“8·8”地震后九寨沟火花海发展演化趋势分析

宋伟，袁茂珂，卓曼他，曹俊，刘明，杜杰

“8·8”地震后九寨沟火花海发展演化趋势分析

宋伟1，袁茂珂1，卓曼他2，曹俊1，刘明1，杜杰2

（1.四川省地质矿产勘查开发局区域地质调查队，成都 610213；2. 九寨沟风景名胜区管理局，四川 九寨沟 623402）

九寨沟美景被誉为“童话世界”， 其核心景观是“青山绿水”，坐拥世界自然遗产、世界生物圈保护区、绿色环球21世纪3项国际桂冠，还先后评为多项国家级自然保护地。2017年8月8日九寨沟7.0级地震，烈度最大达到Ⅸ度，九寨沟景区离震中近，诱发地质灾害发生，部分景点、旅游设施受到损伤。火花海堤坝发生决堤，决堤长25m，海子基本干涸，湖底钙华暴露，火花海景观消失；上游的卧龙海堤坝和下游双龙海堤坝亦不同程度受损。处易垮塌区和极易垮塌区。从长远来看，不可能自然修复，进一步的垮塌不可避免。

“8·8”地震；火花海；发展演化趋势；九寨沟景区

1 九寨沟景区基本情况

1.1 位置与交通

九寨沟景区位于四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县西部，东与平武、南与松潘县接壤。包括九寨沟内的树正、则查哇、黑角、荷叶、盘亚、亚纳、尖盘、热西、郭都等九个藏族村寨。地理座标：东经103°45′～104°05′，北纬32°53′～33°20′，面积约651km2。

距成都438km，距九寨沟县城42km，有省道S301从景区北侧通过，是区内交通的大动脉，景区有九寨沟口-诺日朗-长海、诺日朗-原始森林等景区公路及各村寨公路。西邻九寨黄龙机场，进出十分方便。

1.2 区域自然地理特征

九寨沟地处青藏高原之东北部，是青藏高原向四川盆地两大地貌单元的过渡地带，四川地貌图上属于盆地外围山地区，属嘉陵江上游-白水河流域山地区[1]。

九寨沟景区以树正、日则和则查哇三沟构成“Y”字形，地势南高北低，起伏大，最大相对高差达 2 768m，平均相对高差大于1 600m。河网密度大于0.8km/km2；谷地较窄。最大宽深比可达20∶1，平均为4.5∶1。属高山峡谷地貌区，呈现垂直的山地植被景观。

1.3 区域地质背景

1.3.1 大地构造

位于松潘-甘孜造山带丹巴-汶川构造岩片与西秦岭造山带摩天岭地块的结合部位（图1）。以塔藏构造带、雪山断裂、岷江断裂为界，北东角和北西为松潘-甘孜造山带阿尼玛卿构造带（地背斜）和马尔康逆冲-滑脱岩片（地向斜），中部为西秦岭造山带摩天岭推覆体[1]。

1.3.2 地层

出露地层为泥盆系-三叠系地层[2]。北侧永乐岩片地层属玛多-马尔康地层分区金川小区，从老至新：雪宝顶组、西沟组、三道桥组、扎尕山组）和杂谷脑组，厚度大于2 111.3m。

九寨沟岩片地层属南秦岭-大别山地层区摩天岭地层分区九寨沟小区，出露当多组、下吾拉组、益哇沟组、岷河组、大关山组、叠山组、罗让沟组、红星岩组、祁让沟组[2]，层序连续，以可溶性石灰岩为主，总厚度大于4 824.6m。

1.3.3 构造

九寨沟位于摩天岭地块，基底为中元古代碧口群变质地体（大约距今10～18亿年），形成的变质地层体，厚约5 000m；盖层为古生界碎屑岩、碳酸盐岩建造，厚约4 000m。其主要构造线呈北西—南东向展布。受其控制，九寨沟以发育晚古生代及三叠纪地层形成的一系列延伸北西-南东向褶皱构造为主，

