2023年积石山MS6.2地震诱发中川乡滑坡-泥流滑动过程与成因机理研究

摘要：北京时间2023年12月18日23时59分，甘肃省临夏回族自治州积石山县发生MS6.2地震。该地震在青海省民和回族土族自治县中川乡引发了一次严重的滑坡-泥流灾害事件。通过详细的地质调查、低空摄影测量、现场工程地质测绘，以及含水率实验等综合手段，对该滑坡的基本特征、动态发展过程及成灾原因进行调查分析。研究结果显示，此次滑坡事件经历了分级和分块启动，呈现出渐退式的滑移特征。滑坡产生的原因如下：村民长期灌溉活动导致地下形成了饱水黄土层，在地震作用下这些饱水黄土层的孔隙水压力急剧增加，导致黄土液化，随后液化的饱水黄土层携带着上覆的非饱和土层迅速向沟道滑移;此外，滑坡体与地下冒水及干渠补给水混合，进一步促进了滑坡-泥流灾害的形成。研究区域附近多分布类似的灌溉区，因此未来地震发生时，对这类滑坡事件的预防与治理将成为重要的研究方向。

关键词：积石山地震; 黄土液化; 滑坡-泥流灾害链; 灌溉; 滑动过程

中图分类号： P642文献标志码：A文章编号： 1000-0844（2024）04-0791-11

DOI：10.20000/j.1000-0844.20240113003

Sliding process and causative mechanism of the Zhongchuan

landslide-mudflow disaster chain induced by the

2023 Jishishan MS6.2 earthquakeWANG Liao1，XIE Hong1，PU Xiaowu LI Zhimin GUO Xiao YAO Yunshen

（1. Lanzhou Institute of Seismology，CEA，Lanzhou 730000，Gansu，China;

2.Qinghai Earthquake Agency，Xining 810001，Qinghai，China）Abstract：

On December 18，2023，an MS6.2 earthquake occurred in Jishishan County，Gansu Province.This earthquake triggered a severe mudflow disaster in Zhongchuan Township，Minhe County，Qinghai Province.Based on the detailed on-site investigation，low-altitude photogrammetry，engineering geology mapping，and soil water content experiments，fundamental characteristics，dynamic development，as well as causative factors of the landslide disaster were investigated and analyzed.The results suggest that the landslide initiated in a phased and block-wise manner，demonstrating a progressively retreating slip pattern.The analysis suggests that the landslide was predominantly attributed to such composite factors：prolonged irrigation activities undertaken by local inhabitants culminated in the establishment of saturated loess layers beneath the surface;subsequent to the strong earthquake shaking，the pore water pressure within these saturated loess layers experienced a rapid escalation，inducing a state of liquefaction in the loess.This liquefied state prompted the swift descent of the saturated loess，bearing the overlying unsaturated soil layers，towards the gullies.Additionally，the landslide mass mixed with continuously and irrigation canals underground，further intensifying the formation of the landslide-debris flow disaster.The study area is surrounded by similar irrigation regions;therefore，the prevention and management of such landslides under future seismic conditions is very crucial.

Keywords：Jishishan earthquake;loess liquefaction;landslide-mudflow disaster chain;irrigation;sliding process

0引言

北京时间2023年12月18日23时59分，甘肃省发生MS6.2地震，震中位于甘肃省临夏回族自治州积石山保安族东乡族撒拉族自治县（35.7°N，102.79°E），震源深度10 km，最高震中烈度达到Ⅷ度［1］。该地震位于青藏高原与黄土高原的交界处，引发了众多的次生灾害，包括边坡崩塌、滑坡和泥流等，导致了重大的人员伤亡和财产损失［2］。

