“8.3”鲁甸地震红石岩堰塞湖崩塌成因

2015-03-01李石桥郭俊华杨晓雨李创造陈祥喜

地质灾害与环境保护 2015年3期

李石桥，郭俊华，杨晓雨，李创造，陈祥喜

（1.中国人民武装警察部队黄金第十二支队，成都 610036；2.中国人民武装警察部队黄金第三总队，成都 610036 3.中国人民武装警察部队黄金第十支队，昆明 650000）

2014年8月3日16时30分，云南省昭通市鲁甸县（北纬27.1度，东经103.3度）发生6.5级地震，震源深度12 k m，截至2014年8月8日15时，地震共造成617人死亡，112人失踪，3 143人受伤，22.97万人紧急转移安置。同时，地震诱发了大量滑坡、崩塌、泥石流，对灾区人民生命安全构成严重威胁。位于鲁甸县与巧家县之间的火德红乡李家山红石岩电站取水坝处附近的一座山体崩塌，形成长度超过1 000 m，顶部宽约300 m，高度约100 m，总方量约1×107m3的堆石坝，堵塞了牛栏江，导致河水断流，形成堰塞湖。到8月6日，上游蓄水量达到5.1×107m3。直接威胁着下游沿江的鲁甸、巧家、昭阳三县（区）10个乡镇、3万余人以及下游牛栏江干流天花板、黄角树等水电站安全。8月12日，武警水电部队在堰顶开挖了一条长753 m，顶宽30 m，底宽5 m，深8 m的泄流槽，基本排除了堰塞湖险情。

1 崩塌区基本地质条件

崩塌区所在牛栏江是金沙江右岸一级支流，是本次震中鲁甸县与会泽县、巧家县行政分界线，该江在堰塞湖区（鲁甸县火德红、龙头山境内）平均比降8.7‰，属深切高山峡谷地貌，植被覆盖较好（图1），区内山顶绝对高程2 200 m，与河谷相对高差1 100 m。

图1 红石岩堰塞湖影像图（据国家测绘地理信息局2014年8月4日）

区内地层由老到新为：中奥陶统上巧家组（O2q）、中泥盆统曲靖组（D2q）、第四系（Q4）。

（1）中奥陶统上巧家组（O2q）为中厚层砂泥岩，砂状结构，层状构造。主要分布于河谷下部山坡，多在河岸形成陡坡，坡度为50°～60°。该岩层层理清晰，倾向坡内，右岸岩层产状：15°∠22°。岩层节理裂隙不发育，岩体较完整稳固。

（2）中泥盆统曲靖组（D2q）为白云质灰岩，隐晶质结构，块状构造，主要分布于河谷两岸中上部，灰色，表层风化成黄褐色，岩石致密坚硬，受构造影响，节理裂隙发育，在地下水及地表风化影响下，岩石易破碎，右岸岩层产状：10°∠40°，白云质灰岩形成悬崖，高约100～300 m。

（3）第四系（Q4）残坡积层主要分布于山顶及河谷两侧的上部缓坡平台及斜坡下部平台附近。主要成分为含碎块石粉质粘土、碎块石等，总体上颜色多为红色，碎块石成分为白云质灰岩、砂泥岩等，棱角状及次棱角状，分选性及磨圆度差，粒径一般为10～30 cm，含量约占25%～35%，局部可见直径达1 m左右的块石。

值得注意的是，区内中泥盆统曲靖组白云质灰岩与下部中奥陶统上巧家组（O2q）中厚层砂泥岩属不整合接触，二者中间为薄层软弱夹层，是崩塌体形成的天然切割面。

区内褶皱及构造发育，褶皱为红石岩背斜，轴线方向N W40°，构造为红石岩逆断层，断层面产状100°∠65°。同时受断裂影响，发育一处温泉，目前已被堰塞湖淹没。区内位于红石岩背斜核部（图2），河谷两侧岩层对称出露，其中，中泥盆统曲靖组白云质灰岩与下伏中奥陶统上巧家组中厚层砂泥岩呈不整合接触。受褶皱及构造影响，岩层挤压作用明显，切割深度较大，垂直断距1 000 m以上。右岸白云质灰岩裂隙发育，岩石破碎，风化作用强烈，裂隙面产状为①335°∠72°、②65°∠60°、③320°∠80°，其中320°∠80°是崩塌危岩的主控裂隙。岩层脱离母体后多以碎块石土出露于陡斜坡上部的缓坡地带，为崩塌等地质灾害的形成储备了大量的物质。下伏砂泥岩节理裂隙不甚发育，仅见两条纵向裂隙，整体上稳固性较好。

图2 牛栏江红石岩区域构造纲要图（据1∶5万地质构造图G－48－27－D（龙头山幅）1989修编）

本次地震发生于区域内西侧的北东向西鱼河－昭通断裂附近，震源机制结果显示为走滑型破裂，由于牛栏江区域内褶皱及断裂发育，又紧靠发震断裂，强烈的地震活动诱发了牛栏江两侧斜坡一系列的崩塌群，最终形成了红石岩堰塞湖。

