吐鲁番市葡萄沟景区崩塌灾害发育特征及形成机制研究

2017-06-19李永军

地下水 2017年3期

关键词：吐鲁番市葡萄沟砾岩

李永军

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

吐鲁番市葡萄沟景区崩塌灾害发育特征及形成机制研究

李永军

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

在查明研究区滑坡地质灾害基本地质条件的基础上，对区内岩质崩塌地质灾害的发育特征进行了总结和分析，并对区内崩塌地质灾害的形成机制和发展趋势进行了分析。研究结果表明：研究区位于火焰山南麓，地势北高南低，地貌类型为构造剥蚀低山及河谷平原；研究区内共发育有崩塌地质灾害点29处，均为岩质崩塌；研究区内崩塌危岩体主要受坡体卸荷裂隙和风化裂隙控制，随着人类活动的不断加剧将对危岩体的影响日益加重。

葡萄沟景区；崩塌；发育特征；形成机制；发展趋势

葡萄沟景区位于吐鲁番市北东的葡萄沟东西两侧斜坡，行政区划隶属吐鲁番市管辖，是著名的国家5A级景区，南距吐鲁番市7 km，西距乌鲁木齐市184 km。葡萄沟景区大门紧邻312国道，通过312国道可达全国各地，另有旅游区专用道路Z474线穿越防治区，交通方便。崩塌、滑坡地质灾害的发生对当地居民与道路构成了一定威胁。因此，本文在对研究区崩塌灾害野外实地调查基础上，结合并参考相关研究成果[1-5]，对研究区崩塌地质灾害的地质环境和发育特征进行分析和评价，并对区内崩塌地质灾害的形成机制和发展趋势进行了分析，可以为崩塌治理工程可研提供必要的地质资料，进而保障景区内人民生命财产的安全。

1 研究区地质环境分析

1.1 气象水文

根据吐鲁番市气象站多年观测资料，吐鲁番市气候异常燥热，日照充足，热量丰富。全年无霜期长达270 d，日照时数达3 054 h以上，全年积温达5 500℃以上。年降水量在10～16 mm，盆地最低处的艾丁湖年降水量仅有7.8 mm或无降水。吐鲁番市6-8月平均气温为25℃～35℃，极端最高气温达48℃以上，地面直射最高温度为76.6℃，沙丘表面最高温度达82.3℃。吐鲁番市降水量虽然不大，但却很集中，常形成时间短、强度大的降水(暴雨)。

研究区内主要水系为葡萄沟河，葡萄沟河是天山水系地表水入渗后流至火焰山溢出成泉形成的河流。此外，在葡萄沟的东侧陡崖下部有千泪泉分布，千泪泉水出露于早更新世砾岩中，为下降泉，呈渗漏滴落式产出，现泉水和葡萄沟河水汇流下游已修建引水渠，进行水利发电和灌溉葡萄园和果园。修建的引水渠位于危岩体下端，受到崩塌危岩体的威胁。

1.2 地形地貌

研究区位于火焰山南麓。火焰山呈近东西向横贯于吐鲁番盆地中部，在地貌上将盆地分为南北两部分。研究区总地势北高南低，地貌类型为构造剥蚀低山及河谷平原。

1.2.1 构造剥蚀低山

分布于葡萄沟两侧的火焰山区，呈NWW-SEE向延伸。在研究区内海拔高度略大于300 m，相对高差大于100 m，风化剥蚀作用强烈，山顶呈浑圆状，山脊较平缓，山体坡度南侧陡，北侧缓。山体被葡萄沟沟谷横向切割，山谷内山体奇峻，地形起伏变化较大，地形坡度多在55°左右变化。地层岩性以坡积碎石土为主，下覆下更新统砾岩。研究区内的危岩体、滑坡均分布在该地貌单元中。

1.2.2 河谷平原

分布于研究区葡萄沟北侧沟口至南侧出山口地段，河谷平原地势北高南低，由葡萄沟口向南南西倾斜，地面坡降在葡萄沟口附近可达25‰以上，在研究区内地形坡降在22‰，出研究区后向南有所减小，坡降在12‰左右。由于河谷内人类工程活动密集，目前河谷两侧阶地基本已被人为改造为耕地、园地或住宅用地。

