鲁甸8.03地震区甘家寨特大型滑坡发育特征及演化过程研究*

徐永强　殷志强　撒兰鹏

(①中国地质环境监测院　北京　100081)

(②云南地质工程勘察设计研究院昭通分院　昭通　657000)



鲁甸8.03地震区甘家寨特大型滑坡发育特征及演化过程研究*

徐永强①殷志强①撒兰鹏②

(①中国地质环境监测院北京100081)

(②云南地质工程勘察设计研究院昭通分院昭通657000)

2014年8月3日鲁甸县MS6.5级地震造成了617人死亡，并诱发了大量次生滑坡崩塌灾害。其中红石岩滑坡堆积体方量最大，甘家寨滑坡造成的人员伤亡最多。根据笔者对甘家寨特大型滑坡的实地调查和遥感影像解译，分析了该滑坡堆积体的发育特征及演化期次，从活断层破裂角度研究了滑坡的主控因素，认为甘家寨滑坡分为两个发育期次，最新一期滑坡体(本次地震诱发)长约700m，宽约250m，滑体面积约18×104m2，体积约140×104m3，是在20kaBP前发生的古崩塌堆积体在地震诱发下的复活型滑坡，受控于NW向的下水沟断层。最后建议进一步防范鲁甸8.03地震次生灾害的可能危险，加强该地区活动断层的复发周期研究，为灾害恢复重建中的地质环境安全提供基础依据。

鲁甸地震甘家寨特大型滑坡发育特征演化过程

0　引　言

2014年8月3日16时30分，云南省昭通市鲁甸县龙头山镇发生MS6.5级地震，震源深度12km，极震区烈度为Ⅸ度，震源深度12km(中国地震台网中心)，发震断层为昭通—鲁甸断裂的分支断裂包谷垴—小河断裂(李西等，2014)。地震造成了鲁甸、昭阳、巧家、会泽等县(区)617人死亡，同时触发了1700多处崩塌滑坡等次生地质灾害，其中造成人员伤亡最大的一处是甘家寨滑坡，其位于牛栏江支流的沙坝河右岸，该滑坡将位于坡体上的甘家寨村28户人家、50余人掩埋，同时将昭(通)至巧(家)二级公路甘家寨段完全摧毁，给震后的抗震救灾带来极大困难。围绕地震引发大型滑坡体的发震构造和成生原因，已开展了多项宏观方面的研究工作，如地震滑坡往往沿着发震构造呈线性分布，与发震构造往往表现出位置一致性(Gorum et al.，2011; Tang et al.，2011; 殷志强等，2013; Yin et al.，2014; Xu et al.，2015)。许冲等(2014)、许冲(2015)、周庆等(2015)认为本次地震诱发的甘家寨滑坡与地震的发震构造有关；陈兴长等(2015)认为甘家寨滑坡受下水沟走滑断层下盘向左走滑的影响，在地震和惯性共同作用下脱离坡面向下滑动；张小趁等(2015)认为甘家寨滑坡是在断裂活动控制下被水平挤出，在重力作用下发生滑动。一个滑坡的发生不仅与诱发因素有关，还与所处的地形地貌等孕灾背景密不可分，因此，关于该滑坡体的原始斜坡成因、稳定性以及滑坡的孕灾、演化过程等更细观的信息有待揭示。作者在野外实地调查、年龄测定和无人机航空影像空间分析的基础上，分析该大型滑坡堆积体的发育特征，研究其原始斜坡体的演化过程，探讨该滑坡体的成因机制，为地震滑坡灾害预防与移民安置选址提供基础地质依据。

1　滑坡区地质地貌环境

云南省滇东北受云贵高原新构造运动间歇性抬升、流水剥蚀和河流侵蚀切割影响，“V”型河谷发育、地形相对高差达约3000m，河谷区坡度多在50°以上，地层风化、破碎(胡金等，2007)，古滑坡、现代滑坡密集发育(王治华，1996；李会中等，2006)。甘家寨滑坡体周边的牛栏江、沙坝河、龙泉河切割强烈，平坝地形极少，居民区和可开发利用土地主要分布在河谷区的阶地、古滑坡古洪积扇和坡度较缓的山地上，环境容量极其有限，在全国范围内属于地质灾害高易发区。

