川西甘孜地區(qū)活動斷裂與地質(zhì)災(zāi)害分布相關(guān)性探討

秦宇龍,吳建亮,詹涵鈺,熊昌利,賈 春,白憲洲,李名則,武文輝,徐云峰

1.稀有稀土戰(zhàn)略資源評價與利用四川重點實驗室、四川省地質(zhì)調(diào)查院,四川 成都 610081;2.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局109地質(zhì)隊,四川 成都 610100

新構(gòu)造活動是指晚更新世至今依然在活動,未來一定時期內(nèi)仍可能發(fā)生活動的各種構(gòu)造(鄧起東等,1994;鄧起東,1996;鄧起東等,2002)。川西甘孜地區(qū)位于舉世聞名的青藏高原東南緣,是新構(gòu)造運動和地質(zhì)災(zāi)害十分發(fā)育的地區(qū)(黃潤秋等,2001;殷躍平,2004;白永健等,2019)。近年來,在活動斷裂影響下的地質(zhì)災(zāi)害效應(yīng)研究受到國內(nèi)外學者的普遍關(guān)注(巨能攀等, 2010;蔣瑜陽等, 2010;郭長寶等,2012;陳偉志等,2020;羅路廣等, 2020)。受“5·12”汶川大地震的影響,川西地區(qū)發(fā)生多次大型泥石流,如最近的2019年“8·20”汶川泥石流和2020年“6·18”丹巴縣山洪泥石流,嚴重影響周圍居民的生活。川藏公路、即將建設(shè)的川藏鐵路、太陽部落石渠、理塘毛埡壩草原、情人海木格措等主要工程和風景名勝區(qū)都受到了鮮水河、甘孜-玉樹等活動斷裂影響;同時沿斷裂帶發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害也嚴重影響了各類工程規(guī)劃建設(shè)和人類活動。由此,研究活動斷裂與地質(zhì)災(zāi)害之間的相關(guān)性也將得到更多人的關(guān)注。文章通過收集相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害詳查數(shù)據(jù),利用地形地貌圖、活動斷裂分布圖、地質(zhì)災(zāi)害分布圖,進行疊置分析,揭示活動斷裂、地形地貌特征和地質(zhì)災(zāi)害彼此之間的分布特征和相關(guān)性,進而對活動斷裂影響下的川西各類地質(zhì)災(zāi)害孕育環(huán)境進行分析和探討,研究結(jié)果將對總結(jié)川西甘孜地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的形成規(guī)律和防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

川西甘孜地區(qū)位于上揚子陸塊和三江弧盆系的結(jié)合部位。地域遼闊,地層出露較為齊全,除西部缺失白堊系、侏羅系和東部缺失白堊系外,各系地層均有沉積;其中三疊系地層廣泛分布,巖性主要以變砂巖和板巖為主。構(gòu)造主要呈北西走向、北東走向和南北走向;龍門山斷裂、鮮水河斷裂和金沙江斷裂將研究區(qū)分為四川前陸盆地、可可西里-松潘前陸盆地、雅江殘余盆地、義敦-沙魯里島弧和甘孜-理塘蛇綠混雜巖(圖1;潘桂棠等,2002;張建東等,2015)。巖漿巖各個時代均有出露,約占全區(qū)面積的三分之一。新構(gòu)造運動強烈,主要反映為層狀地貌、活動斷裂及老斷裂新活動等,其不僅控制了青藏高原東南緣的地質(zhì)地貌,還控制了地震的發(fā)生。

圖1 四川甘孜地區(qū)構(gòu)造單元簡圖(據(jù)張建東等,2015修改)Fig.1 Sketch map of tectonic units in the Ganzi area, Sichuan (modified after Zhang et al., 2015)

2 地形地貌特征

川西甘孜地區(qū)位于橫斷山脈北段,位于中國最高一級階梯向第二級階梯云貴高原和四川盆地過渡地帶,具有地勢高、北高南低、中部突起等特征(李海兵等,2007;圖2)。地貌依地勢高程、河流切割深度和地表特征分為丘狀高原區(qū)、高山原區(qū)、高山峽(深)谷區(qū)三大類型。區(qū)內(nèi)江河湖泊眾多,流經(jīng)境內(nèi)的河流主要為長江上游主要干流的金沙江、雅礱江、大渡河,均自西向東,南北向平行排列,支流甚多。冰川作用、流水地質(zhì)作用明顯,加之新構(gòu)造運動、高原隆升,易發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流和地震等地質(zhì)災(zāi)害(趙根模等,2020)。

