黄河上游拉干峡—寺沟峡段特大型滑坡及其成因研究

2014-09-09周保彭建兵殷跃平李小林魏刚马小强

地质论评 2014年1期

关键词：群发盆地滑坡

周保，彭建兵，殷跃平，李小林，魏刚，马小强

1）长安大学地质工程与测绘学院，西安，710054；

2）长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，西安，710054；

3）青海省地质环境监测总站，西宁，810100

4）中国地质环境监测院，北京，100081；

5）青海省环境地质勘查局，西宁，810100

内容提要：黄河上游拉干峡—寺沟峡段共发育特大型滑坡116处，群尖盆地无论是数量还是强度上都占到了绝对优势，这与其所处的特殊构造部位和昆黄运动时期各大断裂带运动性质的转变直接相关；高原掀斜式隆升过程导致各大支流水系特大型滑坡西岸多发于东岸。研究区特大型滑坡有明显的4个群发期，各期都有其不同的触发因素，50 ka和30 ka属构造和气候的耦合成因，10 ka为构造触发，5 ka为降雨所致。

黄河上游拉干峡—寺沟峡段特大型滑坡（方量超过1×107m3）高密度发育，沿黄河两岸10000 km2范围内就发育特大型滑坡116处。该区构造上隶属于南祁连块体与西秦岭块体的交接部位、青藏高原与黄土高原的过渡地带，以积石峡为界，西部为快速隆升的青藏高原，东部为相对隆升的黄土高原，此处对高原隆升响应强烈；多数学者研究认为昆黄运动时期（李吉均等，1991；崔之久等，1998）即 1.1 Ma左右黄河溯源侵蚀切开积石峡（潘保田等，1996）开始进入青藏高原。随后在早更新世末—中更新世初，约 0.6 Ma（郑绍华等，1985；李吉均等，1991，2001；）黄河切开李家峡，0.15 Ma左右切开龙羊峡（李吉均等，1991；潘保田等，1991，1994；赵振明等，2003），研究区全段进入河流形成演化阶段。但对于晚更新世以来黄河上游该段的构造演化却很少有人涉及（赵振明等，2003；李小林等，2007）。一些学者在本次研究区也做了一些有益的年代学研究工作（彭建兵等，1997；李小林等，2007；吴庆龙等，2009），但还存在很多不同的意见和看法，彭建兵等（1997）研究认为积石峡地区的滑坡多覆于I级阶地之上，结合阶地形成年代及马儿坡东滑坡后缘湖湘层物质的14C测年结果（8.5±0.4 ka），认为该区滑坡多发在8～9 ka间；吴庆龙等（2009年）对积石峡马儿坡东滑坡的堰塞湖湖相沉积主要采取14C的方法进行了年代学研究，结合堰塞湖的沉积速率推算出了滑坡的形成年代大约在1820 B.C.～1725 B.C.之间，并认为滑坡发生到溃决只用了短短几天时间。李小林等（2007）通过对李家峡阶地的14C测年结果，结合“共和运动”以来黄河的侵蚀切割已使两岸形成350m的高陡斜坡，认为18～29 ka是一个特大型滑坡的集中群发期，另外考虑到3～8 ka是一个温暖湿润期，及滑坡TL测年结果认为此期也是一个群发期。以上研究由于样本数较少且测年方法单一，并不能较为全面的反映该区特大型滑坡的群发期，本次采用的OSL测年方法在时间尺度上可保证晚更新世以来的滑坡事件不被遗漏。特大型滑坡的群发应该是始于某种特殊的构造背景或气候背景条件下，是强烈新构造运动或温湿古气候的一种响应，特大型滑坡的形成与高原隆升到底有没有成生关系的必然性，与古气候的演化又有什么关系，这些都是本文探讨的主要问题。研究古（老）特大型滑坡的群发特性，对新构造运动的分期及古气候的研究都有十分重要的科学意义。

