新源县加朗普特特大型滑坡地质结构探测及老滑坡影响综合研究*

2022-08-02尚彦军金维浚伊学涛姜东廷崔振东曹小红

工程地质学报 2022年3期

关键词：普特滑坡体基岩

尚彦军金维浚伊学涛② 姜东廷崔振东贺强曹小红

(①中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院页岩气与地质工程重点实验室，北京 100029，中国)

(②中国科学院大学，地球与行星科学学院，北京 100049，中国)

(③新疆地质灾害防治重点实验室(新疆工程学院)，乌鲁木齐 830023，中国)

(④新疆维吾尔自治区地质环境监测院，乌鲁木齐 830011，中国)

0 引言

长期以来对伊犁黄土滑坡研究首先为类型(包括规模级别)划分，如新源县1165处地质灾害有1处为特大级， 10处为较大级， 1154处为一般级(张成文， 2014)。全长27.95km的省道S316南北向贯通伊犁谷地阿吾勒拉山，沿线发现黄土滑坡300个，其中中小型滑坡271个约占90%；浅中层滑坡283个，约占94%(魏学利， 2017)。其次是对滑坡影响因素研究，主要为地形坡度、坡向、冰雪融水和降雨等多因素对比和统计分析(刘毅， 2015; 乔国文， 2016；魏学利， 2017; 曹小红等， 2019)。对滑坡发生机理研究除一般的强降雨诱发和地震作用(刘丽楠等， 2017)外，王家鼎等(1999)提出一种地震诱发高速黄土滑坡的机理-黄土体解体、斜抛和粉尘化效应，并通过动力变形分析导出黄土滑体斜抛运动的全过程及滑速、滑距公式。张茂省等(2011)对黄土滑坡发生的诱发因素研究发现，地震诱发黄土滑坡的主要原因是地震加速度引起的抛射作用和粉尘化效应以及振动液化效应。结合防灾目标开展自然、地震和暴雨等不同工况下滑坡稳定性评价(刘毅等， 2015; 乔国文， 2016)，以及专项勘查工作基础上提出工程整治方案(新疆地质工程勘察院， 2007)等。可见，从大范围区域地质、小尺度岩土样品力学特性角度对中小规模黄土滑坡影响的研究较多，但对中等尺度的工程地质条件，尤其是为数不多的特大型滑坡区地质构造和沉积相变研究，相对较少。

本文以伊犁地区新源县则克台镇加朗普特特大型滑坡为例，在前人大量地表测绘、钻探、室内试验等工程地质勘察基础上，现场开展地质调查、工程物探为主的中等尺度研究，对隐伏断层、沉积相变或基岩界限等给予揭露，以期更好地认识特大型黄土滑坡发生的地质原因，建立这类特大型黄土滑坡地质构造及边界条件的地质模型。

1 加朗普特特大型滑坡

2002年5月10发生的主滑方向285°加朗普特滑坡为推移式特大型滑坡，SN横向宽500m， EW长800～900m，面积0.98km2，体积约2275×104m3。该特大型滑坡由N、E和SE 3个不同后壁坡向、后壁高60～110m的次级滑坡组成(图1)。滑坡体上部形成滑坡洼地及滑坡湖。南北两侧发育两条最深大于20m的滑坡侵蚀沟：北沟延伸至滑坡后缘，汇集了N、E滑坡以及部分SE滑坡后壁出露的泉水，水量较大；南沟汇集了部分SE滑坡后壁出露的泉水，水量稍小。滑坡中部发育许多弧形裂纹和鼓丘(新疆地质工程勘察院， 2007)。

图1 加朗普特特大型滑坡区地质勘察工作平面分布图Fig. 1 Layout of the geological survey in the super large Galenpute Landslidea. 4条物探勘探线分布图； b. 3条物探线端点(白色)及解译的5处断面浅部富水区(白色线)；白色圈点为16个钻孔位置

滑坡堵塞走向SN的则克台河形成堰塞坝，上下游高差约50m，最低高度22m， SN延伸长500m、垂直河谷EW宽约400m，体积约400×104m3。作为主要物源，该滑坡在则克台沟内形成长5.7km泥石流堆积体，体积达216×104m3，威胁到下游沟口则克台镇的安全(新疆地质工程勘察院， 2007)。2003年12月1日昭苏发生6.1级地震该滑坡再次滑动，直接导致S316被阻塞达2年之久。2005年、2007年和2009年又相继发生崩塌和次级滑坡(李潇林斌等， 2018)。

