松坪溝地質災害發育分布及主控因素研究

徐 煜，趙其華，王 旭

(1.地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室(成都理工大學)， 四川 成都 610059;2.成都理工大學 環境與土木工程學院， 四川 成都 610059)

松坪溝處于四川省阿壩州茂縣西北部的疊溪鎮境內，位于岷江上游右岸，地理坐標東經103°31′06.23″～103°40′12.94″，北緯32°02′22.58″～32°15′11.15″N，總面積約419 km2，是現今保存最完整的地震遺址之一，也是國家4A級風景區，素有“三溝九海十四景”之稱。

該地區在近百年歷史上經歷過兩次強烈的地震：1933年疊溪Ms7.5級地震和2008年汶川Ms8.0級地震，兩次大的地震致使區內山體破碎嚴重，地質災害發育程度高，遍布整個地區。針對兩次地震后的地質災害，前人已經做了部分研究[1-8]。許向寧等[2-3]根據斜坡變形特征將疊溪地震區劃分為4個區帶，并論述了松坪溝區的變形特征；鄧慶[6]對該地區不同破壞程度的疊溪地震地質災害進行了風險性評估。

然而，地質災害是多種因素綜合作用的結果[9]，包括內在因素和誘發因素。前人對該地區的地質災害發育分布及其與主要因素的相關性研究相對較弱。因此，本文以現場調查資料為基礎，結合GIS技術，研究了松坪溝地區兩次地震后的地質災害分布特征及其影響因素，并總結了該地區地質災害的主要控制因素，為松坪溝景區的重新規劃、有效規避地質災害提供借鑒。

1 概 況

1.1 地形地貌

研究區位于茂縣西北部，溝內河谷多呈“V”形，上游河谷稍寬、岸坡較緩，下游河谷較窄、岸坡陡峻，且右岸相較于左岸陡，區內最高海拔約4 700 m，最低海拔約2 100 m，平均海拔約3 500 m。

區內地貌根據成因類型可劃分為極高山地貌(海拔3 800 m～4 500 m)、高山地貌(海拔3 200 m～3 800 m)和中山地貌(海拔2 500 m～3 200 m)。

1.2 區域構造

研究區地處較場弧形構造帶、石大關弧形構造帶和龍門山華夏系構造帶圍成的三角區域內，發育了復雜的印支期和燕山期的褶皺變形和斷裂構造，其最典型的地質構造為弧形構造，如較場弧形構造、小金弧等。斷裂帶主要發育有茂汶斷裂、岷江斷裂和松坪溝斷裂(見圖1)。其中，松坪溝斷裂帶發育在較場弧形構造帶及其西翼，研究區主要受該斷裂帶的控制和影響(見圖2)。研究區三維模型見圖3。

現場調查及物探資料顯示，松坪溝斷裂帶整體走向NW向，大致沿松坪溝主溝呈三段斜列式展布。北西段起始于麥石寨(露頭見圖4)附近，向東南方向延伸至樺子林附近，斷面走向N55°W，斷面傾向NE，但露頭處傾角多變；中間段起始于娃兒堡附近，向東南方向延伸至上白臘寨附近，斷面走向N70°W，斷面傾向SW，傾角約56°；南東段(露頭見圖5)自滾水溝溝口附近起，向南方向延伸至松坪溝溝口附近，斷面走向NW，斷面傾向SW，傾角約72°。

1-區域主干斷裂；2-一般斷裂；3-向斜；4-背斜；5-飛來峰；6-松坪溝斷裂；7-較場弧形構造；8-茂汶斷裂；9-岷江斷裂；10-塔藏-文縣-岸門口斷裂

圖1研究區區域構造圖

圖2 研究區區域地質圖

圖3 研究區三維模型圖

圖4 麥石寨斷層露頭全景照

圖5 金槍巖隧道斷層露頭(南東段)

1.3 地層巖性

研究區主要出露地層為三疊系地層，包括菠茨溝組(T1b)、雜谷腦組(T2z)、侏倭組(T3zw)和新都橋組(T3xd)，總厚度約達2 500 m，具體巖性描述見表1。

