育（图1）。出露地层有第四系（Q4、Q2－3）、三叠系须家河组（T3xj）、三叠系飞仙关组（T1f）、二叠系吴家坪组（P2w）、二叠系龙潭组（P1t）、二叠系阳新组（Py）和泥盆系沙窝子组（Ds）[3－6]。

流域内总体的地貌形势是西北高东南低，西部地形陡峭，沟谷深切，多悬崖峭壁，不利于地下水的富集和储存。东部地形平坦，基岩由于构造、风化、溶蚀等作用裂隙发育，地表残坡积、崩坡积等松散堆积层分布广泛，利于接受地表水补给和地下水的富集。

2 地质环境演化

图1 研究区地质简图Fig.1 Schematic geological map of study area

白水河流域更接近于龙门山中央断裂，历来该断裂带上发育的地震对于区域内的地质环境的改变和演化都起着重要的作用。2008年5月12日14时28分发生的汶川8.0级强烈地震（“5·12”地震）是该区有记录以来的最强地震之一。“5·12”地震强度大，波及范围广，灾情惨重，特别是对区内的地质环境演化有着重要的影响。由于地震是断裂带长时间的能量聚集而超过其承受能力突然爆发的结果，大部分的崩塌、滑坡、泥石流都是由于地震而触发的，因此研究区域在地质环境的改变上具有突发性的特点[7]。

2.1 “5·12”地震前后断裂形态差异

白水河流域处于龙门山的前山断裂与中央断裂之间，接近于龙门山中央断裂，且流域内有一条白水河断裂，“5·12”汶川大地震后，断裂形态发生了一定的变化，其差异主要表现在2方面：第一，地震后龙门山断裂带的逆冲强度减弱；第二，产生了大量的破碎带（图2）。

2.2 地震前主要地质环境问题

白水河流域是地质灾害的频发区域，地震前主要有崩塌滑坡等灾害点5处。同时，随着经济的发展，工矿用地、旅游用地、交通用地、水利设施用地等的规模呈逐年递增趋势，这对地质环境的改造更为剧烈，引发地质灾害的可能性更大。“5·12”地震前的地质环境问题就主要集中在人类活动对地质环境的影响，主要可分为以下几方面。

图2 地震后岩石破碎Fig.2 Fragmentation of rock after“5·12”earthquake

a.边坡开挖对地质灾害形成的影响。流域内近年来进行道路建设，在工程进行中对斜坡开挖，改变了原有斜坡的形态，形成新的边坡。其中一些不合理的边坡开挖破坏斜坡原有的稳定状态，形成不稳定斜坡，造成地质灾害隐患。

b.矿山开采对地质环境的影响。流域内主要有煤矿、石灰矿、页岩矿等。这些矿山的开采，往往会改变地质环境条件，诱发地质灾害。如煤矿、采石厂开采已经对本区原生地形地貌产生了较大破坏，开采后的陡坡存在滑坡与崩塌的可能；若是井下开采，采空区易塌陷。同时，堆积的废弃矿渣占用了大量土地，直接或间接地破坏植被，形成了多处稳定性较差的人工堆积体，加剧了水土流失，严重破坏了白水河流域的环境地质条件[8]。

c.农耕垦殖对地质环境的影响。农耕垦殖是流域内丘陵、山区分布最广、最普遍、最频繁的一类活动，斜坡地带（＞25°）的农耕垦殖使得大量植被被破坏，土体裸露，有利于雨水入渗，常常引发表层土石产生滑坡。

2.3 地震后主要地质环境问题

流域在“5·12”特大地震中，大量的山体崩滑、开裂，改变了山河的面貌，导致流域内原本秀美的自然山体破碎斑驳、道路损毁、河道淤塞（图3）。同时，地震引发了大量地质灾害。据统计，白水河流域所在的龙门山镇与小鱼洞镇地震前地质灾害共17处，地震后共62处，新增灾害点45个。

通过研究区内地震前后对比，地震地质灾害除了以往的崩塌、滑坡、不稳定斜坡、塌陷等，还增加了泥石流灾害，且地质灾害无论是在规模、发育分布范围还是危险性等方面都有所增加和扩大，主要表现为以下几个特点。

a.地质灾害数量增加较多，增长速度较快，增加最多的是崩塌灾害。地震对区域地质环境破坏较大，今后一段时间内，滑坡和泥石流活动趋势是强烈的。

图3 流域内地震后山体岩石破碎Fig.3 Rock fracture of mountains after“5·12”earthquake in the Baishui river basin

b.地质灾害的类型有所增加。地震前，流域内地质灾害类型主要为滑坡、崩塌与潜在不稳定斜坡等。虽然流域内降雨丰沛，沟谷形态有利于泥石流的形成，但沟谷中植被覆盖率很高，可形成泥石流的物源不多，基本没有泥石流灾害。而地震后在流域内诱发了大量的地质灾害，为泥石流的形成提供了丰富的物源，常常在雨季发生泥石流灾害[9]。

c.地质灾害发育分布范围明显扩大，且地质灾害的危险性普遍较大。

3 地质环境质量评价

3.1 评价原理与方法

地质环境评价工作是了解地质环境变化趋势、制订地质环境保护规划和进行宏观决策的一种方法和手段。地质环境的优劣程度对人类的生活和社会经济的发展都有重大影响，只有有效地进行地质环境评价、监测和管理才能合理地开发利用、保护地质环境，合理规划人类工程活动，最大限度地控制人类活动对地质环境的影响，从而达到保护并改善地质环境，使其更适宜于人类生产和生活的目的[10，11]。

