四川省北川县崩滑灾害孕灾地质条件分析

2023-01-17刘腾任蕊匡野杨成程易鹏飞陶鲭宇

中国地质调查 2022年6期

刘腾，任蕊，匡野，杨成程，易鹏飞，陶鲭宇

（四川省地质工程勘察院集团有限公司，四川成都 610072）

0 引言

北川县位于绵阳市西北部，山区占全县总面积的90%以上，境内山高坡陡，地质构造复杂，岩体风化破碎。受“5·12”特大地震重创，北川地质环境条件十分脆弱，地质灾害频发[1]。尽管自“5·12”震后我国防灾工作做出了突出成绩[2]，但仍存在一些不足。在极端降雨情况下，地质灾害发育数量仍然较多，如2020年特大汛期后，北川县内新增地质灾害600余处，且不少新增灾害并未在前期调查工作中有效识别，这类情况在我国其他省区也较为普遍[3]。目前，地质灾害预测预报能力仍较低，究其原因，除地质灾害的形成发育机理比较复杂、预测难度大外，还因目前地质灾害防治工作的重点主要放在已发现的灾体上，对地质灾害形成发育的本底——“孕灾地质条件”分析评价不足，未能在发灾之前有效识别出潜在隐患。

自21世纪初，我国地质灾害区划工作经历了1∶10万县（市）地质灾害调查区划、1∶5万地质灾害详查、地质灾害精细化调查和地质灾害风险调查等阶段[3]。2013年以来，调查工作更加注重孕灾地质条件，从“救灾论灾”的地质灾害调查转向地质灾害隐患（点）及孕灾地质条件（面）调查[4]。同时，国内外众多学者也进行了相关研究[5-9]，分析了不同地区的地质灾害发育与各类孕灾条件的相关关系，初步归纳整理了地质灾害的孕灾条件及因子。

针对当前对地质灾害孕灾地质条件认识不足的情况，本文以北川县为研究对象，依托“四川省北川县地质灾害风险调查评价（1∶5万）项目”，在孕灾地质条件分析与野外调查的基础上，系统分析了区内崩滑地质灾害与孕灾地质条件之间的关系，定量揭示了区内崩滑地质灾害在各孕灾地质条件中的易发区间，科学阐述了各孕灾因子对滑坡、崩塌地质灾害发育分布的控制作用，旨在为地质灾害防治工作提供更明确的思路。

1 研究区概况

北川县位于四川盆地西北部边缘向川西高原的过渡地区，属绵阳市所辖，行政区面积约3 082.72 km2。大地构造位置处于青藏高原东部边缘的龙门山构造带内，中央断裂带（北川断裂）从境内陈家坝—曲山—擂鼓贯穿而过。同时，该地区也是四川盆地两大暴雨中心之一[10]。区内受龙门山断裂和河流长期侵蚀切割的影响，全境大部皆山，沟壑纵横，地形复杂，地势北西高、南东低，最大相对高差达4 229 m（图1）。境内出露的主要地层有古生界寒武系、志留系、泥盆系和石炭系，中生界侏罗系和三叠系，以及新生界第四系松散堆积层。其中，变质岩分布面积最广，以茂县群千枚岩和板岩为主，是区内主要的易滑岩层。“5·12”地震对北川县地质环境已造成不同程度的“损伤”及微改造，目前仍处于震后地质灾害的活跃期，震后效应尚未消散，仍需较长一段时间，地质条件才能恢复到震前水平[11]。

图1 研究区地理位置示意图Fig.1 Geographical location of the study area

2 地质灾害发育分布概况

经野外实地调查，受2020年汛期特大暴雨影响，截至2021年3月，北川县共发育973处地质灾害，其中滑坡780处、占比80.06%，崩塌47处、占比4.90%，泥石流146处、占比15.04%。

据野外调查，北川县内地质灾害空间分布受地质环境条件、气候因素及人类工程经济活动共同作用的影响，空间分布规律明显。首先，具有地域上的分散性和地段上的相对集中性，在空间分布上，呈现出集中于某一河段的分布规律，主要分布于青片河中段、白草河上游段、白草河—玉溪河段、苏宝河—都坝河—湔江河段；其次，与构造带、地震活动带展布相一致。

通过资料收集及野外调查分析，发现区内地质灾害，从时间轴线来看（图2，图3），总体呈现出以下特点: 受降雨的控制作用越来越明显; 震前区内崩滑灾害与泥石流的比例大概为12∶1，震后比率主要维持在3∶1至5∶1间; 崩滑地质灾害常年保持在较高发育水平，但遇超强降雨则呈明显的爆发式增长。

图2 2006-2021年地质灾害数量变化Fig.2 Changes in the numbers of geological disasters from 2006 to 2021

图3 2006-2021年崩滑灾害数量与泥石流灾害数量比率变化Fig.3 Changes in the ratios of collapse and landslide numbers to debris flow from 2006 to 2021