研究区整体以NE 向的鲁甸—昭通断裂构造为主(闻学泽等，2013)，零星发育有NW 向的包谷垴—小河等断裂。甘家寨滑坡体前缘的沙坝河总体呈NE—SW向延伸，河谷宽100～400m，过水断面8～25m，有常年流水，枯季不断流，上、下游河水流量差别较大。河床纵坡10‰～15‰，横坡面呈“V”形，谷坡坡度15°～50°，局部呈陡壁，河水对两岸侵蚀强烈。

本次鲁甸地震诱发的大型、特大型滑坡，如王家坡滑坡、红石岩滑坡、光明村滑坡群和甘家寨滑坡等均位于牛栏江或沙坝河两岸的Ⅸ度烈度区(图1)，山高谷深，有利的地形地貌、频繁的断层活动为大型滑坡发育提供了临空条件和触发因素。

图1　甘家寨滑坡在鲁甸地震区位置图Fig.1　The location map of Ganjiazhai landslide in Ludian earthquake area

2　甘家寨同震滑坡发育特征

笔者2014年9月在野外实地调查发现，鲁甸地震诱发的3处最大同震滑坡分别为牛栏江干流上的红山岩滑坡，王家坡滑坡，以及牛栏江一级支流沙坝河左岸的甘家寨滑坡，其中红石岩滑坡和甘家寨滑坡均不同程度堵塞河道形成了滑坡堰塞湖。由于文章篇幅限制，本文仅以甘家寨特大型滑坡为研究对象，讨论其发育特征及演化过程。

2.1甘家寨滑坡灾前灾后影像对比

甘家寨滑坡位于龙头山镇的沙坝河右岸甘家寨子，滑坡分为上下两部分(图2)，上半部分(图2c)为P1y大块破碎灰岩在本次地震和重力作用下发生顺向滑动，该滑坡体后部山脊高程2007m，滑坡后缘高程1871m，滑坡体沿坡体滑动约580m，滑坡前缘到达下半部分滑坡的后边界。对比灾前、灾后影像，明显看出甘家寨村的房屋坐落在一处古崩塌滑坡堆积体上，古滑坡体前缘将河道挤压，明显发生弯曲(图2)，通过影像对比可以看出该滑坡体上原来的民房完全被掩埋或破坏，造成了巨大的人员伤亡与财产损失。

图2　甘家寨滑坡灾前灾后影像对比及典型特征照片Fig.2　Contrast on the pre-and post-images of Ganjiazhai landslide and some typical characterized photosa.甘家寨滑坡前缘；b.甘家寨滑坡后壁及中部堆积体；c.滑坡后部顺层滑动；d.滑坡左侧壁磨光面和擦痕；e.古滑坡体14C取样位置；f.光明村浅表层滑坡带

图4　甘家寨滑坡剖面图(剖面位置见图3)Fig.4　The profile of Ganjiazhai landslide(the profile location shown in Fig.3)

2.2甘家寨滑坡堆积体发育特征

滑坡下半部分后缘高程1512m，前缘高程1209m，前后缘高差约300m，主滑方向：130°，滑坡体长约700m，宽约250m，滑体面积18×104m2，体积约140×104m3，滑坡体主要由块石、碎石、含黏性土组成，碎石土含量约95%，滑坡发生后摧毁了甘家寨子32户50余人和停在公路上的20多辆汽车(图2a)。同时，滑坡体对岸的光明村河谷也发生了大规模的浅表层滑坡，成条带状展布，长约2km，坡度约30°～60°，碎石含量达90%，为表层的风化层和第四系的残坡积表层滑动，滑坡群面积约0.6km2，上部平台为光明村(图2f)。