在这些地质灾害中，青海省民和县中川乡发生了一起特殊的泥流灾害。该泥流位于震中Ⅷ度烈度的边缘区域，其物源区覆盖面积约1.6×105 m2，流通区面积约9.8×104 m2，堆积漫流区约2.4×105 m2。泥流的最远运动距离约3 000 m，共造成95间民房损毁，19条道路被阻断［3-4］。历史案例表明，地震易引发饱水黄土层的液化，进而导致滑坡-泥流的形成［5］。例如，1920年海原8.5级地震引发了石碑塬滑坡［6-8］和党家岔滑坡［9］，2013年岷县漳县6.6级地震引发了永光村滑坡［10-11］，2022年帕萨曼MW6.1地震引发了大量滑坡事件［12］。本次中川乡滑坡-泥流事件具有低角度、长距离运动特性，且运动速度快、破坏性强，对下游的金田村与草滩村造成了巨大的危害，引起了社会和相关学者的广泛关注。

灾害发生后，中国地震局兰州地震研究所地震现场科考成员立即赶往现场，对滑坡的分布、形态、面积、体积等进行了详尽的现场调查，并分析了其滑动过程与成因机制。结合影像分析与实地调查，观察到该滑坡经历了分阶段、分区块的滑动过程，呈现出逐步启动和渐退式的滑移特征，其形成与地震触发地下饱水黄土层液化有关。

本研究通过影像分析、实地考察与室内实验等多种方法，对该滑坡的典型特征与滑动过程进行了深入研究，进一步探讨滑坡的诱发因素与成因机理，以期为类似滑坡的研究、认知和防治提供科学参考。

1研究区地质地貌背景

2023年积石山MS6.2地震发生在积石山东麓［图1（a）］，为拉脊山断裂的组成部分。拉脊山断裂是一条形成于加里东期的古老断裂，后期经历了多期强烈的构造变动，是一个多阶段构造抬升的构造窗［13］。该断裂也是调节NNW向热水—日月山右旋走滑断裂带与NWW向西秦岭北缘左旋走滑断裂带之间应力-应变关系的构造转换带［14］。拉脊山断裂分为拉脊山南缘断裂与拉脊山北缘断裂。拉脊山北缘断裂全长约230 km，西起日月山垭口的山根村，东至临夏的大河家以南；自西向东其走向由N60°W渐变为EW、NNW向，断面总体倾向SW，倾角45°～55°，性质以挤压逆冲为主，局部地段显示出走滑活动的形迹［15］。地质地貌调查揭示，拉脊山北缘断裂以晚更新世活动为主，断错了多条冲沟的阶地，局部段活动时代为全新世［16-17］。历史记录显示，该区域发生过20余次5 级左右的中等地震［15］。李智敏等［18］通过对拉脊山断裂在黄河阶地上形成的陡坎进行测量，结合阶地年代测试和古地震研究，认为拉脊山断裂在3 700 a BP以来至少发生过2次强烈的古地震事件，最晚一次发生在（3 136±51） a BP，并估算断层全新世中晚期以来的滑动速率为0.51 mm/a。

中川乡滑坡-泥流发生于官亭盆地。该盆地位于青海省民和县南端，处于青藏高原东部山麓与黄土高原西部的过渡区域，平均海拔约2 100 m。官亭盆地西北部为拉脊山，南部毗邻积石山，被群山环绕，近似三角形［图1（b）］;北侧地区分布有众多山脊与大型冲沟，沿山前发育了广泛的串珠状洪积扇［19］。这些冲沟自北向南流经多级阶地，下切侵蚀强烈，阶地面切割破坏严重，致使山前地区呈现出崎岖不平的地形特点［20］。盆地内沿黄河两岸发育有三级河流阶地［图1（b）］：黄河一级河流阶地（T1）高出黄河平水位15～18 m，分布面积较小;二级河流阶地（T2）高出黄河平水位30～40 m，为典型的基座阶地，在盆地中部广泛分布;三级河流阶地（T3）高出黄河平水位90～100 m，主要分布于盆地的东北部，受沟谷切割影响，地形破碎［21］。官亭盆地属大陆性高原气候，气候温和，年平均气温8～9 ℃，年均蒸发量为2 000～2 100 mm，年平均降水量为250～300 mm，无霜期200 d左右，年平均日照时数2 500～2 600 h，年总辐射为130～135 kcal/cm2。降水年际变率较大，主要集中于每年的7—9月，且多暴雨，占全年降水量的50%～80%［22］。

