鮮水河地震帶爐霍段泥石流特征初步n研究＊

蔣瑜陽,唐 川,楊泰平

(成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室,四川成都 610059)

鮮水河地震帶爐霍段泥石流特征初步n研究＊

蔣瑜陽,唐 川,楊泰平

(成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室,四川成都 610059)

鮮水河地震帶是我國8大地震帶之一,其附近區域地質災害活動強烈。鮮水河地震帶爐霍段是泥石流多發段,該地帶的泥石流發育特征與活動斷裂分布、地形地貌和水文氣象因子密切相關。結合GIS技術,分別從地質構造、地理位勢、地層巖性、水文氣象和人類活動5個方面揭示了該區域泥石流的成因和分布特征。調查結果表明,研究區的泥石流發育具有明顯的區域性和季節性,其發育程度與距離鮮水河斷裂帶的遠近密切相關。

鮮水河地震帶爐霍段;泥石流;GIS;分布特征

0 引言

鮮水河地震帶長約350 km,西起甘孜縣東谷,向東南延伸,經爐霍、道孚、康定,南達瀘定縣的磨西。爐霍地區位于甘孜州中北部,地理位置介于100°10′～101°13′E和31°00′～31°51′N之間,地處3 000 m以上高原山區,地勢呈西北高東南低,為川西高原與山原接觸地帶,是鮮水河地震帶最活躍的地段。

泥石流是地震后常見的一種次生災害,近幾十年來眾多學者對各個地震區的泥石流都進行過深入細致的研究。1973年2月6日的爐霍大地震之后,田連權等學者詳細調查了爐霍地震區的泥石流,對震區泥石流進行了垂直地帶分帶,并找到了該區域泥石流與地震季節、地震烈度的某些規律[1];1976年徐俊名等對松潘平武地震泥石流進行了研究[2];周必凡等對唐山地震區的泥石流進行了研究[3]。1999年中國臺灣集集地震之后,臺灣的學者們結合GIS技術將地震前泥石流激發因素的臨界值與地震之后泥石流激發因素的臨界值進行比較,提出了臺灣地區泥石流分布及發育特征與地震的關系[4-5]。2008年汶川大地震之后,唐川對汶川震區北川“9.24”暴雨泥石流的特征進行了深入研究,提出了地震區泥石流起動的兩種方式[6]。

當前爐霍地區由于人類活動的加劇,以及松散固體物質積累的改變,該區域泥石流有了一些新特征。筆者在爐霍全縣進行地質災害調查期間注意到,鮮水河地震帶附近由于有鮮水河的沖洪積作用和泥石流的堆積作用,地勢平坦,便于農業生產;又有川藏公路通過,交通便利。故爐霍大半以上的人口都聚集于該區域。研究該區域泥石流發育分布特征,并探索在強震帶上泥石流防治的可行方法,對爐霍地震區的災害防治以及類似地震帶上的災害防治工作都具有極其重要的意義。

本文主要采用野外調查的方法對該地段泥石流的分布、數量進行調查。并通過GIS的空間集成,分析提取出該區段泥石流的特征。

1 研究區泥石流發育的控制因素分析

1.1 地質構造與地震因素

我國內陸的地震大都沿著巨大的走滑型斷裂而發生,特別是當這類斷層的局部具有逆沖性的地段時,往往有高震級的地震。作為地塊邊界斷裂的鮮水河斷裂,屬左行走滑斷裂,且左旋滑動率較大,為±15 mm/a,這導致M≥7級的地震活動水平很高[7]。近百年間僅在該區段就發生過兩次7級以上的地震,分別是1923年3月24日在爐霍、道孚間發生的7.5級地震,1973年2月6日在爐霍發生的7.9級地震。從圖1中可以看出該條斷裂在該區域的活動強度,多條匯入鮮水河的支流沿著斷裂帶被不同程度的錯斷,水系扭曲變形。

圖1 鮮水河斷裂斷錯水系圖(據文獻[7])

地震會破壞坡體的穩定性,進而影響泥石流的形成和發展,它不但為泥石流提供固體物質,也間接提供水源[8-9]。我國近幾年發生的幾次強烈地震,都不同程度地激發了泥石流活動。最近的典型例子是1999年9月21日集集地震和2008年5月12日的汶川地震。國內外學者的研究表明,大地震之后誘發泥石流的臨界雨量也會大大降低[4,6],就是說泥石流更易形成。