圖2 甘孜州地形地貌分布圖Fig.2 Topography and landform distribution map of Ganzi Prefecture

川西甘孜地區(qū)現(xiàn)代地貌的形成,經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)發(fā)展時期(許志琴等,2007),三疊紀末的印支造山運動,導致整個川西地區(qū)迅速隆升。燕山運動時期區(qū)內(nèi)地殼抬升,大規(guī)模的巖漿侵位導致地殼增厚。中新世以來的喜馬拉雅造山運動使區(qū)內(nèi)及整個川西高原形成現(xiàn)今的地貌景觀。地殼抬升和冰川活動形成一系列的冰川U谷、冰磧臺地及終磧壟。隨著地殼的進一步抬升,河流的侵蝕作用加強,在山間河谷地帶形成湖相盆地。

3 活動斷裂特征

3.1 活動斷裂分布特征

新構(gòu)造運動造成了包括研究區(qū)在內(nèi)的青藏高原東緣顯著的地貌差異,在高原與盆地過渡地帶形成了多條活動斷裂(帶),已知的活動斷裂(帶)有五道梁-長沙貢瑪斷裂、玉樹-甘孜斷裂帶、鮮水河斷裂帶、巴塘斷裂帶、達郎松溝斷裂、金沙江斷裂帶、理塘斷裂帶、玉農(nóng)希斷裂等33條(圖3,表1),這些活動斷裂主要控制著川西高原地形地貌。

表1 區(qū)內(nèi)的主要活斷裂(帶)一覽表Table 1 List of main active faults

圖3 甘孜地區(qū)主要活動斷裂分布圖Fig.3 Distribution map of the main active faults in the Ganzi area

3.2 活動斷裂對地形地貌的控制作用

野外調(diào)查和研究表明,活動斷裂帶內(nèi)特殊的地形地貌、山體結(jié)構(gòu)及斷裂活動的動力強度等控制了大型地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育,常形成完整的斷裂活動-差異性隆升-滑坡的演化序列。活動斷裂的發(fā)育為地質(zhì)災(zāi)害創(chuàng)造了有利條件(彭建兵等,2004;彭建兵,2006;馮向陽,2007)。強烈的活動斷裂形成了相對高差大的高山峽谷地貌,勢能容易積累,有利于高速高位、遠程滑坡等大型滑坡的發(fā)生(羅路廣等,2020)。

3.3 活動斷裂的繼承性和新生性

區(qū)內(nèi)活動斷裂的繼承性表現(xiàn)為斷裂活動在先前構(gòu)造的影響下,一定程度的繼承先前構(gòu)造的格局,晚期斷裂繼承先前斷裂帶性質(zhì),發(fā)生強烈隆升,并在先前斷裂帶基礎(chǔ)上發(fā)生逆沖或逆沖走滑運動。

區(qū)內(nèi)還存在活動斷裂新生性,表現(xiàn)為有的斷裂斷塊出現(xiàn)反向運動,有的產(chǎn)生新的斷裂斷塊,如金沙江流域發(fā)育一組北東—北西向新生斷裂,不僅對地形、地貌進行控制,還造成水系、山谷的位移,甚至在斷塊內(nèi)形成斷塊山、斷陷盆地、斷裂谷地等。

4 地質(zhì)災(zāi)害分布特征

4.1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

文章利用四川省歷年來地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查資料,統(tǒng)計各類地質(zhì)災(zāi)害及隱患點5749處(表2),結(jié)合以往地質(zhì)災(zāi)害詳查成果(四川省地理研究所,1973;李明輝等,2010,2011;倪化勇等,2010;蔣瑜陽等,2010;鐵永波等,2012),發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害及隱患點主要以泥石流(圖4)、滑坡(圖5)、崩塌(圖6)、不穩(wěn)定斜坡(圖7)為主。5749處地質(zhì)災(zāi)害及隱患點中泥石流和滑坡最多,分別發(fā)育2574處和1728處,各占災(zāi)害總數(shù)的44.77%和30.06%;其次為崩塌和不穩(wěn)定斜坡,分別為814處和629處,各占總數(shù)的14.16%和10.94%。地裂縫和地面塌陷等其他類型地質(zhì)災(zāi)害在甘孜地區(qū)發(fā)育較少,僅見4處,占總數(shù)的0.07%(表2)。

