伊犁谷地黄土滑坡发育分布规律及成因

曹小红 孟和 尚彦军

摘  要：在前人研究基础上，通过现场调查分析黄土滑坡地质条件及发育特征，进一步统计分析伊犁谷地23处典型黄土滑坡形态及滑床、滑体等要素。结果发现，该区降水量及次数与滑坡发生频次正相关，多发生在春夏之交和夏季，集中在4—9月;滑坡主要发育在河谷南北两侧中低山及低山丘陵地带，1 300～2 000 m高程上最集中;具环河平原带状分布特征，沟谷和交通沿线较发育;山区滑坡类型中以黄土型为典型。伊犁谷地黄土滑坡发生机制为“大气降水+冰雪融水→地表水下渗→坡脚侵蚀→冻融循环→累积性破坏→坡体湿陷、蠕变→坡体突滑”多因素影响下，长达约20年的前期蠕变到2小时快速滑动的过程。

关键词：空间规律;时间规律;成因机制;黄土滑坡;伊犁谷地

随着社会和经济发展，人类活动对自然环境的扰动作用越来越明显、强烈，生态环境遭到不同程度影响破坏，突发性地质灾害强度和频度增大。保护生态环境，改善岩土工程环境质量，恢复或建立新的生态环境，成为社会各界和科学家们日益关注的重大问题[1]。滑坡是一种常见的地质灾害，主要发生在山区，具突发性强、易损度高特点，为目前主要地质灾害之一[2]。滑坡灾害中以黄土滑坡尤为突出，黄土滑坡在我国乃至世界上都占有特殊地位[3]。我国黄土分布极广泛，集中分布在陕西、甘肃、山西及新疆等省区。新疆黄土滑坡以伊犁谷地为典型，受特殊地形地貌、地层岩性、岩土体结构、构造及与下伏基岩接触特征的控制，并受特殊自然地理、气候条件、人类工程活动方式等影响，其分布规律与成因机制具独特性。因此，在伊犁谷地選取典型黄土滑坡点进行剖析，统计分析其形成条件、形成机理、土体结构、破坏模式等，对全面认识伊犁谷地黄土滑坡发育的分布规律和发育特征具重要意义。

1  地质环境条件

1.1  地形地貌

伊犁地处欧亚大陆腹地，是西天山最大的山间谷地。谷地北东南三面高山环绕，北有科古琴、博罗科努山脉，海拔4 000～4 500 m，东有依连哈比尔尕山山脉，平均海拔3 600 m，南有哈尔勒克山、帖尔斯克山、那拉提山等，较北部山脉略低，海拔3 500～4 000 m，组成向西开口的“喇叭形”谷地。谷地中部被乌孙山、伊什基里克山和阿吾拉勒山分割，形成喀什河谷地、伊犁-巩乃斯谷地、特克斯-昭苏盆地，总体上构成“三山夹两谷一盆地”格局[4]。三山之间山区为主要地形，占总面积的70%以上。地貌类型为侵蚀褶皱断块山、剥蚀堆积块状隆起山和堆积平原3个一级地貌单元和11个二级地貌单元。

1.2  地层

区内出露地层有蓟县系、长城系、长城系—青白口系、蓟县系—青白口系;古生界奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系;中生界三叠系、侏罗系;古近系，新近系，第四系（图1）。黄土主要分布在中低山区和低山丘陵区。

1.3  气象水文

伊犁位于欧亚大陆腹地，远离海洋，属大陆性气候，受“喇叭形”地形影响[5]，北冰洋和大西洋的潮湿气流从西面进入伊犁谷底，形成丰沛的降水，具大陆性中温带湿润气候特征，年均气温8.3℃左右，平均降水量200～550 mm，平均蒸发量1 467.67 mm，为新疆降水最丰富地区。区内降水分布不均，东部、西南、西北降水量较大，西部及中部较小。山区降水量多，平原降水量少。行政区域上，新源县、尼勒克县、昭苏县降水量较大，年平均降水量493～554 mm，霍城县和特克斯次之，年均降水量391～451 mm。伊宁市年降水量最少，约269 mm。降水量年内分配不均，大多地方降水集中在4—10月，占全年降水量的60%～90%。伊犁谷地及西北部地区降水量年内分配相对均匀。东部降雨量较大的山区，降水量年内分配相对集中。西南部特克斯县、昭苏县主要集中在5—8月，东部尼勒克县主要集中在4—9月，8—9月之后开始减少，降水量以春季和春末夏初占优势，冬季降水约占20%。伊犁地区水系密度较高，地表水系主要为伊犁河、特克斯河、巩乃斯河、喀什河及各大支流，地表水系主要补给形式为高山冰雪消融水、大气降水、山区地下水等。

