金沙江白格滑坡工程地質與水文地質特征

鐘 政，陳寧生，倪華勇，劉恩龍，韓 征

(1. 中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所，成都 610041； 2. 昆明理工大學公共安全與應急管理學院，昆明 650093； 3. 高原科學與可持續發展研究院，西寧 810016; 4. 中國地質調查局成都地質中心，成都 610081； 5. 四川大學水利水電學院，成都 610065； 6. 中南大學土木工程學院，長沙 410075)

2018年10月11日1：00—2：00，與四川省甘孜州白玉縣相鄰的西藏昌都市江達縣波羅鄉白格村發生高位滑坡，導致金沙江斷流形成蓄水量約為2.9×108m3的堰塞湖，回水造成上游多條道路被淹，交通中斷；13日9：00堰塞壩體自然泄流，未構成更大隱患。災害造成西藏、四川、云南3省16個縣4.6萬人受災，4.1萬人緊急轉移安置。11月3日下午17：00左右，滑坡后緣發生二次滑動破壞，方量約200×104m3，沿途刮纏裹攜坡體物質，沖入金沙江并再次造成河道堵塞，形成的堰塞壩比第一次滑坡堰塞壩最高處還高出近50m，金沙江上游不斷涌進，至11月12日形成蓄水量約為524×104m3的堰塞湖。堰塞湖于11月13日在人工干預下泄流，泄流洪水導致云南省境內沿途房屋倒塌8051間，農業受災5.05萬畝(1畝=666.67m2)，公路受損632.12km，累積直接經濟損失68億元。

金沙江地處中國第一和第二階梯之間的過渡帶，構造體系上屬于青藏滇緬“歹”字形構造的中部，地質構造復雜，斷裂與地震活動頻繁，同時由于印度洋板塊和亞歐板塊的擠壓碰撞，加之受東南、西南季風和西風環流的影響，是中國發生強烈地震及崩塌、滑坡、泥石流災害的重災區[1]。歷史上金沙江流域常發生滑坡崩塌導致的堵江事件，如1733年8月2日東川7.8級地震誘發阿旺村滑坡；1880年巧家縣石膏地滑坡掩埋數十人，堵塞金沙江3d[2]；1935年會里魯車渡滑坡導致280余人死亡，金沙江中形成50m高的堰塞壩，3d后潰決[3]。針對金沙江上游堵江滑坡發育密集，王家柱等[4]結合鉆孔勘探成果與數值模擬分析，系統研究了金沙江上游某特大型滑坡的發育特征與堵江機制，研究結果表明整個堵江機制可以總結為：順層斜坡高速滑動—前緣碰撞堆積—后緣推動形成一定沖高—強夯成壩—完全堵江。為系統地分析白格滑坡發生特點，中國眾多學者分析了白格滑坡的發生過程與形成機理：許強等[5]通過現場地質調查，結合歷史遙感影像解譯等，查明了白格滑坡區斜坡的變形歷史、基本特征及動態演化特征；王立朝等[6]通過地質調查、遙感解譯、現場監測等方法得出了高山峽谷地貌、金沙江構造斷裂帶巖性破碎是地質災害發育的基礎地質條件，地震、凍融和降雨是此次滑坡的誘發條件；趙程等[7]通過現場調查、歷史衛星影像數據等方法，進一步分析了白格滑坡發展演化過程、成因機制及發展趨勢。然而，通過現場調查發現，此次白格滑坡的發生與該區域水文及工程地質關系密切，斷層帶與地下水的聯合作用促進了此次滑坡的發生。現基于實地勘察、區域資料和鉆孔巖芯特征，闡明在此水文地質與工程地質特征下，滑坡發生的新模式與新機理，并分析白格滑坡的形成原因。