对该特大型滑坡前期研究中几方面认识有待澄清： 3个后壁不同朝向的滑坡是否同时发生，证据是什么？区域地质图上两个起控制作用的区域性断裂在场区的分布位置及其与滑坡空间关系如何？有弱承压性的砾石层与表层黄土的关系是什么？3个滑坡后壁出露的泉水有无区别？

2 技术方法

2.1 卫星遥感历史影像

对比不同历史时期的卫星遥感影像，观察该区地形地貌异常变化情况。尤其是对一些形状奇特的沟谷及交汇点、地形起伏畸变点或线性影像给予重点关注。对比夏季降水和冬季冰雪不同气象条件下，滑坡后壁岩土体色调、中前部的滑坡体运动轨迹等，从宏观上找到不同时期斜坡的破坏位置和运移路径。

2.2 沉积相变及岩性界限

更新世黄土和晚古生代火山碎屑岩为主的基岩分界限(底部及侧向)，以及黄土内部分层和所夹砾石层分布变化。这些既是沉积相变要研究的内容，也影响地下水储存和运移。需结合滑坡后壁陡崖、滑坡外围多条沟谷自然剖面观察，对比钻孔编录结果，给予综合分析。

2.3 前期钻探勘察结果分析

前期在滑坡区和堰塞坝不同位置布置实施15个钻孔(平面位置见图1b)，开展了岩芯编录、采样和孔水位测量等工作。结果得到钻孔地下水位、黏土层顶面和厚度、基岩埋深等信息。这些信息对认识基岩面起伏、滑动面深度、第四系厚度变化及分层等有重要意义，但二维连续性不够好，无断层标识。同时对地表水、泉水水样所做化学分析，需对比不同地点水样化学成分差异。

2.4 高密度电法勘探

2020年11月作者在加朗普特滑坡区开展了高密度电法勘探工作。高密度电法剖面采用5m电极距， 64个电极采用单极-单极电极排列方式，进行滚动勘探布置，可达到近300m的勘探深度。现场布置4条高密度电法剖面。1条长剖面沿滑坡走向即290°～300°方向的纵剖面1-1′， 2条在滑坡体上横向布置，即近SN向的横剖面2-2′和3-3′。还有1条横切则克台沟的堰塞坝上游端布置4-4′。这4条剖面线总长约2320m，在平面上分布如图1a中深蓝色线段所示。此项工作兼顾钻孔分布位置便于验证物探解译结果，更重要的是探测隐伏断层、滑动面分布、基岩顶面起伏变化情况等。

2.5 水文地质条件

对滑坡体水量较大的北沟中的地表径流、3个滑坡后壁出露的泉水流量测量，采集了滑坡后壁水量较丰富的泉水样并24h内送检(图1a、图2a)。室内对2个泉水样开展了化学简分析。

3 结果

3.1 黄土沉积相变及基岩界限

从平面上看N滑坡区北侧260°走向的苏鲁萨依河谷底可见两岸的基岩和黄土堆积陡坡前缘，即代表了黄土呈EW走向的北缘界限。沟北侧为下二叠统乌朗组下亚组(P1-2w1)，岩性主要为灰色厚层(层厚达63cm)硅质胶结砾岩层，其上为凝灰砂岩。岩层产状45°∠41°，岩层倾向与斜坡坡向相反，呈反向坡。谷底在黄土NE前缘接触处沟谷发生近90°的直角拐弯(图2b)。谷底中间河道上出现上升泉，水清澈无色(pH=7.0)。该急拐弯对应的N部滑坡的东侧一条长约280m的小干沟，走向345°，呈底平谷浅的直线悬沟状(图2c中的北悬沟)，后者对应着SE滑坡E侧的南悬沟(图2d)，两者形态特点基本相同，无明显的沟底剥蚀和堆积作用，但都呈残留浅窄的悬谷形态。N滑坡后壁西部见2～4层砾石层，且向西合并到一起，基本代表了被老滑坡掩埋的老河床相(图1a)。