甘家寨滑坡边界清楚，整体呈典型的圈椅状地形(图2b)，运动方式上为推移式顺向滑坡。滑坡后壁直立，壁高35～40m，呈弧形，后缘宽度70m，后壁顶部为一小平台，平台下部的居民房受本次滑坡影响已不见踪影，后壁上部为浅黄色的二叠系顺层强风化灰岩，部分岩体从表层滚落。侧边界上有明显的滑坡滑动过程中的擦痕(图2d)，滑体中部发育有多级台阶，每级台阶均分布有大量的残坡积堆积土和大灰岩块石，初步统计至少形成了25处大小不一的滑坡鼓丘(图3、图4)，这些堆积体极不稳定，在降雨诱发下发生的可能性大。滑坡前缘宽度约750m，前缘毁坏公路，短时间堵塞沙坝河道。堆积体物质为碎石土夹杂大块灰岩，灰岩直径可达5m。目前，前缘滑坡上残留1户二层民屋，该二层砖混结构房屋被顺斜坡移动了20m，一层已被碎石土掩埋，二层整体框架未受破坏。

3　甘家寨滑坡成因机制

3.1昭通—鲁甸断裂带活动特征

甘家寨滑坡为鲁甸8.03地震诱发，本次地震的发震断裂为NW向的包谷垴—小河断裂(许冲等，2014)，其是NE向的昭通—鲁甸断裂带的次级断裂(云南省地质局，1978)。昭通—鲁甸断裂带主要由昭通—鲁甸、洒渔河和龙树3条右阶斜列的断裂组成，在昭通盆地塘房村、北闸镇、小黑箐村、洒渔河、鲁甸光明村等地断层剖面、阶地砂土层剖面和楔状充填体反映的断层活动年龄按时间由到新顺序分别为167.4±65.3kaBP(OSL)、82.6±6.3kaBP(OSL)、45.85±6.44kaBP(TL)、23.4±1.8kaBP(OSL)、22±0.3kaBP(14C)，上述各条断层错断了断裂经过地区的中晚更新世-全新世地层，表明其最新活动时代为中晚更新世-全新世(常祖峰等，2014)。通过断层活动的年龄数据，似乎可以看出昭通—鲁甸断裂带具有2万年周期的活动规律。

图5　包谷垴—小河断裂带上发育的槽谷地貌Fig.5　The fault landforms from Baogunao to Xiaohe

鲁甸断裂的分支包谷垴—小河断裂由数条断续展布的断层组成，总长约40km(常祖峰等，2014)，断裂经过地区表现为断层垭口和槽谷地貌(图5)。野外实地调查发现，在沙坝河左岸的光明村下水沟附近的山脊槽谷地带发育了至少3条NW向和NE向的宽大拉裂缝(表1、图6)，最大垂向位移达50cm，裂缝均位于包谷垴—小河断裂NW向的延长线上，为便于研究，笔者称之为“下水沟断裂”，实际上其为包谷垴—小河断层的东南端。

表1　下水沟附近地表出露的断层拉裂缝

Table 1　Some tension cracks on surface near the Xiashuigou

拉裂缝序号调查点位置调查点高程裂缝走向裂缝宽度与深度地层岩性1103°25'0.15″27°2'27.67″1926m45°裂缝宽度50～70cm,深度4～5m地表残坡积层下为灰岩,含孔隙2103°25'0.95″27°2'27.03″1924m65°裂缝宽度90～100cm,深度4～5m,3103°25'1.22″27°2'26.56″1915m60°裂缝宽度50～60cm,深度4～5m,

3.2甘家寨滑坡地貌演化过程

从2014年1月30日(地震前)的Google earth影像可以看出，该地区为一典型的古滑坡(崩塌)堆积体(图7a)，长约400m，宽约170m，堆积体后部高程1369m。笔者在这一期古滑坡堆积体上前缘陡坎剖面(103°22′55.16″，27°3′59.29″)采集样品(LD-002)送至美国Beta实验室进行14C年龄测年，取样位置(图2e)，年龄测试结果(表2)。2σ年龄为19650～19475aB.P.，即甘家寨早期古滑坡的发生年龄为距今2万年左右，这一结果与昭通—鲁甸断裂带的活动周期完全一致，因此，可以推测，甘家寨古滑坡是NE向的昭通—鲁甸断裂能量释放引发地震触发，是活动断裂控制的产物。