1 研究區概況

白格滑坡位于金沙江上游，屬川西藏南寒凍剝蝕-侵蝕切割高原區，金沙江為區內的主要水系。隨著高原隆起，金沙江不斷下切侵蝕，形成了兩岸陡峭、高差較大、橫斷面呈“V”形的構造侵蝕高山峽谷地貌。區內總體上發育南北(SN)向和北北西(NNW)向斷裂和褶皺，山河與構造方向一致，基巖裸露，河谷岸坡坡度達40°以上，并且發育小面積的2～4級剝蝕臺地。白格滑坡主滑體呈楔形體(圖 1)，坡面形態呈陡緩相間的臺階狀。坡頂高程約為3720m，滑坡前緣位于金沙江凹岸，高程2880m，相對高程840m。滑坡所在山脊走向為10°N—15°E，斜坡朝向80°～100°。滑坡縱向長約為1600m，平均寬度約500m，體積約為3200×104m3，主滑方向82°。主斷壁高程為3100～3700m，坡度約為65°，側壁高程2884～3700m，坡度為35°～55°，滑坡源區前緣剪出口高程在3000m左右。滑坡區附近出露的地層有三疊系上統金谷組、三疊系侵入蛇紋巖、元古界雄松群片麻巖組、石炭系中統生帕組、則巴超單元的花崗巖組以及三疊系上統松多組一段(圖 2)。白格滑坡西側為波貢溝，溝道長約7.48km，深切400～600m，平均坡降210‰，流向為30°～134°，在滑坡前緣北部2.16km處匯入金沙江。波貢溝夏季流量大，10月結冰，主要出露地層為元古界雄松群片麻巖組、上統三疊系金古組、三疊系侵入蛇紋巖。上游以三疊系金古組巖屑砂巖、巖屑長石砂巖夾生物碎屑灰巖為主，下游以元古界雄松群片麻巖為主，在經過滑坡附近時巖層以三疊系侵入蛇紋巖為主，巖體呈層狀碎裂結構。

圖 1 白格滑坡遙感影像及現場資料圖Fig.1 Topographic and geomorphic of Baige landslide

圖 2 區域地質圖Fig.2 Geological map of the study area

受高原寒溫帶半濕潤氣候影響，該區氣候寒冷，多年平均氣溫為8.0℃，太陽輻射強烈，日照時間長，年溫差小而日溫差大，干季雨季分明，雨熱同季；最高溫度28℃，最低溫度-15℃。1月份平均氣溫約-5℃，7月份平均氣溫13.2℃。滑坡區多年平均降水量約623mm，最大月降水量 229. 5mm。滑坡周邊監測站年降雨數據顯示2018年的年降雨量為790.4mm，為62年內出現的最大年降雨量(圖 3)。2013年8月12日5：23，昌都市發生6.1級地震，據當地居民描述，自2013年地震以來，區域內并無明顯震感。

圖 3 白格地區1956—2018年降雨量Fig.3 Rainfall in Baige from 1956 to 2018

圖 4 白格滑坡剖面Fig.4 The profile of Baige landslide

2 工程地質特征

滑坡處于羌塘地體和松潘-甘孜褶皺帶之間的金沙江縫合帶上，整個構造帶大致呈北北西向展布。金沙江縫合帶洋盆是于晚泥盆世至中石炭世期間打開，于二疊紀期間發生俯沖造山運動，在印支晚期縫合帶主斷裂向東遷移到竹英-貢達斷裂，松潘-甘孜褶皺帶向西俯沖消減。印支末期，縫合帶封閉。金沙江斷裂帶在研究區內表現為右旋擠壓運動，走滑速率±(3.0～3.1)mm/a，擠壓速率±(0.4～2.0)mm/a。區內竹英-貢達斷裂位于金沙江以東，在竹英以南與金沙江吻合。斷裂走向320°，破碎帶寬達千余米，在印支晚期最為強烈，具有逆沖推覆性質，后期兼有右行走滑特點。波羅-木協斷裂從滑坡頂部穿過，該斷裂位于金沙江以西，呈346°走向，長度約50km，斷裂面向西傾斜，傾角為50°～70°。據地震資料顯示，該斷裂近年來發生多次小規模地震，故判斷其為活斷層，構造運動十分活躍。

三疊系侵入蛇紋巖是白格滑坡的主要滑動地層(圖 4)。該蛇紋巖體構造侵入于元古界雄松群下部的片麻巖組中，呈近南北向挾持于波羅-木協斷裂中，斷裂走向346°，斷面西傾，屬構造侵位。侵入蛇紋巖主要出露滑坡中上部，高程為3400～3700m，巖層產狀多變且風化嚴重，巖體破碎，節理裂隙發育。頂部結晶良好，墨綠色，中下部呈碎粉巖狀，灰綠-白綠色，綠泥石化。蛇紋巖整體結構和性質均差于片麻巖，遇水容易軟化，有利于地表水和降雨的滲入。

