甘肅武都馬槽溝泥石流松散物源分析

趙玉紅

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050)

甘肅省隴南地區(qū)是我國泥石流發(fā)育最集中、危害性最大的地區(qū)之一，而其中的馬槽溝又是武都北峪河流域內(nèi)發(fā)育特征最為典型的一條泥石流溝。馬槽溝位于隴南市武都區(qū)北峪河南岸，主溝長4.8 km，流域面積12.61 km，流域內(nèi)沖溝發(fā)育，深切溝谷，比較典型的沖溝有紅溝、沿房子溝和橋子溝等。馬槽溝地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，土體結(jié)構(gòu)松散、基巖風(fēng)化強(qiáng)烈，深切溝谷兩側(cè)滑坡發(fā)育、松散物儲(chǔ)量豐富，泥石流災(zāi)害活動(dòng)頻繁，危害嚴(yán)重。2008年“5.12汶川”大地震，松動(dòng)了流域內(nèi)巖土體，誘發(fā)了部分滑坡復(fù)活，增加了區(qū)域內(nèi)泥石流松散物儲(chǔ)量。針對這種情況，在2009年9月對馬槽溝流域進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，調(diào)查顯示流域內(nèi)豐富的松散物源不僅與溝岸兩側(cè)不同規(guī)?；?、崩塌體有關(guān)，而且與流域所處地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地質(zhì)、構(gòu)造條件

研究區(qū)在大地構(gòu)造上屬于西秦嶺—柴達(dá)木單元次級單元西傾山—迭山逆沖褶斷帶，次級構(gòu)造復(fù)雜多變，由一系列向南突出的弧形斷裂和復(fù)合式背斜組成。馬槽溝流域出露的地層主要有志留系、古近系及第四系(圖1)。

志留系下統(tǒng)(S1):分布于流域上游郭楞崗－張陰山一帶，以千枚巖、炭質(zhì)板巖為主，呈灰色、灰黑色，受區(qū)域構(gòu)造影響，巖石撓曲、裂隙、錯(cuò)斷非常發(fā)育，風(fēng)化強(qiáng)烈，巖石風(fēng)化面多為5～10 cm的片石。

志留系中統(tǒng)(S2):主要為變質(zhì)灰?guī)r、片麻巖，巖石結(jié)構(gòu)較完整，呈弱風(fēng)化。分布于劉家山、下愣干一帶。

古近系(E):分布于馬槽溝流域中下游，為泥巖、泥質(zhì)砂巖，呈紫紅色，層狀構(gòu)造，巖石遇水易膨脹軟化，失水干縮，因而表面風(fēng)化強(qiáng)烈，為泥石流重要物源。

圖1 馬槽溝環(huán)境地質(zhì)圖

第四系(Q):研究區(qū)第四系地層成因復(fù)雜，結(jié)構(gòu)松散，是泥石流的主要物源。

深黃、淺紅色，以粉土為主，質(zhì)硬。主要分布在流域下游黃土梁峁上，厚度變化較大，一般在5～120m之間。

分布在泥巖、千枚巖、板巖等易風(fēng)化地層坡腳，呈裙?fàn)罘植?，厚?～10m不等，松散，是泥石流固體物質(zhì)來源之一。

重力堆積物主要沿溝谷兩岸分布，類型有滑塌、崩塌、錯(cuò)落等，結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)不均勻，黃土陷穴發(fā)育，坡面破碎。在強(qiáng)降雨、地震作用下易發(fā)生次級滑坡、崩塌、錯(cuò)落等不良地質(zhì)現(xiàn)象，是區(qū)內(nèi)泥石流形成的主要物源。

泥石流堆積物分布馬槽溝溝口，呈灰色，青灰色，呈錐形堆積。主要成分為泥巖團(tuán)塊，塊石，砂及泥土等，分選性差，磨圓度多呈棱角狀，塊石含量約15%，砂含量約30%，泥土含量55%左右。

全新統(tǒng)河流沖洪積物主要分布在馬槽溝溝谷中，呈灰色，棕紅色，結(jié)構(gòu)松散，碎石含量約40%，分選性差，呈棱角－次棱角狀。

1.2 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地震

受青藏構(gòu)造帶和武都弧形構(gòu)造的控制，白龍江流域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地震活動(dòng)十分強(qiáng)烈，新生代以來處于長期上升過程中，主要表現(xiàn)為差異升降運(yùn)動(dòng)，形成高山、深谷的地貌，如白龍江河谷形成了八級階地，高差達(dá)350m，馬槽溝深切200m。在多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中馬槽溝流域各類巖體也遭受了各種地質(zhì)作用的長期累進(jìn)性破壞，巖土體松散破碎。

