金沙江断裂带活动与大型滑坡群的关系研究:以金沙江拿荣—绒学段为例
2021-02-14常祖峰刘昌伟
常 昊 常祖峰 刘昌伟
1)重庆地质矿产研究院,重庆 401120
2)云南省地震局,昆明 650224
0 引言
金沙江位于青藏高原东缘的横断山脉腹地,受青藏高原大幅隆升、强烈的构造活动以及河流快速下切作用的影响,呈现出高山峡谷的地貌特征(卢螽賧,1988;杨涛等,2002;徐则民等,2013)。而强烈的构造活动和河谷深切作用,使得该地区大规模的边坡失稳沿河谷两岸不断发生,并常形成大规模的滑坡—堵江—堰塞湖—溃决灾害链,在金沙江及其支流附近区域已可识别出数十处古滑坡堵江体(柴贺军等,1995,2000)。1969年9月26日德钦县羊拉乡格亚顶北发生了山体滑坡,阻断金沙江达14h之久。最近发生的堵江事件是2018年10—11月间的西藏白格滑坡,前后2次堵江形成了蓄水量约5.24亿立方米的堰塞湖。第2次堰塞坝溃决后,金沙江下游四川、云南境内多座桥梁被冲毁,并导致路基塌陷、房屋倒塌和数百亿元的经济损失(许强等,2018;崔玉龙等,2019;邓建辉等,2019;王立朝等,2019)。金沙江流域的山体滑坡和地质灾害对人类构成了重大威胁,并危及沿江水电工程的安全(Fanetal.,2019a,b;Liet al.,2020)。
影响滑坡发育的因素有很多,除地形、岩性、岩体结构、降水等因素外,其实尚有更为重要的构造活动因素。一个地区的地质灾害,尤其是地震滑坡,其起因与演化通常由活动构造、特别是强烈的新构造运动所控制(Keefer,1994;Streckeretal.,1999;祁生文等,2004)。在活动断裂带发育的山区,地表过程的特殊性及其灾害效应是多年来工程地质和岩土工程界一直关注但没有很好解决的问题(张永双等,2011)。Martel(2004)认为,先存的地质构造对滑坡的形成和发展具有重要影响。Hermanns等(2011)对发育在南美洲阿根廷西北部的55个第四纪大型滑坡(体积>106m3)的分布规律和控制因素进行了研究,认为这些滑坡的分布不是随机的,而是受到山前断裂的控制,表现为沿断裂分布;同时,他们通过与世界上其他构造活跃期的大型滑坡进行对比,提出这些大型滑坡大多数是由地震触发产生的。更多的研究表明滑坡与活动构造之间则有着更为密切的关系,这种关系在产生地表破裂的地震事件中表现得最为明显(Keefer,1984,2002;Jibsonetal.,2004;黄润秋等,2008;张永双等,2009;Xuetal.,2009;许强等,2010;Zhangetal.,2010;Chenetal.,2012)。在2002年美国阿拉斯加DenaliMW7.9、2008年汶川MW7.9等地震中,地震滑坡均沿破裂带分布,汶川地震中约80%的大型滑坡发生在距地表破裂带5km的范围内(黄润秋等,2008;许强等,2010;Xuetal.,2013a,b)。活动构造对滑坡发育的影响并非仅仅表现在大地震发生的过程中,且对大型滑坡的孕育具有重要作用。在活断层发育且地形起伏剧烈的复杂山地,由于活断层的长期作用造成断裂带附近岩体结构碎裂以及地震对岩体的累积破坏效应,沿断裂形成了宽阔的破碎带,为自然状态下滑坡、泥石流灾害的发生提供了有利条件(张永双等,2011;Changetal.,2016;Zhanget al.,2016)。