地质环境质量是反映地质环境优劣的综合指标，受到各类因素的影响和制约。根据本流域的地质环境特征，可以把流域内的地质环境看作一个系统，由评价要素和影响因子2个层次组成。地质环境质量评价步骤如下：首先分析流域内影响地质环境质量的主要因素，确定评价要素及评价因子；将地质环境质量划分为优、良、中和差4个等级，各参评要素的各因子也相应按其质量等级划分为优、良、中和差4个等级，并给出每个等级的指标基准值；利用层次分析方法确定各要素和因子的权重值；建立评价系统与数学模型，然后利用数学模型由因子计算出要素的评价值，再由要素的评价值计算出地质环境质量的评价指数，并据此最终判定地质环境质量的优劣。

3.2 评价因素的选取

在实际工作中要建立一个包含所有地质环境因素的模型来评价地质环境质量几乎是不可能的，除了某些因素所包含的参数有时很难取得外，还会因为参数过多导致它们之间存在错综复杂的协同和相互影响，所以，在选取评价因素的时候应尽量找出影响地质环境的主要因素，舍去次要因素。也就是应尽量提取对人类活动极为敏感或者有重要影响的地质环境敏感因子和重要因子。

评价因子的选取原则是评价因子对地质环境具有较显著的影响，以及所选取的评价因子应该在研究区及周围分布上具有明显的差异。彭州市白水河流域地处龙门山断裂带，是龙门山与成都平原的过渡区，流域内地质条件复杂，地貌与地层岩性多变，且气候条件也存在着过渡性的变化，从而造成了土地资源、植被条件、地下水资源与人类活动的差异。除此之外，由于地震等的影响，研究区内地质灾害较发育，灾害点规模大、数量多，对地质环境造成了较大的破坏，负面影响明显。因此，本文主要选取区域地质条件、区域地壳稳定性、土壤环境质量、植被条件、气候、地下水资源、岩土体工程地质特征、人类活动、地质灾害等9个影响要素和相对应的16个评价因子组成地质环境质量评价系统（表1）。

3.3 评价因子基准值确定

因子分级标准是以是否有利于自然地质环境的良性循环以及是否有利于人类的生存发展为原则。根据流域内实际调查结果，参考以往地质环境质量评价研究成果中对各评价因子的相关指标，按评价因子对地质环境质量影响程度的大小，将每个评价因子划分为优、良、中和差4个等级，并对各等级依次赋值为1、3、5、7。白水河流域地质环境质量评价因子的基准值划分标准见表1。

3.4 评价因素权重的确定

在地质环境评价中，选择的是多个环境要素与环境因子一起参与评价。在这些评价因素综合时，对各个变量具有权衡轻重作用的数值即为权重。权重即是反映不同评价因子间重要性程度的差异，本文采用较为合理可行的层次分析方法确定评价因子权重。前面我们已经将地质环境质量评价划分为评价因素、评价因子，建立起递阶层次结构，根据计算得出研究区内各评价要素、因子权重见表1。

表1 评价因子基准及权重Table1 The standard of the evaluation factors and weight

3.5 评价单元划分与数学模型的建立

截取1∶50 000大宝山幅地质图白水河流域部分作为底图，按坐标网划分评价单元，每单元为1km×1km，共划分为96个评价单元，并依次编号（图4）。

然后利用权重加权平均的方法进行地质环境质量评价。截至目前该方法仍然是地质环境评价的主要方法。其数学模型为

其中：IP为地质环境质量的评价指数；Wi为地质环境评价中各评价因子的权重；Pi为地质环境评价中因子的值。

根据综合指数评价法，把彭州市两河流域地区地质环境质量的标准分为4级：好、较好、较差和差。

图4 评价单元及编号Fig.4 Evaluation unit and number

3.6 评价结果及分析

根据上节所叙述的步骤以及数学模型，分别计算出每个评价单元的结果，依据得分范围划分评价等级。得分在1～2之间为地质环境质量好的优区；得分在2～4之间为地质环境质量的良好区；得分在4～6之间为地质环境质量中等区；得分在6～7之间为地质环境质量的差区，结果如图5所示。

从图5可看出地质环境质量差区主要集中在沿白水河两岸，且沿河两岸由于地震影响和近年来人类工程活动增多的影响，地质灾害发育明显，还未成灾的不稳定斜坡点也显著增多。根据评价结果统计分析，地质环境质量中区和差区的评价单元占整个评价区域的65%（图6），因此彭州市白水河流域地质环境质量整体较差。