轴面倾向南西或近于直立；由于九寨沟地处摩天岭地块西缘，受不同方向、不同应力构造作用干扰，发育了北西向、北东向、南北向及近东西向的四组断裂构造[1]。

大地构造背景控制区域地层的展布特征和构造的发育型式，这种构造格局决定了九寨沟地质系统的相对独立性和稳定性，对于其景观的形成和发展具有重要的意义[3]。

图1 九寨沟所处大地构造位置略图

① 岷江断裂带②雪山断裂带③虎牙断裂带④青川断裂带⑤塔藏构造带

2 火花海地震前后对比

采用无人机航拍，获得了地震后火花海附近的高空鸟瞰图（照片1），以便与地震前航拍图（照片2）对比。将变化明显的区域分为了A-E五部分：A、双龙海南部堤坝；B、火花海堤坝；C、火花海钙华丘；D、火花海堤坝南侧半岛状第一道堤坝；E、火花海堤坝南侧至卧龙海间群海的第一个湖泊堤坝。

照片1 震后火花海鸟瞰（镜头方向NNW）

照片2 震前火花海鸟瞰（镜头方向NNW）

2.1 地震前后堤坝对比

2.2.1 双龙海南部堤坝（A）

表1 堤坝A地震前后对比表

由于尺度的原因，该处堤坝在航拍图上未见不同，实地调查中，在堤坝上发现共有两处决堤，决堤口总长度可达19m，在决堤处发育小规模垮塌（表1）。

2.2.2 火花海堤坝（B）

在航拍图可见明显决堤，决堤口长25m，决堤口处堤坝钙华垮塌后形成钙华碎块，被水流运移至其下游双龙海中，在航拍图上明显可见其呈扇形分布；堤坝南侧发生不同程度垮塌；现存堤坝裂隙从决堤口处向两侧由密集发育逐渐减弱（表2）。

表2 堤坝B地震前后对比表

2.2.3 火花海堤坝南侧半岛状第一道堤坝（D）

在航拍图上明显可见水位下降，出露长度有所增加。结合实地调查情况，堤坝北侧发生大规模垮塌，致使局部堤坝宽度减少了2.7m；堤坝顶部近东西向裂隙十分发育（表3）。

表3 堤坝D地震前后对比表

2.2.4 火花海堤坝南侧至卧龙海间群海的第一个湖泊堤坝（E）

航拍图基本无变化：实地考察可见堤坝上中段、和西段两瀑布处均发生不同程度垮塌，还可见堤坝东段北侧发育一些裂隙（表4）。

表4 堤坝E地震前后对比表

2.2 地震前后火花海中钙华丘对比

地震前，丰水期火花海中钙华丘全在水面下（照片3），在枯水期则部分露出水面（照片4），并未发生可见垮塌，故而火花海又有“千岛湖”之称。当时地质环境条件稳定，钙华丘不断接收钙华沉积，处于相对稳定时期。而地震后，火花海水位大幅下降近13m，钙华丘全部露出水面，发生大规模垮塌（照片5），其原因应为地震时形成裂隙，在水流作用下垮塌。目前钙华丘在无水养护的情况下，钙华失水退化：变黑、砂化，变得疏松。在钙华丘顶部可见裂隙发育（照片6），延伸方向近NS和NW，宽3～5cm，延伸长15m以上，深可见20cm。

2.3 地震前后海子对比

2.3.1 堤坝A与B之间海子

海子位置见航拍照片（照片1、照片2），在震后火花海堤坝决堤后，该海子北侧堤坝也发生两处小规模决堤，翻坝水流消失。决堤后造成该海子水位下降1.5m左右，水域面积亦有所下降。

2.3.2 堤坝B与D之间海子

在震后火花海堤坝决堤后，该处海子水基本流失殆尽，经现场考察，水位下降近13m，面积由36 352.6m2下降至约3 000m2。在该海子南东方由平静面状水，变为宽3～5m，水流湍急的沟状水流。

2.3.3 堤坝D与E之间海子

在震后火花海堤坝决堤后，海子水大量流失，实地测量水位下降3～4m，水域面积由近7 000m2，下降至不足3 000m2。

照片3 丰水期火花海钙华丘

照片4 枯水期火花海钙华丘

照片5 火花海钙华丘垮塌现状

照片6 火花海钙华丘顶部裂隙发育情况

3 火花海震后堤坝及钙华丘受损情况及演化趋势分析

3.1 双龙海南部堤坝（A）

有两处决堤：（图2）。

西侧决堤：位于火花海堤坝（B）决堤处北东方向约120m处，堤坝宽约3-4m，高出现水面1m左右，为近东西向延伸，决堤口总宽度约20m，分为3段，两段较窄处约2m，一段较宽处约10m，水流湍急（照片7）。该处向南可见火花海决堤处至此，垮塌的原堤坝钙华在水流作用下于湖水中淤积，呈扇形分布（照片8），厚1～2m，使得这部分湖水变浅，可见十几块较大的钙华碎块露出水面，最大者直径可达5m（照片9）。