元古界雄松群片麻巖組位于白格滑坡高程3400m以下，厚度大于2068.03m，下部由淺灰-深灰色黑云斜長角閃質糜棱巖、糜棱巖加云母斜長片麻巖、蝕變角閃斜長片麻巖和變粒巖組成，厚716.36m，上部由灰-深灰色含石榴石二云斜長糜棱巖、糜棱巖化石榴石英二云片巖、黑云斜長片麻巖夾含石墨堇青石白云母是英片巖、碳酸鹽巖初糜棱巖及糜棱巖化石榴石英二云片巖組成，厚1351.67m。在研究區內片麻巖產狀為233°∠55°，受到構造擠壓、風化等作用，巖體裂隙發育，巖體結構十分破碎，根據滑坡區節理統計(圖 5)，區內共發育3組優勢節理，產狀分別為62°∠56°、121°∠40°、250°∠23°，屬 “X”形共軛節理。這三組節理控制了巖體力學性質，是白格滑坡邊界條件形成的地質構造基礎，尤其是節理1與節理2的傾向與滑坡主滑方向一致，表明白格滑坡的發生受到節理1和節理2的控制。

圖 5 結構面赤平投影Fig.5 Structural surface stereographic projection

在現場收集到三處鉆孔資料(圖 6)，主要特征如下。

圖 6 白格滑坡典型鉆孔巖心Fig.6 Typical drilling cores of Baige landslide

現有鉆孔資料顯示風化破碎巖體的厚度達70m以上，巖土體風化極其強烈；根據鉆孔資料B01可以看出，滑源區坡體表面為淺層沖洪積物，以下皆是蛇紋巖層；在滑坡頂部的蛇紋巖表層(B02處)發現有古老的河流階地殘留堆積物，表現為圓狀與次圓狀的片巖和片麻巖集中分布，并且在B01鉆孔的32m和B03鉆孔45m處巖體發生明顯的水解作用，說明波貢溝的溝床曾經達到滑坡的坡體頂部，并在長期徑流入滲的作用下導致破碎巖體強烈風化，泥化；在B03處14～14.4m處發現有泥化夾層，B02處22～32m處出現極度破碎的橄欖巖帶，推斷該泥化夾層和破碎橄欖巖帶是由于波羅-木協斷裂帶的構造作用所致。

巖石質量指標(rock quality designation，RQD)用來評價巖體完整性的方法被工程地質方向研究人員廣泛利用[8]，主要指的是每次進尺中等于或大于10cm的柱狀巖心的累計長度與每個鉆進回次進尺之比。通過統計坡頂3個鉆孔的RQD，發現隨著鉆孔深度的增加，RQD先增大后減小，尤其表現在鉆孔B01和B02。B01在鉆深10m處的RQD大于B02和B03，雖然B03在40m深度以下的RQD大于B01和B02，但其值僅為7%左右，表現為巖體的完整性極差，如圖 7所示。圖 8分別為通過S3000N掃描電鏡獲取巖樣的風化斷面和新鮮斷面的微觀圖像，發現新鮮斷面的表面較為平滑而風化斷面的表面分布較多的孔洞，這些孔洞是巖石的部分黏土礦物與水反應而形成的，這一現象進一步闡釋了長時間尺度的水巖相互作用。除此之外，X衍射實驗分析表明滑坡頂部蛇紋巖的礦物含量分別為：49% 利蛇紋石(主要元素為H、Mg、O、Si)，39% 纖維蛇紋石(主要元素為H、Mg、O、Si)，9% 大理石(主要元素為C、Ca、Mg、O)，3% 磁鐵礦，1% 方解石。距離鉆孔17m 深度風化物的礦物含量分別為：51% 石英(主要元素為Si和O)，45%鈉長石(主要元素為Si和Ca)，5% 鐵云母(主要元素為Fe、O、Si)(圖 9)。地面以下17m深度處的石英粒度較小，鐵云母的性質與黏土礦物相似，這些次生礦物均是由蛇紋巖風化形成的硅質物在裂隙中結晶形成的，屬蛇紋巖的風化產物，這一現象也表明該區域蛇紋巖在強烈的地下水活動作用下風化強烈。完整性極差，為地下水賦存提供良好條件。