图6　下水沟断层破裂带地表拉裂缝出露情况(左上角影像来自google earth)Fig.6　Major cracks outcrops of the earthquake surface rupture near the Xiashuigou fault

图7　甘家寨古滑坡和现代滑坡发育期次示意图(底图为google earth影像)Fig.7　Schematic images on developing times of Ganjiazhai ancient and recent landslides(reproduced from Google earth)a.蓝色实线为古滑坡堆积体范围；b.红色和黄色实线为甘家寨现代滑坡堆积体范围

表2　甘家寨古崩塌(滑坡)堆积体14C年龄数据

Table 2　14C chronology results of Ganjiazhai ancient landslides samplings

样品号采样地点样品位置样品类型14C年代/aB.P.2σ(95%)/B.P.LD-02甘家寨古滑坡早期崩塌堆积体黏土16210±5019650～19475

所用14C半衰期为5568a，a B.P.为距今1950年的年代，在美国Beta实验室测定甘家寨现代滑坡体的范围较古滑坡面积大，范围广(图7b)，其上部(NW部)为P1y灰岩浅表层顺层滑动，呈条带状，下部为滑坡主体。因该现代滑坡是鲁甸8.03地震直接触发，而本次地震的发震断裂是包谷垴—小河断裂，因此，现代滑坡同样受控于活动断层，属于古滑坡(崩塌)堆积体在地震直接触发下的二次复活。

图8　下水沟断层与4处特大型同震滑坡空间展布关系(底图为google earth影像)Fig.8　Spatial relations between the Xiashuigou active faults and four large-scale earthquake landslides(reproduced from Google earth)

3.3甘家寨滑坡成因机制分析

野外调查和遥感解译发现，NW(走向：128°)向的“下水沟”(103°24′52.74”E，27°0′34.58″N)右旋走滑断层控制了本次地震中的红石岩、王家坡、甘家寨和光明村滑坡带等4处特大型滑坡的发生，该断裂裂缝宽度约30～50m，从南侧的邓家院子穿过王家坡、下水沟一直延伸到北西侧的光明村。红石岩同震滑坡位于该断层的西侧，距离滑坡直接距离约1300m；王家坡滑坡和光明村滑坡群直接从断层上穿过；甘家寨滑坡距离下水沟断裂直接距离约900m。NW向的灰街子断裂与NE向的沙坝河断裂控制了甘家寨滑坡的形成发育，此外，地震破坏最严重的龙头山镇受到多条NW向与NE向断层交汇制约(图8)。因此，该地区的NW向与NE向断层是鲁甸地震4处特大型同震滑坡发生和龙头山镇受灾的主控因素。

4　甘家寨滑坡地貌演化对防灾减灾启示

甘家寨现代滑坡为距今约2万年前古滑坡(崩塌)堆积体在断裂活动(地震)触发下的二次复活型滑坡，其造成了重大人员伤亡和财产损失。鲁甸震区的一些居民区和甘家寨地区一样，直接建在深切峡谷的山坡坡脚和山坡上，受本次地震的影响很大，在本次地震中均受到毁灭性打击，如位于牛栏江左岸的巧家县大坪子村(103°23′02.41″，27°2′53.64″)位于古滑坡堆积体上，尽管在本次地震中未发生滑坡二次复活，但房屋倒塌非常严重。事实上，云南滇东北地区拥有大量的平缓夷平面，这些夷平面相对地形坡度缓，相对海拔高差小，相对平坦，受滑坡崩塌的影响相应也较低，较高山峡谷区更适合人类居民和农业生产。

高山峡谷区因受地形条件和断层活动的制约，一些居民村落就直接建在古滑坡(崩塌)堆积体、泥石流冲积扇以及河流阶地上，这些地区相对平坦，但存在潜在地质灾害隐患。实际上，高山峡谷区的断层、河流、阶地和城镇是相互依附为一体的，但由于断层破碎带也是最容易发生地震和滑坡灾害的地点，因此这些河谷区虽然有广阔的生产生活空间，但也孕育着潜在的灾难，这次地震震中龙头山镇就位于NW向的断裂带上，甘家寨滑坡就位于古滑坡(崩塌)堆积体上，因此，通过对甘家寨大型滑坡地貌演化过程的分析研究，能够为研究区众多的古滑坡居民点地质环境安全选址提供借鉴。同时，在震后房屋选址和重建规划时应充分考虑活动断裂、古滑坡堆积体等地质环境安全问题，防范因地震造成的次生地质灾害。

