九寨沟景区“8·8”震后崩塌灾害发育特征及影响因素

2020-04-08陈又麟

科学技术与工程 2020年3期

王毅, 陈又麟, 余业

(1.核工业西南勘察设计研究院，成都 610061； 2.四川省地矿局九一五水文地质工程地质队，眉山 620010)

2017年8月8日21:19:46，四川省阿坝州九寨沟县(33.20°N、103.82°E)发生里氏(Ms)7.0级地震，震源深度20 km[1]，川西、甘南大部及成都震感强烈。九寨沟景区距震中(比芒村)仅5 km，地震烈度为Ⅸ度[2]，受其影响景区发育了大量崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害，严重威胁则查洼沟、树正沟、荷叶沟以及扎如社区等景点和聚居点的安全。为尽快恢复九寨沟景区正常营业，保障灾后恢复重建工作得以顺利实施，受景区管理局委托，笔者参与了景区则查哇沟中季节海至长海段(长约8.5 km)的地质灾害的治理工作。

通过已搜集的资料来看，目前对景区的地质构造、水位地质、环境地质、旅游开发方面的研究较多，但对地质灾害，尤其是崩塌灾害的特征、成因、影响程度等研究较少，而“8·8”地震震后重建又急需对地质灾害进行治理，因此查明崩塌灾害的分布情况、研究其发育特征、破坏特征、发展趋势就显得尤为紧迫。依托笔者参与的“8·8九寨沟地震灾后重建九寨沟景区地质灾害治理项目”，通过调查分析震后景区崩塌(危岩)规模、分布、运动堆积等特征，研究崩塌灾害的破坏特点、威胁范围，以及影响崩塌发育的主要因素，为后续治理工程提供依据。

1 研究区概况

九寨沟位于青藏高原和四川盆地的过渡地带，以高寒山地与峡谷为主，属白水河流域山地区，平均海拔3 000 m以上，相对高度差达2 000 m，呈南高北低之势。自南向北依次呈现冰川、岩溶甘谷及层湖叠瀑地貌景观。其中，则查洼沟、日则沟和树正沟在平面上呈“Y”形展布[3]，形成一个完整的树枝状水系，九寨沟的“层湖叠瀑”、钙华景观主要分布在则查洼沟、日则沟和树正沟中。“8·8”地震后该段发育12处较大规模的地质灾害，其中崩塌灾害8处，为主要地质灾害类型(图1)。

图1 研究区地貌

研究区地处巴颜喀拉地块与西秦岭造山带摩天岭地块的结合部位(图2)，其周边主要分布有塔藏断裂(F1)、虎牙断裂带(F2+F3)、雪山梁子断裂(F4)及岷江断裂带(F5+F6)，断裂以脆性剪切形变为主导，表现为逆断层、正断层和平移断层。

研究区主要出露石炭系下统岷河组二段(Cm2)灰岩、白云质灰岩、偶夹燧石灰岩，岷河组一段(Cm1)灰岩、板岩、变质砂岩，泥盆系上统益哇沟组(DCy)灰岩、含燧石灰岩夹少量砾屑灰岩，岩层走向NW-SE，倾向SW，为正常层序产出，岩层倾角较陡。

九寨沟景区属于高原寒温带-亚寒带季风气候区，垂直分带特征明显，区内海拔2 380 m的九寨沟诺日朗附近年平均气温5.5 ℃，7月极端最高气温32.6 ℃，1月极端最低气温-20.2 ℃。5—9月为雨季，月平均降雨量大于70 mm，10月降雨明显减小，积雪期从每年11月至次年4月，最大积雪深度达150 mm，全年无霜期100 d左右。年日照时数为1 600 h，日平均气温大于10 ℃的累积温度为3 000～3 500 ℃，相对湿度为60%～70%；年平均降水量约705.2 mm。

图2 九寨沟景区周边地质构造纲要图[4]