2 崩塌体发育特征

区内崩塌主要发育在河谷右岸，在平面上总体顺牛栏江呈条带状分布，长度近850 m。崩塌发生后，区内斜坡上部形成明显后缘陡壁，壁高200～300 m，崩塌堆积体则以巨大方量堵塞牛栏江，形成约100 m高的堰塞坝，坝体在平面上呈梯形，左岸坡度约为20°～30°，右侧坡度为15°～25°。

区内原地形坡度40°～70°，地形较陡，崩塌后，形成25°～30°的堆积地形。崩塌体物质主要为灰色白云质灰岩（D2q），以块石为主，含量占60%以上，块石平均粒径为2 m×3 m×4 m，最大粒径为3.5 m×4.5 m×10 m，堆积体较为松散，大块石多具架空现象。另由于崩塌体在下滑过程中，对下伏泥岩的铲刮作用，故堆积体中可见泥砂岩。

对堰塞坝调查分析表明，其坝体土石堆积坡度小于其自然休止角，且主要由块石组成，后期崩滑可能性较小，因此在该堰塞坝开挖泄流后，对坝体进行必要加固处理，并加强监测后，可作为一个风景区或改建水电站使用。

概括起来，红石岩堰塞湖崩塌群具有如下发育特征：（1）受区内白云质灰岩陡倾裂隙控制，崩塌后壁较陡，坡度一般70°以上；（2）崩塌主要受构造及风化节理裂隙影响，厚度较大；（3）受白云质灰岩岩性控制，分块特征很明显，以大块岩石居多；（4）崩塌后原始地形坡度变化不大；（5）运动方式以滚落为主，虽然总体方向具有一致性，但各块石的速度、方向差异性较为明显（图3）。

3 崩塌体形成过程分析

根据本次现场调查与理论分析，崩塌体变形演化与研究区内地质结构及河谷下切过程中地质体时效演化密不可分，最终形成现有地质灾害的地质力学模式为压致蠕变－拉裂－倾倒型，其演化的历史过程可划分为3个阶段。

（1）初始阶段（A）：斜坡体上的白云质灰岩与下伏的中奥陶统砂泥岩初始为平行不整合接触，接触面倾向330°左右，倾角35°左右（图4（A））。

图3 红石岩堰塞湖斜坡剖面示意图及堆积体全景图

（2）卸荷回弹陡立裂缝形成阶段（B）：由于区内强烈的褶皱构造活动，地壳上升，河流下切，在形成高陡斜坡的过程中，区内白云质灰岩产生卸荷回弹，在斜坡附近形成一系列的与斜坡近乎平行的拉张裂隙，在风化作用与地下水的双重作用下，裂隙不断扩大（图4B）。

（3）压致蠕变－拉裂－倾倒阶段（C）：由于上覆白云质灰岩致密坚硬，重力大，在与下伏的砂泥岩接触中（二者中间还有一层软弱层，接触破碎带），软弱层产生压缩变形，其上覆白云岩也产生变形，并逐渐形成拉张裂缝，在重力、风化、地下水乃至地震等外力作用下，最终产生倾倒变形破坏，并最终发生崩塌灾害（图4（C））。

事实表明，地震是触发牛栏江堰塞体崩塌的主要原因，而其中连续几天的强降雨加重了崩塌程度。具体分析其影响原因如下：

（1）场地条件。区内地形地貌复杂，两侧为高山峡谷地形，坡度较陡，崩塌区危岩陡崖段高约100～200 m，坡度一般为70°～80°，岩体近似直立，且危岩前部具有临空面，是崩塌形成的内部条件之一。

（2）地质构造条件。崩塌区位于红石岩背斜的北翼，受构造作用的影响，基岩的构造节理发育，岩体较为破碎，据野外地面调查，区内白云质灰岩卸荷裂隙发育，裂隙多沿陡崖后部呈带状分布，贯通性较好，其相互切割与层面组合形成危岩块体。

图4 斜坡形成演化图

（3）表生风化及水的作用，加速了危岩体的形成。风化作用加速了危岩体裂隙的扩展，裂面强度降低，差异风化使岩体局部形成凹腔岩穴，促进了覆岩体在自重作用下发生破坏失稳。区内白云质灰岩在水溶蚀作用下，其溶蚀裂隙较为发育，地表水通过裂隙向坡下排泄，地下水在排泄过程中挤入裂隙，并形成一定压力的水流，并逐步将坡体沿主要的构造裂缝“楔裂”、“撕开”，因此，在地下水和雨水的联合作用下，使边坡上潜在的危岩体更容易失稳。

（4）地震作用。鲁甸“8.03”地震强大的水平作用为危岩崩塌提供了外部动力，直接诱发了本次特大的红石岩崩塌，也进一步形成新的危岩体。