怒江上江镇一级阶地上覆粗颗粒土成因探讨

张 勇, 胡小龙， 刘 宇, 冯倩倩， 赵 逊

(1.中国地质科学院探矿工艺研究所， 成都 611734； 2.成都理工大学环境与土木工程学院， 成都 610059)

泸水县上江镇为一个典型的山区城镇，地处滇西横断山区，大地构造单元属冈底斯-念青唐古拉褶皱系，福贡-镇康褶皱带[1]。区内断裂极其发育，怒江大断裂南北纵穿而过，晚近期怒江断裂南段活动强烈，新构造运动表现为间歇性强力抬升，在上江镇右岸保存4级河流阶地。

目前上江镇三级阶地人口密集，省道228在三级阶地通过；新建保泸高速在四级阶面通过，城镇发展逐渐向二级阶地及一级阶地扩展，而建筑物主要分布于怒江一级支流丙贡河两侧，沟道横断面被严重挤占。在对泸水县怒江河谷阶地进行实地调查中对上江镇阶地及相关堆积体进行了重点关注。调查中发现位于上江镇一级阶地上覆一顺河粗颗粒堆积体，考虑到山区城镇——上江镇可能存在的地质灾害危险性及风险性，查明该巨砾堆积物的成因具有重要的现实意义。查阅文献资料，该堆积体没有相关成因方面研究，现通过现场填图，地质环境条件分析，采用排除法、类比法，分析该大型堆积体成因。

图1 研究区地质构造与交通位置图Fig.1 Geological structure and traffic location of the study area

1 研究区概况

上江镇位于云南省西北边陲，怒江右岸，泸水县南部，西面为高黎贡山，东部与大理州云龙县相接，南部与保山市隆阳区接壤，丙贡河由西向东穿镇而过汇入怒江。研究区属中高山峡谷地貌，镇域范围内海拔最高为怒江右岸的高黎贡山3 400 m，最低为怒江河谷755 m，高差达2 600余米。上江镇所辖区域主要出露高黎贡山岩群混合岩化变粒岩、石炭系泥质灰岩以及三叠系白云质灰岩与纯灰岩，空间上由西向东地层逐渐变新；第四系主要为冲洪积物，平面上第四系呈“T”字形展布[图1(a)]。上江镇境内怒江断裂带宽约500 m，第四纪活动强烈，右岸发育大量的断层三角面[图1(b)]，断裂上盘高黎贡山群受构造影响，岩体完整性差，丙贡河中上游崩坡积物及沟床堆积物丰富。

受印度洋季风影响，研究区属于亚热带山地季风气候，年平均气温18 ℃，且大于等于10 ℃的活动积温量在6 500 ℃以上，持续天数大于等于360 d，全年无霜[2]。在泸水一带素有“有钱难买六月旱，有旱不过五月十三”的说法[3]，根据气象资料显示，研究区平均日降雨量800 mm，其中主要降雨集中在5—10月，而暴雨期主要分布在6月下旬—7月中旬。现场调防当地居民得知，上江镇丙贡河每年都会引发不同规模的泥石流，山口以下沟道两侧居民的生命财产遭受不同程度的损失。