1.3 地层岩性

研究区及附近区域出露的地层主要为第四系下更新统和全新统。从老至新分述如下：

1.3.1 第四系下更新统

分布于防治区东西两侧第一斜坡带危岩体(带)上，其中Ⅰ-Ⅴ号重点勘查区危岩体(带)上均有出露，组成岩性为灰色巨厚的砾岩层，钙质胶结，夹有细砾岩、砾状砂岩及砂质泥岩的透镜体为主，岩层产状为340°～351°∠1°～5°。厚度大于50 m，下伏第三系泥岩、砂岩。

1.3.2 第四系全新统

包括全新统坡积层和全新统冲积洪积层。其中全新统坡积层分布在防治区葡萄沟东西两侧第一斜坡带山坡上及坡脚处，岩性为坡积碎石土，厚度1.5～3.5 m，该层直接覆盖在下更新统砾岩层之上。全新统冲积洪积层呈条带状分布于葡萄沟现代河床中，岩性为单一圆砾或卵石，局部夹有细砂透镜体。此外，研究区葡萄沟东西两侧第一斜坡带坡脚处，由于人类工程活动相对密集，防治区部分地段存在素填土、杂填土。

1.4 地质构造及新构造运动

在区域地质构造上，主要包括火焰山逆断裂褶皱带(火焰山背斜)、火焰山山前坳陷以及吐鲁番大断裂，对研究区及附近的地形地貌特征和地层岩性分布状况起到了控制作用。此外，由于吐鲁番盆地地质构造复杂，新构造运动剧烈，属地壳基本稳定区，许多断层呈现继承性长期活动，导致盆地内及周边地区地震频率高，活动强度大。根据新疆地震动峰值加速度区划划分结果，吐鲁番市葡萄沟处在地震动峰值加速度0.10 g范围内，地震基本烈度相当于Ⅶ度。

1.5 水文地质条件

研究区及附近分布的地下水类型主要包括松散岩类孔隙水和碎屑岩类裂隙孔隙水两大类。

1.5.1 松散岩类孔隙水

分布于葡萄沟河谷内及葡萄沟出山口以南的山前倾斜平原地区，为单一结构孔隙潜水。含水层岩性为砂砾石和中粗砂，厚度在葡萄沟河床中大于10 m，河谷两侧阶地为透水不含水层，在山前倾斜平原区达100 m以上。在葡萄沟河床中地下水埋藏相对较浅，根据现有探井揭露水位埋深一般10 m左右，地下水与河水关系密切，相互转化。地下水补给来源主要是上游河床潜流及两侧山区碎屑岩类裂隙孔隙水的侧向补给。地下水接受补给后沿河床冲积洪积层大体由北向南径流。其排泄方式主要是通过地下径流向下游侧向排泄，其次为人工开采和低水位期向河床排泄。地下水水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Na型水，水质较好，矿化度小于0.5 g/L左右。

1.5.2 碎屑岩类裂隙孔隙水

主要分布于研究区下更新统砾岩下伏第三系砂岩、砾岩组成的基岩区。含水层岩性为砂岩和砾岩。该类地下水的补给来源主要是大气降水入渗和上游地下水侧向径流补给。顺层径流，排泄方式主要为侧向径流和泉水溢出。在葡萄沟东岸坡脚发育有泉水，由于含水层富水性差，流量较小，呈片状渗出，水质一般较差。坡脚发育的泉水会加快危岩体坡脚岩体的软化和分化，使危岩体向不稳定发展。

1.6 人类工程活动

根据区域工程地质条件，按照岩土体的组成岩性、结构类型、岩石强度等，将防治区内岩土体划分为3个工程地质岩组：

1.6.1 层状软弱的砾岩岩组

分布于研究区东西两侧陡崖及人工削坡处，岩性为砂砾石，呈胶结-半胶结状态，密实，具半成岩性质，为葡萄沟特殊地质环境下形成的特殊地层，统称该地层为砾岩。具有近水平层理，局部地段夹有细砾岩、砾状砂岩及砂质泥岩的透镜体。根据专勘报告成果，砾岩的承载力特征值可达400～500 kPa。

1.6.2 碎石土单层土体

分布于防治区北部葡萄沟两侧火焰山山坡上，主要岩性为坡积碎石土，地层厚度1～3 m不等，结构较为松散，具顺坡向层理。下伏地层为巨厚砾岩。根据专勘报告，其承载力特征值也可达200～300 kPa。