最为典型的是云南东川—巧家一线,沿小江活动断裂形成了长达数十千米的滑坡-泥石流灾害带,最著名的有东川蒋家沟泥石流和巧家金塘古堰塞湖,后者的沉积物厚达200余米,库容>200亿立方米(张信宝等,2013;方迎潮等,2018)。又如,因受大盈江活动断裂影响,在云南盈江浑水沟一带形成长期活动的滑坡-泥石流灾害并导致大盈江多次堵塞和溃决,从清朝末期—新中国成立前,滑坡-泥石流灾害共导致严重决堤24次,冲毁村寨16个,淤埋农田7万余亩,长期威胁当地居民和社会安全(张信宝,2014)。再如,舟曲地区频繁发生的滑坡、泥石流灾害除了与地层岩性、风化等因素相关外,还与区内光盖山-迭山北缘断裂、坪定-化马断裂、舟曲断裂、文县-康县断裂等断裂活动密切相关(方海燕等,2010;杜国梁等,2016;常昊等,2017)。
尽管人们普遍认可构造活动在地质灾害形成过程中有着非常重要的作用,但由于不易观察到除地震之外的断裂活动,目前人们对活动构造带大型滑坡成灾机理的研究不是很多。近年来在沿金沙江中上游流域开展的野外工作中,我们发现金沙江河流两岸的滑坡崩塌现象十分普遍。例如,沿江拿荣—绒学38km的区段内可识别出20余个大型和特大型滑坡(图1)。关于这些滑坡体的形成原因,初步认为是在新构造运动的影响下,金沙江上游流域形成高差悬殊的“V”形构造侵蚀地貌,加之构造裂隙、节理、劈理的发育,促进了滑坡的形成。但是,对这些滑坡的形成机制,尤其是金沙江断裂的活动特点、构造环境等与这些滑坡的形成之间的关系,尚缺乏深入的研究。
图1 研究区的断裂和滑坡分布图Fig.1 Distribution of faults and landslides in the study area.F1 曾大同断裂;F1-1曾大同断裂;F1-2叶里贡断裂;F2 徐龙断裂;F2-1徐龙断裂;F2-2堆绒通断裂;F2-3尼中断裂;F3 里甫-日雨断裂;F4 郎中断裂;F5 古学断裂
本研究在野外地质、地貌考察的基础上,分别从活动构造和灾害地质的角度对研究区金沙江断裂带的晚第四纪活动特征、滑坡成因进行研究,着重分析金沙江断裂带对两岸滑坡发育的控制作用及其影响。此研究对认识金沙江两岸滑坡灾害的形成机制和发育规律、深刻理解活动断裂与大型滑坡间的关系具有重要的科学意义。
1 金沙江断裂带的晚第四纪活动
1.1 金沙江断裂带概况
新生代以来,青藏高原向E挤出导致了川滇菱形块体的形成及其SE向的逃逸(李糲等,1975;阚荣举等,1977;Tapponnieretal.,1982;张培震等,2003a,b)。该块体是青藏高原东南缘新构造运动强烈的块体,地震活动频繁,历史上曾发生数十次7级以上的大地震。川滇菱形块体的西南边界——红河断裂带是一条右旋走滑的活动断裂,其晚第四纪滑动速率约为5mm/a,历史上曾发生数次7级大地震(A llenetal.,1984;Tapponnieretal.,1990;Leloupetal.,1995;虢顺民等,2001;Schoenbohmetal.,2006;向宏发等,2007)。菱形块体的西北边界为金沙江断裂带,它是一条多期活动的缝合线构造,与哀牢山-红河断裂带有着密切的构造联系,有时两者统称为金沙江-红河断裂带(许志琴等,1992,1997;唐荣昌等,1993)。