2 崩塌灾害发育特征

2.1 “8·8”地震崩塌规模特征

则查哇沟中季节海至长海段“8·8”地震诱发规模相对较大的崩塌灾害共计8处(图3)，主要分布于则查哇沟中、上季节海、长海两岸，其中左岸较多，对景点设施、栈道及景区公路损坏严重。本次地震诱发的崩塌堆积体总体积约17.8×104m3(表1)，最大点约9.6×104m3，一般1×104～2×104m3，属小-中型，崩塌物最大粒径2 m。残余危岩体总体积约33×104m3，大于10×104m3的两处，1×104～10×104m3两处，其余小于1×104m3，岩性以灰岩为主，局部为板岩。最大的危岩单体约3.5 m3，一般为1～3 m3。

图3 研究区崩塌灾害点分布

表1 中季节海至长海段崩塌灾害规模特征

注：崩塌堆积体体积仅为“8·8”地震时及震后至本次调查期间的统计值。

2.2 崩塌(危岩)分布特征

则查哇沟两岸更是重峦叠嶂、山峰(脊)与沟谷(槽)交错分布，相对高差较大。“8·8”地震崩塌主要来自则查哇沟两岸山体，有的直接坠落在景区公路、栈道或水体景观，有的则沿沟槽滚动聚集，形成破坏力较大的崩塌流，或停留在沟槽内成为泥石流的物源。

调查的8处崩塌灾害点共发育危岩36处。其中，7#点最多(7处)，一般3～4处。危岩分布海拔高程范围2 805～3 478 m(表2)，至坡脚的相对高差6.5～525 m。其中，分布于坡脚(0～50 m)的低位危岩相对较少，仅7处，占危岩总数的19%(图4、图5)；相对高差50～300 m是危岩的主要分布高程，总数的62%，大于300 m的高位崩塌亦占据较大比重(达到17%)，可见研究区多以中、高位崩塌为主。就崩塌物的分布来看，低位崩塌一般直接坠落至坡脚公路、栈道等平坦位置，多为单一的落石掉块，因高差较小，具备的势能小，主要造成接触范围内公路、栈道的破坏，呈点状破坏，危害性较小。而中、高位崩塌脱离母岩后，沿重力方向进入临近沟槽，沿沟槽滚动、跳跃，与其他进入沟道的崩塌物汇合(“归槽效应”)，动能进一步增大，加之本身势能较大，同时还裹挟沟槽两侧松散物质，惯性增大，形成破坏力极强的“崩塌流”，冲出沟口后迅速散开，呈面状或带状破坏，常造成沟口公路、栈道数十米，甚至上百米的连续破坏，是九寨沟景区震后次生地质灾害中威胁最大的灾害。残留在沟道内的松散堆积体，则可能成为泥石流的物源[5]，在降雨作用下以泥石流形式冲出沟道，形成链式灾害，危害尤甚。

表2 中季节海至长海段危岩分布高程统计

注：W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7均为危岩编号。

图4 危岩数量的相对高程分布

图5 危岩数量的相对高程百分数

2.3 危岩(带)变形破坏特征

研究区出露的基岩主要为灰岩、白云质灰岩、板岩，以灰岩为主。受该区NW-SE向构造行迹影响，岩层产状大体为260°～281°∠50°～61°(局部受小型褶皱、断层影响可能出现变化)，倾角较陡。此外，该区还发育四组结构面(表3)。其中，结构面①、④为该区的优势结构面(可能为共轭结构面)，其余两组发育程度皆有岸别差异，且仅在部分崩塌点比较发育。

表3 岩土结构面统计

在则查哇沟左岸虽然岩层反倾坡内，有利于斜坡稳定，但①、④结构面组合迹线倾向坡外，为不利组合[6]，将岩体(灰岩)切割成块状，出现坠落或倾倒破坏。同时，由于①、④结构面为该区主要发育的结构面，这也成为左岸崩塌明显多于右岸的原因之一(图6)。而右岸岩体破坏则主要受岩层控制，当临空面坡度较大时，岩层缓倾坡外，加之结构面切割，岩石块体可能出现滑移或坠落破坏(图7)。岩石脱离母体后沿重力放下发生翻滚、跳跃，尤其是中、高位崩塌，较大的势能转化为强大的动能，所到之处破坏力极强，砸坏树木、破坏景区公路及原被动防护网等(表4、图8～图11)。