1.4  水文地质

区内地下水类型主要包括：基岩裂隙水、松散岩类孔隙水及冻结层水等。

基岩裂隙水  包括层状岩类裂隙水和块状岩类裂隙水，主要分布在基岩区。层状岩类裂隙水主要分布在博罗科努山和伊连哈比尕山及阿吾拉勒山南坡一带，泉水流量0.1～1 L/s。松散岩类裂隙水主要分布在阿吾拉勒上西南部，为小面积零星分布，单泉流量一般小于3 L/s。

松散岩类孔隙水  主要分布在伊犁地区地势相对较低的平原地带，主要以地表河流流出山口后的渗透、大气降水、渠系的渗入为主要补给方式，次为基岩裂隙水侧向补给。

冻结层水  分为松散岩类冻结层水和层状岩类冻结水两种形式。其中松散岩类冻结层主要分布于科古琴多年冻结区，一般单泉流量为3 L/s，最大7 L/s，属水量中等区。层状岩类冻结水主要分布在科古琴多年冻结层界限附近，单泉流量通常为0.1～1 L/s，为水量中等贫乏区。

1.5  构造运动

1.5.1  地质构造

伊犁地区大地构造位于天山-兴安地槽褶皱区西南天山褶皱系西天山优地槽褶皱带，由博罗科努山复背斜、伊犁地块和哈尔克山复背斜3个四级构造单元构成：①博罗科努山复背斜。北起博罗科努—阿其克库都克深断裂，南至尼勒克深断裂，复背斜构造线方向以NW向为主，核部由前寒武纪地层组成一系列近EW向背斜、向斜和NWW向的压性断裂;②伊犁地块。北以尼勒克深断裂，南以那拉提深断裂分别与博罗科努山复背斜和哈尔克山复背斜为界。为前震旦纪和晚加里东褶皱组成的基底，次级构造单元有喀什河、伊犁-巩乃斯、昭苏-特克斯沉降构造带和伊什基里克山、阿吾拉勒山断褶带等;③哈尔克山复背斜。以哈尔克他乌山为主体，南、北部分别被哈尔克山深断裂、那拉提深断裂与南天山冒地槽褶皱带和伊犁地块分开，由一系列EW向复式褶皱和断裂、NNE向和NW向的扭性断裂组成，主要为加里东-华力西期构造期。

1.5.2  新构造运动

伊犁地区新构造运动强烈，发生频率较高。主要为间歇性升降运动，与之相伴随的有断裂活动和褶皱现象。新构造运动在更新世末期表现更强烈，使西域组和古近—新近系隆起，产生平缓褶皱和断裂。受新构造运动影响，使部分区域性老断层复活。并导致新生代半成岩地层与第四纪松散堆积层抬升，使其具较高势能，山体进一步隆起，河流侵蚀切割增强，使地质灾害形成条件更充足。此外，该区地震活动也较频繁，特别是东部地区。地震动峰值加速度为0.15-0.2 g/m/s2，对应的地质烈度为7～8度，属地壳次不稳定区。

1.6  人类工程活动

影响黄土斜坡稳定性的人类活动主要为3方面：①修路、采矿和交通运输活动;②挖中草药;③放牧。修建公路开挖坡脚，使得斜坡抗剪强度明显降低，破坏了黄土斜坡的稳定性。同时矿车经过路段产生的振动，也对斜坡稳定性产生影响，一定程度上打破了平衡状态，诱发滑坡。开挖草药和放牧主要是破坏了地表植被。没有植被的截流，雨水直接冲刷地表，破坏了土体结构，使斜坡失稳诱发滑坡。

