金沙江巧家巨型古滑坡发育特征及其形成条件

刘莉 张丽萍 李萍 杨鑫 邓清海

摘要：金沙江巧家段位于青藏高原东南缘，断裂带运动较为活跃且地震频发。根据金沙江巧家段卫星影像图、地质条件及野外调查资料，分析了巧家古滑坡的发育特征、形成条件及发生时间。研究发现：巧家边坡具备滑坡要素且在坡脚前缘处的金沙江异常弯曲，推断巧家斜坡为古滑坡;巧家古滑坡坡体岩性较为松散，滑坡堆积体长约5.5 km，宽约9.0 km，平均厚度约为250 m，估算体积约为12亿m3，为巨型滑坡;巧家古滑坡的发生与坡体形态、岩性特征、断裂带活动及地震等有密切联系。由坡脚阶地赋存状态，推测滑坡发生于（96±10）万年之前。在地震、强降雨以及库水波动等因素的耦合作用下，巧家巨型古滑坡具有复活可能性。因此，研究巧家古滑坡地质特征及形成条件对于滑坡稳定性分析和滑坡灾害防治的研究具有重要意义。

关 键 词：巧家古滑坡; 地质构造; 断裂带; 成因分析; 金沙江

中图法分类号： P642.22   文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.01.018

0 引 言

金沙江流域位于长江上游，沿岸地质构造复杂，断裂带与地震活动频繁，沿主流发育了一系列古滑坡。如金沙江上游由地震所引发的特米大型古滑坡[1]（形成时间约1.800 ka BP）和苏洼龙古滑坡[2]（形成时间约1.355 ka BP）均造成了金沙江堵塞;寨子村巨型古滑坡曾诱发严重的金沙江堵塞事件并在上游形成了规模巨大的堰塞湖沉积，目前滑源区对岸仍残留巨大体积的滑坡坝堆积物[3];中村古滑坡在白鹤滩库区巧家县城金沙江东岸，形成于早更新世[4]。据资料记载，光绪年间巧家县城南（上游）10 km大洼子发生岩质滑坡，阻断金沙江江水3天3夜。张信宝等[5]研究发现云南省巧家-东川一带沿小江断裂地质时期发生过一次大地震，诱发了金沙江下游金塘古滑坡，阻塞并且横切过金沙江。可见，金沙江沿岸古滑坡的存在较为常见，但本文研究的巧家古滑坡是迄今发现的最大的巨型古滑坡。

对古滑坡的研究中，Wu等[6]通过对遥感解译、地质野外调查、物探和地质年代测定结果的分析，探讨了四川省松潘县加米斯古滑坡的发育特征，研究了其地質时代和形成机理。Guo等[7]研究发现甘肃省舟曲县江顶崖特大古滑坡在强降雨、河流侵蚀、断层活动和地震的影响下，可能再次激活。Qi等[8]用InSAR监测西藏的一个古滑坡，发现该古滑坡体会发生变形，当水库蓄水到一定水位时将会增加坡脚区破裂带的孔隙压力，从而降低阻力，破坏滑坡稳定性。巧家县城金沙江河谷现状最低高程为650 m，金沙江白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县境内，将于2022年完工，其设计水位765 m，最高水位825 m，在水库蓄水运行条件下，库水波动将对巧家巨型古滑坡的稳定性造成影响。

此外，巧家巨型古滑坡处于地震Ⅷ度烈度区，主要发震断层小江断裂带和则木河断裂带，现代地震活动十分强烈。根据小江断裂带上的历史地震数据和近年来活动情况，估计小江断裂带未来地震最大震级为7.3级[9]。近年来，巧家县地震发生也较为频繁，2016年8月12日，巧家县发生4.5级地震，2017年1月5日发生了3.0级地震，2020年3月18日发生了3.6级地震，2020年5月18日发生了5.0级地震。

综上可见，在地震、库水位波动、强降雨等因素作用下，巧家巨型古滑坡具有复活的可能，这将对下游的水电工程和人民生命财产造成巨大的威胁。因此，本文通过遥感解译、地质条件分析和野外调查，分析了巧家巨型古滑坡的发育特征和形成机理条件，可为当地的防灾减灾提供参考。

