东乡族自治县布塄沟泥石流形成条件及发育特征研究

2020-12-21朱利辉

资源信息与工程 2020年6期

朱利辉

(甘肃省地质调查院，甘肃兰州 730000)

1 自然地理概况

1.1 地理位置

布楞沟泥石流位于洮河左岸临夏自治州东乡族自治县东部，流域范围涉及达板镇和汪集、大树、沿河、锁南坝5个乡镇，沟口地理坐标为:东经103°36′04″，北纬35°44′42″。布楞沟流域平面形态似长梨状，沟谷总体呈南西-北东向展布，西高东低，南北宽约1.2～13.5 km，南北长约20.5 km，流域面积131.25 km2，主沟长23.75 km。本次工作的重点地段流域下游沟口段一带，达板镇舀水村、红柳村坐落于布楞沟下游沟口两侧。

1.2 气象水文

东乡族自治县位于陇中南部冷温带半湿润区，属温带半干旱气候，区内地形复杂，相对高差较大，并受南部太子山的影响，呈现出冬无严寒，夏季温凉，降水稀少，分布不均，日照丰富，日温差大，各地气候差异悬殊，山地气候明显等气候特征。

研究区域位于东乡县中东部,洮河左岸,降雨量由东到西增大，年均降雨量沟口一带200 mm，到上游县城一带增加到600 mm左右。

本文研究的布楞沟是洮河左岸一级支流，发源于东乡县城东侧，为季节性洪水沟谷，流域面积131.25 km2，主沟长23.75 km，最高点位于东乡县城，海拔2 410 m，下游入洮河河口海拔1 763 m，落差647 m，沟床平均纵坡降14.2‰。

2 地质环境概况

2.1 地形地貌

布楞沟流域位于洮河左岸，地处陇中黄土高原地带。区域地貌类型属黄土丘陵地貌，沟壑发育，侵蚀强烈。区内总体地势西高东低，最高点位于西部东乡县城一带，高程2 412 m；最低点为北部布楞沟沟口与大南河交汇处，高程1 763 m，最大相对高差649 m。流域内总体呈两山夹一沟形态，山体与沟谷走向均呈南西-北东向。布楞沟南北两侧山体高耸，中部沟谷深切，相对高差220～380 m。两侧一带山顶多成梁状，顶部呈浑圆状，斜坡较为陡峻，坡度30°～40°；布楞沟流域形态呈“梨形”，主沟长23.75 km，沟床平均比降14.2‰。流域内两侧支沟极为发育，沟壑密度2～3条/km2，两岸山坡坡度平均30°～40°。

2.2 地层岩性

布楞沟流域内出露的地层主要以第四系黄土和新近系紫红色、橘红色砂质泥岩、砂岩为主，白垩系、侵入岩仅在沟口一带分布。

2.3 地质构造

研究区位于陇西旋卷构造与祁吕贺山字型构造体系的复合位置，属祁吕贺山字型构造体系西翼前缘南东端的临洮—临夏凹断束之内。研究区内构造条件较为简单，断裂和褶皱构造均不发育，仅在洮河以西达板—车家湾一带分布一条北西向的与洮河近于平行的逆断层，长约16 km，展布于加里东期花岗岩与中新生代地层之间。该断层受横向隐伏的断层影响从而分为南段和北段，倾角在55°～60°之间，断层面向北东倾，但在该断层的北部断面呈似坡状，断层面向北西倾，具有明显正断层的特征。

2.4 新构造运动与地震

研究区内形成典型的黄土梁峁沟壑地形，新构造运动抬升明显。沟壑较为密集，沟谷呈“V”或“W”型，坡陡谷深，切割深度在150～250 m之间，沟床纵比降偏大。根据中华人民共和国国家标准《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)及《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)附录A，本区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g。

3 岩土体工程地质特征

3.1 岩体类型及工程地质特征

坚硬块状侵入岩岩组：分布于研究区东部的沟口处一带，由加里东中期酸性花岗岩以及部分闪长岩组成，其岩性主要为花岗质岩、花岗闪长岩等。岩石结构基本上为块状结构，具有致密、坚硬的特点，其干抗压强度80～190 MPa，工程地质条件良好，软化系数均大于0.5，本岩组所属岩类成岩裂隙以及次生裂隙发育，部分岩体风化较为严重。

较坚硬中厚层和薄层状碎屑岩岩组：分布于布楞沟口一带，该岩组岩石主要为白垩纪产出的沉积岩，主要岩性为含砾砂岩，砂岩胶结物为钙质、泥质物，其抗压强度为25～55 MPa，软化系数为0.36～0.84。该岩组强度相对较弱，岩体遇到降水天气极易崩解、风化和崩塌。产生上述现象的原因是岩石强度随胶结物质以及胶结物的胶结程度不同而产生的强弱变化所致。

软弱层状黏土岩岩组：研究区内出露较为普遍，由早新近纪临夏组构成。该岩组的主要岩性为粉砂细砂岩、泥质砂岩、砂质泥岩夹砂砾岩，其结构普遍为层状结构，遇水极易软化，岩石质地偏软弱。所以，该岩组构成的斜坡易发生蠕滑变形-拉裂变形等破坏模式，极易形成大规模滑塌、滑坡等类型的地质灾害，是滑坡类地质灾害多发、易发地层和易滑岩组。