1.6.3 粉土和砂砾石双层土体

主要分布于葡萄沟河河床两侧阶地上，岩性为冲洪积粉土和砂砾石，具二元结构，表层粉土厚度薄，一般在1 m左右，松散，下部砂砾石，密实。该地层承载力特征值一般为100～350 kPa。

2 研究区崩塌发育特征分析

研究区内共存在崩塌地质灾害点29处，其中10处对防治区不构成直接威胁，另外19处崩塌危岩体(带)均已发生过或存在成灾趋势，主要分布于葡萄沟东侧一带，将其依次命名为WY01-WY19(危岩带中各崩塌点采用形如WY08-1的命名方式)。

研究区的崩塌灾害为岩质崩塌，主要发生在葡萄沟东西两侧陡崖上。如前所述，2处分布在西侧防治区民房旁陡崖处，17处分布在葡萄沟东侧的旅游设施及水利渠道旁陡崖处。

(1)西侧陡崖崖顶地面高程260～275 m，崖脚地面高程252～260.3 m，陡崖高度8～14.7 m。该处分布2处崩塌危岩体，WY01、WY02如图1所示，危岩体历史时期内均发生过小规模崩塌。崩塌危岩体对旅游区内的民房设施及住户安全构成一定威胁。

(2)东侧陡崖崖顶地面高程234～310 m，崖脚地面高程225～255 m，陡崖高度9～65 m。该处分布17处崩塌危岩体(带)，其中9处为崩塌危岩体，8处为崩塌危岩带，历史时期内均发生过崩塌，为小型崩塌危岩体(带)，但未造成人员伤亡。崩塌危岩体(带)对坡脚水利渠道、旅游基础设施安全构成威胁，如图2所示。除上述东西两侧陡崖危岩体外，葡萄沟东西两侧及南端还存在10处规模较小的崩塌危岩体，由于其对旅游区不构成直接威胁或威胁较小，因此本次防治工程设计不对其进行考虑。

图1 WY01、WY02危岩体图2 威胁旅游设施危岩体

3 研究区崩塌形成机制分析

3.1 形成机制分析

研究区内崩塌危岩体岩性为第四纪下更新世灰色巨厚层状的砾岩层，钙质胶结，夹有细砾岩、砾状砂岩及砂质泥岩的透镜体，岩层风化强烈，呈土石林状，在构成葡萄沟独特景观的同时也形成了其特有成灾形式。受坡体卸荷裂隙和风化裂隙控制，砾岩岩层形成了相对独立的土柱形态；随着降雨、风蚀作用的持续性影响，砾岩岩层裂隙逐渐扩展、贯通，形成了倾倒、坠落式崩塌危岩体。卸荷裂隙缝宽一般在3～15 cm，发育深度在3～5 m之间，止于下部胶结砾岩界面处。在危岩体临空面处，一般发育1-2组与临空面斜交或近于垂直的陡倾张性风化裂缝，这些风化裂隙初始状态表现为在重力作用下形成的小的拉张裂隙，随着雨水入渗淋滤、冻融循环作用下逐步发展到现在的风化裂隙，将危岩体分割成板状、柱状、长条状的规模较大的危岩块体，在降水入渗、冻胀、地震作用的影响下，易发生崩塌破坏。

崩塌体发育的葡萄沟东西两侧地段大部分斜坡属于近水平岩层斜坡类型。该种斜坡类型为危岩体形成倾倒式、坠落式、滑移式的岩质崩塌创造了条件。

3.2 发展趋势分析

根据专勘报告与相关资料研究成果表明，风蚀损耗是造成包括葡萄沟在内的许多新疆境内砾岩地层崩塌失稳的主要因素之一。吐鲁番盆地春季多风，且以西北风为主，最大风速可达40 m/s以上。根据吐鲁番40 a(1951年～1991年)的气象资料统计表明，8～10级大风年平均为36.2 d，沙尘暴年平均为11.2 d，大风持续时间最长为8 d，平均每天刮8.35 h。由此可见，崩塌危岩体在持续的风力掏蚀的作用下，将朝着不稳定体的方向发展。

此外，随着葡萄沟景区游客数量的增加，人类沿坡脚修筑各类旅游设施和建(构)筑物将不断增多，人类活动对危岩体的影响日益加重，震动荷载、人为破坏等均成为崩塌危岩体朝不稳定方向发展的诱发因素。