表2 四川甘孜地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型和數(shù)量(處)Table 2 Types and quantity (sites) of geological disasters in the Ganzi area, Sichuan

4.1.1 泥石流

區(qū)內(nèi)泥石流規(guī)模以小型為主,按照一場泥石流所搬運出的物質(zhì)總量來分,全區(qū)共發(fā)育巨型泥石流19處(占總量的0.74%)、大型泥石流84處(占總量的3.26%)、中型泥石流617處(占總量的23.97%)、小型泥石流1854處 (占總量的72.03%),按位置分為溝谷型和山坡型,其空間分布如圖4所示。以鮮水河流域為例,沿線溝谷型泥石流易發(fā)綜合指數(shù)在61～114之間,多屬中等低易發(fā)(白永健等,2014)。坡面泥石流受季節(jié)性暴雨激發(fā)影響大,每年7—9月均會發(fā)生高易發(fā)泥石流。

圖4 甘孜地區(qū)地形地貌與泥石流地質(zhì)災(zāi)害分布簡圖Fig.4 Distribution diagram of topography and debris flows in the Ganzi area

4.1.2 滑坡

甘孜地區(qū)滑坡規(guī)模以中小型為主,其中巨型14處(占滑坡總數(shù)的0.81%)、大型66處(占滑坡總數(shù)的3.82%)、中型420處 (占滑坡總數(shù)的24.31%)、小型1288處(占滑坡總數(shù)的74.54%)。滑坡多發(fā)育高程主要在2600～4000m,地形坡度20°～50°,坡體結(jié)構(gòu)以橫向坡、斜向坡為主,其空間分布如圖5所示。表現(xiàn)形式主要由砂巖、板巖轉(zhuǎn)石和沖洪積卵石土組成的崩坡積、殘坡積堆積形成的土質(zhì)滑坡,多呈半圓形和舌形,不規(guī)則形和矩形較少。孕育地層主要為三疊系變砂巖、板巖。

圖5 甘孜地區(qū)地形地貌與滑坡地質(zhì)災(zāi)害分布簡圖Fig.5 Distribution diagram of topography and landslides in the Ganzi area

4.1.3 崩塌

研究區(qū)內(nèi)崩塌規(guī)模以中小型為主(表2,圖6),其中小型491處(占崩塌總數(shù)的60.32%)、中型267處(占崩塌總數(shù)的32.80%)、大型55處(占崩塌總數(shù)的6.76%),巨型1處(占崩塌總數(shù)的0.12%)。多屬巖質(zhì)崩塌,發(fā)育于地形陡緩相間的臺地上,變形破壞模式主要以滑移式和拉裂式為主。運動形式多為崩墜式、滾動式和滾落式。

圖6 甘孜地區(qū)地形地貌與崩塌地質(zhì)災(zāi)害地貌分布簡圖Fig.6 Distribution diagram of topography and collapses in the Ganzi area

4.1.4 不穩(wěn)定斜坡

不穩(wěn)定斜坡規(guī)模以中小型為主,其中中型137處,占21.78%;小型467處占74.24%;另有大型22處,占總數(shù)的3.50%;巨型3處,占總數(shù)的0.48%(表2,圖7)。以松散土體斜坡為主,發(fā)育128處,少量巖質(zhì)斜坡56處(四川省國土空間生態(tài)修復與地質(zhì)災(zāi)害防治研究院,2020)。坡形多為凸型或直線狀;地形坡度在30°～60°區(qū)域變形跡象表現(xiàn)為前緣局部鼓脹、房屋開裂、地面沉降和后緣拉張裂縫、剝墜落等,最后演變?yōu)榛隆?/p>

4.2 空間分布特征

區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害主要呈“線-帶-片狀”空間特性分布。表現(xiàn)為:交通干線呈線狀分布;受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造控制的河流、溝谷地帶,呈帶狀分布;沿鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村落、礦山呈片狀分布(陳紅旗,2007;巨能攀等,2010)。