图2 上江镇巨砾堆积分布图Fig.2 Distribution map of boulder accumulation in Shangjiang Town

2 粗颗粒土发育特征

在对上江镇阶地的实地调查中揭示，上江镇发育4级阶地，阶坎上均见有河流相卵砾石层，二～四级阶地阶面平整，顶部漫滩相砂土为农田或城镇建筑物、道路，但在一级阶地之上覆有粗颗粒土堆积体。堆积体平面上呈“辣椒状”，北至丙贡河入江口，与丙贡河扇体相接，但高度高于扇体，南达一级阶地南缘，长1 160 m；东缘受怒江冲刷，形成堆积体陡壁，相对高差23～26 m；堆积体西侧与一级阶地后缘围限是一浅槽谷，谷底为一级阶地漫滩相砂层，为稻田分布区，宽50～100 m。堆积体北宽南窄，北段最宽达250 m，中部宽260 m，南段宽80 m，面积约23×104m2(图2)。堆积体厚2～6 m，总体北部高，厚度4～5 m，向南部降低2～3 m，表面起伏明显，总体积约93×104m3，考虑大部分堆积体被冲走，根据怒江一级阶地之下堵江宽度测算，当时堆积体的体积应在1 604×104m3左右。堆积体组成以混合岩化变粒岩、片岩巨大漂砾、块石、碎石夹砂及黏土为主，其中巨大漂砾约占56%，块石约占23%，碎石约占9%,砂及黏土约占12%. 巨大漂砾粒径在1.5～3 m，偶见粒径5.4 m×2.0 m×2.3 m的巨砾(图3)，次棱角状；块石以0.3～2.0 m居多，次棱角-棱角状；碎石粒径在0.2 m以下，棱角状居多，少量为次棱角状。颗粒之间充填有少量砂及黏土，地表露头黏粒含量较低。形态上粗颗粒以不规则形、厚板状居多，球度低、磨圆差，颗粒表面新鲜或弱风化，石英脉体清晰展布。

图3 巨砾堆积物分布图Fig.3 Distribution of boulder deposits

3 堆积体成因综合分析

一方面，由于该堆积体堆积于一级阶地以上，形成时间上晚于一级阶地。一级阶地形成年代为一万年左右，因此覆于其上的堆积体应是一万年以来的某次事件，其成因关系到上江镇全新世以来是否发生过灾变事件。

首先，人工堆积的可能性分析，通过现场调访，有历史记录以来，一级阶地从未作为大规模工程弃渣场地，排除了人工堆积的可能。

第二，冰川堆积或冰水堆积的可能性分析，泸水市内冰川发育具有明显的地域性，即在自大兴地乡以北的怒江上游高山-极高山地区发育。向南，山地高程急剧降至中低山，无现代冰川活动也未见历史冰川活动遗迹的报道，况且末次冰期冰川大规模活动发生在1万年以前，本堆积体形成在一级阶地之后及晚于1万年，时间上也无法对应。而且从堆积体组成及结构也难以与冰碛泥包砾或冰水具有磨圆颗粒的韵律结构相吻合，因此，不可能是冰川堆积或冰水堆积。

图4 丙贡河纵剖面图Fig.4 Vertical section of Bingong River

第三，崩塌或滑坡堆积的可能性分析。左岸高陡，地震烈度高，是否是左岸高位远程滑坡或崩塌堵江并堆积于怒江右岸？现场调查揭示，左岸谷坡为三叠系紫红色泥质灰岩、钙质泥岩组成的顺向谷坡，地形上具有高位下滑并冲向右岸一级阶地的可能性，但岩性上二者完全不吻合，因此，这种可能性可以排除。

第四，历史大型泥石流灾害可能性分析。 堆积体北端为丙贡河河口入江堆积扇。是否是一级阶地形成后历史大型泥石流冲入怒江，巨型固体物质覆盖于一级阶地及怒江主河道，决口后残存在一级阶地上的残存体？该堆积体与2005年大渡河左岸磨西河大型泥石流冲入大渡河形成的沟口堆积体物形态具有高度的相似性[4]，为此，对丙贡河历史泥石流活动进行了追踪调查。丙贡河发源于怒江西侧的高黎贡山南段，属怒江一级支流，流域面积40.8 km2，沟域纵长13.4 km，沟源高程2 640 m，沟口高程约720 m，汇流区纵比降约285‰，沟道平均纵比降约184‰(图4)，下游流量约1.5 m3/s。沟域可以区分上游清水汇流区、中游形成流通区、下游堆积区。清水汇流区面积约17.23 km2，植被发育；中游植被覆盖率低，人类工程活动强烈，下游为巨大的冲洪积扇。形成流通区为怒江断裂带通过处，岩体破碎且发育老的洪积及泥石流堆积，支沟顺断裂带发育呈笔架状，沟道弯曲且两壁崩塌、滑塌发育，沟床覆盖层厚，比降达180‰，易于堵溃、揭底；结合研究区降雨集中的特点，丙贡河具备发生大型泥石流的三大基本条件。