图2 加朗普特特大滑坡及外围区岩相变化观察断面Fig. 2 Observation section of lithofacies change in Galenpute Landslide and its surrounding areaa. 特大型滑坡区总览图; b. 滑坡北苏鲁萨依河沟两侧见黄土与基岩 2011.7镜头指向E; c. N、E滑坡之间的北悬沟2020.11.7镜头指向N; d. E、SE滑坡之间的南悬沟2020.11.9镜头指向SE. 3个滑坡后壁陡崖，只有N滑坡后壁见到了1～3层厚20～50cm的角砾层，控制着后壁下部泉水的线状渗出，局部呈现白色盐渍土。宏观看渗水线附近表面的白色盐渍土较多。N滑坡后壁向西砾石层数增多且变后，而黄土层变薄变少

SE滑坡后壁向S过山脊后沿200°方向约1600m可见上石炭统伊什基里克组二段(C2y2)及后期侵入体中的驹尔都拜露天铁矿场(图3)。该矿受控于区域上NWW走向、倾向NNE、倾角60°～70°的断裂，北盘下降，南盘上升(新疆地质局地质测量大队， 1976)。后者作为滑坡区南侧黄土与基岩的界限，也影响到SE滑坡的长期发育和主导性作用。该处出露为上石炭统火山-沉积建造中的铁矿点。该铁矿点主要与海西晚期第1次侵入的近EW走向的暗绿色中粒闪长岩体有关(卢宗柳等， 2006)，赋存于伊什基里克组富含火山物质的沉积岩系中(闫晓兰等， 2014)。

图3 加朗普特滑坡及邻区地质简图(据新疆维吾尔自治区地质局第二区域地质调查大队(2005)，略改)Fig. 3 Geological map of Galenpute Landslide and its adjacent area

在阿吾拉勒铁矿带上的则克台沟中部发育了黄土。NWW走向的断层控制了北侧下二叠统乌郎组一段(P1-2w1)沉复成分火山角砾岩、安山质集块岩、沉凝灰岩。南侧上石炭统依什基里克组二段(C2y2)层安山质凝灰岩、安山岩、灰岩，以及中基性岩脉(其间发育驹尔都拜铁矿点)。受断裂构造控制的更新统风积砂质黏土、黏土，总体呈黄土残丘状分布局限在不规则山间盆地中，影响到北侧沟谷和西侧则克台沟形态及宽度。

E、SE滑坡后壁基本为均质的陡立的Q3马兰黄土，呈现一定的陡立垂直节理。N滑坡上部为Q3均质黄土，中部有层数不等、厚0.2～0.5m的砾石层，构成了导水渗水层，且向该后壁陡崖西部砾石层数快速增加，向西则克台沟方向倾斜。底部为淡红色黏土，隔水性好，为红色黏土层发育的Q2离石黄土。从沉积相变看，层状和透镜状磨圆度较好的砾石层代表了老河床相，而红色黏土层为控制老滑坡的滑床。

3.2 高密度电法勘探

高密度电法探测的主要依据是研究区地层岩性的电阻率参数。表1列出了则克台地区火山岩等4种常见地层岩性的电阻率值变化范围。

表1 则克台地区岩土电阻率值变化范围Table 1 Variation range of electric resistivity values in Zeketai area

滑坡纵向剖面物探线布置方向为SEE。在距离剖面西400m处，探测到1条陡立的断层，断层带宽度约50m，可能为张性正断层。滑面存在5个上凹面，底面与基岩相接触为低电阻率体，说明在滑动面附近富含地下水。5个富水区中上部的几个上凹面对应地表可以见到小湖泊和地下泉水出露点(图4a)。

滑坡体上部的横向剖面2-2′上表现为3层结构特征，上层为包气带，下层为潜水层，基岩面埋深60～70m(图4b)。滑坡体下部的第2条横向剖面3-3′，在距离剖面SW端点约200m处探测到1条较大断层，倾向SW。滑坡体来自NE，上层滑坡体地表呈现为较高电阻率的液化后产生的小土丘，下层为厚度较大的砂泥层。北部为电阻率极高的岩体(图4c)，推测为下二叠统乌郎组厚层坚硬的火山岩体。