中川乡滑坡-泥流主体位于黄河的二级阶地 ［图1（b）、（c）］。该阶地地层呈现出典型的二元结构，表面广泛分布风成黄土。地层结构自上而下可分为4层（图2）：①顶部为经人为改造与流水作用形成的土壤层，厚度1～2 m，水平层理明显，其内部又可分为两层，上部为厚约0.5 m的暗褐色土壤层，由腐殖质、黏土和各类无机物组成;下部为粗粉砂质地黏土层，稍湿，可塑;②全新世风成黄土层，颜色为灰黄，以粉粒为主，土质均匀，疏松多孔，厚度约18 m;③黄土层底部为砂砾石层，厚度约2 m;④地层基底为红色泥岩，质地均匀，紧致密实。

2中乡滑坡-泥流过程

中川乡滑坡-泥流位于官亭盆地，其物源区位于黄河左岸的三级阶地前缘，沉积于黄河二级阶地上（图1）。滑坡在流动过程中经过草滩村与金田村，导致两个村庄19条道路中断，95间房屋损毁（图3），并造成了严重的人员伤亡。该滑坡呈不规则长条状，南北最长约3 000 m，东西最宽约700 m。物源区、流通区与堆积漫流区的详细情况如图3所示。

通过影像分析、工程地质调查和实地走访，本研究对滑坡的滑动过程进行了初步分析。其滑动过程主要表现为地震引发饱水黄土层液化，导致滑坡源区前缘的液化层携带着上覆非饱和土层向沟道快速滑动，前缘物质流失导致后部土体失去支撑，出现裂缝并分级分块启动，呈渐退式的滑移特征；液化黄土层涌入沟谷并与解体物质混合，形成滑坡-泥流灾害链。

研究通过分析山体阴影图识别陡坎分布［图4（a）］，利用坡度分布图确定坡度变化［图4（b）］，使用无人机正射影像判定地物滑动方向［图4（c）］，以及通过等高线分布图辨识地形变化区域［图4（d）］，并结合现场考察数据，识别出6个较为独立的地块（图4）。据此推断，该滑坡大致经历了6个阶段的滑动过程。滑坡块体A处于沟谷后壁，具有较好的临空条件，受到地震与地震动对地形的放大影响，滑坡体失稳，底部液化后携带着上部较为完整物质向正南方向快速启动，挤压碰撞南部沟谷侧壁并导致公路破裂，破裂部分推覆到原有公路上，推动距离约1 m［图5（a）、（b）］。块体B的滑动方向与冲沟走向一致，其底部液化强烈，启动速度快，在滑动过程中拉伸破坏了北干渠，并携带着上覆破碎渠体以极快速度朝南东方向冲去，挤压碰撞迎面沟壁，破坏的北干渠被抛洒到沟谷另一侧的顶部台地［图5（c）］。渠中仍持续补给的水加剧了滑坡物质的泥流状态，北干渠破坏后持续冲刷形成的凹坑和水流停止后形成的冰挂见图5（d）。块体B区域物质流失较多，滑坡后部可见地下冒水点（图4）。块体C物质向南西方向汇入冲沟，该区物质流失较多，地面起伏不平，表面冲刷痕迹明显［图4（c）］。块体D和E位于滑坡后缘区，主要受牵引控制，受前缘滑坡体阻挡，临空条件较弱，变形较小，物质多保留在原地，流失较少。块体F位于东侧，为独立滑坡，变形方向整体向东，其汇入主沟，分析可能由西侧滑坡引发。

据物源区村民描述，沟谷中泥流出现后不久，他们目睹滑源区火花四溅并听到噼里啪啦声，实地调查发现这是由高压电塔倒塌引起的［图4（a）］，证实滑坡有一个分级启动的过程。物源区还发现多处冒水点（图4）；此外，村民在震后先听到6次连续的巨大声响，随后是数次较小、不太连续的声响［23］。这些发现从另一方面证实该滑坡存在一个分级启动过程。