图5 白水河流域地质环境质量评价结果Fig.5 The evaluation results of the geological environment quality of the Baishui river basin

图6 地质环境质量评价结果统计Fig.6 Statistics of the evaluation results of the geological environment quality

4 结论

本次研究全面系统地收集了彭州市白水河流域的地质、矿产、水文、自然地理以及流域内人类工程活动、地质灾害发育等方面的资料，通过对已有资料的利用和现场调查，基本查明了白水河流域内的地质背景、岩土体工程地质、地质资源等基础地质环境条件和主要地质环境问题。并以“5·12”汶川地震为时间界限，对比分析震前与震后地质环境的改变，得出流域内地质环境的演变特征。在此基础上对流域内地质环境进行了评价，评价结果与实际情况较相符，可以达到为白水河流域规划、开发提供基础依据的目的。评价结果显示白水河流域地质环境质量总体较差。其中差区主要集中在沿白水河两岸，主要表现为地质环境复杂、地质灾害发育强烈。汶川地震与近年来增多的人类工程活动更是加剧恶化了地质环境质量。

[1]周爱国，周建伟，梁合诚，等.地质环境评价[M].武汉：中国地质大学出版社，2008.Zhou A G，Zhou J W，Liang H C，et al.Geological Environment Quality Evaluation[M].Wuhan：China University of Geosciences Press，2008.（In Chinese）

[2]鲁人齐，何登发，Suppe Jm，等.龙门山中段山前带构造楔的发现及其几何学、运动学特征：对青藏高原东南缘隆升动力学机制的约束 [J].地学前缘，2010，9（5）：93－104.Lu RQ，He D F，Suppe J，et al.The discovery of structural wedges in the central Longmen Mountains front belt and its geometric and kinematic characteristics：Constraints on the dynamical mechanism of uplifting in the southeast margin of Qinghai－Tibet Plateau[J].Earth Science Frontiers，2010，9（5）：93－104.（In Chinese）

[3]徐锡伟，闻学泽，叶建青，等.汶川Ms 8.0地震地表破裂带及其发震构造[J].地震地质，2008，30（3）：597－629.Xu X W，Wen X Z，Ye J Q，et al.The Ms 8.0Wenchuan earthquake surface ruptures and its seismogenic structure[J].Seismology and Geology，2008，30（3）：597－629.（In Chinese）

[4]焦青，杨选辉，许丽卿，等.汶川8.0级地震前后龙门山断裂活动特征浅析[J].大地测量与地球动力学，2008，28（4）：7－11，37.Jiao Q，Yang X H，Xu L Q，et al.Preliminary study on motion characteristics of Longmenshan fault before and after Ms 8.0Wenchuan earthquake[J].Journal of Geodesy and Geodynamics，2008，28（4）：7－11，37.（In Chinese）

[5]马永旺，杨尽.龙门山中段推覆构造的变形特征[J].成都理工学院学报，2001，28（3）：236－240.Ma Y W，Yang J.Tectonic deformation of the nappe tectonic in the middle Longmen Mountains[J].Journal of Chengdu University of Technology，2001，28（3）：236－240.（In Chinese）

[6]郝晓琳.龙门山中段前山构造变形特征[D].成都：成都理工大学档案馆，2010.Hao X L.The Structural Deformation Features in the Fore－mountain Belt of the Middle Longmen Mountains[D].Chengdu：The Archive of Chengdu University of Technology，2010.（In Chinese）

[7]黄静，吴祥云，闫晗，等.地质环境演化规律研究进展[J].黑龙江农业科学，2010（12）：158－162.Huang J，Wu X Y，Yan H.Advances in study of geological environment evolution rule[J].Heilongjiang Agricultural Sciences，2010，（12）：158－162.（In Chinese）

[8]廖香俊，冯亚生，丁式江，等.海南岛东北部地质环境评价[J].吉林大学学报：地球科学版，2005，35（5）：646－652.Liao X J，Feng Y S，Ding S J，et al.The geological environment evaluation in northeastern Hainan Island[J].Journal of Jiling University（Earth Science Edition），2005，35（5）：646－652.（In Chinese）

[9]魏云杰，鲍艳，李战鲁.彭州市干溪沟流域地震诱发地质灾害成因分析[J].工程地质学报，2011，4（12）：582－587.Wei Y J，Bao Y，Li Z L.Genetic analysis of earthquake－induced geologic hazards in Ganxigou drainage basin of Pengzhou[J].Journal of Engineering Geology，2011，4（12）：582－587.（In Chinese）

[10]喻凤莲.攀枝花市城市环境地质评价[D].成都：成都理工大学档案馆，2007.Yu F L.The Evaluation of Urban Environmental Geology in Panzhihua City[D].Chengdu：The Archive of Chengdu University of Technology，2007.（In Chinese）

[11]黄润秋，许向宁，唐川，等.地质环境评价与地质灾害管理[M].北京：科学出版社，2008.Huang R Q，Xu X N，Tang C，et al.Evaluation of Geological Environment and Geological Disaster Management[M].Beijing：Science Press，2008.（In Chinese）