1973年爐霍大地震發生之后,田連權等學者曾做過大量的工作,調查出由地震所造成的崩滑體有137個之多,方量達到230萬m3。本次野外調查發現區內地質構造控制著滑坡的發育分布。其中,巖體結構面的密度、性質、組合方式、力學強度最為敏感,對滑坡的形成起著重要作用。這些松散物質的增多,使該區的泥石流更加發育。如爐霍縣城的秋日溝和益娘溝,即為地震影響下其流域內產生了大量的滑坡和崩塌而形成了大量松散物質,在雨季時尤其是暴雨的誘發下,極易爆發泥石流。地震及其誘發的地質災害是對爐霍的最大威脅,成為防災和抗災的重點。

1.2 地理位勢因素

爐霍地區山原面積遼闊,最低海拔為3 090 m的仁達鄉。區內的高海拔是該區域泥石流形成的一個重要因素,也是區別于其他地區泥石流成因的重要特點。通過野外調查發現,地理位勢對該區域的影響主要有以下幾點:①區域內晝夜溫差極大,輻射強烈,使得巖土體受到明顯的脹縮作用,松散物質含量大;②區內存在大量季節性凍土,并且隨著氣候變暖,一部分長年凍土也開始轉換為季節性凍土,進一步增加了松散物質含量;③植被發育很差,草本植物和灌木很少能在該區域內生長,持土能力較弱。④各溝平均縱坡降多在10%以上,支溝的縱坡降更大,且流域面積大,流域相對高差多在700 m以上,具有很好的位勢條件。這些特點說明,地理位勢是研究區泥石流形成的控制因素之一。

1.3 地層巖性因素

研究區內大多為山地,區內出露有二疊系上統(P2)、三疊系上統新都橋組(T3x)、三疊系上統如年各組(T3r)、三疊系上統兩河口組(T3ln)、三疊系上統雅江組(T3y)、第三系(E)和第四系(Q)地層。其中二疊系上統為一套橄欖玄武巖、玄武質火山角礫巖,零星分布于爐霍斷裂帶上,位于研究區的最北部;三疊系地層出露完整,分布在研究區內絕大部分區域,第三系僅沿斷裂帶有零星分布,第四系主要分布在河谷地帶。

影響泥石流發展趨勢的一個重要因素就是松散物質的積累速率。有研究表明,厚、中-粗顆粒的石英砂巖,或者是高強度的石英砂巖是對地震相當敏感的巖石類型,在地震之后,這類巖石類型的地層更容易發生泥石流[4]。野外調查并結合相關地質資料,三疊系上統的雅江組下段(T3y1)和兩河口組(T3ln)在該區出露較多,巖性以砂巖及變質砂巖、石英砂巖,間夾玄武巖、安山巖及砂質板巖,局部地段呈砂、板巖互層產出。根據實驗結果,巖石主要物理力學性質為:抗壓強度> 150 MPa,軟化系數>0.8,堅固系數8～15,強度很高。當地震之后,這類高強度的巖石容易產生大量的崩塌滑坡,從而為泥石流發育提供松散物質。因此,地層巖性是研究區泥石流發育的重要影響因素。

1.4 水文與氣象因素

爐霍地區屬高原寒溫帶、亞熱帶半干旱大陸性季風氣候,夏季溫暖,冬春寒冷,空氣干燥,風沙較大。年平均氣溫為6.4℃,1月份平均氣溫為-3.6℃,7月份平均氣溫為14.5℃,歷年的極端最高氣溫為31.0℃,極端最低氣溫為-24.0℃。日照時間長,地表植被稀疏,裸露的巖石土體面積大,熱脹冷縮交替強烈,加快了分化速度,增加了松散土石體的積聚過程。氣溫具有年變化小、日變化大的特點,此變化隨海拔升高而增強。在夏季,地質差異引發出小尺度陣性天氣多有發生,成為局部泥石流暴發的重要因素之一。6-9月雨季期間降水集中,占全年降水量的80%(表1),成為泥石流的主發季節。另外由于雨季降雨多集中在晚上也導致了區內83%的泥石流發生在夜間。這說明水文與氣象是該區泥石流發生的重要影響因素。