2  典型黄土滑坡特征

2.1  特克斯达坂滑坡

特克斯达坂滑坡位于特克斯达坂公路（K13+543）北侧，平面形态呈“舌形”，无明显滑坡后壁，滑坡中部由于切割坡体、修路形成陡坎，滑坡形成的堆积体分布于坡体中下部，呈鼓丘状地形。滑坡前缘被堆积物覆盖，滑动带与剪出口在地面上不可见。滑坡体上部和中部裂缝较发育，据形态特征确定成因类型为牵引式滑坡。滑坡体结构上部为第四系上更新统风积层，主要为粉土，下伏新近系泥岩，粉土和泥岩构成滑坡的软弱结构面，成因结构模式为“黄土+泥岩结构”。粉土为低液限粉土，垂直节理和大孔隙构造较发育，透水性极强，随着含水量的增加，抗剪强度降低，形成易滑地层。下伏泥岩层透水性极差，二者接触面易形成滑面，在其它因素诱发下发生滑坡。滑坡发生时间为2002年5月，气象资料表明，5月份区内降雨量89 mm，4月16日至5月12日，降雨量达143.3 mm，且3—5月又是融雪季节。大量大气降水和融雪为滑坡发生的主要诱发因素[6]。

2.2  加郎普特滑坡

加郎普特滑坡位于新源县北部阿吾拉勒山区则克台沟上游加郎普特附近，省道S316线从尼勒克县种蜂场沿则克台沟从北向南穿过。该滑坡为3个同时发生的大型滑坡组成的特大型滑坡，滑坡后壁的北侧、东侧、东南侧3个方向，形成巨大的“圈椅状”。滑坡后壁最高处近110 m，最低60 m。东侧滑坡后壁位置切割已越過分水岭，后壁呈近直立状，易发生小型崩塌，滑坡后壁下方可见大量崩积物。滑坡中下部基岩埋藏较浅，受其阻挡，滑坡体分为南北两支。滑坡中部较高，南侧与北侧由于滑坡土体滑至则克台沟，形成堰塞湖坝体，后期水流切割侵蚀，滑坡体厚度变薄[7]。该滑坡体土体为黄土，呈灰黄-棕黄色，大孔隙发育、松散，具较高的湿陷性，部分地段夹少量碎石。滑床为第四系中更新统离石黄土（黏土），具渗透系数低、粘粒含量高、力学性质好、湿陷性小等特点，为相对隔水层，成因结构模式为“黄土+泥岩结构”。滑坡发生在2002年5月10日，则克台附近71团观测站气象资料显示，4月平均气温10.3 ℃，较历年同期平均值偏低1.0 ℃。月最高温度27.2 ℃，出现在4月11日;月最低温度-0.7 ℃，出现在4月7日。4月总降水量150.9 mm，较历年同期平均值偏多182%，单日最大降水量35.6 mm，出现在20日，最大连续降水日为7天（4月24—30日），降水总量81.1 mm，9—11日有大风、降温、雷暴、暴雨天气出现。暴雨及降水量突然增大诱发了加郎普特滑坡发生，降雨集中入渗是滑坡发生的主要因素之一。

2.3  大洪纳海沟滑坡

大洪纳海沟滑坡位于昭苏县北部中低山区，西南侧约80 m山坡处省道S237穿过。该滑坡平面形态整体呈“喇叭形”[8]， 滑坡体表面凹凸不平，滑动方向散乱使滑体变形破坏严重。坡面经再次滑动、流水冲蚀等作用，形态变得较复杂。滑坡后壁平面形态呈直线型，由西北向东南延伸，后壁形态较明显，处于斜坡中上部，滑坡后壁呈陡坎状。滑坡前缘出露于斜坡坡脚部位，平面形态以舌形为主，前缘鼓胀，坡度较平缓。滑体为松散含砾粉质粘土和砂、砾层，土层中虫孔、大孔隙构造和垂直节理较发育，结构松散，透水性强。在长期春季融雪水和雨水及地下水作用下，土体抗剪强度随含水量增加迅速下降，为易滑地层。滑床为中侏罗统强-全风化泥岩、砂岩。成因结构模式为“黄土+砂砾石+软岩（泥岩）”。成因类型为浅层推移式蠕动滑坡。气象资料显示，昭苏县全年降水量为520 mm，集中于5—7月，8月相对减少，9—10月有所增大。3—5月为融雪季节，季节性降水及融雪，使得土体抗剪强度遭累积渐进性破坏，加之地下水参与的季节性冻融作用，使土体力学性质趋于劣化，加大了滑坡发生的可能性。大气降水和季节性冻融作用为该滑坡发生的主要因素之一。