1 孕育背景条件

1.1 地形地貌

研究区地形主要以盆山相间的串珠状盆地为主，流水侵蚀作用在其流经的山地峡谷和丘陵盆地带形成了多级阶地和剥蚀、侵蚀山地；地貌形态类型可划分为：平原（包括被切割的高台地）、丘陵、山岳三大基本类型和8个地貌类型亚区（图1）。特大型滑坡分布主要集中在构造侵蚀低山丘陵和龙羊峡右岸高陡斜坡地带。构造侵蚀低山丘陵区主要分布于各盆地的边缘地带，地质历史时期长期受黄河侧蚀、下切作用及支流水系的切割影响，致使多处地段三面或三角形临空，临空面高达400～600 m，为特大型滑坡的形成提供了良好的地形地貌条件。

1.2 地层岩性

区内从古元古界—新生界地层均有分布，但易滑地层主要为古近系—新近系泥岩、砂岩及下更新统湖相半成岩的粘土岩和上更新统黄土。区内古近系—新近系红层沉积厚度大，主要为泥、砂岩互层结构，且多在泥岩顶部、砂岩底面易形成软弱结构面，加之红层可溶盐含量高，在干燥情况下有较高的结构强度，基于其粘结和溶盐胶结特性，其物理力学性质又表现为遇水易崩解，抗剪强度急剧下降特性。另外龙羊峡库区右岸的湖相层粘土岩由于其力学强度低，遇水易造成溶盐流失的特性也成为区内主要易滑地层。综上所述，可溶盐胶结地层是区内主要易滑地层。

1.3 地质构造

自高原强烈隆升以来，地质构造对特大型滑坡形成发育的控制就已经开始，持续挤压应力作用下盆地边缘开始隆起，内部断陷，为特大型滑坡的物质沉积提供了有利地形条件，之后的构造抬升使侵蚀基准面降低，黄河溯源侵蚀切开各峡口，盆地内部开始转入河流形成演化阶段，每一期的构造抬升均在岸坡地带以基座阶地的形成体现，最终塑造了适宜特大型滑坡产生的地形地貌条件。此外每一阶段的强烈构造运动都会造成隆起带及周缘地区应力集中，断裂构造及节理裂隙发育，这些结构面为后期特大型滑坡的发育提供了优势拉裂或剪切滑动面，并成为降雨入渗的通道，对特大型滑坡的形成具有控制性作用。与此同时本文对隆起带及峡谷区特大型滑坡的分布发育研究发现，隆起带及峡谷区特大型滑坡绝大多数与断裂构造具有很好的线性相关性（图3）。

2 特大型滑坡分布发育规律

2.1 空间分布发育特征

研究区特大型滑坡分布具有明显的空间分布不均特性，干流两岸、支流两岸、各盆地、各隆起带都有不同的特性（表1）。

干流两岸：干流两岸特大型滑坡占研究区滑坡总数的25%，方量却占总方量的43%。多以整体推移式为主、且多堵塞或推移过黄河。分布发育的总体特点是数量小、强度大，右岸在发育数量和强度上都高于左岸。

支流两岸：支流特大型滑坡占研究区滑坡总数的75%，方量只占总方量的57%。多数以逐级牵引式破坏为主，滑动速率较慢。分布发育的总体特点是数量大、但强度并不高，群尖盆地发育强度最大。此外对研究区各盆地及峡谷区一些主要支流进行了统计后发现，各支流水系上特大型滑坡的分布普遍具有西岸强于东岸的特性。

各盆地区：各盆地特大型滑坡占研究区滑坡总数的85%，方量只占总方量的89%，是研究区特大型滑坡的主发区。除共和盆地为早更新世湖相层滑坡外，其余均为新近系地层滑坡。其中群尖盆地在发育强度和数量上都占绝对优势。

各隆起带：隆起带内特大型滑坡占到研究区特大型滑坡总数和总方量的15%和11%。均由前第三系地层滑坡和侵入岩滑坡组成，隆起带特大型滑坡一显著特性为多数滑坡严格受断裂带控制。

