三峽庫區(qū)作輯托背斜和巴東斷裂與滑坡類型的關(guān)系

王孔偉，趙小明，鄧成進(jìn)，張 帆

1.武漢大學(xué)水利水電學(xué)院，武漢 430072

2.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002

3.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430205

4.中國水電顧問集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院，西安 710065

0 前言

有關(guān)作輯托背斜以及巴東斜坡的成因前人有過若干論述，但都局限于各自的研究領(lǐng)域［1－3］。從基礎(chǔ)地質(zhì)角度認(rèn)為作輯托背斜為一滑脫式褶皺［4－5］，從災(zāi)害地質(zhì)和第四系角度認(rèn)為巴東斜坡為一錯(cuò)落體［6］；很少有人從基礎(chǔ)地質(zhì)研究入手，特別是從構(gòu)造地質(zhì)角度入手去探討該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的成因機(jī)理，對構(gòu)造特征與滑坡之間的因果關(guān)系及相同局部構(gòu)造上多個(gè)個(gè)體滑坡之間的因果關(guān)系研究很少。大型滑坡發(fā)生與區(qū)域構(gòu)造分區(qū)、局部構(gòu)造類型相關(guān)［7－8］，這種相關(guān)性不僅僅體現(xiàn)于對單個(gè)滑坡的控制，更深層次在于對整體岸坡帶演化規(guī)律、個(gè)體滑坡演化之間因果關(guān)系的控制上。

滑坡的形成與多種因素有關(guān)，這些因素可以劃分為兩類：第一類為地質(zhì)環(huán)境因素，對于滑坡來說這是內(nèi)在因素（先天因素），包括新老構(gòu)造條件以及巖性條件等，對于位于相同局部構(gòu)造和相同新構(gòu)造活動(dòng)區(qū)域上（巖性條件基本一致）的不同滑坡個(gè)體而言存在成因聯(lián)系；第二類為觸發(fā)因素，包括外動(dòng)力地質(zhì)因素（河流切割、卸荷等）、降雨、地震等，主要涉及岸坡破壞點(diǎn)的選擇問題。先天因素的研究是基礎(chǔ)，即把受相同局部構(gòu)造控制的、位于相同新構(gòu)造活動(dòng)區(qū)域的多個(gè)滑坡個(gè)體分布帶作為整體研究，建立分布帶內(nèi)部滑坡個(gè)體之間在成因機(jī)理、演化特征上的關(guān)系，是筆者所要探討的主要問題。

鄂西地區(qū)為大巴山-大洪山弧形構(gòu)造組成部分以及其影響區(qū)域，該地區(qū)具體構(gòu)造形式對于巴東縣一帶滑坡成因機(jī)理研究有著重要影響。通過對巴東-秭歸一帶野外勘察，研究該地區(qū)褶皺構(gòu)造形式，認(rèn)為鄂西地區(qū)構(gòu)造形式也是一種薄皮構(gòu)造（斷層傳播褶皺），作輯托背斜屬于此類構(gòu)造形式，該種構(gòu)造形式控制該區(qū)滑坡群形成演化過程（圖1）。

圖1 作輯托背斜區(qū)域構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structural outline map of Zuojituo anticline

1 作輯托背斜的基本特征

作輯托背斜西起巴東縣楠木園村，向東一直延伸到老巴東縣舊縣城黃土坡滑坡東側(cè)，向長江傾伏消亡，背斜軸線為近東西向，背斜核部出露的最古老地層為古生界志留系和泥盆系，兩翼為石炭系、二疊系以及中生代三疊系。