表1 研究區地層巖性特征統計表

其中，上三疊統的千枚巖(T3zw)、板巖(T3xd)主要發育在松坪溝的上游地區；中三疊統的變質砂巖(T2z)主要發育在松坪溝的中下游地區，局部地區發育有下三疊統的粉砂巖(T1b)。此外，在河流階地、河漫灘和山前坡覆蓋有厚度不等的第四系崩坡積物和殘坡積物，揭示厚度10 m～20 m。

1.4 氣象水文

研究區內山峰峻立，山谷幽深，階地狹小，晝夜溫差較大，根據多年數據統計，年平均氣溫在5.6℃左右，其中每年最低氣溫約為2.8℃，最高氣溫約為22.5℃，全年三分之一的時間為無霜期。

多年來平均降水量約為484.1 mm，每年最大降水量約為560.6 mm，最小降水量約為335.5 mm。每年降水主要在5月—9月，分配不均勻，常會出現春冬干旱、夏秋充沛。降雪主要在每年的11月至次年的2月。

2 疊溪地震地質災害分布特征

1933年8月25日，中國四川疊溪發生了Ms7.5級地震，造成松坪溝3 200余人死亡、400余人受傷，田地、房舍遭地震完全毀壞。

據資料收集和現場調查，研究區內發育的疊溪地震同震地質災害及震后地質災害共計17處，其中滑坡有5處，崩塌有11處，不穩定斜坡有1處。崩塌是疊溪地震在松坪溝內誘發最嚴重、分布最廣的一種次生災害，從數量上看，崩塌是滑坡的兩倍。

盡管誘發的滑坡數量相對較少，但每個滑坡的體量都很大，滑坡體直接滑入溝內，堵塞河道，形成諸多規模不一的堰塞湖，部分保留下來成為如今的海子。

基于DEM數據利用ArcGis的高程分析進行高程分帶，并將地質災害點進行標注，其分布特征可見圖6。

圖6 疊溪地震地質災害平面分布圖

從平面上看(見圖6)，這17處地震地質災害集中發育在研究區的中下游地區，主要沿松坪溝斷裂兩側呈帶狀分布，發育位置也離斷裂帶較近，其中12處災害的發育位置距離斷裂帶不到1 km。有關疊溪地震發震斷層的研究，一直以來也存在爭議[10-11]。有學者認為發震斷層為岷江斷裂，另有學者認為發震斷層為松坪溝斷裂。松坪溝位于疊溪地震的極震區，結合此次地震在溝內誘發地質災害的發育分布特征，也可以從側面佐證松坪溝斷層便為疊溪地震的發震斷層。

從地貌高程和坡度并結合該區的三維模型圖來看(見圖3、圖7)，疊溪地震在研究區內誘發地質災害的發育高程主要在2 700 m～3 700 m之間，僅1個崩塌點的發育在4 050 m處，地質災害主要分布在山體的中上部。研究區內發生地質災害的斜坡坡度的變化范圍較大，滑坡大多發育在坡度在30°～35°的斜坡上；崩塌大多發育在坡度在35°～75°的斜坡上，其中，坡度在35°～45°之間的占7處，坡度在45°～75°之間占5處。