研究表明，伊犁黄土类滑坡多发生在3—7月，大气降水及冰雪融水为重要诱发因素，其中冻融作用的累积效应显著。

3  黄土滑坡特征

3.1  分布规律

受区域地质构造、地层岩性、地形、地貌条件控制和气候、人类活动条件影响，黄土地区滑坡分布呈特有的时空规律性。

3.1.1  空间分布规律

黄土滑坡空间分布规律主要受黄土分布控制，此外地形地貌、地层岩性、地质构造、气象气候及人类活动等亦对其有影响。伊犁黄土分布区北起北天山南麓低山丘陵区，南至那拉提、哈尔克他乌山麓，西至中哈国境，东到巩乃斯谷地，主要分布在中低山区和低山丘陵区，厚度一般小于20 m，随地形起伏而变化[9]。迎风坡黄土较背风口地带发育，黄土颗粒以粉砂土为主，粒度组成具较高的一致性，颗粒从西往东逐渐变细。行政区域上，东部县（新源、巩留、特克斯、尼勒克）分布数量最多，占总数的84.45 %[10]。地形地貌上，滑坡主要发育在伊犁河谷南北两侧中低山及低山丘陵地带，高差1 300～2 000 m处最集中。具环河平原带状分布特征，沟谷和交通沿线较发育，山区以黄土型滑坡为典型。

3.1.2  时间发育特征

滑坡形成与变形过程即滑坡岩土体蠕动变形，是一个缓慢的累积渐进性变化过程。受滑坡地质过程、形成条件、诱发因素的复杂性及变化的随机性、非稳定性等因素限制。伊犁地区为黄土滑坡多发区，受岩土体结构、气象、水文特定条件影响，该区黄土滑坡在时间上表现出一定特点，主要有以下两方面：①年际分布。主要与诱发滑坡的重要因素——降水变化密切相关，降水少的年份，滑坡发生频率低;降水多的年份，滑坡发生频率高。以往研究显示，降雨丰沛的1998年、2001—2004年，发生大规模滑坡的次数多，特别是2001—2004年为伊犁黄土滑坡高发期，本文3个典型滑坡均发生在该段年份内;②月际分布。综合地质调查资料表明，伊犁黄土滑坡多发生在春夏之交和夏季，集中在4—9月。巩留县1960—2005年的45年滑坡统计数据表明，滑坡主要发生在3—7月，其中以4月和5月滑坡数量最多（图2），红色曲线百分比表示单月发生灾害次数占总次数的比例，该期间并非气温最高。

3.2  空间分布特征

3.2.1  形态及结构特征

对伊犁地区23处典型黄土滑坡点形态及滑床、滑体等特征进行统计分析，结果见表1。从滑坡平面图上看，呈舌形的有8处，占比34.78%;不规则状7处，占比30.43%;半圆状6处，占比26.06%;圈椅状和喇叭形各1处，占比均为4.35%（图3-a）。伊犁黄土滑坡平面形态多呈舌形，主要原因是滑坡灾害多发育在第四系黄土覆盖较薄和剖面冲刷发育地区，在诱发因素作用下，极易发生滑动。从滑坡剖面形态上看，呈阶梯状的有11处，占47.83%;凹形的3个，占13.04%;凸形的9处，占39.13%（图3-b）。伊犁黄土滑坡剖面形态以阶梯型为主，主要原因是下伏基岩和滑体黄土厚度不一。滑动面形态基本为弧形，滑体基本为第四系黄土（粘土、粉质粘土、松散粉土层等）夹杂第四系坡积物，残坡积物和碎石等;滑带为湿陷性黄土或第四系残坡积砂砾石及含砾粉质黏土等与下伏强风化基岩接触带;滑床为基岩和黄土各一半，主要原因是伊犁谷地黄土发育厚度不均。在低山丘陵、高山及陡坡等不利因素作用下，表现出差异性。23个典型滑坡特征统计显示，滑床为泥岩、砂岩等基岩的有15个，为黄土及残坡积的有8个。诱发因素基本上为暴雨、强降雨，极个别诱因为地震或人类工程活动（如修路、开矿等）。

伊犁典型黄土滑坡的特征显示主要结构模型总结起来有3种，结构模型如下（图4）：

3.2.2  滑坡主要类型

滑坡類型划分是黄土滑坡研究的基础，据黄土滑坡特点，有针对性开展勘察和研究工作[11]。前人研究表明，伊犁地区滑坡分类两大类：黄土型滑坡和混合型滑坡。其中黄土型滑坡为该区主要滑坡类型。从滑体物质、滑面发育位置、滑坡运动机制等方面细分为4种类型（表2）[12]。该分类方案反映了滑坡的控制因素，明确了各类滑坡的运动特征，对滑坡灾害防治具重要意义。

