墨脱区域滑坡滑带土矿物谱学特征及其工程意义

谢 超，周本刚，李正芳，章龙胜，李姜一，许 冲，刘 红

1. 中国地震局地质研究所，中国地震局活动构造与火山重点实验室，北京 100029

2. 中国地震局地震预测重点实验室(中国地震局地震预测研究所)，北京 100036

墨脱区域滑坡滑带土矿物谱学特征及其工程意义

谢 超1, 2，周本刚1*，李正芳1，章龙胜1，李姜一1，许 冲1，刘 红2

1. 中国地震局地质研究所，中国地震局活动构造与火山重点实验室，北京 100029

2. 中国地震局地震预测重点实验室(中国地震局地震预测研究所)，北京 100036

滑带土； 粘土矿物； X射线衍射； X射线荧光光谱； 红外光谱

引 言

滑带土是指在滑坡体的发生和发展过程中遭受挤压、剪切、研磨，而在滑带内特定的物理化学条件下所形成的强度较低的岩土体，亦称为滑坡面粘土[1]。滑带土作为滑坡的重要载体，其微观结构和矿物组合可以有效的反映滑坡的形成机制和剪切强度，并且与滑坡体赋存的区域地质环境密切相关[2-3]。因此，研究滑带土的物质组成及其成因机制对于判定滑带的强度和滑坡体的稳定性具有非常重要的意义[4]。

墨脱县位于雅鲁藏布江下游地区，与印度平原毗邻，在强烈的构造隆升及快速的河流下切作用下，形成了区域内的高山峡谷地貌，为滑坡的发生提供了非常有利的地质条件。笔者通过详细的野外考察，并结合影像资料，在雅鲁藏布江阶地上发现了大量的滑坡体。以墨脱县北侧和格林村两处滑坡体为研究对象，利用X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)和傅里叶红外吸收光谱(FTIR)对采集的滑带土进行了测试，详细分析了滑带土样品的矿物组成、黏土矿物含量及化学成分。根据测试结果，对墨脱县区域内滑坡发生的环境、滑体滑动特征以及滑坡的稳定性进行了初步分析。

图1 滑带土采样点分布

1 实验部分

滑带土样品MT和GL分别采于墨脱县北侧和格林村附近的滑带内，两处滑坡体均由花岗岩、花岗片麻岩组成，滑带内发育的滑带土3～5 cm，分布连续，呈灰色。黏土类型及含量X射线衍射分析(XRD)经过3个步骤： (1)制作自然定向片(N)； (2)乙二醇饱和片(E)； (3)加热550 ℃高温片(T)。XRD，XRF及FTIR测试都需将样品磨制200目，并压制成片，然后放入仪器中测试，但进行FTIR测试的样品需加入干燥的溴化钾粉末。

XRD和XRF测试在北京北达燕园微构分析测试中心进行，X射线衍射仪型号为D/max-rB，步宽0.02，扫描范围3°～70°，利用Jade6.0进行五相分析； X射线衍射仪型号为D/max-rA，发射狭缝与散射狭缝均为1°，扫描速度2°·min-1，采样步宽0.02。FTIR测试在北京大学分析测试中心进行，红外光谱仪型号为spolight 200，测试范围为4 000～400 cm-1。

2 结果与讨论

2.1 X射线衍射(XRD)测试结果

利用X射线衍射对滑带土样品进行全岩分析，分析结果如图2及表1所示。样品MT主要矿物成分为石英、斜长石、微斜长石，含有9%的黏土矿物； 样品GL主要由石英、斜长石、闪石、少量的微斜长石及10%的黏土矿物组成。对滑带土中黏土矿物进行X射线衍射分析，谱峰如图3所示，样品MT中黏土矿物主要是伊利石和埃洛石； 样品GL中黏土矿物以伊利石/蒙脱石混层为主，含一定量的埃洛石及少量蒙脱石，样品中各黏土矿物的相对含量如表2所示。

图2 滑带土全岩X射线衍射图

表1 滑带土中主要矿物含量(%)

图3 黏土矿物XRD衍射图

It： 伊利石； Ha： 埃洛石； S： 蒙脱石； I/S： 伊利石/蒙脱石混层； T： 加热550 ℃状态； N： 空气干燥状态； E： 乙醇处理状态

Fig.3 Graphs of XRD of clay minerals

It: Illite; Ha: Halloysite; S: Montmorillonite; I/S: Illite/ Montmorillonite mixed layer; T: the state of being heated to 550 ℃; N: air-dry state; E: Ethanol-treated state

表2 滑带土中主要黏土矿物组成(%)

2.2 X射线荧光(XRF)测试结果

通过X射线荧光光谱分析，获得了滑带土样品的化学成分(表3)。两个样品化学组分均以Si2O和Al2O3为主，反应样品以硅酸盐矿物为主，与全岩分析结果一致，样品GL含有较多的CaO，反应了其黏土矿物组成特征，Na2O和K2O含量次之。

表3 滑带土中化学成分含量/%

2.3 傅里叶红外吸收光谱(FTIR)测试结果

图4 滑带土样品的FTIR图谱

2.4 滑坡事件相对年代探讨

墨脱县北和格林村两处滑坡体由花岗岩及花岗片麻岩组成，采集的滑带土样品均以石英、斜长石及微斜长石为主，反应了其成分主要受到洪积扇组分的控制。研究表明，断层泥或滑带土形成时间越长，其黏土含量越多，在墨脱县和格林村附近的滑坡面内采集的滑带土黏土含量较低，分别只有9%和10%，反应了这两次滑坡事件发生的时代较晚。根据野外观测，在该样品滑带土分布两侧均没有发育更老的滑动面，同样说明墨脱县和格林村附近分布的滑坡体形成的时代相对较晚。