沿作輯托背斜由長江切割形成兩個(gè)滑坡聚集區(qū)，分別為作輯托滑坡聚集區(qū)和巴東斜坡滑坡聚集區(qū)。其整體構(gòu)造特征如圖1所示。

通過楠木園、石寨-老屋場、金竹園3條地質(zhì)路線測繪研究表明，作輯托背斜為一非對稱性背斜：

1）整體看來，作輯托背斜并不是一個(gè)簡單背斜，北翼靠近核部產(chǎn)狀發(fā)生轉(zhuǎn)變，控制坡體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，由順向坡結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪蚱陆Y(jié)構(gòu)。向長江方向巖層產(chǎn)狀350°∠43°，往高處巖層轉(zhuǎn)變傾向坡內(nèi)，產(chǎn)狀155°∠5°，巖性為薄層灰?guī)r，發(fā)育垂直巖層密集的節(jié)理構(gòu)造（圖2）。

圖2 作輯托背斜核部特征Fig.2 Core of anticline about Zuojituo anticline

2）作輯托背斜北翼相對簡單，巖層產(chǎn)狀為0°～9°∠29°～48°，巖性為二疊紀(jì)薄層灰?guī)r，多發(fā)育層間節(jié)理構(gòu)造，在層面上發(fā)育擦痕，顯示上層面相對下層面向上運(yùn)動(dòng)。在灰?guī)r中間出現(xiàn)的泥頁巖層，其間發(fā)育揉皺現(xiàn)象，在薄層灰?guī)r中見到大量膝折褶皺和尖棱褶皺，表明順層滑動(dòng)作用明顯。

3）南翼較為復(fù)雜，產(chǎn)狀變化大，多處形成膝折狀彎曲，整體上具有上緩、中陡向下又變緩的特征，褶皺的樞紐傾伏向?yàn)镋。作輯托背斜南翼靠近褶皺核部附近地方，巖層產(chǎn)狀170°∠85°，甚至直立，層間揉皺現(xiàn)象發(fā)育，整體上看南翼明顯比北翼陡。

4）在背斜的核部附近，發(fā)育兩條斷層：F1斷層，產(chǎn)狀為350°∠68°，觀察該斷裂帶寬度為20m，主要為張性角礫巖，產(chǎn)出部位為北翼與轉(zhuǎn)折端產(chǎn)狀變化處，也就是巖層傾向發(fā)生變化的部位，由褶皺的膝折帶轉(zhuǎn)化而來，目前表現(xiàn)為正斷層；野外勘察，越過野火溪溝谷后巖層產(chǎn)狀發(fā)生根本性變化，由350°∠38°轉(zhuǎn)變?yōu)?90°∠10°，相當(dāng)于走過了F1斷層位置。F2斷層為走滑正斷層，斷層產(chǎn)狀0°∠80°，存在寬約20m的變形帶；該斷層的形成機(jī)理與F1斷層類似，但其規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于F1斷層，并且具有走滑性質(zhì)，一直延伸至長江對岸，并控制紅石梁滑坡體的右邊界，目前表現(xiàn)為一大深溝（當(dāng)?shù)厝私幸坏罍希?/p>

總之，作輯托背斜為一不對稱褶皺，具有斷層相關(guān)褶皺中斷層傳播褶皺的特征［9－10］，其地質(zhì)模式如圖3所示。

圖3 作輯托背斜地質(zhì)模式Fig.3 Geological model about Zuojituo anticline

2 作輯托背斜與滑坡類型的關(guān)系

作輯托背斜的基本形態(tài)特征以及長江河谷的切割形式?jīng)Q定了該區(qū)的滑坡類型和破壞模式。

作輯托背斜作為斷層傳播褶皺，其形成過程決定了其后期可能的破壞形式。斷層傳播褶皺在形成過程中，下盤斷坪以上的地層全部卷入層間滑移運(yùn)動(dòng)，形成了大量層間剪切帶，后期滑坡的滑帶可以借助這些剪切帶形成；同時(shí)與層間滑動(dòng)相伴生，在上盤斷坪與斷坡部位巖層中產(chǎn)生順層和層間剪切裂隙，加劇了巖石破碎，后期卸荷裂隙往往就是借助于層間裂隙發(fā)展而形成，在下盤斷坪及斷坡一側(cè)層間滑動(dòng)作用強(qiáng)烈，變形劇烈。從這一點(diǎn)認(rèn)識(shí)出發(fā)，可以很好地解釋該區(qū)滑坡大多發(fā)育于背斜緩傾斜一翼的現(xiàn)象。也就是說，上盤斷坪與斷坡的過渡區(qū)是發(fā)生滑坡的集中部位，同時(shí)也為后期岸坡中大量存在的切割面、拉裂面的形成發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