4  黄土滑坡成因机理

滑坡的变形破坏是具有一定特殊组构的斜坡岩土体在内外因素长期作用下，岩土体内应力和强度不断变化，相对消长的结果[13]。厘清黄土滑坡成因机理是正确预测滑坡滑动趋势和提高减灾防灾的前提。滑坡的形成和发生不仅取决于滑坡本身所具有的有利于其发生的地形地貌、地层岩性、地质构造、岩土体类型、水文地质条件等内部因素，还与外部营力作用（包括自然及人为）有关，是滑坡产生的外部影响条件。

关于黄土滑坡成因机制分析，国内外学者开展了大量研究，均认为水的作用是滑坡最重要诱发因素之一，而对水是如何诱发滑坡的发生却有不同认识。国外学者多从室内实验和现场模拟试验角度开展研究，提出“结构破坏→孔压上升→液化”的黄土滑坡发生机理，指出土体饱和度在超过85%的情况下，可能产生超孔压，导致滑坡的发生[14]。在国内受黄土大孔隙、弱胶结等结构特征和强烈的水敏性等特殊性质影响，主要基于黄土强度的弱化角度进行研究，提出“季节冻结滞水促滑效应”[12，15]，认为诱发黄土滑坡的根本原因是黄土的抗剪强度在地下水作用下的减小[1，16]。“饱和黄土蠕（滑）动液化”概念和饱和黄土蠕动液化机理的提出[17-18]，认为地脉动是蠕动液化发生的主要诱发因素。

伊犁地区9—10月开始降雪，一直延续到次年4月，山区最大积雪深度大于1 m。每年3—5月份积雪融水，使得滑坡带处于浸润状态。这种浸润作用可持续到积雪完全融化，约2—3个月。该阶段黄土坡面植被仍处于休眠，蒸腾作用较弱，导致滑坡带处地下水富集，使黄土湿陷、蠕变、拉张形成裂缝，加之地表水渗流侵蚀坡脚、软化岩体，诱发滑坡。融雪季节，春季白天气温零上，夜间气温零下，昼夜温差大，遇到气温骤升或骤降加剧土体融沉、强度锐减。在这种昼夜交替、季节性冻融循环作用下，浅层冻土层冰核迁移转化，使得土体疲劳损伤、力学强度降低，发生蠕变，诱发滑动突变。因此，伊犁谷地黄土滑坡机制为“大气降水+冰雪融水→地表水下渗→坡脚侵蚀→冻融循环→累积性破坏→坡体湿陷、蠕变→坡体突滑”的过程。

5  结论

（1） 黄土滑坡空间分布主要受黄土分布控制，主要发育在伊犁河谷南北两侧中低山及低山丘陵地带，山区以黄土型滑坡为典型。高程1 300～2 000 m处最集中。

（2） 滑坡发生年际规律为滑坡与降水具正相关性，月际规律为其多发生在春夏之交和夏季，集中在4—9月。

（3） 季节性冻融循环作用为伊犁谷底黄土滑坡主要诱因素。滑坡机制为“大气降水+冰雪融水→地表水下渗→坡脚侵蚀→冻融循环→累积性破坏→坡体湿陷、蠕变→坡体突滑”。

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Abstract：Based on previous studies， the authors and other researchers analyzed the geological conditions and development characteristics of loess landslides through on-site key investigations， and further statistically analyzed 23 typical loess landslide shapes， slide beds and sliding bodies in Yili Valley.It was found that the amount and frequency of precipitation in this area were positively correlated with the frequency of landslides， which mostly occurred between the spring and summer and summer， concentrated from April to September; landslides were mainly developed in the middle and low mountains and low mountain hills on the north and south sides of the valley. It is most concentrated at an elevation of 1300～2000m; it has a belt-like distribution characteristic around the river plain， with more developed valleys and transportation; the loess type is the most typical of mountainous landslide types. Studies have shown that the occurrence mechanism of loess landslides in the Ili Valley is "atmospheric precipitation + ice and snow melt → surface water infiltration → slope foot erosion → freeze-thaw cycle → cumulative damage → slope collapse， creep → slope slippage". The process of creeping from several years to a few hours of early creep to rapid sliding.

Key words：Spatial regular pattern; Temporal regular pattern; Genetic mechanism; Loess landslide; Yili Valley