2.5 滑坡体滑动特征

黏土矿物是一种应力矿物，对外界环境非常敏感，一般滑带土中黏土矿物占到10%就可反应并影响滑体的滑动特性[7]。洪积扇中发育的正断层滑动面与滑坡面具有非常相似的力学过程，断层泥或滑带土中的伊利石和蒙脱石是伊利石/蒙脱石混层的两个端元组分的黏土矿物，温度较高的环境下，蒙脱石部分层间水脱出，形成伊/蒙混层，温度越高，混层比越大，直至最后形成伊利石[8-9]。因此，伊利石和蒙脱石被认为分别是岩体快速滑动和缓慢滑动伴生的黏土矿物，该结论在对台湾集集Mw7.6地震、汶川Mw8.0地震以及无大震的圣安德烈斯蠕滑断裂的断层泥成分研究中得到了验证[8，10-11]。在墨脱县附近滑坡体采集的滑带土(MT)中伊利石占黏土矿物总量的64%，且没有检测出蒙脱石，反应出该滑坡事件没有表现出蠕变特征，而是在很短的时间内完成，滑坡体滑动速率非常高。样品GL中黏土矿物成因将在后文分析。

2.6 墨脱区域滑坡稳定性

埃洛石是一种结构类似于高岭石的黏土矿物，但结构单元层之间有层间水存在，故也称多水高岭石。在两处滑面采集的滑带土样品中都含有一定量的埃洛石，表明发生滑坡的洪积扇发育在非常潮湿温暖的环境中。由于滑坡面发育在封闭的环境中，滑带土中K2O和Na2O、尤其是样品GL中的CaO组分得以保存，在水分充足的温暖条件下，滑带内出现强烈的水-岩相互作用，即发生伊利石-伊利石/蒙脱石-蒙脱石的转换趋势，甚至可以分解为高岭石[12-13]。因此，在样品GL中出现了大量后期分解形成的伊/蒙混层，混层比为30%。晶体内(001)层面分离静电能的变化研究表明黏土矿物在干燥条件下具有较高的摩擦强度值，并随层间粘合强度的增强而增大[14]，在含水条件下，黏土矿物如蒙脱石、伊蒙混层、皂石及高岭石等具有晶体表面吸附水或者同时含层间吸附水，可以导致黏土矿物表现出较小的摩擦强度值和显著的弱化机制，其摩擦强度值相对于干燥条件下减小约20%～60%[15]，同时伊蒙混层对滑带土或断层泥产生明显的胀缩性影响[16]。研究显示，墨脱区域两处滑面的滑带土中均含有一定量的埃洛石，尤其在样品MT中，其含量占黏土矿物的36%，同时样品GL中的黏土矿物以混层比较低的伊/蒙混层为主。在极其潮湿的环境中，该黏土矿物组合很大程度上降低了滑带的摩擦强度值，从而提高了再次发生滑坡的危险性。

3 结 论

(1)墨脱县北侧及格林村附近滑坡体内的滑带土主要矿物组成受洪积扇组分控制，两处滑坡事件发生的时代较晚； 墨脱县北侧滑带内的滑带土样品中黏土矿物中含大量伊利石，反应该滑坡事件在很短的时间内完成，滑坡体滑动速率非常高。

(2)墨脱区域内的滑坡面处于封闭的环境中，没有力学性质较差的碳酸盐等外来矿物或含腐蚀质的次生黏土沿滑带裂隙充填进去，对区域滑坡的稳定性具有积极的作用。

(3)墨脱区域内的洪积扇发育在非常潮湿温暖的环境中，滑带内发生强烈的水-岩反应，导致格林村附近滑坡面中的滑带土含大量伊/蒙混层。同时，两处滑带土中均含有一定量的埃洛石，该黏土矿物组合对滑带土产生明显的胀缩性影响，并在很大程度上降低了滑坡面的摩擦强度，提高了再次发生滑坡的危险性。

致谢：感谢四川省地震局王明明及刘韶工程师野外工作中给予的帮助及中国地震局地震预测研究所杜建国研究员、刘雷副研究员在数据分析过程中提出的宝贵意见。

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(Received Jan. 19, 2016; accepted Apr. 10, 2016)

*Corresponding author

Spectroscopic Characteristics of Minerals in Sliding Zone Soil in Motuo Landslides and Their Engineering Significance

XIE Chao1, 2, ZHOU Ben-gang1*, LI Zheng-fang1, ZHANG Long-sheng1, LI Jiang-yi1, XU Chong1, LIU Hong2

1. Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano, Institution of Geology, China Earthquake Administrition, Beijing 100029, China

2. CEA Key Laborary of Earthquake Prediction (Institute of Earthquake Science, China Earthquake Administration), Beijing 100036, China

Sliding zone soil; Clay minerals; X-ray diffraction; X-ray fluorescence; Infrared absorption spectra

2016-01-19，

2016-04-10

地震行业科研专项经费项目(201508024)和国家自然科学基金资助项目(41104052，41472202，41174071)资助

谢 超，1983年生，中国地震局地震预测研究所助理研究员 e-mail： chao.xie0017@163.com *通讯联系人 e-mail： zhoubg1964@263.net

P694

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)07-2266-05