長江切割作輯托背斜形成兩個(gè)楔形區(qū)域以及兩個(gè)滑坡聚集區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域內(nèi)滑坡類型和規(guī)模變化是有規(guī)律的，與切割局部構(gòu)造的部位相關(guān)（圖4）。

圖4 作輯托背斜與滑坡群關(guān)系Fig.4 Relationship about landslide group and Zuojituo anticline

2.1 楠木園崩滑體

楠木園崩滑體位于該楔形區(qū)域的最西部，作輯托背斜的北翼，長江右岸；整體表現(xiàn)為一順向坡結(jié)構(gòu)，處于岸坡中坡長最長的部位，崩滑體總方量為60×104m3。在其周圍未破壞基巖中普遍發(fā)育重力背斜構(gòu)造，表明楠木園崩滑體的破壞過程與重力背斜相關(guān)，同時(shí)在局部地段也觀察到這種破壞過程（圖5）。

對于重力背斜破壞過程，根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查及前人的一些模型試驗(yàn)［11－12］，可將其形成演變過程分為以下3個(gè)階段：

輕微滑移彎曲隆起階段 在早期河流下切、順層河谷邊坡逐漸形成過程中，由于原巖應(yīng)力的釋放，坡體應(yīng)力重新調(diào)整，并在坡體表部一定范圍內(nèi)形成強(qiáng)烈卸荷帶。在重力和其他一些荷載作用下，薄板狀的巖層沿層間擠壓帶啟開，表現(xiàn)為沿巖層傾向方向發(fā)生輕微差異性層間錯(cuò)動(dòng)。由于坡腳附近變形無臨空條件，差異性層間錯(cuò)動(dòng)受阻，因而在坡腳上部巖層發(fā)生輕微彎曲隆起變形，局部出現(xiàn)微弱的架空現(xiàn)象（圖6a）。

強(qiáng)烈滑移彎曲、剪裂面形成階段 隨著巖層的蠕變，滑移彎曲變形進(jìn)一步加劇，彎曲的巖層形成類似褶曲的彎曲形態(tài)。淺表部巖層發(fā)生明顯的層間差異錯(cuò)動(dòng)，后緣拉裂，一并在局部地段形成拉裂陷落帶。坡體前緣巖層發(fā)生強(qiáng)烈彎曲隆起變形并在巖層之間出現(xiàn)架空等現(xiàn)象。在此階段的滑移彎曲變形過程中，伴隨著在最大彎曲的“波峰”處巖層折斷，局部壓碎，出現(xiàn)一組反傾坡內(nèi)的鋸齒狀剪裂面。同時(shí)，位于根部的“波谷”處巖層也發(fā)生折斷，由于其應(yīng)力集中程度比“波峰”處大，巖層折斷的同時(shí)還出現(xiàn)明顯的壓碎而發(fā)生剪切屈服，并形成一組與“波峰”處相似的、基本連續(xù)的剪裂面。上述兩組剪裂面在形成過程中與順層滑移面逐漸貫通（圖6b、c）。

滑動(dòng)破壞階段 從前面兩階段結(jié)果可以看出，在坡腳附近出現(xiàn)了兩組潛在的剪切破裂面。當(dāng)邊坡體變形進(jìn)一步加劇，順層滑移面與上述兩組剪裂面完全貫通，則會(huì)發(fā)生滑坡。在滑坡的形成過程中，滑體沿“波峰”處，即上部的剪裂帶滑出，滑坡的規(guī)模相對較小；當(dāng)滑坡沿巖層根部“波谷”處的剪裂帶滑出時(shí)，滑坡規(guī)模加大。當(dāng)滑體下滑，同時(shí)或不同步的沿兩個(gè)順層擠壓帶下滑并貫通下部張裂隙時(shí)，可形成具有兩組以上滑面的滑坡，或在不同步的情況下形成主、次滑坡體（圖6d）。