1 研究区概况

1.1 地理位置及地形地貌

巧家古滑坡地处云南省昭通市的西南方，在白鹤滩水库淹没区域内（见图1）。中心地理坐标为东经102°57′26.19″，北纬26°57′12.52″，处于金沙江下游中段右岸，属于条带状山间盆地地貌。地貌上可分为东侧后山的高山地貌和西侧的堆积阶地。后山斜坡属于药山山脉，整体地势东高西低，山坡陡缓相间，山脉呈近SN走向。研究区海拔高差大，整体地势呈现东南高、西北低的情况。由于受到金沙江及其支流的影响，形成了许多中山及高山山地地貌，西南部是金沙江河谷地，被侵蚀切割成起伏大、较破碎的高山山地，在河谷阶地处，存在小面积的平坦区域。岩性以石灰岩为主，在玄武岩分布区域岩石容易破碎，有大量的陡峭山坡，受重力侵蚀严重，滑坡、泥石流等地质灾害频发。

1.2 区域地质构造

巧家滑坡位于扬子准地台与康滇地轴分界线附近，断裂与褶皱构造发育较多。断层受到不同时期的张、压、扭等地质力的改造，使得性状较为复杂。在滑坡范围内，出露的基岩主要为古生界二叠系阳新组（Py）灰岩、白云岩、砂、泥岩，二叠系梁山组（P1）灰岩和峨眉山组（P2β）玄武岩（见图2[10]）。在研究区附近，出露宽约1 km的南北向挤压破碎带，主要由砂质角砾岩、白云岩、碎粉岩组成，并且内部在小江断裂带的影响下，发育有一组向西倾斜，倾角约70°的破裂面。

小江断裂带巧家段位于该断裂带的最北段，断裂主体沿金沙江与小江流域分布，结构较为单一。

研究区斜坡的东部、南部、西部被大量的深大断裂和其派生断层所包围，使得研究区形成了大量的软弱结构面，使被切割的部分极易与山体发生脱离，形成滑坡。巧家古滑坡处于隆起、断裂强烈的高原上，表明该地区具有强烈的构造历史[11]，自喜马拉雅运动以来地面产生了大幅度地上升。根据已有资料显示，自上新世以来巧家县城所处位置共抬升了约3 000～3 500 m，并且由于地层的抬升，金沙江随之产生强烈的下切运动，使该处河段形成了较多的高陡边坡[12]。

1.3 气候水文

研究区地处中亚热带，属西南季风气候区，年平均气温15～21 ℃。从河谷到山顶分为亚热带、温带、寒温带3种气候类型，雨量以及气温差异较大。金沙江河谷属于典型的干热河谷，有着变化强烈的垂直气候。金沙江贯穿研究区域，河流水量丰富，巧家县城的多年平均降雨量为820 mm，温度随着海拔增高而降低，降水量反之。降水量丰富、集中，多暴雨天气，地区分布不均，降水年际变化较大。巧家边坡后山地形较陡峻，冲沟发育。地表水排泄畅通，地下水埋藏较深，以基岩裂隙水为主，大气降水是该区地下水的主要补给源。

2 古滑坡的特征

2.1 滑坡体形态特征及规模

在卫星影像图（见图3）中，滑坡区域与周围山坡明显不同。区域内呈现出清晰陡峭的后壁、侧壁和缓坡以及相关的滑坡要素，具有滑坡型态特征，属于较为典型的圈椅形滑坡。在滑坡的表面，东西向（顺坡向）的台阶状变化以及由拉张裂缝形成的冲沟显示发生过典型滑坡运动。在滑坡体上，冲沟是汇集地表面流、排泄大气降水的主要通道。滑坡体南陡北缓，表明滑坡两侧运动的不均匀性。利用ArcGIS分析滑坡区域的坡度图、坡向图及高程，结果如图4所示。滑坡弧形后缘海拔高程约为3 168.0～3 293.9 m，后壁平均高度约300 m，坡度在40°～70°;侧壁的海拔高程约为1 550.0～2 700.0 m，高约180～300 m，坡度25°～30°。向下地形陡缓不一，高程约 970.0 m 以上以陡坡为主，可见台阶，局部有斜坡，坡面冲沟发育，地形凌乱。古滑坡堆积体长5.5 km，宽9.0 km，平均厚度约为250 m，估算体积约为12亿m3。图4（b）显示，该边坡主要为顺向坡，滑坡侧壁和后壁两侧的坡度变化明显，可区分滑坡的边界。由于岩性特征、地质构造、诱发因素和滑坡体积等条件不同，滑坡滑动方式不同，导致滑坡体与后壁、两侧壁形成特殊的圈椅状。