表1 1971-2000年爐霍縣平均氣溫和降雨量

1.5 植被發育與人類活動因素

植被對斜坡的穩定性起到了很好的加強作用,植被生長良好的區域斜坡變形現象少見,坡表巖體風化程度較低,崩塌滑坡等災害少有發生,同時也抑制了泥石流物源的發展。研究區內植被稀少,裸露巖石土體面積大,即使生長有草甸和亞高山灌木的土體,植被根系也較淺,對土壤的固結作用弱,利于泥石流的形成。在居民密集地,由于過度放牧以及森林的過度砍伐,使得植被在鮮水河附近區域破壞嚴重;另外人們在墾地、建房和建水磨時擠占泥石流的流通渠道,導致排水排沙受阻。可以說,不合理的人類活動已成了該區段泥石流發生的主要因素。

2 泥石流的基本特征

2.1 泥石流溝的類型特征

根據調查,研究區共分布泥石流溝33條,泥石流以暴雨型溝谷泥石流為主,坡面泥石流次之,規模以中、小型為主。利用ArcGIS軟件提取災害點平均坡度表明,研究區內共有5條坡面型泥石流,均發生于坡度>30°的斜坡上,其特點為溝槽短,平均坡降大,流域面積小,難以找到明顯的流通區。除然更達泥石流外,流域面積均<1 km2,且溝槽發育不完善。由區內降雨量表可知(表1),該區域雨量非常集中,主要集中在6-9月份之間。根據野外調查,該區域泥石流基本都在7-9月份暴發,與區域內降雨季節相符,屬暴雨型泥石流。

從性質上區分,粘性泥石流和稀性泥石流均有分布,以粘性泥石流較多。根據實地訪問,除秋日河泥石流外,其余各溝的泥石流暴發頻率低,基本屬于低頻泥石流。這應該與地震周期有一定的關系,強烈的地震往往會加快松散固體物質的積累。

據統計,泥石流溝的流域面積差別懸殊,一般在1～15 km2之間,最小的是位于上羅科馬鄉的龍熱多溝坡面泥石流,流域面積僅0.58 km2;最大的秋日河泥石流可達56.1 km2。流域面積> 5 km2的泥石流溝18條,占泥石流溝總數的54.5%;在1～5 km2之間的有11條,約占總數33.3%,而流域面積<1 km2的僅4條。

根據研究區內泥石流流域溝谷形態、堆積扇特征及堆積區植被發育狀況,將所統計的33條泥石流分為3個發育階段:即形成期、發展期、衰退期。泥石流溝發育階段處于形成期的有2條,發展期28條,衰退期3條,說明區內泥石流活動正處在活躍階段。

區內泥石流高差在700 m以上的較多,平均縱坡降達200‰。其中泥石流溝比降<100‰有2條,比降在100‰～200‰有18條,比降在200‰～300‰有12條,而比降>400‰有1條。表2列出了各溝的類型特征。

表2 鮮水河地震帶爐霍段泥石流特征

續表2

2.2 泥石流溝的空間分布特征

為分析泥石流的空間分布特征,在野外調查的基礎上,采用GIS技術平臺,借助軟件ArcGIS將野外調查的泥石流溝與區域內地層巖性、斷層走向等因素重疊,去分析這些因素與泥石流的分布關系。圖2是災害點的分布與地質特征的關系圖。

由圖2可知,共有29條泥石流溝分布在距破裂帶5 km的范圍內,僅有N36、N37、N39、N46四條泥石流溝遠離該區域;鮮水河斷裂北東側的泥石流溝發育略多于南西側。這四條距離破裂帶較遠的泥石流溝均分布于鮮水河斷裂的北東側,由表2可知,它們的規模屬中小型。這一分布特點說明鮮水河斷裂帶是區域內泥石流發育的主控因素,其左旋運動對區域內泥石流分布略有影響。

泥石流多發生在第四系堆積物和三疊系上統的雅江組下段(T3y1)。這是由于第四系松散物質較多,而雅江組以砂巖為主,對地震較為敏感,地表積累的松散物源豐富,容易形成泥石流。然而與其相應巖性的兩河口組,泥石流分布卻較少。原因有二:①雅江組分布于鮮水河斷裂周圍,受到地震影響更為強烈,這說明新構造運動強烈的程度是影響該區域泥石流的更重要因素;②兩河口組的地層分布于高海拔地區,受融凍作用較強,所能提供的松散物質較少。因此雖然巖性都為石英砂巖,然而密度分布卻大為不同。