金沙江断裂带是三江褶皱系和松潘-甘孜印支褶皱系的分界断裂,由规模较大的6条断裂组成,从西向东分别为字嘎寺-德钦断裂、本协-大盖顶断裂、曾大同断裂、核桃坪-将巴顶断裂、郎多-札萨通断裂和岗托-义敦断裂等(云南省地质矿产局,1990;四川省地质局,1991;伍先国等,1992;唐荣昌等,1993)(图2),而每条规模较大的断裂又由多条断层组成,构成宽约50km的构造带。该断裂带起始于古特提斯洋闭合时期,成形于加里东运动,华力西期出现拉张,印支期则发生W 向俯冲。根据得荣附近沿断裂分布的宽达5km的“蛇绿混杂岩”带、沿断裂分布的超镁铁岩带、华力西期的中酸性侵入岩体周围局部混合岩化和递增变质等现象推断,该断裂带曾经是一条强烈活动且具有明显挤压性质的超岩石圈断裂带。新生代以来金沙江断裂带主要表现为近EW 向的强烈挤压,以近EW 向的缩短吸收了藏东块体向川滇块体运动的一部分能量,水平缩短量约为80km,上新世以来受到青藏高原向E挤出运动的影响表现为右旋走滑运动(许志琴等,1992;常祖峰等,2014)。研究区位于断裂的中段(巴塘—奔子栏段)。
图2 区域地质构造图Fig.2 Regional geologicalmap and faults distribution.F1 怒江断裂带;F2 澜沧江断裂带;F3 字嘎寺-德钦断裂;F4 本协-大盖顶断裂;F5巴塘断裂;F6曾大同断裂;F7核桃坪-将巴顶断裂;F8 多-札萨通断裂;F9 岗托-义敦断裂;F10德格-乡城断裂;F11理塘-德巫断裂; F12德钦-中甸-大具断裂;F13中甸-龙蟠-乔后断裂带
1.2 晚第四纪活动的地质地貌表现
研究区内,金沙江断裂带主要由曾大同断裂(又称雄松-苏洼龙断裂)、徐龙断裂、尼中断裂、里甫-日雨断裂(又称斋如隆-日雨断裂)、郎中断裂和古学断裂等组成(图1),总体呈近SN向和NNE—NE向延伸,断裂间相互交织、截切,几何结构复杂。该断裂段的卫星影像线性特征清晰,地貌上表现为平直的断层槽地(图3a)、线性山脊(图3b)、断层陡崖(图3c,d)、定向排列的断层三角面、断层垭口(图3e)和断层陡坎(图3 f)等。其中,图3c和3d中断层陡崖与T1和T2阶地直接接触,若为断层接触则反映T1和T2阶地形成后该断裂有明显活动迹象。图3f显示断裂活动后留下清晰的断层陡坎,且其附近一冲沟右旋位错约15m。
图3 沿金沙江断裂带发育的断层地貌Fig.3 Fault landforms along Jinsha River fault zone.a日雨断层的槽谷;b麻依一带的线性山脊;c申达断层的陡崖;d达日东断层的陡崖;e斯木达北断层的三角面与断层垭口;f尼中断层的陡坎与冲沟位错
木荣楼南1km(拿荣北10km)金沙江Ⅱ级阶地上出露倾向相反的2条断层,产状分别为10°/SE∠52°和310°/SW∠78°,断错砾石层和黏土层(图4a)。断面上发育水平擦痕和1~2mm厚的断层泥(很少在第四纪断层面上见到),擦痕指示断层以水平右旋走滑为主。断面附近发育有揉皱带,类似砂土液化形成的构造扰动,揉皱带地层的热释光年龄为(31.65±2.69)ka(中国地震局地质研究所实验室测试),属晚更新世晚期。2个断面之间的含砂黏土层中构造节理密集发育,任意取下一土块,用小刀沿节理可以逐层剥离,与云母解理可无限地分离相同,直到毫米级,即节理的间距可从数十厘米至数厘米,最后甚至为数毫米(图4a—d),且被剥开的节理面上均可见近水平擦痕,擦痕的方向与主断面上的一致。这种现象极为有趣和罕见,反映出该断层经历过强烈的挤压错动。
图4 木荣楼南1km的第四纪断层剖面Fig.4 Quaternary fault section at 1km south of Muronglou.