沿图3中的剖面线制作剖面图（见图5），可以看到滑坡体后缘坡度较陡，坡度在40°～70°，后缘出露地层为二叠系厚层状灰岩，该地层也是巧家巨型古滑坡的主要滑动层。前缘地形平缓，坡度约10°～30°，金沙江江岸附近坡度则小于 10°。滑坡堆积体厚度较大，主要由灰岩、玄武岩、砂岩等碎裂岩体组成。野外调查虽见有块状或巨厚层状的岩体，但应为滑体堆积物，称为“假基岩”。Huang等[13]在对拉木阿觉滑坡研究中，发现也存在“假基岩”堆积体。根据钻孔资料[4]，滑坡前缘也未发现基岩出露（见图6）。其中，DK1 位于巧家县城与后山交界处，孔口高程 925 m，实际钻孔深度 162 m;DK2 位于巧家县白鹤滩镇，孔口高程 781 m，实际钻孔深度 300 m。巧家县城位于滑坡体前缘，存在大量滑坡堆积物。钻孔岩性特征如图6所示，DK1岩性主要为碎石土、黏土，在68 m处均是玄武岩;DK2岩性主要为碎石土、粉砂土及黏土层夹杂有多层卵砾石层及砂层，未见基岩。巧家县城与后山交界带岸坡内有基岩出露，主要为灰岩、玄武岩。滑坡前缘物质组成主要层位有卵砾石层、昔格达组、砂层、黏土碎石土、耕植土。

2.2 金沙江弧形弯道

河岸一般顺直，即使在河曲地段也应是圆顺的，若发现河岸稍微凸出河中，有时还有大块孤石堆靠河边，可能是古滑坡的舌部[15]。巧家巨型古滑坡沿金沙江约15 km的河段呈现出向对岸凸出的弧形弯道，并且该处弧形弯道的形状与滑坡体前缘所呈现的弧形相似（见图7）。从图7中可以明显地看出金沙江在巧家县附近的异常弯道与滑坡体的形态大致吻合。滑坡的发生使金沙江巧家河段呈现出河岸凸出的形态。华弹镇位于四川省凉山州宁南县东南部处，在巧家县城对岸，主要为寒武系、志留系、二迭系、奥陶系地层组成的顺层坡，促使金沙江河岸凹向对岸的几率较小。因此，极有可能是巧家古滑坡的发生，使金沙江形成弧形弯道。

2.3 巖层产状及擦痕

由于岩石随滑体一起运动后无序堆积，其产状差异较大。因此，采集多个岩层产状与周围岩层产状进行对比，可判断是否为滑坡体。在巧家边坡海拔1 050 m处，出露的玄武岩风化成中粗状，产状为58°∠60°，而附近的岩层产状256°∠35°、250°∠25°;在海拔2 270 m处，岩块大小不一、堆积混杂，产状76°∠25°，附近岩层产状276°∠75°。可见岩层产状存在较大差异，所出露的基岩极可能是滑体堆积物。

典型的古滑带物质滑动擦痕较为清楚，在现场巧家边坡后缘滑动面海拔2 815 m处存在擦痕，产状为239°∠54°，并且有少量的石英块体存在（见图8）。

3 古滑坡的形成条件分析

徐卫平等[16]对川藏公路沙贡特大古滑坡群的形成机制进行了分析，认为水与岩土体相互作用是主要因素，地质构造活动给滑坡提供了足够的重力势能。唐志强等[17]认为重庆市綦江鱼栏嘴水库张家沟滑坡的形成是由于陡峭的地形条件、松散的滑坡体结构以及高强度的暴雨作用。李金洋等[18]在对龙门山断裂北川断裂带滑坡的研究中，认为构造活动是影响区内滑坡发生的主导因素。笔者从巧家滑坡岩性特征、水文条件、坡体形态、断裂带特征以及地震分析其形成条件。