另一方面，泸水县区域附近地震活动强烈，有历史记载的Ms≥4.7级地震多达183次，其中6级及以上地震有32次，距今最近记录到的强震为1976年云南龙陵Ms7.3级地震[5]。如此频繁的地震活动，对于研究区的岩体结构造成严重破坏，基岩山体整体的稳定性降低，坡体裂隙发育明显，在这样的地质环境条件下，为地质灾害链发生提供了“极佳”的条件[6]。

成因分析：在上江一级阶地上分布的大规模巨砾堆积物的成分与丙贡河上游的地层岩性刚好对应，均为混合质黑云变粒岩。阶面上的巨砾堆积物平均粒径在1.5～3 m，偶见5.4 m×2.3 m×2.0 m的巨砾，体积约24.84 m3，估算其质量约69.6 t，而对于这一质量的巨砾物质以及这么远的运移距离，仅靠滑坡或崩塌是无法实现的，而对于稀性泥石流也很难提供如此大的水动力条件[7]，因此最可能的就是黏性泥石流。而在丙贡河下游段发现有巨砾出露[图3(b)]，其主要埋藏在约2.0 m的第四系冲洪积层下面，河道两侧的巨砾物质的磨圆度明显要优于一级阶面上的堆积物，呈次圆状，大小砾石混杂，其间以沙砾土充填，结构致密为典型的泥石流堆积。结合上述条件推测，上江一级阶地上覆巨砾物质应该是老的黏性泥石流裹挟上游的巨砾物质暂时性堵塞怒江，然后决口，粗颗粒堆积体实际上是残留在一级阶地上的残留体。

形成时间分析：一级阶地形成不久，怒江流域泸水县附近的阶地调查较少，在仅有的文献中可知，上江附近的一级阶地形成年代在7.6～8.37 ka BP[8-10]，而上江镇阶地面上的巨砾物质应该是阶地形成不久的高漫滩阶段，因此，巨砾物质的形成时间应该在全新世距今6～7 ka，由于极端天气恶化，集中强降雨条件下，清水汇流区巨量洪水通过冲刷揭底、沟壁崩塌、滑塌等方式，启动丙贡河中上游段丰富的崩坡积物以及沟道堆积物，形成了超大型的黏性泥石流，冲出丙贡河河口，最终堵塞怒江，泥石流固体冲出物呈扇状覆盖当时的高漫滩(现今的一级阶地)。

堵溃分析：怒江流域泸水段的平均河床宽度为160 m，而在上江镇怒江河道受到了明显的挤压，推向左岸，最窄处仅80 m(图2)。因此，推测上江镇可能在这次大规模黏性泥石流的巨大水动力条件下，携带了丙贡河中上游的巨砾物质于怒江淤积，堵塞怒江河道，但由于怒江流量大(多年平均流量4 876 m3/s)，暂时壅塞后因江水翻坝而发生溃决，主河道的巨砾物质在持续性的干流冲刷搬运作用下殆尽，而位于上江高漫滩(现今一级阶地)不但位置高且位于凸岸，泥石流残体得以保存，形成现今的阶面巨砾残留堆积形态。

4 结论

针对上江镇一级阶地上发育异常非冲积相堆积，通过粗颗粒土结构及颗粒成分的示踪调查，揭示该堆积体为全新世早期末一级阶地形成后丙贡河暴发超大型泥石流冲出沟口并暂时性堵塞怒江，泥石流扇超覆于当时的高漫滩上(现为一级阶地)，决口后，泥石流大部分固体冲出物已被怒江冲刷带走，现堆积于一级阶地之上的粗颗粒土为丙贡河历史泥石流残体。

这一灾变事件说明，上江镇丙贡河具备发生超大型泥石流条件。随着经济的发展，山区城镇人口不断增加，上江镇镇政府所在地就位于冲洪积台地上，城镇规划中并未对穿过上江镇的丙贡河泥石流危害进行评估，但目前正在进行大规模的移民搬迁住房建设工程，工程建设所在地正好位于老的泥石流堆积体上，加之丙贡河上游复杂的地质构造条件，丰富的崩坡积物为泥石流的再次发生奠定了基础。上江镇镇府所在区的狭长地带为泥石流的高度危险区，目前仅在河道两侧修筑低矮的防洪堤，建议未来应该对于上江镇泥石流的危险性进行专题研究并实施针对性治理工程，同时加强该流域监测预警工作。