3.2 土体类型及工程地质特征

黄土：普遍分布于研究区内，成因类型为风成，不见层理，表层黄土厚度变化较大。随着原始地形起伏，其构成成分主要为石英和长石以及一些黏土类矿物组成。下部离石黄土从结构上分析，内摩擦角24°～26°，较致密，孔隙比45%～63%，内聚力变化大，在13.7～569 kPa之间，黏粒含量27%～29%。上部马兰黄土垂向上节理较为发育，黄土湿陷系数为0.033～0.227，属轻弱到强级，地表黄土湿陷性较强。在结构上较为疏松，土体孔隙率24%～58.6%，平均达46%，粉土质物的颗粒含量可达65%左右。内聚力(c)在3.9～147 kPa，随含水率而变化，内摩擦角20°～45.3°。这类土体是研究区滑坡、崩塌灾害多发生地层。

亚黏土、碎石、砾卵石多层土：分布于研究区沟口段-入洮河段，构成阶地及沟内台地。具体可以细化分为多种土体类型，为两层或多层结构，系洪积或冲积的成因类型。在其结构组成上大部分有一定的共通性，即下部为砾卵石，分选性和磨圆度较好，结构为中密-稍密，透水性强，孔隙率较高，压缩性低；上部为粉土、亚黏土，局部为亚砂(粗砂)土，结构为中密-稍密，可塑性较强。Ⅱ、Ⅲ阶地上部亚黏土中夹多层薄的砂砾石，该套土体压缩性总体较低，承载力较高，二级阶地、洪积扇及一些沟台地成为理想的建筑场所。

碎石土：在布楞沟两岸及研究区区内沟谷中广泛分布，或单体发育或成群分布，其规模和厚度一般较大。土体结构差异较大，一般下部为破碎泥岩、砂岩，上部为黄土，滑坡前缘多零乱，后部呈一定层理，高落程具崩滑特征的黄土-泥岩滑坡基本为混合堆积。该类土体疏松，土体连接力差，裂隙发育，抗侵蚀能力弱，易被水流冲蚀，在降雨及自身重力作用下易再次形成滑塌、滑坡。

黄土状土：此类土分布于区内各沟谷中，多零散分布，部分成群发育，土体松散，土体易被冲蚀，连接力差，部分规模较大且整体滑动的滑坡保留了原始黄土特征。

3.3 水文地质条件

研究区的水文地质条件并不复杂，根据地下水埋藏、分布和水动力特征，主要有以下两类地下水，即第四系松散岩类孔隙水和碎屑岩类孔隙裂隙水。第四系松散岩类孔隙水又可细分为河(沟)谷松散岩类孔隙水和黄土孔隙水。

3.3.1 第四系松散岩类孔隙水

河(沟)谷松散岩类孔隙水：主要分布于布楞沟中下游主沟道内及沟口洮河阶地地段，含水层主要为砂砾卵石层，富水性强，水质较好，含水层较厚且埋藏浅，据收集钻孔抽水试验资料可知，地下水矿化度为1 787.2 mg/L。

黄土孔隙水：主要分布于较大的梁峁区，富水性很差，渗透系数0.31 m/d，矿化度0.3～0.6 g/L，该含水层往往与临夏组风化壳潜水构成一个统一含水层，地下水受降雨的影响明显。

碎屑岩类孔隙裂隙水：临夏组四岩段底部粉砂质泥岩与砾岩接触面部位的低洼处含水，该类型水应为层间孔隙裂隙潜水，研究区内地下水主要为大气降水补给，局部可能呈泉溢出，含水层埋藏条件受地貌控制，一般在分水岭处最深，梁坡及鞍部较浅，埋深变化大[1]。

4 泥石流的形成条件

4.1 地形条件

布楞沟流域西高东低，南北宽1.2～13.5 km，南北长20.5 km，流域面积131.25 km2。沟口距洮河1 250 m，流域平面呈“长梨形”。布楞沟主沟长23.75 km，最高点位于西部东乡县城一带，高程2 412 m；最低点为北部布楞沟沟口与洮河交汇处，高程1 760 m，最大高差652m。流域内总体呈两山夹一沟形态，山体与沟谷走向均呈南西-北东向。主沟沟床平均比降14.1‰，两岸山坡平均坡度30°～50°。

4.2 松散固体物质补给条件

泥石流的主要组成物质为固体松散物，其储量大小及补给条件直接控制着泥石流的规模和性质。布楞沟内松散固体物质储量丰富，分布广泛，主要类型有：道路修建弃土、沟岸崩塌滑坡堆积物、坡面松散物、沟道堆积、坡面补给4类。其中以沟道堆积物和坡面松散物堆积物补给为主。

4.3 降水条件

流域内泥石流的形成、发育与暴雨密切相关。据东乡县气象站资料，年降水量在200～600 mm之间，多年平均降水量544.6 mm，降水量由东向西向北逐渐增大，布楞沟中下游降雨量在250～350 mm，上游到东乡县一带大于550 mm，年内降水主要集中于6—9月份，较充沛的降雨为泥石流的形成发育提供了较为有利的条件。