2.2 时间分布发育特征

分期特征研究的理想情况是对研究区每一个滑坡进行测年，这显然是不现实的，我们挑选了10处具有代表性的滑坡（图4），采用了14C和OSL两种方法进行了测年。

群发分期的前提是对古滑坡形成年代较为准确的测定和对层状地貌的统一把握。同一个盆地，由于其阶地形成及演化遵循或者符合同一种模式或过程，形成年代应该大体相同，故同一个盆地发育的不同滑坡如覆盖在同一级阶地，则可以近似被认为是同期形成；由于黄河侧向侵蚀等原因，导致阶地关系不明显时，可通过滑坡前缘高程和对岸或临近地区阶地高程或已知滑坡前缘高程做类比的方法推算滑坡发生的年代。基于以上认识和测年结果（OSL样品测年工作在中国科学院盐湖资源与化学重点实验室的释光测年实验室完成，14C样品测年工作由西安加速器质谱中心完成）（表2），笔者等共对研究区特大型滑坡分为明显的4个群发期，分别为：50 ka左右、30 ka左右、10 ka左右及5 ka左右（周保等，2014）。

图1 黄河上游拉干峡—寺沟峡段地貌类型分区与特大型滑坡分布图Fig.1 Geomorphy type and large-scale landslides distribution map in Lagan Gorge to Sigou Gorge of the Upper Yellow River

图2 黄河上游拉干峡—寺沟峡段地层岩性与特大型滑坡分布图Fig.2 Formation lithology characters and large-scale landslides distribution map in Lagan Gorge to Sigou Gorge of the Upper Yellow River

3 特大型滑坡成因研究

3.1 特大型滑坡与青藏高原隆升

高原北部三叠纪全线退海，递进式隆升在中新世中期（13Ma左右）才抵达唐古拉山及昆仑山地区（彭建兵，2006），故而古近纪时期研究区构造运动并不强烈，主要表现为各盆地缓慢下陷或呈洼地形态；新近纪早期剧烈的构造运动使各盆地强烈断陷，研究区进入以湖相、河湖相为主的沉积时代，期间沉积了一套内陆湖相碎屑岩地层。这一地层为之后特大型滑坡在贵德盆地、群尖盆地及循化盆地的发育奠定了丰厚的物质基础。

新构造运动尤其是昆黄运动以来，青藏高原北部各大断裂带的运动性质开始逐渐转变为走滑（康来讯等，1990；国家地震局，1992，1993，1999；滕瑞增等，1994；侯康明等，1999；）。在这一构造背景影响下，青藏高原北部的NNW向山脉开始加速隆升，研究区亦表现为分割各盆地的NNW向隆起带开始加速隆升（周保等，2009），而对于群尖盆地，其南部的控制性断裂为分割祁连块体和西秦岭块体的区域性深大断裂即青海南山—西秦岭北缘断裂带，对各期的构造响应明显，但对于分隔群尖与循化盆地的德恒隆隆起带，其实为单向地堑式构造，在循化盆地一侧不发育断层，故而应力主要集中在群尖盆地，昆黄运动以来的构造抬升在研究区主要集中在群尖盆地，致使现今该盆地的切割深度最大，达920m，为之后特大型滑坡在该盆地的集中发育奠定了十分有利的地形地貌条件。

表1黄河上游拉干峡—寺沟峡段特大型滑坡统计简表Table 1 Statistical summary table of large-scale landslides in Lagan Gorge to Sigou Gorge of the Upper Yellow

表2测年数据统计表Table 2 Dating data table

表3阶地统计表Table 3 terrace table

表4触发因素筛选表Tab4 triggering factors screening table

图3 黄河上游拉干峡—寺沟峡段主控断裂与特大型滑坡分布图Fig.3 Main control fracture and large-scale landslides distribution map in Lagan Gorge to Sigou Gorge of the Upper Yellow River

图4 黄河上游拉干峡—寺沟峡段特大型滑坡分布及取样位置示意图Fig.4 Large-scale landslides distribution and sampling location diagram in Lagan Gorge to Sigou Gorge of the Upper Yellow River