在则克台沟中堰塞坝上沿NEE向布置物探剖面4-4′。该剖面地层结构相对其他剖面电阻率高1个数量级以上。下伏基岩岩性与加朗普特滑坡所在的南部基岩不同，同样应为电阻率更高的P1-2w1的底部砾岩，一直沿N滑坡坡脚向东北方向延伸(图3)，其上为较高电阻率的块石坝笼构筑成堰塞湖的南岸。堰塞坝基底中上部显现为上凹地形，下部总体为电阻率很高的基岩(图4d)。

图4 加朗普特滑坡体及堰塞坝电阻率剖面图(起止位置见图1a)Fig. 4 Resistivity profile of Galenpute Landslide and the blocked dama. 纵剖面1-1′； b. 滑坡体横剖面2-2′； c. 滑坡体横剖面3-3′； d. 堰塞坝体横剖面4-4′

3.3 水文地质条件

3.3.1 地下水位

图5 3个滑坡后壁泉水出露情况现场照片Fig. 5 Scene photos of spring water exposure on the back wall of three landslidesa. N滑坡陡崖下部线性泉水点47出露; b. E滑坡后壁下泉水点32; c. SE滑坡后壁下平台上泉水点02

则克台沟中第四系厚度达20m左右，在其常年性地表水流以下的冲积层中形成松散岩类孔隙潜水含水层。加朗普特滑坡形成堰塞湖后，抬高了地表水位，使周围地下水位抬高。堰塞湖坝体以下松散岩类孔隙水含水层厚度明显加大，推测含水层厚15m。地下水流向总体由北向南径流，在泄水沟切割地下水位处以下降泉形式排泄(图5)。

3.3.2 水量

表2 滑坡现场实测水量及化学简分析结果表Table 2 Results of field measurement and chemical analysis of landslide

3.3.3 水质

对现场采集的2个滑坡陡崖下的泉水样(点32、47)开展化学简分析。依据水分析结果分别给出其库尔洛夫式表达式：

属于SO4-Mg-Na型水

属于HCO3-SO4-Mg-Na型水。

按照地下水水质国家标准，点47、32号样分别属于微咸水-Ⅳ类水、淡水-Ⅲ类水。

从水化学成分看，东滑坡靠近断层和上游，水循环条件好矿化度低，水质较好，而北滑坡因下伏二叠系厚层状坚硬角砾岩，被埋藏的河床相砾石层下伏红黏土阻隔，水循环条件差或流速缓慢矿化度高，水质较差。

3.4 钻探结果验证

在滑坡现场布置的16个工程钻孔的平面分布位置如图6所示。这些钻孔中地下水位埋深、基岩面高程、黏土层顶部高程数据如表3所列。ZK7中2m多厚的磨圆度中等的0.5～5.0cm的砾石，同N滑坡壁西侧的砾石层相对应，代表着被老滑坡掩埋的老河床相砂砾石沉积。

图6 钻孔相对位置平面图(钻孔旁文字为深部揭露基岩岩性，新疆地质环境监测院(2010))Fig. 6 Layout of the drilled boreholes in the landslide and blocked dam

表3 钻探结果同物探剖面对照验证结果表(钻孔据新疆地质环境监测院(2010))Table 3 Comparison of borehole logging with geophysical exploration results

4 讨论

4.1 老滑坡

SE滑坡是继承性滑坡，因为1985年12月之前的卫星影像图上已显示老滑坡的形态：东侧缘走向10°，长度1.11km，西侧缘走向328°，长度1.6km，前缘为近东西向苏鲁萨依河(前端对应着16号点的河滩上泉点)。该老滑坡平面上呈向NW方向开口的喇叭形而西侧呈现一定的弧形弯曲，主滑方向342°，长轴方向长约1.18km，中部宽约630m，面积约0.67km2。顶部堆积在支沟苏鲁萨依河与主沟则克台河交汇处(图7a)。加朗普特古村落即位于该老滑坡堵塞苏鲁萨依河后形成的堰塞坝溃决后沟谷北西侧。对比1812年尼勒克8.0级地震资料发现，本滑坡群位于震中64°方向直线距离15km处，在震中Ⅺ度烈度区的边缘(尹光华等， 2001)。孙萍等(2009)对西吉党家岔地震黄土滑坡的滑带土的环剪试验结果发现，地震作用下斜坡潜在滑面的土体发生了剪切破坏，且破坏后获得较大速度，产生了较大的剪切位移，为高速远程滑坡的发生提供了条件。周永习等(2010)对西北两个地区采集的原状黄土开展不排水固结三轴试验，建立黄土稳态线和稳态强度线，研究黄土边坡流滑机理。结果发现，对于地震引起的黄土滑坡土体残余(稳态)强度起决定性作用。从图7a中可见尼勒克8.0级地震诱发的加朗普特滑坡中的SE侧滑坡前端向NW方向的最大运移距离约1500m，阻断并埋藏了原来的近东西向的苏鲁萨依古河道(图1a，图3)。