在图4所示断层西侧数十米的木荣楼加油站,于公路边坡开挖的探槽揭露出另一条第四纪断层(图5a)。断层附近发育清晰的断层陡坎,断层地貌明显(图5b)。断层上盘为灰色坡积相砾石层,下盘为灰黄、灰褐色洪积相含砂黏土层,2盘地层颜色对比鲜明,且下盘洪积层有构造变形的迹象。下盘洪积层的14C测年结果为(33 020±250)a BP(美国BETA实验室测试),属晚更新世堆积。2盘地层均呈松散状,但有一定程度的钙泥质胶结,据胶结程度并与区域地质资料进行对比,估计上盘也属晚更新世堆积。断层产状0°/W∠30°~87°,呈下凹的弧形形态。弧形断层在云南剑川盆地西南缘的古近纪砾石层中较为多见,有的甚至呈“S”形。分析认为,这种弧形断层的形成与砾石层空隙大、密实度差和砾石的可转动性等特性有关。推测断层运动最初形成的是“Y”形破裂,但在后期构造以及压实作用下,其中的一条断层分支逐渐消失,而保留下来的另外2条断层随着砾石沿断层面的转动和定向排列渐趋圆弧化。
图5 木荣楼加油站旁的第四纪断层剖面Fig.5 Quaternary fault section beside Mulonglou gas station.
在尼中附近一采石场可见基岩断层破碎带和多条第四纪断层(图6,7)。图6剖面中的断层产状为0°/W∠87°,断错了基岩破碎带和上部坡洪积碎石土,垂直错距约为1.2m,呈正断层性质(图6a,b)。坡洪积碎石土具微层理,呈松散状,碎石磨圆度中等,基本无胶结。根据胶结程度并与区域资料进行对比,认为其属于晚更新世—全新世沉积,该层的14C测年结果为(10 800±50)a BP(美国BETA实验室测试),综合分析后将其定为全新世堆积。
图6 尼中采石场的断层剖面Fig.6 Fault section at the Nizhong quarry.
在图7剖面上,断层产状为0°/W∠45°,断错了基岩破碎带和上部灰色坡洪积碎石土(层②)、深灰色坡洪积碎石土(层③)、褐色残积黏土古土壤层(层④)和灰黄色坡洪积碎石土(层⑤)等。据胶结程度并与图6剖面上的地层进行对比,上部层②和层③的松散堆积为全新世沉积。层③深灰色坡洪积碎石土被断层截切,在另一盘中找不到对应层。层⑤灰黄色坡洪积碎石土的14C测年结果为(13 770±60)a BP(美国BETA实验室测试),属于晚更新世末期堆积。层④褐色残积黏土为古土壤层,根据上、下层位时代的对比,估计其为全新世或晚更新世末堆积。古土壤层的连续性差,断续延伸,且有沿断层面延展的特征(图7a,b),整体上有明显的构造变形和扰动迹象。分析认为该断层至少有过2次运动,第1次运动后形成了古土壤层,第2次运动破坏了古土壤层及其上部地层,使古土壤层发生了构造变形及扰动。在该断层的根部发育5条阶梯状的正断层(图7a,c),自西向东断距分别为60cm、10cm、12cm、35cm和25cm,总错距约为1.4m,与上部层②的错距相当。这里需要补充说明的是,图6和图7表现出的正断层性质是断裂走滑运动的伴生效应,与断层所处的高耸的山顶地貌部位有关。
图7 尼中采石场的另一断层剖面Fig.7 Section of another fault at the Nizhong quarry.
在尼中村的断层剖面上发育4条断层,产状分别为:F1,45°/NW∠80°~85°;F2,45°/NW∠80°;F3,30°/NW∠50°;F4,30°/NW∠50°~65°(图8)。其中F2断层形成宽约10cm的破碎带,断层面平直,沿断层面发育挤压片理化带和砾石定向排列现象。F2断层断错灰黄色、黄色砾石层(层④),该层呈松散状但有一定程度的钙质胶结,其14C测年结果为(14 630±50)a BP(美国BETA实验室测试),属于晚更新世末期堆积。F1断层为基岩破碎带与第四系的接触面,甚至直接切穿了全新世现代壤土层(层①)。断层剖面表明,该断层不仅断错了基岩地层,且后期不断运动断错了晚更新世—全新世堆积,在晚第四纪曾有明显活动。
图8 尼中村的断层剖面Fig.8 Fault section at the Nizhong village.