重力背斜形成在相同的地質(zhì)背景條件下，主要取決于臨界坡長和坡角的變化，同時(shí)與巖層單層厚度相關(guān)［13－14］，所謂臨界坡長就是產(chǎn)生重力背斜的最短坡長。重力背斜的形成在其他地質(zhì)條件相同的情況下與坡角和坡長關(guān)系密切，楠木園崩滑體和作輯托崩滑體所處局部構(gòu)造位置相同，巖性特征一致，巖層傾角和坡角基本相同，但是坡長相差巨大，破壞形式發(fā)生了變化。

圖5 楠木園崩滑體周邊發(fā)育的重力背斜構(gòu)造及局部破壞形式Fig.5 Gravity anticline and local slope failure aroud Nanmyuan slump mass

圖6 重力背斜的形成及破壞機(jī)理Fig.6 Disruptive mechanism and forming process about gravity anticline

2.2 作輯托崩滑體

作輯托崩滑體位于該楔形區(qū)域西部，靠近楠木園崩滑體，作輯托背斜的北翼靠近轉(zhuǎn)折端處，順向坡與反向坡結(jié)合部位。相比楠木園崩滑體而言，坡長明顯縮短，由于沒有達(dá)到形成重力背斜形成的臨界坡長，所以作輯托崩滑體整體表現(xiàn)出崩塌滑坡的破壞特征（圖7）。從圖7可以看出，作輯托背斜前部為一順向坡結(jié)構(gòu)，巖層傾角大于坡角，具有形成重力背斜的基本地質(zhì)條件，由于沒有達(dá)到臨界坡長，順向坡結(jié)構(gòu)中并不存在重力背斜構(gòu)造，坡體相對穩(wěn)定。該滑坡后部巖層傾向發(fā)生改變，形成反向坡結(jié)構(gòu)，由于位于斷層轉(zhuǎn)換褶皺上，斷坡靠近背斜核部附近節(jié)理發(fā)育，巖體破壞之后形成的崩塌體堆積于順向坡坡體上構(gòu)成崩滑堆積體。在反向坡部位，作輯托崩滑體的周圍仍然存在著大量的傾倒變形體。

圖7 作輯托崩滑體與作輯托背斜關(guān)系Fig.7 Relationship of Zuojituo slump mass and Zuojituo anticline

2.3 曹家坪崩滑體、楊家朋崩滑體

曹家坪、楊家朋崩滑體位于該滑坡群的中部，由于長江切割方向的改變，曹家坪、楊家朋崩滑體處于作輯托背斜的南翼靠近核部的部位，巖層產(chǎn)狀近直立（170°∠85°），巖性為薄層深灰色灰?guī)r，其中在薄層灰?guī)r中疊加有明顯的膝折構(gòu)造現(xiàn)象。

曹家坪、楊家朋崩滑體已經(jīng)轉(zhuǎn)到作輯托背斜的南翼靠近褶皺核部附近，這一點(diǎn)從曹家坪、楊家朋崩滑體的整體特征就可以看出，曹家坪、楊家朋崩滑體受作輯托背斜南翼陡傾角地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制，與作輯托崩滑體特征不同（圖8）。

2.4 下坪沱崩滑體、鏈子溪崩滑體

下坪沱崩滑體、鏈子溪崩滑體位于該滑坡群的最東邊，長江切割方向轉(zhuǎn)向東北，構(gòu)成順向坡－斜向坡結(jié)構(gòu)，并在斜坡上形成以殘積物為主體的第四紀(jì)堆積物，形成順向堆積體滑坡和順層基巖滑坡，形成該滑坡群中規(guī)模最大的下坪沱崩滑體。