图7 加朗普特滑坡区不同历史时期卫星影像图Fig. 7 Satellite images of different historical periods in Galenpute Landslide areaa. 1985年12月31日显示SE老滑坡后壁及向NW方向的老滑坡体，使其前缘的河谷出现弧形拐弯，滑坡坝向则克台上游堵塞形成老堰塞湖; b. 2005年3月5日显示出3个滑坡后壁及堰塞坝上游端的弧形运动痕迹; c. 2005年3月18日雪部分融化后北沟和南沟都出现流土现象; d. 2014年5月1日融雪后E滑坡扩大; e. 2019年7月6日显示坝体整治有所加强

N滑坡后壁下部出露的Q2淡红色黏土构成了老滑坡滑床，其上部局部存在的向西合为一体的巨厚层砾石层构成了局部的含水层。后期在老滑坡中后部又发生了自E向W运动的滑坡。N滑坡后壁遭受下切作用，致使该老滑坡面和其下的滑床黏土层出露。

4.2 滑坡中下部的不动体

在钻孔ZK12编录中显示基岩埋深仅17.35m。纵向物探剖面也显示在S316公路内侧有东西宽约100m的高电阻率基岩凸起。结合多年卫星影像图中显示的滑坡体逆时针弧形运移迹线，该处形态及其面积一直没有大的变化(图7b，图7c，图7d)。相邻130m的两个钻孔ZK12基岩埋深17.35m，而其东南侧的ZK13钻至54.03m深度仍未见基岩。ZK12西北侧350°方向相距220m的钻孔ZK11，基岩顶面埋深56.40m，高程比ZK12低了约46m。ZK12南西侧250°方向270m的ZK10、470m的ZK9，基岩埋深都是约30m(图6，表3)。

现该处呈较浑圆山丘，被老乡作为放牧营地。该不动体沿路SN长180m， EW长约270m，呈长方形。2002年5月滑坡发生后原S316公路段被掩埋，该路段上移至现在位置切过，对应滑坡后新修的东拐弯路段。

该不动体的长期存在说明了它的稳定性，是S316公路防治滑坡灾害时需要优先考虑的。例如采用桥梁跨越时该处可作为规划桥墩位置，而桥净空最大处宜放在N沟和S沟的中心位置。排水沟的设计兼顾N沟和S沟的排水，N沟部位下伏基岩较坚硬而完整性好，S沟黏土层顶面高程较低，尽管地表水排泄量不如北沟，但地下水的排泄份额需要重视。

4.3 滑坡区隐伏陡立断层

1985年底之前的卫星影像图已显示，SE滑坡西侧有一条小型NW走向的陡立断层，延伸至堰塞湖NE角。该断层从不动体NE缘通过，控制了SE滑坡后壁和滑坡群中北沟的发育。向SE斜穿过SE滑坡，控制着泉点02的分布(图3)。

物探纵剖面1-1′和横剖面3-3′都探测到了陡立的无底界的低阻体带，显示滑坡区西侧隐伏断层的存在。该断层走向328°，长约1.6km，倾角约80°。因此该断层控制下SE滑坡最早发育且历史较长。在新近活动中因其位置高且受E滑坡的自E向W运动干扰影响，主要块体运动由NNW偏向W。

滑坡群所在的黄土南侧区域性断裂是黄土堆积体与驹尔都拜铁矿点基岩之间的接触界限，为NWW走向、倾向NNE的区域性断裂。在很大程度上该断裂控制了山间盆地的发育和更新世黄土堆积。从图6可见黏土层顶面标高在南沟口的钻孔ZK7、ZK8和ZK9位置较低，可能受到该区域断裂的上盘下降影响而产生了较多的盆地静水沉积物-黏土。