圖 7 鉆孔RQD與深度關系Fig.7 Relationships between accumulative value of RQD and depth

圖 8 風化巖石表面與新鮮斷破裂口在 S3000顯微鏡下的圖像Fig.8 The image of weathered rock surface and fresh fracture under S3000 microscope

圖 9 頂部蛇紋巖和17m深度處巖石風化產物的 X衍射實驗分析結果Fig.9 X-ray diffraction analysis of rock weathering products at crushed rocks and a depth of 17m

3 水文地質特征

3.1 研究區蓄水構造分析

所謂的蓄水構造，指的是含水層和隔水層相互結合形成的能夠富集和儲存地下水的地質構造。研究區內地下水發育程度極好，在滑坡中部和后緣處發現有出露泉點(圖 10)，由于受工程地質條件控制，不同類型的地下水賦存條件存在差異。總的來說，研究區地下水主要以孔隙水和構造裂隙水存在，地下水較為豐富。含水層為強風化蛇紋巖。根據鉆孔圖可以清楚地看到，受區內活動斷裂帶的影響，坡體基巖內存在大量的風化裂隙，且巖體破碎，是地下水良好的賦存空間。地下水的主要補給來源為大氣降水和地表徑流滲透，主要排泄方式為下滲形成潛水和補給基巖裂隙水，少部分從坡體中滲出流入金沙江。該滑坡區由于水文地質條件特殊，主要存在以下兩種蓄水構造。

圖 10 現場出露泉眼Fig.10 On-site exposure to the spring eye

(1)侵入接觸帶蓄水構造。滑坡后緣為三疊系侵入蛇紋巖，在形成過程中，巖漿侵入圍巖產生擠壓作用，使接觸帶附近的圍巖產生腫脹裂隙，形成了寬度不大的裂隙帶；由于接觸面兩側巖石力學性質的差異，在后期的構造運動中因為沿接觸面相對滑動而形成了構造裂隙密集帶。此構造裂隙帶作為含水層，與下盤作為隔水層的未風化片麻巖形成了侵入接觸帶蓄水構造。

(2)風化殼蓄水構造。研究區內上層為強風化蛇紋巖，含有大量的風化裂隙，能作為含水層，下面為未風化的片麻巖，透水性差，作為隔水層。在風化殼蓄水構造里，地下水主要是以潛水形式存在，具有統一的連續的地下水面，且水面形狀隨地形起伏而緩慢變化。研究區內風化帶裂隙水以大氣降水和地表徑流為主要補給來源，其水位和水量均隨季節而變化，氣候影響顯著。雨季時水位上升，水量增大；旱季則水位下降，水量大減。

3.2 波貢溝流量分析

通過形態調查法測算波貢溝2個代表性斷面(S01、S02)的流量，斷面形態通過現場測量法獲取，流速通過測算浮標通過一定距離的時間來獲取(圖 11)。 流量計算結果顯示在當前徑流條件下從上游到下游，S02點到S01點的680m長度河道中有62.6%的水參與下滲(表1)。另外波貢溝通過白格滑坡山體時的溝道高程為3624m(圖 4)，高出現今發現的出水點分布集中帶(3280～3450m)174～344m，因此進一步證實了現場考察發現的滑坡體表面以及滑坡邊緣的出露泉水表明了研究區地下水活動強烈，證實了波貢溝是坡體內部滲流的主要補給。根據地質圖和實地考察發現，S02處剛好處于波羅-木協斷裂帶上，斷裂帶形成時，東面元古界雄松群片麻巖組隆升，形成多條山谷，使西面來的河流在經過斷裂帶時發生近90°直角轉彎，沿山谷匯入金沙江。在拐口易形成水流、降雨匯集區，放大了入滲效應，從而影響邊坡的穩定性，在極端降雨事件下發生滑坡。