(1)沿主要交通干線呈線狀分布。流域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害沿重要交通干線國道,縣級公路、鄉(xiāng)村公路呈線狀密集分布。主要表現(xiàn)為川藏北線沿線、道孚至雅江縣道沿線、理塘至新龍公路沿線、鄉(xiāng)城至然烏公路沿線、稻城至香格里拉公路等五個線狀密集分布。

(2)在河流、溝谷區(qū)域,受地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造控制呈帶狀分布。①地質(zhì)災(zāi)害沿河流兩岸密集分布。主要有大渡河、大小金川、鮮水河、碩曲河、巴楚河、九龍河、色曲河、泥曲河、金沙江沿岸等密集帶。②地貌上地質(zhì)災(zāi)害主要分布于鮮水河、大渡河、雅礱江、金沙江等河谷兩側(cè)岸坡及斷陷盆地兩側(cè)山前地帶。③地質(zhì)構(gòu)造上,地質(zhì)災(zāi)害沿主要活動斷裂,如鮮水河斷裂、鄉(xiāng)城斷裂、理塘斷裂、金沙江斷裂等,均呈帶狀墨跡分布。

(3)沿鄉(xiāng)鎮(zhèn)呈片狀分布,流域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害分布與行政區(qū)等人類及工程活動聚集區(qū)有密切關(guān)系呈片狀分布。

5 地質(zhì)災(zāi)害孕育環(huán)境分析

5.1 地形地貌控制效應(yīng)

滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡等不同破壞方式形成的地質(zhì)災(zāi)害,主要由內(nèi)外地質(zhì)動力作用,斜坡內(nèi)應(yīng)力分布不平衡而成。同時在雅礱江、大渡河、鮮水河、金沙江等河谷侵蝕切割區(qū)為代表的不同地形地貌條件下又孕育出不同類型、規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害,表現(xiàn)為地表千溝萬壑,支離破碎。以斜坡地表形態(tài)為代表的地形地貌對于地質(zhì)災(zāi)害的孕育表現(xiàn)尤為突出(王文俊等,2000;王思敬,2002)。

5.2 地層巖性控制效應(yīng)

不同地層巖性的抗剪強度不同,導致發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的難易程度也不同,這也反映出地層巖性是決定地質(zhì)災(zāi)害孕育的物質(zhì)基礎(chǔ)。巖性軟弱地層更容易成為潛在的滑動面或滑動帶;相反,在堅硬巖地層中則不易形成潛在滑移面和松散物質(zhì)。區(qū)內(nèi)活動斷裂沿線的地層主要以三疊系中—粗粒變砂巖、變粉砂巖、板巖為主,并夾有泥質(zhì)成分為主的千枚巖和碳酸巖等,軟硬相間,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體較破碎;同時由于流域地處高寒山區(qū),氣候寒冷,凍融作用使巖體更加破碎,利于形成松散堆積層(陳宗基,康文法,1991;劉涌江,2003)。

5.3 活動斷裂控制效應(yīng)

川西甘孜地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害分布,展現(xiàn)了以北西向構(gòu)造為主的總體格局(張信寶等,2006)。對甘孜地區(qū)有代表性的15條活動斷裂兩側(cè)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害進行統(tǒng)計(表3)發(fā)現(xiàn),全區(qū)分布在活動斷裂兩側(cè)5km范圍內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點達2607處(泥石流1234處,滑坡724處,崩塌351處,不穩(wěn)定斜坡298處)。其中斷裂2～5km范圍內(nèi)有1023處(泥石流412處,滑坡334處,崩塌167處,不穩(wěn)定斜坡110處),地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點密度為0.029處/km2;斷裂1～2km范圍內(nèi)有514處(泥石流234處,滑坡151處,崩塌61處,不穩(wěn)定斜坡68處),地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點密度為0.050處/km2;斷裂1km范圍內(nèi)則增加到1070處(泥石流588處,滑坡239處,崩塌123處,不穩(wěn)定斜坡120處),地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點密度為0.095處/km2。由此可見,越靠近活動斷裂發(fā)育的區(qū)域,地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點密度有明顯增加,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育也越密集,反映出活動斷裂對地質(zhì)災(zāi)害的控制效應(yīng)也就越強,這從地質(zhì)災(zāi)害的空間分布上表現(xiàn)的非常明顯(圖4—圖7)。以鮮水河斷裂帶為例,在甘孜—爐霍—道孚—磨西沿線,受活動斷裂影響的兩側(cè)總共有地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點399處;其中在活動斷裂0～1km分布各類地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點173處,占總量的43.35%;1～2km分布各類地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點91處,占總量的22.80%;2～5km分布各類地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點135處,占總量的33.83%。此外,斷裂的活動性越強,引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量和規(guī)模也急劇上升。全新世活動斷裂較晚更新世和早—中更新世斷裂具有更強的活動性,其引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害頻率更高,規(guī)模也可能更大。如在全新世活動斷裂0～1km范圍內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點的分布密度為0.14處/km2,大于晚更新世活動斷裂的0.07處/km2,后者也同樣大于早更新世活動斷裂(分布密度為0.06處/km2)。這里需要說明的是, 高海拔地段災(zāi)害(隱患) 點數(shù)少與村落、人口相對稀少有關(guān),許多滑坡、泥石流對人類不構(gòu)成威脅,僅是一種自然現(xiàn)象,未列入調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)(四川省國土空間生態(tài)修復與地質(zhì)災(zāi)害防治研究院,2020)。