按地質災害的類型和規模大小，可將其分為特大型、大型、中型，其中滑坡以特大型和大型為主；崩塌以特大型為主，大型和中型次之；不穩定斜坡以特大型為主(見圖8)。

圖7 疊溪地震地質災害坡度、高程數據圖

圖8 地質災害類型及規模

3 汶川地震地質災害分布

2008年5月12日，中國四川汶川映秀鎮發生了Ms8.0級地震，是我國近百年遭遇的最嚴重的一次地震，距離震中約160 km的松坪溝也受到了嚴重的影響。

據地質調查資料和現場調查，研究區內發育的汶川地震同震地質災害及震后地質災害共計27處，其中滑坡8處，崩塌15處，不穩定斜坡4處。

基于DEM數據利用Arcgis的高程分析進行高程分帶，并將地質災害點進行標注，其分布特征見圖9。

圖9 汶川地震地質災害平面分布圖

從平面上看，汶川地震在研究區誘發的26處地質災害沿松坪溝內的河流水系呈線狀分布，河谷兩岸地質災害分布數量大致相同，且主要分布在三段斜列式斷層附近，這與疊溪地震地質災害的平面存在一定的相似性。但與疊溪地震地質災害的分布也存在一定的差異，疊溪地震地質災害主要分布在研究區的中下游地區，而汶川地震地質災害在研究區內均有所展布，尤其在上游地區發育較多。

從地貌高程和坡度并結合該區的三維模型圖來看(見圖3)，汶川地震在研究區內誘發地質災害的發育高程大多在2 200 m～3 400 m之間。發生地質災害的斜坡坡度的變化范圍較大，滑坡大多發育在30°～50°的斜坡上；崩塌大多發育在40°～85°的斜坡上，其中，坡度在30°～50°之間的占5處，坡度在50°～85°之間占10處。

按地質災害的類型和規模大小，可將其分為特大型、大型、中型，其中滑坡以特大型和大型為主；崩塌以特大型為主，大型和中型次之；不穩定斜坡以特大型為主。

與疊溪地震相似，汶川地震在研究區內誘發最多的地質災害類型也是崩塌，且汶川地震誘發的地質災害數量比疊溪地震多，但根據單點地質災害發生的規模來看，汶川地震誘發的地質災害的規模遠小于疊溪地震，其中，汶川地震災害的規模主要是中小型，而疊溪地震災害的規模主要是大型和特大型。

4 地質災害主控因素分析

地質災害的發生往往與很多因素有關，重力條件下發生的地質災害一般受地形地貌條件、地層巖性、巖體結構類型、斜坡類型和降雨等[12]因素的影響，大多發生在基覆界面和性質差異顯著的成層巖質與基巖的接觸面處[13-14]，但地震誘發地質災害的機理與重力誘發地質災害不一致，除了上述幾個影響因素外，還需要考慮斷裂帶的性質、地震的活動強度、與斷裂帶和水系的距離等因素的影響。

4.1 地形地貌

地形是地質災害發生的先決條件。無論是滑坡還是崩塌，地貌上都要有一個臨空面，而不穩定體則向著臨空面的方向運動。研究區內地形以高山、河谷為主，山坡陡峻，局部地區有階地發育。根據坡度數據統計看，疊溪地震誘發滑坡大多發育在30°～35°之間的斜坡上，崩塌大多發育在35°～75°之間的斜坡上；汶川地震誘發滑坡大多發育在30°～50°之間的斜坡上，崩塌大多發生在40°～85°之間的斜坡上。由此可以看出，滑坡一般發育在坡度相對較緩的斜坡上，崩塌大多發育在坡度較陡的斜坡上，且受疊溪地震影響，研究區內山體破壞嚴重，斜坡變得更為陡立，也為汶川地震誘發地質災害創造了有利的地形條件。

地形地貌除了坡度的影響外，還有地貌高差的影響。從數據統計來看，疊溪地震誘發地質災害的高程范圍在2 700 m～3 700 m之間，汶川地震誘發地質的高程范圍在2 200 m～3 400 m之間，疊溪地震誘發災害的高程整體高于汶川地震，部分發育高程有重疊。這說明研究區內地震誘發地質災害的優勢高程在2 500 m～3 500 m之間。

4.2 地層巖性

地層巖性為地質災害的發生提供了物質條件。研究區內出露的地層巖性相對單一，主要為三疊系的千枚巖、變質砂巖、板巖，千枚巖風化程度較高，強度低，節理面發育。

在疊溪地震中，中下游地區巖體組合以變質砂巖夾千枚巖為主，因此，在地震動作用下，千枚巖作為較軟層易產生變形破壞，且隨著高程的增大，地震波的放大效應越顯著，高處千枚巖更易發生崩解剝落，從而形成崩塌、滑坡等地質災害。