圖 11 現場流量測量圖Fig.11 Field flow measurement chart

表 1 S01、S02流量計算Table1 Flow calculation of S01，S02

4 工程地質與水文地質對白格滑坡的貢獻分析

4.1 工程地質特征對白格滑坡的貢獻分析

在斷裂帶交匯處或斷裂方向發生變化地段，地質災害往往密集發育[9]。白格滑坡位于北北西向金沙江縫合帶西側，后緣為北北西向波羅-木協斷裂帶，導致滑坡區內褶皺和次級斷層尤為發育，地質結構復雜，巖體破碎，波羅-木協斷裂帶近年來發生多次地震，推測此斷層為活斷層，長期活動導致波羅-木協斷裂帶及其兩側巖體的整體性和質量下降，抗侵蝕能力減弱，穩定性降低；滑坡區山體是由上部三疊系侵入蛇紋巖和下部元古界片麻巖組成。其中蛇紋巖呈粉狀，塊狀，完整性極差，同時白格滑坡區地形較陡，相對高差840m，軟弱的破碎巖體、良好的地形地貌和勢能條件為滑坡的產生提供了基礎。蛇紋巖隔水性能差，遇水容易泥化，在長時間的風化作用以及構造作用下，蛇紋巖巖體力學性能減弱，巖體破碎且節理裂隙發育，從而影響了滑坡的穩定性，并為地下水的儲存和搬運提供有利條件。

4.2 水文地質特征對白格滑坡的貢獻分析

滑坡區內新構造運動十分強烈，主要有地殼強烈上升，金沙江下切，水系順江速度加快。伴隨斷裂活動的新構造表現為地殼上升中有短暫間歇，上升幅度隨時間推移遞減，山區上升較高原劇烈，下游較上游劇烈[8]。滑坡在地貌上處于金沙江峽谷凹岸，在河谷強烈下蝕作用及凹岸側蝕作用下，造成斜坡巖體的側向卸荷作用，并且在重力作用下易發生傾倒彎曲拉裂變形，并在坡腳凹岸處形成近50m高的臨空面，為滑坡的發生創造了有利條件；受斷裂切割和風化作用，白格滑坡區域巖體破碎，連續性較差，裂隙極為發育，為地下水賦存提供了有利環境。波貢溝沿節理裂隙快速下滲，可以直接作用在下伏的三疊系侵入蛇紋巖。長期的重力作用和地下水軟化作用，使得蛇紋巖地層逐漸演化成蠕滑帶，并在極端年降雨事件誘導下，使坡體的有效應力與抗剪強度大大降低，地下水位抬升，對巖土體產生較大的浮托力最終誘發了滑坡的發生。

5 結論

以白格滑坡為例，地質構造引發的溝谷地貌異常可以導致坡體滲流場的改變進而有利于滑坡發生的思想可以用來提前判識危險性坡體。地質災害是以地質背景為基礎的一種災害事件，地質構造的長期作用可以形成不連續結構面和破碎巖體等有利于滑坡發生的條件。

白格滑坡的形成與研究區的工程地質與水文地質特征密切相關。其中地質構造作用下形成的波貢溝和強風化的蛇紋巖地層是滑坡發生的關鍵因素。

(1)滑坡區位于青藏高原和川西高原過渡區，地處金沙江縫合帶，新構造運動活躍。三疊系侵入蛇紋巖是白格滑坡的主要滑動地層，鉆孔資料顯示蛇紋巖風化強烈，完整性差，結構離散，遇水易泥化，且隨深度的增加，巖體破碎程度高。在長期構造作用下，滑坡巖體發育三組節理，屬于“X”形共軛節理，其中節理1和節理2控制著滑坡滑動方向。

(2)坡體內部滲流引發的強風化作用是白格滑坡形成的關鍵原因，區域地質構造形成的地貌演化導致的滲流增加有利于白格滑坡的發生。波羅-木協斷層橫穿滑坡后緣的波貢溝，且斷層在長期作用下導致了波貢溝改道，進而改變了滑坡體的滲流場，同時增加了匯水面積，導致滲流增加，有利于滑坡的發生。

(3)滑坡內地下水活躍，主要由波貢溝的滲流和坡體表面的降雨入滲補給。地下水的賦存形式主要為裂隙水和孔隙水，排泄方式為下滲形成潛水和補給基巖裂隙水。蛇紋巖與片麻巖分別作為含水層和隔水層，構成了研究區的侵入接觸帶蓄水構造和風化殼蓄水構造。

白格滑坡潛在滑體仍未解除，今后的成災風險較大。另外白格滑坡發生后在坡頂產生的一系列拉張裂隙將導致坡頂的滲流增加，進一步活躍了地下水的活動，因此風險仍未解除，需要在已有防治工程的基礎上進一步實施排水措施防滲措施。