3.1 巧家滑坡岩性特征及水文条件

巧家巨型古滑坡位于近南北向的水坪子背斜的西翼，该背斜轴部地层是泥盆系幺棚子组，背斜两翼基本呈顺层分布。滑坡堆积体主要是碎裂化岩体，上部是含燧石灰岩，底部为砂岩、泥岩以及黏土，极易形成滑动面（见图9）。根据古滑坡区域地质图（见图2）以及现场调查，在滑坡范围内，主要由二叠系阳新组灰岩、峨眉山组玄武岩，泥盆系曲靖组白云岩、页岩，奥陶系红石崖组泥岩、砂岩、页岩，巧家组白云岩、页岩组成。滑坡的后缘地层岩性为灰岩，质地坚硬，存在大范围的岩溶角砾岩（见图9（d）），破碎严重，棱角分明，胶结程度较好。受断裂切割和构造运动作用的影响，斜坡岩体破碎、结构松散。研究区降雨量较丰富，尤其在高海拔区域，年均降雨量可达1 600 mm以上。地表水可沿节理裂隙快速下渗，并直接作用在下伏的二叠系梁山组炭质页岩、黏土岩层面上，并在上覆岩层的重力耦合作用下，逐渐将其演化成蠕滑带[10]。

3.2 坡体前形成临空面

滑坡前缘高程约为900.0～1 000.0 m，后缘高程约为3 168.0～3 293.9 m，前缘与后缘高差约2 268.0～2 293.9 m。构造隆升幅度控制着河流下切的深度，气候控制着阶地的沉积过程，并影响河流的下切[19]。贺蕊[20]在对金沙江巧家段河流阶地的研究中，发现该段共发育了9级河流阶地，构造运动在巧家段较为活跃。王双[4]对金沙江巧家段河谷演化与岸坡结构进行了分析，认为由于青藏高原的快速抬升以及金沙江河流的强烈下切，使得巧家县城后山形成了高陡边坡，这为巧家古滑坡的发生提供了临空面条件。

3.3 断裂带影响

巧家古滑坡位于北北西（NNW）向小江断裂带东侧，其北面还分布走向北西的则木河断裂带和走向北东的莲峰断裂带，处于断裂带交汇处（见图1）。该区域褶皱和次生断裂较为发育，地质构造复杂，发生的地质灾害较为频繁。滑坡的北部有老尖山向斜和多条次级断层，北侧边界沿着走向为北西、北东的共轭断层发育。滑坡南部有安基村背斜和多条次级断层，古滑坡南侧边界沿走向北东的断层发育。滑坡后缘主断壁整体走向与区域构造线一致，巧家巨型古滑坡边界受地质构造影响明显[10]。

小江断裂带属于前震旦纪的地台构造，北邻则木河断裂，沿金沙江左岸华弹镇向南延伸，走向为340°～345°，具有挤压逆冲性质和显著的左行走滑活动特征，派生出一系列南北向、NNE向次级断层和褶皱。断层受到不同时期张、压、扭改造、继承，性状复杂，褶皱发育规模较小，多为轴向北东、北西的短轴背斜、向斜、倒转向斜。小江断裂带为古滑坡所在基岩山地与巧家县城所处金沙江盆地的界线，该区域被第四系覆盖，地貌上表现为断裂槽地。

则木河断裂带在巧家县以南与小江断裂相交是一条活动性较强的断裂带，倾向EN，总长度约为 140 km。存在大尺度的左阶雁列不连续，形成左阶区或岩桥区。结合早更新世中、晚期以来则木河断裂的滑动速率来看，该断裂带的活动强度从早更新世中、晚期发生左旋剪切运动开始到晚更新世时期有由南向北迁移的现象。

莲峰断裂带在近场区内走向NE，为倾向NW的逆断层。断裂带在该段由两条断层组成，断裂带由西北向东南逆冲。在江边多处可见元古界地层内的基岩断层带，其中西支断层前震旦系变质岩逆冲于震旦系灰岩之上，断裂活动切割了变质岩的片麻理并使之发生强烈揉皱变形和再定向。东支断层主要发育于震旦系内，局部地段震旦系与寒武系断层接触，近断层处两盘地层不连续，沿断层带有断层泉出露。

通过对巧家巨型古滑坡的现场调查，在海拔2 725 m处，存在滑坡的后缘滑动面（见图10），并测量了其中3处滑动面的产状（见图11），滑动面①的产状为280°∠72°，滑动面②的产状为305°∠69°，滑动面③的产状为267°∠65°。根据野外调查情况以及堆积体的长短轴的方向可推断出滑坡体的滑动方向大致在260°～280°，与研究区域附近的断裂带的延伸方向呈大角度相交。滑动面②是滑坡后缘南侧的某一滑动面的产状，与滑坡南侧断裂带的延伸方向同样呈大角度相交，解释了滑坡的主滑方向受到断裂带的控制而表现出一定的优势方向。