隴南地區(qū)地處南北地震帶中段天水—武都地震帶，并受鄰近松潘—平武地震帶的強(qiáng)烈影響，屬地震多發(fā)區(qū)，其地震烈度為Ⅷ度。僅史料記載的7級以上地震就達(dá)16次，2006年臨江地震曾引發(fā)馬槽溝左岸崩塌，2008年“5·12”汶川地震更是引發(fā)多處滑坡、崩塌，僅馬槽溝流域內(nèi)發(fā)生中型滑坡3處，小型滑坡10處，溝岸小型崩塌不計(jì)其數(shù)。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地震為泥石流形成提供了源源不斷的物質(zhì)來源。

1.3 地形地貌

馬槽溝流域地勢為南高北低的階梯形地貌，最大高差980m;流域形態(tài)呈南寬北窄的三角形狀，其地形總體上屬高山深谷、地形陡竣、溝壑縱橫，這種地形既有利于接受周圍山坡的松散物質(zhì)，也有利于降雨集中匯流，具備了泥石流溝的地貌形態(tài)特點(diǎn)。

馬槽溝溝谷縱坡坡降也充分顯示出泥石流的特征，坡降上游大、下游小。流域平均縱坡5.4%，而從七叉溝、劉家溝兩支溝匯合處朝上，縱坡可達(dá)26.8%;而上游一些小溝谷的縱坡更是達(dá)到35%或以上。相對而言，下游段溝床的縱坡卻只有3% ～5%，堆積扇處僅2.5%。

馬槽溝地形的另一特點(diǎn)是谷坡陡竣，野外實(shí)地調(diào)查表明，由滑坡、崩塌等形成的松散物質(zhì)坡度(松散狀態(tài))為30～38°;較緊密的基巖山坡可達(dá)45～50°?？傮w上，這些邊坡多處于不穩(wěn)定或極不穩(wěn)定狀態(tài)，每當(dāng)溝床下切而形成溯深侵蝕時(shí)，溝谷兩側(cè)誘發(fā)不同規(guī)模的滑坡、崩塌，而這些溝段也是馬槽溝泥石流的主要形成區(qū)。

2 松散物源類型及特征

2.1 泥石流松散物質(zhì)分類

馬槽溝泥石流松散物質(zhì)按照成因可分為四種:(1)構(gòu)造破碎基巖;(2)風(fēng)化破碎泥巖;(3)原生黃土;(4)重力侵蝕崩滑體。

2.1.1 構(gòu)造破碎基巖

如前所述的廣泛分布于馬槽溝溝谷上游郭楞崗－張陰山一帶兩側(cè)山坡內(nèi)的薄層炭質(zhì)板巖，由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地展及后期風(fēng)化作用，這種板巖呈典型的散體結(jié)構(gòu)，并以粒徑不等的碎塊和巖屑為組成成分，一般大小3～6 cm，個(gè)別為10～15 cm。該類物源在坡面沖刷或因沖溝溯源侵蝕而導(dǎo)致的滑坍后，將直接補(bǔ)給泥石流，也是馬槽溝流域內(nèi)最主耍的松散物源成分，約占整個(gè)泥石流補(bǔ)給的15%。

2.1.2 風(fēng)化破碎泥巖

分布于馬槽溝流域中下游，巖性為泥巖、砂質(zhì)泥質(zhì)，層狀構(gòu)造，巖石遇水易膨脹軟化，失水干縮，因而表面風(fēng)化強(qiáng)烈。以1～3 cm碎石及0.05～2 mm巖屑為主，該類物源在坡面沖刷下直接補(bǔ)給泥石流，約占泥石流補(bǔ)給的10%。

2.2.3 黃土

分布于主、支溝山坡上部或分水嶺及其鄰近地帶，厚度變化較大，一般在5～120m之間。該類松散土層總體上具一定的固結(jié)度，以粉質(zhì)粘土為主，也以坡面沖刷和滑坍方式補(bǔ)給泥石流，約占整個(gè)泥石流補(bǔ)給的5%。

2.1.4 重力侵蝕堆積物

馬槽溝溝谷兩岸長4.8 km發(fā)育滑坡17處，其中巨型滑坡2處，大型滑坡13處，中型滑坡2處，次生小型崩滑體不計(jì)其數(shù)，此類土體表現(xiàn)在一次泥石流形成時(shí)，以對其側(cè)蝕切割的方式呈塊狀納入泥石流，塊石大小不等。此外溝谷平緩處堆積泥石流堆積土，在泥石流的沖刷作用下卷入泥石流?？傮w上看，該類松散物源約占整個(gè)泥石流補(bǔ)給的70%。

2.2 不同松散物源對泥石流的補(bǔ)給方式

針對上述分析結(jié)果，流域內(nèi)松散物源對泥石流補(bǔ)給主要表現(xiàn)為以下三種形式:(1)降雨坡面沖刷;(2)滑坡、崩塌(3)流體沖刷。

2.2.1 降雨坡面沖刷

這是流域內(nèi)所有松散物源轉(zhuǎn)化成泥石流最為普遍的一種方式，一般以片流、散流侵蝕為主，其條件是土層松散、裸露和強(qiáng)烈風(fēng)化。這種方式補(bǔ)給的區(qū)域主要是黃土覆蓋區(qū)、炭質(zhì)板巖區(qū)、泥巖區(qū)?？傮w上看，流域內(nèi)以這種方式補(bǔ)給泥石流的松散物質(zhì)方量是比較大的，預(yù)計(jì)約占泥石流總補(bǔ)給量的30%。