此外,在羊拉铜矿、日雨、徐龙、郎中、古学等地均可见活动断层露头,因篇幅所限,在此不再赘述。据地质、地貌调查和前期研究成果,曾大同、徐龙、里甫-日雨、郎中、古学等断裂均表现出明显的晚第四纪活动迹象,运动性质以右旋走滑为主,全新世平均水平滑动速率为3.5~4.3mm/a(常祖峰,2015)。
2 大型滑坡群特征
2.1 总体特征
根据野外调查,拿荣—绒学区间内的金沙江干流及其支流共发育23个特大型及大型滑坡(图1),绝大多数滑坡的体积>1×107m3,有的滑坡体积甚至>1×108m3,如L1、L13、L14和L19(表1)。滑坡体按滑动面与岩石结构面的关系可分为切层滑坡和顺层滑坡;按照物质组成可分为基岩滑坡和松散层滑坡。这23个滑坡中,绝大多数为切层滑坡,少数为顺层滑坡(L1);多数为基岩滑坡(图9a),少数为松散层滑坡(L14、L15,图9b,c),有的为基岩与松散层混合滑坡(L2、L4、L7,图9d)。有的为古滑坡,滑坡体物质已被剥蚀殆尽,但仍可见清晰的滑坡后留下的凹坡地形及阶梯状滑床(图9e,f)。
图9 部分典型滑坡Fig.9 Some typical landslides.a L13堆绒通基岩滑坡;b、c L14茂顶东松散层滑坡;d尼中基岩与松散层混合滑坡;e、f L10宗绒北滑坡形成的凹坡地形和阶梯状滑床
拿荣—绒学段发育的23个滑坡中除莫丁滑坡外,绝大多数滑坡位于断裂两侧1km范围内,许多滑坡体发育在断裂破碎带上,断裂从滑坡体中部、侧缘和后缘通过,如L1、L4、L7、L9、L10、L12、L13、L15、L17、L19、L20和L21,占比半数以上(图1,表1)。
表1 拿荣—绒学段的滑坡体特征一览表Table 1 Characteristics of landslides along the section from Narong to Rongxue
续表1
续表1
2.2 特大型滑坡举例
限于篇幅,下面仅以L13和L1滑坡为例,阐述滑坡的具体特征及其与断裂的关系。
2.2.1 堆绒通特大型滑坡(L13)
该滑坡体呈EW 向扇形展布,宽约1 000m,长约1 500m,海拔高度为2 120~2 845m,相对高差约为725m,总体积约2.6×108m3,属于特大型滑坡。具有顺山坡由东向西滑动的趋势,主滑方向约为260°(图10)。滑坡体由大块石、巨石夹碎块石、砂、卵石及岩石碎块构成,下部为古生界金沙江蛇绿岩群(DTJ)基性火山岩和中元古界雄松群三段(Pt2X3)云母片岩夹大理岩,倾坡内地层产状为255°/SE∠76°。在滑坡体的前部和后部各有1条断裂(F2-1徐龙断裂、F2-2堆绒通断裂)发育,产状分别为5°/SE∠70°和350°/SW∠68°,早期为挤压性质,后期为走滑性质。地层受断层的挤压作用,加速了岩体的倾倒变形,滑坡的主滑动方向与断层倾向基本一致,对斜坡岩体的整体性产生不利影响(图10)。
图10 堆绒通滑坡(L13)的平面图和剖面图(据陈宇(2016)修改)Fig.10 Plan and profile of Dujongtong landslide(L13)(modified from Chen Yu,2016).a平面分布图;b剖面图
2.2.2 拿荣对岸特大型滑坡(L1)