3.4 地 震

研究区属于青藏高原地震区，地处地中海-喜马拉雅地震带（欧亚地震带）上，地壳运动较频繁，是中国最大的一个地震区，也是地震活动最强烈、大地震频繁发生的地区。而巧家县地处横断山脉山区断层地带，处于玉屏山金沙江地震带，地震灾害较为频繁。

在李春宏[21]对白鹤滩区域研究基础上增加近2 a所发生的地震，得到研究区地震构造及历史地震图（见图12）。从图12中可看出，研究区构造条件较为复杂，主要断裂有F1小江断裂北段、F2莲峰断裂、F3则木河断裂南段。1970年以前（黑色圆）记录到的中强地震主要发生在近南北向的小江断裂带和则木河断裂带，1970年以后记录到的中强地震主要发震构造是小江断裂带和北东向的鲁甸-昭通断裂带上。巧家滑坡位于NNW向小江断裂带东侧，带内有多条次级断层，呈雁行排列，形态复杂，断裂阶区多且断层面陡，这些部位常处于闭锁状态，应力容易强烈集中而引发强震。

据地震目录记载，1500年以来沿该断裂带共发生破坏性地震50多次，其中7级（M）以上地震4次，6.0～6.9 M地震约10次，最大地震是1833年的嵩明8.0 M地震。研究区地震发生较为频繁，历史上1918年巧家发生过地震，间有墙倒和屋塌;1974年邵通大关曾发生7.1 M地震;2014年鲁甸发生6.5 M地震。据中国地震台网速报目录，2020年巧家5.0 M地震震中的周边200 km内，近5 a来发生3.0 M以上地震共195次，最大地震是2019年6月17日在四川省宜宾市长宁县发生的6.0 M地震（距离该次震中215 km）。

研究区地震动峰值加速度在0.10g～0.40g之间，巧家县地区地震动峰值加速度为0.2g，所处地震环境是地震危险性中等地区。地震容易引发地质灾害，滑坡区在断裂带交汇处，小江断裂带是中国地震活动最强烈的地震带之一。巧家巨型古滑坡位于构造活动频繁、地震强度高的川滇地震带边缘，受断裂带影响明显，属于Ⅷ度烈度区（见表1），具有强震可能。在强烈地震的作用下，具有临空面的坡体，由于自重和外作用力，往往容易形成滑坡。

4 滑坡发生年代

前人对古滑坡发生年代的研究，主要通过光释光（OSL）、放射性碳（14C法）和ESR等方法进行滑坡测年以及对地貌地层和地层沉积学分析。巧家四级阶地在古滑坡前缘保存完好[14]，说明巧家滑坡发生于四级阶地形成之前。根据李郎平等的研究，巧家四级阶地（26°54′59.5″N，102°55′06.6″E）的階地沉积物的电子自旋共振（ESR）年代为（96±10）万年[22]。因此，推测巧家古滑坡发生于（96±10）万年以前。

5 结 论

（1） 巧家斜坡具有滑坡地质特征。在金沙江巧家段卫星影像图中识别出古滑坡后壁、侧壁、滑坡体、滑坡脚等滑坡要素。坡体具有典型圈椅型的滑坡地形，由陡峭的后缘、侧壁以及下方的缓坡组成，滑坡脚处弧形与金沙江流域的弯道一致。以上特征均可证明巧家后山斜坡为古滑坡。

（2） 巧家巨型古滑坡具备滑坡发育的基本地质条件。古滑坡区域内堆积物松散，胶结性差，降雨易导致滑坡发生;古滑坡所处的范围内存在大量的深大断裂带，使得该边坡体产生大量的软弱结构面，高且陡的斜坡、易滑地层和大量的活动断裂切割为滑坡发生提供了条件。

（3） 研究区处于地震强度高的川滇地震带边缘，构造活动频繁，地震发生频率高。巧家古滑坡位于Ⅷ度地震烈度区，古地震极有可能是诱发滑坡的因素。

（4） 滑坡前缘四级阶地赋存完好，推测巧家滑坡发生于（96±10）万年以前。

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（编辑：刘 媛）