3 崩滑孕灾地质条件分析

3.1 基础数据准备

结合野外调查分析，致使区内滑坡发育的孕灾地质条件主要有：地形地貌条件（高程、高差、坡度、平剖面曲率、地势起伏度、沟壑密度、距水系距离）、地层岩性条件（工程地质岩组）、地质构造条件（断层）、地震后效应（地震烈度）、斜坡结构以及人类工程活动（距道路距离）等。致使区内崩塌发育的孕灾地质条件主要有：地形地貌条件（高程、坡度、距河流距离）、地层岩性条件（工程地质岩组）、地质构造条件（断层）、地震后效应（地震烈度）、斜坡结构以及人类工程活动（距道路距离）等。各类孕灾地质条件数据来源见表1。

表1 孕灾地质条件数据来源[1]

崩滑地质灾害数据主要来源于本次地质灾害调查点、历次地质灾害排（详）查、其他部门地质灾害隐患点及遥感解译点资料。

3.2 滑坡孕灾地质分析

通过GIS分析工具提取滑坡范围内各类孕灾地质条件数据，统计各类孕灾地质条件的滑坡发育数量，绘制了各孕灾因子与滑坡发育的关系图（图4）。

从滑坡与各孕灾因子的数理统计可以看出，各孕灾因子与滑坡发育均表现出一定的相关性。结合野外调查情况，区内滑坡分布首先受地质构造和工程地质岩组影响，其次受地形地貌和斜坡结构影响。就地形地貌而言，高程、地势起伏度、沟壑密度及平剖面曲率与滑坡发育相关性都较好。比如,对高程来说，区内高程1 000～1 500 m范围内，恰好也是地壳抬升过程中河谷地貌演化的应力最大释放区，这一高程区间内岩体更为破碎，应力更为集中，所以更易发育滑坡。利于滑坡发育的坡度区间为10°～30°。利于滑坡发育的地势起伏度区间为100～200 m。在关内大部千枚岩地层区，坡度、斜坡结构及平面曲率是主要孕灾地质条件; 在龙门山断裂影响带内，则受断裂主控; 在东南碳酸盐岩区，滑坡发育的主要孕灾条件为斜坡结构与工程地质岩组。

通过计算每个孕灾因子信息量值，来判断孕灾因子对滑坡的影响程度（表2）。可以看出，地质构造、土地利用类型、斜坡结构、坡度及剖面曲率是孕育滑坡最主要的地质条件。

图4 滑坡孕灾地质条件统计分析[11]Fig.4 Statistical analysis of the disaster-pregnancy geological conditions of landslide[11]

表2 滑坡孕灾因子影响程度排序

3.3 崩塌孕灾地质条件分析

区内发育崩塌大多数为岩质崩塌，土质崩塌较少。就发育情况而言，崩塌主要分布在擂鼓—曲山—永安—通泉等灰岩、白云岩及砂岩一带，在千枚岩地层区，崩塌发育较少。地形地貌及岩体结构是崩塌的主要孕灾地质条件，地质构造也是通过对地形地貌和岩体结构的控制，影响崩塌的产生，在其作用下，高陡临空面和破碎岩体为崩塌的发育提供了有利条件。就地层岩性而言，上硬下软的岩性组合，由于差异风化，下部软弱岩层抗风化能力弱，形成岩腔，在重力作用下，被卸荷裂隙或构造裂隙切割为块状岩体，因重心不稳而产生崩塌。各孕灾因子与崩塌发育的关系见图5。

图5 崩塌孕灾条件统计分析Fig.5 Statistical analysis of disaster-pregnancy geological conditions of collapse

由于北川县境内地层岩性大多为茂县群的较软—软变质岩，不是易崩地层，故境内发育崩塌较少。从孕灾条件统计结果来看，崩塌与各孕灾因子的统计关系并不明显，但与高程、坡度、距主要河流距离及工程地质岩组存在一定的相关性。如境内最利于崩塌发育的高程区间为750～1 000 m，最利于崩塌发育的岩组为块状较坚硬的岩组类型。

综上，北川县内崩塌首先受控于工程地质岩组这一孕灾条件，这与地质分析是吻合的，其次与距河流距离、地震烈度也有一定相关性。但基于目前的研究，尚不能进一步深化孕灾地质条件分析。

4 孕灾地质条件分区

孕灾地质条件野外调查、地质分析及数理统计结果表明，北川县内地质灾害形成发育具有明显的分带性，不同地区地质灾害孕灾条件及发育特征是不同的，由此对北川县地质灾害进行了孕灾条件分区。

北川县受龙门山断裂和河流长期侵蚀切割的影响，总体呈现出沟深谷狭、脊坡陡峭、相对高差大等特点。地貌上呈现高山、中山、低山等多种地貌单元，地形上沟壑纵横，但不同地区的沟道切割深度及沟道流域面积大大不同。从发育地质灾害的情况来看，中小起伏山地的地质灾害点密度较大，中起伏山地的地质灾害点密度最大，平原地质灾害少。在高程方面，地质灾害点密度随海拔高度的增加先增加后减小，在海拔较低和海拔较高的区域，地质灾害点密度较小。