在汶川地震中，上游地區坡體巖性組合以千枚巖、板巖為主，巖性組合相對單一，受疊溪地震擾動作用小于中下游地區，在疊溪地震中較少發育地質災害，但巖體已產生損傷，在汶川地震進一步的擾動下，上游地區地質災害發育。

同樣，疊溪地震也為汶川地震誘發地質災害提供了物質便利，尤其是滑坡災害，在疊溪地震作用下，高處的千枚巖崩解剝落，并在高程2 200 m～2 500 m之間產生堆積。汶川地震發生時，原堆積物在地震的擾動作用下，易沿基覆界面開始滑動形成滑坡災害。

4.3 斷裂帶性質

斷裂帶的活動性控制著地質災害發育分布，而誘發地震的斷裂帶性質類型主要有逆沖型和走滑型兩類。誘發地震的斷裂帶性質不同，形成的地質災害也會存在差異，主要體現在數量、密度、規模等方面。一般來說，逆沖型斷層誘發的地質災害較走滑型更具有破壞性[15]，因此斷裂帶的性質決定了地質災害的發育分布情況。

松坪溝斷裂帶為走滑型斷裂帶，因此疊溪地震在松坪溝地區誘發的地質災害數量相對較少，災害點沿斷裂帶兩側呈帶狀分布，但松坪溝內各地質災害點距離斷裂帶的距離相對較小，距松坪溝斷層1 000 m內發育的災害點有15處，占總數的83.3%，且各災害點發育規模較大，大于1 000萬m3的巨型滑坡有3處，大于10萬m3的大型崩塌有11處。

4.4 地震活動強度

地震對山體的影響主要體現在震動的往復運動引發巖體產生松動變形，乃至破壞，致使邊坡失去原有的平衡而發生失穩，從而誘發崩塌滑坡等地質災害。而其影響程度主要取決于地震動在不同位置處的水平加速度大小，一般加速度越大，山體變形破壞越嚴重，越容易發生地質災害。

疊溪地震中，研究區內麥石寨至娃兒堡處于Ⅸ烈度區，娃兒堡至松坪溝溝口處于Ⅹ烈度區，Ⅹ度區地震加速度較Ⅸ度區大；汶川地震中，研究區整體處于Ⅶ烈度區。因此，疊溪地震時期研究區內的地震動加速度整體較大于汶川地震時期，疊溪地震誘發的地質災害的高程、規模等普遍大于汶川地震，且研究區內邊坡巖體在疊溪地震中遭受了較為嚴重的變性破壞，造成了很多隱蔽性損傷，在汶川地震的擾動下，誘發了更多數量的地質災害。

5 結 論

(1) 松坪溝內地震地質災害的發育分布主要受控于溝內的地形地貌、地層巖性、斷裂帶性質及及地震活動強度等。疊溪地震誘發的地質災害主要沿松坪溝斷層呈帶狀分布；汶川地震中，研究區整體位于發震斷層的上盤，地質災害主要分布在松坪溝河流兩岸。

(2) 研究區位于疊溪地震的Ⅸ度及以上烈度區，汶川地震的Ⅶ烈度區，地震動作用明顯，對山體造成的破壞性強，且地形坡度越陡，地層風化程度越嚴重，地震動加速度越大，越易誘發地質災害，且地質災害的規模也更大，造成的危害也更嚴重。

(3) 疊溪地震與汶川地震誘發地質災害在平面上有一定的重合。主要原因在于疊溪地震發生后，研究區內山體在地震的往復運動下開始發生變性破壞，巖體變得更為破碎，原有平衡被打破，部分地區斜坡發生失穩，從而引發地質災害，并產生堆積；部分山體斜坡尋求到一個新的平衡而并未在疊溪地震中發生失穩，但巖體的強度大大減弱。在汶川地中再受到擾動，邊坡發生失穩，從而引發崩塌、滑坡等地質災害。