另一方面，滇东北鲁甸地区发育的NE向昭通—鲁甸断裂带近2万年大型断裂周期性活动规律的发现，对该地区提高抗震设防和应对地质灾害提供了新的思路，按地质历史时期断裂引发的最高等级地震标准设防是有效缓解该地区建筑倒塌的一种有效手段。但由于目前对活动断层测年数据数量和精度的限制，无法准确厘定昭通—鲁甸断裂带的大规模活动周期，建议进一步加强该地区NE向和NW向活动断层的复发周期研究，为灾害恢复重建中的地质环境安全提供基础依据。

5　结　论

文章在对“8·03”鲁甸Ms6.5级地震诱发甘家寨特大型滑坡灾害的基础上，查清了该滑坡的发育期次及演化时间，分析了滑坡与NE向、NW向断裂带的关系，提出了高山峡谷区地质环境安全建议，主要认识如下：

(1)甘家寨滑坡分为两个发育期次，古滑坡的形成时间约距今2万年，现代滑坡为古滑坡(崩塌)堆积体在断裂活动(地震)触发下的二次复活型滑坡。

(2)甘家寨古滑坡和现代滑坡均明显受控于昭通鲁甸断裂带的次级断裂，即包谷垴和小河断裂，后者错断了光明村、下水沟等地山脊，形成多级断裂槽谷地貌。

(3)昭通—鲁甸断裂带似乎存在2万年的活动周期，由于断裂带剖面年龄数据有限，待后期开展更详细的调查和测年工作后，更准确地厘定这一规律。

(4)云南滇东北高山峡谷区的断裂、滑坡、阶地和村镇是相互依存的，震后重建房屋选址不仅要注意抗震设防，还应充分考虑地质环境安全问题。

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DEVELOPING CHARACTERISTICS AND EVOLUTION PROCESS OF GANJIAZHAI LARGE SCALE LANDSLIDE IN LUDIAN 8.03 EARTHQUAKE AREA OF NORTHEAST YUNNAN

XU Yongqiang①YIN Zhiqiang①SA Lanpeng②

(①China Institute of Geo-environment Monitoring，Beijing100081)

(②Yunnan institute of Geological Engineering Investigation and Design，Zhaotong Branch，Zhaotong657000)

At 16：30 on August 3，2014，an MS6.5 earthquake happened in Longtoushan Town，Ludian County，Zhaotong，in Yunnan Province，and caused 617 deaths and triggered a large number of geohazards.The Hongshiyan landslide and Ganjiazhai landslide are notable for their largest scales in mass and many casualties.According to field survey and remote sensing image interpretation of Ganjiazhai landslide by authors，the developing characteristics and evolution periods of landslides mass are analyzed，and the key triggering factors of this landslides are studied from the perspective of active fault rupture.The Ganjiazhai landslides can be divided into two occurred times.The latest landslide mass is of 700m and 250m in length and width，and 690，000m2and about 8.7million m3of landslides mass area and volume，respectively.It is triggered by the Ludian earthquake from the ancient landslide or avalanche that occurred about 20kaBP，and these two occurred times were all controlled by Xiashuigou Holocene faul that extended by NW direction.At last，this article suggests preventing the risks of landslide in further in Ludian earthquake area，and should strengthen to study the recurrence period of Zhaotong-Ludian active faults in the region，in order to provide the basis for geological environmental safety in the geohazards reconstruction after the earthquake．

Ludian earthquake，Ganjiazhai，Large scale landslide，Developing characteristics，Evolution process

10.13544/j.cnki.jeg.2016.04.009

2016-04-01;

2016-05-05.

国家自然科学基金项目(No.41372333)，国家地质调查项目(No.12120114238501)资助.

徐永强(1974-)，男，博士，高级工程师，主要从事滑坡调查评估研究.Email: Xuyq@mail.cigem.gov.cn

P642.22

A