泥石流多發育于3 200～3 900 m之間地帶。該區域內海拔相對較低,受融凍作用較小,降雨也較高海拔區更為豐富。據統計,區內共31條泥石流分布在該海拔區間上。當海拔大于3 900 m時,降水量隨之減少,冰凍期更長,地面起伏和緩,少有泥石流發育。野外實地調查發現,僅有處在地勢變化較大地帶,自身坡形又很陡峭的七社泥石流和龍熱多溝泥石流在這種極高海拔區得到了發育,然而規模都很小。當海拔低于3 200 m時,坡降降低,難以為泥石流提供足夠的勢能,泥石流不發育。

另外,區內泥石流除了沿鮮水河呈帶狀發育外,還有呈點狀散開的特征。僅在新都鎮附近就有大小6條泥石流溝:N22、N24、N25、N26、N28和N36。這些災害點的中心區正是各鄉鎮所在地,區內人口較為密集、人類活動較強,植被比在其他地區破壞更為嚴重,這就促進了泥石流的發育。

圖2 研究區地質特征和泥石流分布圖

3 結論

本文在收集前人研究成果的基礎上,采取野外調查結合遙感解譯的方法對該地段泥石流的分布、數量進行了調查。分析了泥石流的形成條件,指出了該區域泥石流的分布特征。

(1)鮮水河爐霍段泥石流形成發育與斷裂構造關系極為緊密,貫穿全區的鮮水河斷裂為我國著名的8大走滑斷裂之一,其次級構造也高度發育,且活動性強,沿構造帶山體破碎,為泥石流災害的發育提供了豐富的物質和地形條件。由于研究區地處青藏高原之上,晝夜溫差大,受到的太陽輻射強,使得地表巖層破壞嚴重,松散物源充足。盡管鮮水河在該區域下切較淺,地形高差相比于鮮水河下游地區也較小,不過大都仍在700 m以上,各溝平均縱坡降也在100‰以上,這足以提供足夠的位勢能量激發泥石流。另外人類過度放牧、耕地擴大、森林采伐等不合理工程活動改變了自然生態系統的結構和功能,也是該區域泥石流形成的重要因素。

(2)該區域泥石流的爆發具有明顯的季節性,從統計的33條泥石流溝來看,22條發生在7月份;9條發生在8月份;另外兩條分別發生在6月份和9月份,并且規模都較小。而6-9月份正是該區域降雨量最大的季節,說明暴雨是研究區泥石流形成的動力條件,表現在6月份前期降雨,到7-8月份基本達到臨界值,從而爆發泥石流。

(3)區域內泥石流規模以中到大型為主,屬于坡面型泥石流溝有5條,溝谷型泥石流溝28條;處于形成期的泥石流溝2條,發展期泥石流溝28條和衰退期泥石流溝3條。

(4)鮮水河爐霍段的泥石流爆發頻率低,規模卻較大,區域內的居民又大都居住在泥石流沖積扇上。這種低頻的泥石流往往會使當地居民麻痹大意,疏于防范,從而造成重大損失。除對縣城背后的秋日河泥石流做過大量的治理工程外,研究區的其它泥石流溝道卻少有防護措施。為了保障人民群眾的安全,建議當地政府應加大植被的恢復力度,在暴雨季節對各泥石流溝進行重點監測,并對處于重度危險區的居民采取避讓搬遷的防治方法,防患于未然。

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A Prel im inary Study on of Characteristics of Debris Flows in the X ianshuihe Seis m ic Zone in Luhuo County

Jiang Yuyang,Tang Chuan and Yang Taiping

(State Key Laboratory of Geo-hazard Prevention and Geo-environm ent Protection, Chengdu University of Technology,Chengdu610059,China)

Xianshuihe seis mic zone is one of eight major seismic zones in China.In the vicinity of this seis mic zone,the activities of geological disasters are strong.Luhuo region in this Xianshuihe seismic zone is prone to debris flow,where the development characteristics of debris flow are closely related to distribution of active faults,topography and hydrological and meteorological factors.Based on GIS technology,the causes and distributions of debris flows in this region are revealed from the perspective of geological structure,geographical location,stratum lithology,hydro-meteorological and human activities in the region.The results show that the development of the debris flow in the study area is of obvious regional and seasonal characteristics and the extent of its development is closely related with the distance to Xisnshuihe fault zone.

Xianshui seis mic zone basin in Luhuo County;debris flow;GIS;characteristics of distribution

P642.23

A

1000-811X(2010)01-0078-06

2009-07-10

國家自然科學基金項目(40772206);地質災害防治國家重點實驗室研究基金

蔣瑜陽(1984-),男,江西廣豐縣人,碩士,主要研究方向:地質災害、工程地質研究.E-mail:jyy63735635@yahoo.cn