东侧决堤：位于西侧决堤北东方向约73m处，该处堤坝宽约6m，高出现水面1～2m，决堤口宽约5m，深4～5m，水流速较快，水面可见旋涡（照片10）。

演化趋势分析：该处堤坝在地震前为闭合状态，为翻坝片状水流，或为季节性翻坝片状水流，以钙华析出沉积作用为主导。地震后，该处堤坝因上游火花海堤坝决堤，也发生了坝体溃决，导致决口处水流速湍急，水动力条件变强，以水流的冲蚀作用为主，自然演化趋势为：①决堤口将在水动力较强的水流侵蚀作用下将不断扩大；②堤坝其余位置不再有翻坝片状水流养护钙华坝体其稳定性较差，钙华失水退化：变黑、砂化，将出现进一步垮塌。③受决堤影响，双龙海该处水位将进一步降低。

3.2 火花海堤坝（B）

受损最为严重，距西侧公路边102m处发生决堤，决堤口宽25m，形成近垂直崖壁，决堤处堤坝顶端距现水面约14m，将堤坝分为东西两段。除决堤外，火花海堤坝南侧发生垮塌，部分区域裂隙较发育。

3.2.1垮塌

火花海堤坝发育的垮塌分为历史时期垮塌和本次受地震影响所造成的垮塌。

历史时期垮塌：发育于火花海堤坝北侧，为历史时期，堤坝发育过程中形成的垮塌，东、西段均可见（照片11、照片12），由后期翻坝水流形成的钙华沉积所胶结，为九寨沟堤坝发育常见现象，对堤坝稳定性并无影响。

本次受地震影响垮塌：主要发生在东、西段堤坝南侧（照片13、照片14）。其中西段堤坝南侧垮塌部分为堤坝南缘由钙华沟槽隔开，沿堤坝生长的钙华丘垮塌，可见其截面上呈同心圆状发育的环状层理，植被不发育；东段堤坝则为坝体直接垮塌，连带部分植被，层理不明显。

3.2.2 裂隙

火花海堤坝上裂隙集中发育在西段决堤处沿堤坝向西25m范围内，以及东段决堤处沿堤坝向南东57m范围内，主要为张性垂直裂隙，走向沿堤坝走向和近南北向，长0.3～22m不等，宽0.8～8cm，最大可见深约55cm，无充填，延伸方向多弯曲，裂隙面呈锯齿状，是典型张裂隙的特征（照片15、照片16）。此外，在西段堤坝中段北侧发育少许近南北向垂直张性裂隙，规模不大，延伸不远，进一步垮塌风险不大；东段堤坝中段南侧发育少许平行于堤坝走向的NW向裂隙，延伸较远，宽度较大，有较强的进一步垮塌风险（图2）。

演化趋势分析：①决堤口处：决堤口处水流速较快，将对东西两段堤坝底部发生冲蚀作用，逐步将堤坝底部进一步掏空；西段堤坝向西25m范围内、东段堤坝向东57m范围内，张性裂隙十分发育。加之无水养护的钙华坝体其稳定性较差，钙华失水退化：变黑、砂化，坝体进一步由决口处向两侧垮塌。②东段堤坝中段南侧，平行于堤坝走向裂隙发育，由于延伸较远，宽度较大，无水养护稳定性变差，钙华失水退化：变黑、砂化，坝体沿裂隙进一步垮塌。③坝体钙华因失水退化，稳定性变差。

照片7 西侧决堤

照片8 火花海堤坝垮塌钙华淤积航拍

照片9 火花海堤坝垮塌钙华淤积

照片10 东侧决堤

照片11 西段堤坝北侧历史垮塌现象

照片12 东段堤坝北侧历史垮塌现象

照片13 西段堤坝南侧本次垮塌

照片14 东段堤坝南侧本次垮塌

3.3 火花海钙华丘（C）

3.3.1 钙华丘垮塌和裂隙发育特征

位于干涸湖底，钙华丘高出湖底达8m以上，见多个钙华丘部分垮塌（照片17），在钙华丘顶部可见裂隙发育（照片18），延伸方向近NS和NW（10°、140°左右），宽3～5cm，延伸长达15m以上，深可见20cm。钙华丘表层由于失水发生砂化，结构十分疏松。