表3 甘孜州地質(zhì)災(zāi)害分布與主要活動斷裂空間位置統(tǒng)計表Table 3 Distribution of geological disasters and the spatial location of main active faults in Ganzi Prefecture

圖7 甘孜地區(qū)地形地貌與不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害分布簡圖Fig.7 Distribution diagram of topography and unstable slopes in the Ganzi area

除活動斷裂、地形地貌、地層巖性等因素外,影響地質(zhì)災(zāi)害孕育的因素還包括工程地質(zhì)特征、降雨、人類工程活動等(任磊等,2020),其中,新構(gòu)造活動主要表現(xiàn)形式——地震對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生有很大的推動作用(鄭萬模等,2000)。如1973年發(fā)生的7.9級爐霍地震,再結(jié)合各類地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查報告和流域內(nèi)野外調(diào)查顯示,在沿爐霍-乾寧鮮水河斷裂帶兩側(cè)巖體破碎,有大量地震形成的堆積體古滑坡(四川省地理研究所,1973);同時,也為泥石流提供了豐富的物源。

6 結(jié)語

文章以活動斷裂最強烈的四川甘孜地區(qū)為例,闡述了活動斷裂地質(zhì)災(zāi)害效應(yīng)的主要表現(xiàn)形式和相關(guān)性。獲得如下認識:

(1)川西甘孜地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與活動斷裂關(guān)系密不可分。受活動斷裂形成的特殊地形地貌、山體結(jié)構(gòu)以及動力特征等控制,區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害廣泛分布,形成了強烈的泥石流、滑坡、崩塌等系列地質(zhì)災(zāi)害,同時活動斷裂還控制了主要的地質(zhì)災(zāi)害空間位置和周界。

(2)活動斷裂破碎帶是地質(zhì)災(zāi)害鏈的源頭。區(qū)內(nèi)河谷、陡坡的發(fā)育多數(shù)受活動斷裂的影響,泥石流、滑坡面多與活動斷裂呈大角度相交。當泥石流源區(qū)和流通區(qū)受活動斷裂切割時,產(chǎn)生大量破碎的巖土,增加泥石流松散沉積物儲量,為泥石流提供物源。

(3)活動斷裂兩側(cè)廣泛分布地質(zhì)災(zāi)害,尤其在0～5km范圍內(nèi)發(fā)生頻次高,在主要活動斷裂0～1 km范圍內(nèi)0.095處/km2、1～2 km范圍內(nèi)0.050處/km2、2～5 km范圍內(nèi)0.029處/km2頻發(fā)。不當?shù)娜藶榛顒右渍T發(fā)地質(zhì)災(zāi)害,造成人員傷亡和經(jīng)濟損失。加強沿線的災(zāi)害風險評估工作和危險區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測工作迫在眉睫。

致謝:工作過程中,周榮軍研究員對文章給予指導;甘孜州及各縣應(yīng)急局在野外調(diào)查過程中給予大力支持,華地建設(shè)工程有限公司謝小國、羅兵高級工程師在野外工作中提供大量幫助,審稿專家對本文提出了許多建設(shè)性的修改意見,在此一并表示感謝。