滑坡发生前次沟与主沟交界处有水坝（图3），滑坡体在汇入主沟时受水坝阻挡，后沿坝体向西岸快速爬高［图6（a）］，掩埋附近房屋，掩埋深度约3 m。水坝的阻挡导致滑坡物质在此处堆积并回淤进入北侧主沟［图6（b）］。上游物质的持续补给导致水坝溃决，堆积泥流突然启动并快速向前滑动，进入主沟区域。

由于沟道较窄，泥流物质不断向沟岸两侧扩散，部分物质溢出沟道，并在行进过程推倒沟道内树木。

下游村庄附近沟谷变宽变浅，坡度减缓，滑坡体流速减缓并开始扩散淤积，掩埋了95座房屋［图6（c）］。水携带着较少泥状物质继续向前流动，并流进居民耕地，受田坎阻挡，向东漫流并形成大面积的漫流区［图3（b）］。

3中川乡滑坡-泥流特征

3.1物源区

物源区位于黄河三级阶地的前缘，东西长约700 m，南北宽约230 m，面积约为1.6×105 m2（图3）。测量得到物源区平均厚度约4 m，估算体积约6.4×105 m3。物源区主要分为两个地块［图6（d）］：地块1位于西部，面积较大，主滑方向朝南，东西长约420 m，南北宽约250 m，面积约1.04×105 m2，该地块的物质在滑坡后流入了次沟;地块2面积约0.46×105 m2，主滑方向向东，其物质向东滑进了主沟。

物源区在滑坡前为一个地势平缓的台塬，其前缘高程为1 782 m，后缘高程为1 796 m，前端有一条大型冲沟（图3所示次沟），沟底海拔为1 770 m。滑坡体前缘物质大量流失，导致前缘错落起伏（图4所示滑块A、B、C），地形破碎［图7（a）］，侧壁高陡［图7（b）］。随着前缘滑块的启动，滑坡体后缘形成临空条件，底部黄土发生液化并向前流动，上部发生沉降倾倒，形成逐级垮塌［图7（c）］。后缘大部分物质保留在原地（图4所示滑块D、E），仅少数下部物质转为泥流，随底部饱水黄土层流失，因此，相较前缘其顶部较为平整［图7（d）］，并形成了平均高度约5 m、坡度85°的滑坡后壁。

3.2流通区

流通区包含两条冲沟，滑坡物质经过次沟后汇入主沟。次沟长约440 m，宽约65 m，面积约为3.5×104 m2（此数据为实测数据，下文同），其横剖面呈V型［图8（a）］，沟底到顶部的高程约15 m，走向为S140°E。随着液化黄土层的流失并与解体物质混合，次沟中的物质多转化为泥流状态［图8（b）］。主沟由两条冲沟汇聚而成，长约860 m，宽约60 m，面积约6.3×104 m2（图3），沟深约8 m，走向为S170°E。

滑坡物质顺着沟道快速下冲，沿途铲卷部分物质，并在部分阻挡地区形成堆积。由于水坝阻挡，滑坡物质在水坝北部形成回淤区（图3），回淤区东西长约105 m，南北宽约120 m，面积约1.26×10⁴ m²。

3.3堆积漫流区

堆积漫流区主要位于黄河的二级阶地上，分为堆积区和漫流区两部分。在堆积区，物质主要呈固态。泥流冲出沟口，流向沟前宽阔平地时，含水量较低的部分开始向周围扩散，并在原地逐渐沉积，形成堆积区。该区域南北长约650 m，东西宽约250 m，面积约1.5×10⁵ m²。通过清淤后门楼被掩埋的高度可知，堆积区平均厚度约3 m［图6（d）］，估算总堆积量约为4.5×10⁵ m³。堆积区主要覆盖居民居住区，泥流致使95座房屋被掩埋。漫流区主要由水携带着较少泥流向前漫流形成，受田坎阻挡，泥流被引导向东逐渐漫流。漫流区南北长约930 m，东西宽约68 m，面积约8.9×10⁴ m²，平均厚度约0.1 m，总体积约为8.9×10³ m³。