在湖底中心处钙华丘底部见3个泉眼（照片19），水量不大。垮塌后的钙华丘，可见距湖底3m以上有层理分布，层理呈同心圆状在钙华丘靠上位置分布（照片20），主要为15～20cm厚的灰白色钙华层与5～10cm厚的灰黑色粘土、砂、腐殖层等相间分布，展示了钙华丘的发育过程。其下层理不发育，应为原始地形，钙华在此层状沉积形成钙华丘。

3.3.2 沟状水流

位于火花海内南东方（照片21、照片22），由水位下降，钙华丘垮塌所形成。其中水流湍急，多见白色水花，具有强烈的侧蚀作用和溯源侵蚀作用。

演化趋势分析：①钙华丘在无水养护失水退化：变黑、砂化，变得疏松，加之钙华丘上裂隙发育，稳定性变差，将沿裂隙不断垮塌。②南东方的沟状水流侧蚀和溯源侵蚀作用，对其两侧钙华丘底部侵蚀，加快钙华丘垮塌；对火花海堤坝（B）东段和火花海堤坝南侧半岛状第一道堤坝（D）构成威胁，加速其垮塌进程。

照片15 西段堤坝裂隙特征

照片16 东段堤坝裂隙特征

照片17 火花海钙华丘垮塌特征

照片18 火花海钙华丘顶部裂隙特征

照片19 钙华丘底部钙华次生泉

照片20 钙华丘上部层理特征

照片21 火花海内沟状水流位置

照片22 沟状水流特征

3.4 火花海堤坝南侧半岛状第一道堤坝（D）

呈自西向东延伸的半岛状，其东端并未到达湖东岸，被水域所截断，堤坝高8m，最窄处仅4.3m，延伸长180m。堤坝上发育水平钙华层理（照片23），从上至下可分4层:顶部疏松、孔隙状钙华；中层状致密钙华与薄层粘土互层；灰白色块状钙华；灰黑色厚块状钙华。可见钙华内部小泉所形成的球状钙华（照片24）。堤坝上垮塌严重，裂隙十分发育。

垮塌：该堤坝自西侧公路向东约45m处起，向东直至堤坝东端，北侧垮塌均十分严重（照片23），沿堤坝向东可见北侧垮塌滚落的钙华碎块，直径最大可达4m。

裂隙：堤坝顶部普遍发育近东西向垂直张裂隙（照片25），宽2～45cm，延伸多为15～30m，深可见达2m；在堤坝东端发育近南北向垂直张裂隙，宽2～8cm，延伸长1～4m，深可见达20cm，多被近东西向裂隙所截断，其形成晚于近东西向垂直裂隙。

泉水特征：该堤坝中段北侧底部分布小型泉群（照片26），呈与堤坝平行的线状分布，约50m范围内分布7个泉点，水温约9.8℃，单个泉流量1～3L/S。由于该堤坝南侧海子仍蓄水，由泉分布特征，推测该系列泉为堤坝底部与南侧海子存在地下水所形成。

演化趋势分析：该处堤坝高约8m，最窄处宽仅4.3m，北侧垮塌十分严重，堤坝上大规模发育大型裂隙，稳定性十分差。堤坝北侧无水，南侧水深5m，自然状态下，演化趋势将为沿其最为薄弱处裂隙决堤，并沿大规模发育的裂隙不断垮塌，最终可能整体全部垮塌；决堤形成的洪峰，将对其下游的火花海钙华丘（C）、火花海堤坝（B）和双龙海南部堤坝（A）形成强大冲击，加速上述钙华丘和堤坝垮塌，还可能对其下游尚未波及区域产生影响。

3.5 火花海堤坝南侧至卧龙海间群海的第一个湖泊堤坝（E）

为火花海堤坝决堤所造成影响的最上游堤坝，总体相对稳定，垮塌主要发生在原瀑布处，裂隙发育范围不大。

垮塌：西段（照片27）和中段（照片28）原瀑布处形成垮塌，西段垮塌规模较小，垮塌处宽5m，少量钙华进入湖中；中段垮塌规模较大，宽20m，瀑布高5m，大量垮塌钙华碎块堆积在瀑布下，形成宽20m，长30m钙华堆积层，可见倒木，最大的钙华碎块直径可达5m。