该滑坡体呈NNW-SSE长条形展布,宽约770m,长约3 000m,海拔高度为2 225~2 800m,最大高差约为600m,总体积约2.324 4×108m3,滑动方向由西向东(图11a)。滑坡体由中元古界雄松群三段(Pt2X3)石英岩、云母石英片岩、云母片岩夹绿片岩、大理岩和黑云母花岗闪长混合岩组成。岩石具有似层状特征,“层”的产状为0°/E∠35°,倾向与坡向一致(图11b)。“层”具有可剥离性,易于沿层间滑动,且“层”间多见黑色炭化夹层,其性状相对较软,构成了潜在的软弱夹层滑动面。F1-1曾大同主干断裂从滑坡体中部通过,受主干断裂活动影响,岩体中发育多组小规模断层。此外,岩体中有3组节理十分发育,产状分别为330°/NE∠75°、330°/SW∠80°和40°/SE∠77°(图12)。小断层和构造节理相互切割,使得岩体支离破碎,呈碎裂状结构。同时,岩体内发育复杂的揉皱构造,表明经历过强烈的挤压作用。该滑坡为崩塌型基岩滑坡,滑动面与岩石结构面基本一致,属于顺“层”滑坡。根据滑坡多个后缘陡坎和遗留的地形形态判断,之所以形成如此大规模的滑坡是岩体多次活动的结果。据德钦县志记载,1969年9月26日该滑坡发生滑动,滑坡体宽1 000m,方量为600m3,下滑后阻断金沙江达14h,留下清晰的高60~80m的后缘陡坎(图11a),至今在江边随处可见大量巨大的滚石和岩块等滑坡痕迹,滑动面呈弧形弯曲状,倾角为9°~75°。
图11 L1那荣对岸滑坡Fig.11 Landslide L1 on the opposite bank of Narong village.a滑坡后壁陡坎;b地层产状与滑坡后壁陡坎
图12 节理赤平投影图Fig.12 Stereographic projection of joints.
3 大型滑坡群与金沙江断裂活动的关系分析
研究区地处川滇藏SN向构造带的金沙江缝合线中北部,地质构造条件十分复杂。主体构造线呈SN向展布,另外NE、NW 向断裂及褶皱轴线呈网络状交织,错综复杂。强烈的新构造运动、巨大的地形高差、陡峭的山体、干热的河谷小季候等因素,造成金沙江两岸各种内动力地质灾害严重的现状(王思敬等,1998)。沿岸大型滑坡发生频率高、规模大、破坏性严重。
巨大的地形高差、陡峻的山体地貌等固然是滑坡发生的重要条件,然而经深入分析发现,该地区大型滑坡群的发生与金沙江断裂带的长期活动密切相关。
从宏观上分析,滑坡群集中发育在多条活动断裂密集交会的地区,如图1中的莫丁—徐龙—贡达一线,发育活动断裂5、6条,彼此间距不足2km。对金沙江上、下游滑坡发育状况进行对比分析而知,大型滑坡群多集中在苏洼龙、昌波、中心绒、地巫、贡波、中心绒、徐龙一带的金沙江两岸,这些地区都是活动断裂的密集交会区。最近发生的金沙江白格特大型滑坡亦处于金沙江构造带上,区内分布有波罗-木协、竹英-贡达和雪青-龙岗等多条NW 向断裂,而前者刚好从滑坡源区顶部通过(许强等,2018)。在金沙江断裂带穿过德钦-中甸-大具断裂后无晚第四纪活动迹象(常祖峰,2015),奔子栏南—石鼓的150km区段内未见巨大滑坡,滑坡密度也大为减少。但在石鼓下游,金沙江与龙蟠-乔后、德钦-中甸-大具和程海-宾川等活动断裂交会的龙蟠、大具、虎跳峡、金江等地,则发育有多个特大型滑坡并发生多次堵江事件。