地层岩性的分布也有较大差异：在北西片口、青片一带，主要分布泥盆系危观群组的千枚岩与变质砂岩互层较软岩；小坝、坝底、开坪中间一带，分布大面积的碎裂状千枚岩，易发育岩质滑坡；桂溪、陈家坝、通泉一带，分布块状和厚层状灰岩、砂岩，更易发育崩塌；永昌、擂鼓一带，则分布红层砂泥岩。

北川县孕灾地质条件首先要考虑龙门山断裂带的影响，龙门山断裂构造由NE至SE贯穿全境，老县城曲山镇处于前龙门山褶皱带与后龙门山褶皱带的界线上，该断层是一条现今仍然活动的逆冲断层，复杂的地质构造和剧烈的新构造运动导致区内地层岩体破碎，各斜坡岩土体发育节理裂隙。

综合研究区内地质环境条件和对各灾种的详细阐述，考虑北川县内地形地貌、地层岩性条件及工程地质岩组等主要孕灾条件，将北川县孕灾地质条件分为5大孕灾地质条件区（图6）。

图6 北川县孕灾地质条件分区Fig.6 Disaster-pregnancy geological conditions zoning in Beichuan County

I区分布于青片及片口局部地区，即青片河上游及百草河上游地带。该区地层岩性以泥盆系危观群千枚岩与变质石英砂岩互层为主，部分地区为三叠系杂谷脑组、三叠系侏倭组千枚岩与变质石英砂岩互层，整体岩性较软，岩体结构大多呈层状-碎裂结构，其出露的千枚岩较志留系的千枚岩岩性更硬。该区地势起伏度也是北川县内最大的，最高海拔点亦位于该区内。区内沟壑密度较小，最大为0.6 km/km2。由以上地形地貌指标可以看出，地势起伏度大而沟壑密度小，说明区内山体多表现为高且大，这样的地形地貌对地质灾害发育的贡献不大。区内地质构造发育较少，主要受龙门山后山断裂及片口地区发育断层影响。从野外调查的情况来看，区内发育的地质灾害规模大多较小，以滑坡为主，几乎无崩塌发育，泥石流也是多以坡面泥石流为主，即使沟壑丛生，也很难形成一定规模的沟道泥石流。

II区为北川县大部，广泛分布于片口、小坝、开坪、禹里、白坭、马槽、白什地区，即青片河中游、下游，百草河中游、下游及通口河中游一带。该区地层岩性以志留系茂县群千枚岩、片岩及板岩为主，为易滑地层，整体岩性软，节理裂隙发育，岩体结构以碎裂结构-层状结构为主。区内地势起伏度处于北川县内中等水平，200～500 m间分布，以开坪（后园沟）、马槽及坝底较高，都贯、白坭及漩坪的地势起伏度最低。就沟壑密度而言，该区沟壑密度最大，其中以白坭、漩坪及禹里地区最大（1.0 km/km2）。由以上地形地貌指标可以看出，该区地质灾害发育密度应为最高。从野外调查情况来看，该区地质灾害发育密度极高，大多规模中等，以滑坡为主，滑坡的模式主要有土质滑坡、顺层滑动、视倾向滑动以及中陡倾岩层内的倾倒变形，泥石流也较为发育，但规模较小，崩塌发育很少。

III区分布于桂溪—陈家坝—曲山—擂鼓一线，沿龙门山断裂两侧，都坝河一带。该区地层岩性以奥陶系、寒武系及震旦系灰岩为主，局部地区为志留系千枚岩、板岩及页岩等，整体岩性坚硬，岩体结构呈块状。地质构造上，受龙门山断裂带影响最为显著。在分区中，结合龙门山断裂带的影响距离，及5·12 汶川地震引发的同震地质灾害分布规律，综合划定了III区的边界。该区地势起伏度与沟壑密度与II区类似，同样是地质灾害的高发区。从野外调查情况及5·12汶川地震引发的同震地质灾害分布规律来看，地质灾害及不良地质现象发育密度高，滑坡、崩塌及泥石流均有发育，其中泥石流的规模之最，区内魏家沟、樱桃沟、青林沟及杨家沟等泥石流沟每年都在发生泥石流活动。受地震影响，区内发育部分大型滑坡、崩塌，如景家山崩塌、王家岩滑坡。

IV区分布于北川县东北部桂溪、通泉及永安一带。该区地层岩性以泥盆系及三叠系砂岩、灰岩为主，整体岩性较坚硬，岩体结构以层状-块状为主，节理裂隙发育，地质灾害发育主要以崩塌为主，滑坡次之，几乎无泥石流发育。

V区分布于北川新县城永昌附近，安昌河下游一带。该区地层岩性以红层砂泥岩为主，河谷地带分布第四系松散堆积物，整体岩性较软，岩体结构以层状为主。该区地势较为平坦，地势起伏度很低，但沿安昌河一线沟壑密度较大。该区地质灾害发育主要以崩塌为主，少部分滑坡。