照片23 堤坝上钙华发育的水平层理

照片24 球状钙华

照片25 堤坝中段顶部裂隙特征

照片26 泉眼群分布位置特征

照片27 西段瀑布垮塌特征

照片28 中段瀑布垮塌特征

照片29 堤坝东段北侧裂隙特征

照片30 堤坝中段瀑布西侧裂隙特征

裂隙：东段堤坝北侧边缘普遍发育走向近EW向垂直张裂隙（照片29），宽1~15cm，深60～40cm，延伸可达30m。主要发育于在原水面下，植被不发育钙华上，位于堤坝北侧4m宽度范围内发育，该处堤坝较为宽厚，可达40m。堤坝中段瀑布东侧发育若干走向近NS向和NE向垂直张裂隙（照片30），宽约5cm，延伸长度2~10m，深10～20cm。

演化趋势分析：①堤坝东段北侧3～5m范围内，裸露钙华上发育较宽裂隙，在无水养护的情况下，钙华失水退化：变黑、砂化，变得疏松，稳定性降低，发生垮塌。北侧堤坝植被发育，未见裂隙，垮塌范围应控制在北侧3～5m内。②堤坝中段瀑布处，由于大量钙华垮塌，瀑布下落梯度变大，溯源侵蚀作用加强。瀑布东侧裂隙发育，瀑布范围可能进一步扩大。久之可能在此形成决堤，对上下游堤坝造成不利影响。

4 结论

1）火花海一带现有决堤、垮塌、裂隙等地震后的变化，共有4处堤坝（A、B、D、E）及火花海中钙华丘暂时处于一种相对缓慢垮塌的脆弱平衡中，有多处易垮塌区和极易垮塌区（图2）。

2）有必要对火花海进行恢复重建论证工作。

图2 火花海发展演化趋势图

致谢：本文受九寨沟震后恢复重建专项世界自然遗产保护与恢复项目资助下完成的。在野外综合考察和资料收集的过程中，得到了九寨沟管理局的大力支持。彭东教授级高工对项目给予了大力帮助和支持。在此，特向他们表示衷心的感谢！

[1] 四川省地质矿产勘查开发局区域地质调查队.1∶5万九寨沟幅、则查哇幅、红星岩幅、黄龙幅区域生态地质调查报告[R].2001.

[2] 四川省地质矿产局. 四川省岩石地层[R]. 中国地质大学出版社, 1997.

[3] 四川省地质矿产勘查开发局区域地质调查队.九寨－黄龙核心景区地质环境调查专题报告[R].2006.

[4] 刘民生，魏良帅，吴琳. “8·8”地震对九寨沟景区层湖叠瀑景观的影响[J]. 四川地质学报，2018，38（1）：173-176.

The Evolution Trend of the Spark Lake in the Jiuzhaigou Valley Scenic Spots after the Jiuzhaigou Earthquake on August, 8, 2017

SONG Wei1YUAN Mao-ke1ZHUO Man-ta2CAO Jun1LIU Ming1DU Jie2

(1-Regional Geological Surveying Team, BGEEMRSP, Chengdu 610213; 2-Jiuzhaigou Valley Scenic Spots Administration, Jiuzhaigou, Sichuan 623402)

The Jiuzhaigou Valley Scenic Spots areknown as "the world of fairy tales", being a world heritage site, biosphere reserve and Green Globe and also multiple National Nature Reserve. Many geohazards induced by the earthquake on Aug. 8, 2017 made some scenic spots and tourist facilities damaged. The Spark Lake wall burst 25m in length which made the lake basically dried up and the lake bottom travertine exposed and the landscape vanishing. The damaged landscape cannot be naturally repaired and further collapse is inevitable.

Jiuzhaigou earthquake; Spark Lake; evolution trend; Jiuzhaigou Valley Scenic Spots

2020-07-24

受九寨沟震后恢复重建专项世界自然遗产保护与恢复项目资助（基金项目编号）

宋伟（1984-），男，河南南阳人，工程师，从事区域地质调查及旅游资源调查、评价与研究工作

[P66]

A

1006-0995（2020）04-0668-08

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.04.030