此外,与金沙江平行的澜沧江位于金沙江西侧40km,二者位于相同的大地构造区域(青藏高原东缘三江褶皱系)和地貌部位(横断山腹地“三江”深切河谷),且澜沧江断裂带亦为结构复杂的缝合线构造(澜沧江缝合线),但其晚第四纪活动性不如金沙江断裂带(图2)。笔者曾沿澜沧江开展滑坡对比研究,自德钦经盐井至曲孜卡,与研究区纬度相近的澜沧江两岸滑坡大多为中小型滑坡以及少数大型滑坡,很少见到特大型滑坡,滑坡的密度和规模相对较小。综上所述,因断裂活动产生的活断层作用,是沿江大型滑坡尤其是特大型滑坡发生的根本性控制因素,也是大型滑坡形成的重要的内动力条件。
大型滑坡的密集发育,与金沙江断裂带本身的运动演化历史、复杂的断裂结构、岩性条件等密切相关。金沙江缝合带是古特提斯-金沙江洋的核心部位,沿线发育超基性岩、蛇绿岩套等。由于自古生代以来经历了金沙江洋扩张—闭合—消减—封闭的演化过程以及金沙江构造带后期的逆冲推覆和平移剪切作用,断裂带附近的岩体经历了多期变质和岩浆混合化作用(如徐龙—茂顶一带的混合岩化带),形成了由数条断裂和块体构成的复杂构造带。在长期的挤压作用叠加后期动力变质作用以及岩浆混合作用等的影响下,岩石变形变质相对强烈,岩体内多期劈理、节理及片理极为发育(图13a—c),各种规模的直立褶皱和揉皱带随处可见(图13d),进而极大地破坏了岩体结构。上新世以来,金沙江断裂由逆冲挤压转变为右旋走滑运动后,与原有劈理、片理面斜交的剪切节理进一步发育,将岩体切割成碎裂状(图13a,b),岩体抗压能力差,并为后期强烈的风化作用奠定了基础。此外,基性、超基性岩等出露地表后极易发生风化和蚀变,断裂破碎带内常见蛇纹石化、石膏化、阳起石化、绿帘石化等蚀变现象。雄松群云母石英片岩、云母片岩、绿片岩、混合岩及二叠纪板岩等经长期强烈挤压后也是极易风化的岩类,某水电站坝址附近裂隙中和岩性交界面可见数厘米厚的黑云母富集现象。风化作用不仅破坏了原有的岩石结构,且蛇纹石、绿泥石、石膏等矿物沿断裂面富集,极易构成潜在滑动面。
图13 金沙江断裂带附近的岩体结构Fig.13 Rock mass structure near Jinsha River fault zone.a基性火山岩碎裂化;b花岗岩中发育的5组构造节理;c劈理化带;d直立褶皱与揉皱;e蛇纹石化
进一步分析断裂结构发现,其与金沙江断裂带的运动性质演化历史密切相关,下面几种特殊构造部位(力学机制)则更有利于大型滑坡的发生:
(1)紧密相邻的断裂间。在金沙江断裂带早期挤压运动的基础上形成了与断裂走向近平行的劈理(片理)化带等结构面(图14a左图),后期随着运动性质转化为右旋剪切特征,由此发育与原有挤压结构面斜交的剪切节理(图14a右图),各种结构面的相互切割使得岩体进一步碎裂,从而利于形成特大型滑坡。最为典型的滑坡实例是尼中特大型滑坡(L7),其前后缘皆有断裂(F2-1徐龙断裂和F2-3尼中断裂)控制,至今在滑坡后缘仍可见清晰的断层陡坎(图9d)。
(2)断裂锐角交会区。由于断裂带的右旋走滑运动,在断裂运动方向上交会形成的锐角离散区是构造应力释压(拉张)区,易于形成规模宏大的特大型滑坡(图14b)。如F2-2堆绒通断裂和F2-3尼中断裂形成的锐角区,发育堆绒通特大型滑坡(L13)和宗绒北古滑坡(L10);再如,F3里甫-日雨断裂与F5古学断裂形成的锐角交会区,发育绒丁特大型滑坡和绒学特大型滑坡(L19、L20和L21)。在这种特殊的挤压区内,由于活动断裂的持续运动和应力集中,滑坡的规模通常较为巨大。