2.2.2 滑坡、崩塌

這是流域內(nèi)松散物質(zhì)轉(zhuǎn)化成泥石流的主要方式，主要是以塊石型松散物像為代表的失穩(wěn)轉(zhuǎn)化方式，溝岸坡體在泥石流側(cè)蝕過程中，因底部失去支撐而形成滑坡、崩塌。馬槽溝泥石流與溝岸滑坡、崩塌是相互作用，相互影響的，每一次暴發(fā)泥石流流體對山體坡腳的強(qiáng)烈掏蝕后，以及各支溝在每一次洪流形成的溯潭侵蝕過程中，即會(huì)導(dǎo)致山坡發(fā)生滑坡或滑坍?；?、崩塌形成的大量堆積物除部分直接進(jìn)入泥石流外，絕大部分堆于坡腳，又為下次泥石流暴發(fā)提供了充足的物源。整個(gè)馬槽溝流域泥石流的暴發(fā)和沖溝深切都是在這種周而復(fù)始的循環(huán)中進(jìn)行的，預(yù)計(jì)以此方式補(bǔ)給泥石流方量約占總補(bǔ)給量的65%。

2.2.3 流體沖刷

主要是指分布于溝道內(nèi)次生的泥石流堆積碎石土，顯然這種泥石流堆積碎石土的起動(dòng)方式(即流體沖刷)與溝床縱坡坡降、泥石流的沖擊能量以及堆積碎石土本身的抗剪強(qiáng)度等有關(guān)。一般情況下，溝床縱坡坡降大時(shí)，流體沖刷相對要更發(fā)育一些。預(yù)計(jì)以此方式補(bǔ)償泥石流方量約占總補(bǔ)給量的5%。

3 松散物源量估算

3.1 重力侵蝕松散物

圖2 馬槽溝滑坡分布圖

由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，武都地區(qū)總體隆升，溝谷發(fā)育，切割深度200m，在黃土梁峁區(qū)溝谷切穿上部黃土，深入下伏更新世或第三紀(jì)地層，黃土易沿接觸面附近下滑，而在侵蝕中高山區(qū)溝谷切斷軟弱巖層造成山體的蠕滑。因而馬槽溝流域滑坡及滑坡群多達(dá)17處之多，其中巨型滑坡2處，大型滑坡13處，中型滑坡2處，滑坡堆積體總量1 068萬m3(圖2)。

3.2 坡面松散物

依據(jù)野外調(diào)查情況馬槽溝兩側(cè)坡面出露基巖主要為泥巖、板巖、千枚巖，表面極為松散，泥石流溝坡面松散物質(zhì)補(bǔ)給來源，泥石流溝坡面可搬運(yùn)松散物質(zhì)厚度平均20 cm左右。馬槽溝坡面補(bǔ)給區(qū)面積為3.47 km2，溝坡松散物質(zhì)儲(chǔ)量為 69.4 ×104m3。

3.3 溝道松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量

上世紀(jì)九十年代修建7座攔擋壩有效的穩(wěn)固馬槽溝溝道部分松散物進(jìn)，目前溝道松散物集中分布在已建攔擋壩JB1下游段及已建攔擋壩JB6、JB9上游段，溝道松散物儲(chǔ)量計(jì)算見表1。

表1 馬槽溝溝道松散固體儲(chǔ)量表

溝道松散物總量為1.18×104m3。

馬槽溝流域各種松散堆積物總量為1 140×104m3，單位面積儲(chǔ)量為90.48×104m3/km2(表2)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了形成泥石流所需要的松散物質(zhì)儲(chǔ)量。

表2 馬槽溝固體松散物質(zhì)儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

(1)馬槽溝流域松散物質(zhì)從成因上，可分成構(gòu)造破碎巖、風(fēng)化破碎泥巖、原生黃土及重力侵蝕堆積物。

(2)流域松散物質(zhì)對泥石流的補(bǔ)給方式表現(xiàn)為降雨坡面沖刷、崩塌、滑坡(坍)、流體沖刷等，但主要以滑坡(坍)和流體沖刷為主。

(3)馬槽溝的泥石流的形成發(fā)展過程實(shí)際是各溝谷的溯源侵蝕過程，而這種溯源侵蝕造成大量的滑坡、崩塌，為泥石流的形成提供了豐富的物質(zhì)來源;泥石流形成后沖刷溝岸，造成溝岸坡腳失穩(wěn)，引發(fā)大量的滑坡、崩塌堆積物，為泥石流的再次爆發(fā)提供物源。

［1］劉心彪，郭富赟等.甘肅武都馬槽溝滑坡、崩塌、泥石流治理工程勘察報(bào)告［R］.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院.2009，9.

［2］劉心彪.甘肅馬槽溝滑坡特征及其治理對策［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2011，22(1):22—25.