图6 左岸岩体结构面赤平投影

图7 右岸岩体结构面赤平投影

图8 1#崩塌点景区公路受损

图9 1#崩塌点斜坡下部树木被折断

表4 中季节海至长海段崩塌灾害灾情结果统计

图10 2#崩塌点沟槽下游被动防护网大面积破坏

图11 3#崩塌点墙顶钢轨栅栏被破坏

3 崩塌灾害影响因素

3.1 地形地貌

研究区为中高山-高山狭谷地貌，地形起伏大，高耸的山峰坡度陡，临空条件较好，应力相对集中，为岩体的变形提供了空间和力学条件[7]。岩体临空卸荷，应力释放，而后斜坡体内岩层应力重新调整，产生向临空方向的拉裂和变形，随着变形时间增长，张裂隙逐渐向深部扩展，以致岩体从上至下形成破碎(破裂岩体)-较破碎(块裂岩体)-较完整(基岩)的分布规律。随着风化、侵蚀等地质作用的进一步加剧，应力加剧调整积累，拉张裂隙进一步扩张，并逐步向深部发展，从而完成整个裂隙面的贯通。

中、高位的危岩脱离母岩后具备较高的势能，先沿重力方向进入附近的沟槽，在沟谷中跳跃、翻滚，铲刮和裹挟沟床及两岸松散物质，同时汇聚该沟流域内的其他崩塌物[8-9]，形成“崩塌流”(图12)，具备强大的破坏力和冲击能，造成沟口建(构)筑物大面积破坏。

图12 2#崩塌点高位崩塌“归槽效应”

3.2 岩性与岩体结构

研究区出露基岩为灰岩，属硬质岩，受则查洼沟断层、夏莫向斜、卡真背斜影响，岩体较破碎，岩体除岩层外，还发育2～3组结构面，间距较大，延伸较长，往往成为岩体薄弱环节。在重力、风化、冻融、植物根劈作用等长期作用下，沿着结构面发生破裂并不断发展，岩体完整性降低，相互组合切割，从而形成潜在崩塌体。岩层及结构面组合方式主要两种：在则查哇沟左岸，其中一组陡倾结构面(结构面④)与坡向一致，形成控制性结构面，其他结构面及岩层切割岩体呈块状，易产生坠落、倾倒式崩塌；在右岸岩层则成为主控结构面，其他两组结构面组合形成楔形体，顺坡向且倾角较小，这样易产生滑移式破坏[10]。在斜坡崩塌破坏时同时对下伏岩体起了牵引松动作用，在坡体上形成了新的不稳定块体或危石，斜坡局部发生崩塌破坏后，危岩带后缘坡体临空，再次发生卸荷变形，形成循环性崩塌破坏。

3.3 地震与断裂

第四纪以来，区内新构造运动强烈，历史上发生多次强烈地震。1976年8月16日22:00与松潘、平武交界的勿角、马家发生7.2级地震，造成了重大灾祸。2008年5月12日，汶川县映秀镇发生8.0级特大地震，震中距九寨沟县250 km，受特大地震影响，九寨沟地质环境遭到不同程度破坏。2017年“8·8”地震九寨沟景区据震中仅5 km，这次地震的发震构造为虎牙断裂带北支-夏莫断裂[4]。夏莫断裂是一条隐伏断裂(图1)，形成于印支期，断面倾角可达70°～80°，属高角度逆走滑断裂。夏莫断裂呈NW走向，北与岷江断裂斜接，向西南经夏莫与阿卓开断裂相接，长约70 km，其间经过九寨天堂-震中-五花海-则查哇沟(下季节海)，即研究区有发震断裂经过，地震烈度为Ⅸ度，破坏力极强。