4滑坡的成因与机理分析

通过实地调查、工程地质分析及室内实验分析，我们认为中川乡滑坡是一个由灌溉水下渗-地震-黄土液化导致的滑坡-泥流的灾害链过程。

滑坡-泥流的物源区位于黄河三级阶地前缘，该区域的耕地采用引水漫灌方式灌溉。灌溉水主要通过抽取黄河水，并经过灌溉渠网分配。自20世纪60年代以来，该区域建设了多个饮水灌溉工程，其中三条主要的灌溉渠为北干渠、一支渠和二支渠。北干渠为区域内最大的水渠，宽约1.8 m，高约1.8 m，灌溉期间水位高约1.4 m［图9（a）］。据调查，该区域每年进行三次大规模的灌溉（冬季、春季和夏季）。滑坡发生时正值冬灌期间，且滑坡发生前该区域冬灌已持续3日，导致耕地表面土壤饱和，在滑坡周缘耕地表面可见由土壤过饱和形成的结冰层［图9（b）、（c）］，无人机正射影像也显示滑坡周边地区分布着大量地表结冰层［图3（b）］。

为探究滑坡体的含水特性，对不同土层进行取样，并测量土样的含水率。原状土样取自滑坡后壁的耕土层、红黏土层与黄土层，取样深度分别为0.4 m、1 m和2.5 m。取样后，用保鲜膜和胶带对土样进行密封处理，并用塑料袋包裹，以防止土样内部水分蒸发，并迅速送至实验室进行烘干法测试。图10所示为土样在烘干前后的形态变化。测试结果显示，耕土层、红黏土层与黄土层的含水率分别为20.7%，18.8%和17.2%，呈现随深度增加而逐渐降低的趋势，符合自由下渗的演化规律。测试结果表明，各土层的含水率较高，高于塑限但低于液限，这一结果不仅指示了滑坡区域土壤的高饱和状态，同时也反映了灌溉对于区域土壤含水率的显著影响。

长期的大规模灌溉导致渗入水在黄土底部积聚富集，并沿台塬边缘渗出。实地调查显示，滑坡侧壁和后壁近地表约5 m处存在不连续高含水率土层［图9（d）］。长期的大规模灌溉易使地下水上升，形成连续水位面［24-25］。前人通过高密度电法测线揭示出滑源区的地下水埋深在15～20 m，斜坡下方田间地下水埋深在5～10 m（图11）［3］。

在地震作用下，台塬底部饱水黄土层孔隙水压力激增，孔隙水压朝上部消散，地下水向上渗流，最终导致黄土液化并触发整体滑动，形成振动液化型滑坡（图12）。滑坡发生后，物源区出现多个地下冒水点和多条水渠断裂，北干渠持续流动8～9 h，补补给水不断流入滑坡体［图5（c）］，加剧滑坡体的液化状态，最终导致滑坡-泥流的形成。

5结论

（1） 中川乡滑坡形成的原因如下：当地村民长期的灌溉活动导致地下形成饱水黄土层，地震作用下，饱水黄土层内孔隙水压力急剧上升，最终导致黄土液化，液化饱水黄土层携带着上覆非饱和土层快速滑动，在沟道中解体并与地下冒水及干渠补给水混合，形成滑坡-泥流灾害。

（2） 分析表明，滑坡并非一次性发生，而是按照不同的块体和阶段逐渐发展，分级分块启动，共经历了6次滑动过程，呈现出渐退式的滑移特征。

（3） 黄土边坡效应是地震滑坡的潜在不稳定因素。本次中川乡滑坡-泥流案例中，物源区处于较厚黄土覆盖层的边缘部位，在强地震作用下其不稳定性得到了显著加剧。

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（本文编辑：赵乘程）