高原隆升幅度在研究区黄河南北岸的差异导致多数地段干流区右岸侵蚀切割强烈，相对于左岸特大型滑坡多发，尤其是受青海南山—西秦岭北缘区域性深大断裂带的影响，群尖和循化盆地表现为右岸抬升幅度大于左岸，右岸遭受侵蚀，左岸堆积，这就导致黄河右岸在分布密度和强度上要高于左岸的现状。另外，高原掀斜式隆升过程使支流西岸遭受侵蚀切割，东岸堆积，造成西岸特大型滑坡无论是数量还是强度上都远超于东岸的根本原因。共和运动使龙羊峡被切开（潘保田等，1991；李吉均等，1996；赵振明等，2001，2003），导致区内共发育了多达12级的阶地，对50 ka和30ka的两期构造运动都有记录（表3）。除一级阶地为堆积阶地外，其余均为基座阶地。强烈的构造抬升降低了侵蚀基准面，造成黄河及其支流水系强烈下切，为特大型滑坡的产生提供了必要的临空和高陡斜坡等地形条件。

3.2 特大型滑坡与古气候演化

结合特大型滑坡的分期特征，本文重点分析对应于各个群发期的古气候研究现状。

50～30ka的这两期滑坡与古气候及降雨事件有很好的对应关系，此期属间冰阶的异常高温期，是一个青藏高原普遍的异常温暖湿润时期，降水有4成至成倍的增长，范围包括了青藏高原北侧，高原泛湖在此期发育（施雅风等，1999，2002；贾玉莲，2004；郑绵平，2006；陈可造，1990）。全新世以来进入冰后期阶段，气候总体特点是普遍转暖，5 ka左右是个温湿气候（张彭熹，1994），这一期特大型滑坡与降雨有很大关系。

3.3 触发因素塞选

50ka左右研究区在气候方面对应于间冰阶，是异常高温期，雨强应该是很大的，而此期的构造运动属共和运动第二幕，全区都有构造响应，反映最强烈的是瓦里贡山隆起带，结合测年数据及区域地层对比，50ka左右的滑坡集中在群尖盆地西部，循化盆地的CLG滑坡也发生在此期，推测瓦里贡山隆起带上的滑坡同期发生。触发滑坡的因素可能是降雨与地震的耦合。

30ka左右时期，在气候方面已被很多人认为是个很强的夏季风事件，降雨成倍增加，高原发育广泛的泛湖，构造方面属共和运动第二幕的收尾阶段，李家峡切出了55m的T3（表3），说明在区域性深大断裂的影响下，扎马山至少隆起了55m。据测年数据显示，30 ka是一个特大型乃至巨型滑坡多发的时期，主要集中在群尖盆地黄河右岸。认为此期滑坡的形成与降雨有很大关系，但地震触发的可能性很大。

10 ka左右在气候方面对应于新仙女木时期，是末次冰期的最后一个寒冷事件，故不具备降雨诱发的条件，在构造方面，本期属共和运动第三幕。普遍认为Ⅰ级阶地形成于此时期，但阶地构造成因不明显，阶地最大切深20m，位于尖扎洼家滩、循化、积石峡河段，正好与同期的特大型滑坡集中发育相吻合，这很可能就是构造抬升的结果。

5ka左右构造运动不强烈，但气候方面大多数学者普遍认同是个暖湿的环境条件，青海民和喇家文化层（夏正楷等，2003）的突然消失就是一个强有力的佐证。此期滑坡集中发育在黄河支流水系两岸，并普遍覆于支流水系河床的砂乱砾石层之上。由于雨水丰沛，龙羊峡右岸远离黄河的半成岩湖相层坡脚处，不定期的遭受洪水侵蚀，多发特大型滑坡，推测前几期滑坡的再次解体就发生在此阶段。

综上所述，研究区特大型滑坡的4个群发期都有其主要的触发因素（表4）