图14 活动断裂的特殊构造组合部位Fig.14 Special structural combination sites of active faults.a紧密相邻的断裂间;b断裂锐角交会区;c断裂的右向转弯部位;d主断裂与横向断裂的交会区
(3)断裂的右向转弯部位。由于金沙江断裂的右旋走滑运动,沿断裂走向向右弯曲的两侧将构成构造应力释压(拉张)区,易于产生大型滑坡(图14c)。如沿F2-1徐龙断裂右向弯曲的部位上,在其外侧构造拉张区发育的徐龙滑坡(L8)、徐龙西张仁滑坡(L9)、宗绒北滑坡(L10)、宗绒江对岸滑坡(L11)和宗绒滑坡(L12)等。
(4)主断裂与横向断裂的交会区。由于横向断裂的阻碍,在主干断裂运动的前方沿横向断裂会形成2个构造应力增压(挤压)区,是构造应力易于集中并引发滑坡的部位(图14d)。如格亚顶附近,在F1-1曾大同断裂与横向断裂交会的部位形成了格亚顶特大型滑坡。
此外,还有一种更为普遍的滑坡类型,即位于活动断裂破碎带上的滑坡,如研究区内规模宏大的拿荣对岸滑坡(L1)和茂达水滑坡(L15)。断裂长期的活动促使岩体不断地发生构造变形和运动,加上断裂破碎带内岩体较低的力学强度和破碎的岩体结构,使得断裂破碎带附近的岩体易于发生滑坡灾害。这种断裂作用不仅使岩体结构变得支离破碎,且持续不断的构造应力作用成为发生滑坡、地震等灾害的主要原因。由于金沙江断裂带长期的地质演化历史和强烈活动,金沙江上游地区形成宽阔的断裂破碎带,断裂带内及附近岩体结构破碎,岩石风化强烈,进而使得发生大型滑坡成为必然。
4 结论
(1)金沙江断裂带是一条规模宏大且长期活动的缝合线构造,其分支众多,几何结构复杂,构成宽约50km构造带。它曾经是一条具明显挤压性质的超岩石圈断裂带,受青藏高原向E挤出运动的影响,上新世以来表现为右旋走滑运动。区内曾大同、徐龙、尼中、里甫-日雨、郎中和古学等断裂沿线的断层地貌清晰,主要表现为平直的断层槽地、线性山脊、断层陡崖、定向排列的断层三角面等;野外地质调查和年代学测试结果表明,这些断裂断错了晚更新世—全新世堆积,晚第四纪有明显的活动迹象。
(2)区内滑坡具有发生频率高、规模大、破坏性严重的特点。拿荣—绒学38km的区间内金沙江干流及其支流共发育23个特大型及大型滑坡,体积一般>1×107m3,有的>1×108m3。几乎所有滑坡均位于活动断裂上及两侧1km范围内。这些大型滑坡群的发生,与金沙江断裂带的长期活动、演化历史和复杂的断裂结构等有密切关系,长期的断层作用不仅使岩体结构变得支离破碎,且持续的活断层作用成为滑坡发生的主要原因。活断层作用是大型滑坡尤其是特大型滑坡沿江发生的根本性控制因素,是滑坡形成的重要内动力条件。活动断裂对滑坡的控制作用不仅体现在大地震发生的过程中,且在自然状态下(非地震作用)同样能导致大型、特大型滑坡密集发生。
(3)进一步的断裂结构组合分析发现,与金沙江断裂带的运动演化历史密切相关,紧密相邻的断裂间、断裂锐角交会区、断裂右向转弯部位和主断裂与横向断裂的交会区等特殊构造部位(力学机制)是构造应力易于集中、利于特大型滑坡的发生的关键部位,许多大型滑坡发生在这些构造部位上。