通過以上研究表明，該滑坡群滑坡類型從西向東發(fā)生變化，由順向重力背斜形成的切層滑坡-反向坡－順向坡結(jié)合形成的崩塌堆積型滑坡-陡傾反向坡結(jié)構(gòu)形成的堆積體滑坡-順向坡－斜向破結(jié)構(gòu)形成的滑坡。這種變化與作輯托背斜形態(tài)特征相關(guān)聯(lián)（所有滑坡皆位于上盤斷坡附近），也與長江切割作輯托背斜不同部位相關(guān)聯(lián)，顯示出斜坡體破壞規(guī)模在空間演化上具有一定的方向性：從東西兩個(gè)方向向中部發(fā)展（圖9，表1）。

表1 作輯托滑坡群特征Table1 Feature about Zuojituo landslide group

圖9 滑坡群演化方向示意圖Fig.9 Schematic diagram about landslide group evolutionary process

3 巴東斷裂的基本特征

巴東斷裂位于巴東新縣城的后部，產(chǎn)狀20°∠60°～75°，在畝田灣公路旁發(fā)育寬度為100m的斷層破碎帶，主要為張性角礫巖帶和擠壓片理化帶，內(nèi)部存在小斷層，斷層面為Tj（嘉陵江組）與Tb（巴東組）分界層面，向下部斷層傾角有變緩的趨勢（圖10）。

圖10 巴東斷裂畝田灣處素描圖Fig.10 Sketch map about Badong fault in Mutianwan

沿畝田灣向溝里走，可見到大量的斷裂構(gòu)造巖及局部斷層面，局部斷層面產(chǎn)狀30°∠60°，其中構(gòu)造巖包括擠壓透鏡體、擠壓型斷層角礫巖等（圖11）。從斷裂帶內(nèi)構(gòu)造巖類型看，巴東斷裂具有多期活動(dòng)特征，先期表現(xiàn)為擠壓型斷裂（逆斷層），后期表現(xiàn)為張性斷裂（正斷層），后期活動(dòng)時(shí)間和強(qiáng)度對該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的分布特征具有控制作用。

圖11 巴東斷裂內(nèi)部構(gòu)造巖及斷層面Fig.11 Tectonite and fault surface in Badong fault

野外地質(zhì)調(diào)查研究表明，巴東斷裂的形成與層間剪切帶密切相關(guān)：在巴東斷裂的上盤普遍發(fā)育次一級的疊加褶皺，疊加褶皺主要發(fā)育于T2b3中。褶皺總體走向?yàn)檩S向N20°-30°E，在作輯托背斜的北翼T2b3地層中形成相對緊閉的背斜構(gòu)造和相對寬緩的向斜構(gòu)造（圖12），褶皺的形成過程表現(xiàn)為沿T2j與T2b層面的斷層傳播褶皺，在此基礎(chǔ)上形成了巴東斷層帶第一個(gè)活動(dòng)階段（逆斷層活動(dòng)階段）（圖13）。同時(shí)層間劈理構(gòu)造發(fā)育，甚至將層理構(gòu)造掩蓋，表明層間滑動(dòng)強(qiáng)烈。巴東斷裂正斷層是在前期逆斷層的基礎(chǔ)上，反向活動(dòng)形成，也就是反轉(zhuǎn)構(gòu)造。

圖12 巴東縣涼水河大橋?qū)崪y地質(zhì)剖面Fig.12 Measured geologic section in Liangshuihe bridge of Badong County

圖13 巴東斷裂活動(dòng)階段示意圖Fig.13 Schematic diagram about mobility of Badong fault

4 巴東斷裂與滑坡類型的關(guān)系

巴東斷裂反轉(zhuǎn)構(gòu)造活動(dòng)階段對該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的分布和演化具有控制作用，主要表現(xiàn)為：1）巴東斷層正斷層活動(dòng)階段（反轉(zhuǎn)構(gòu)造活動(dòng)階段）的活動(dòng)性強(qiáng)弱控制著地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模。巴東斷層正斷層活動(dòng)階段主要表現(xiàn)為由西、東兩個(gè)方向向中部斷距逐漸變小，最東端為著名的黃土坡滑坡，最西部為趙樹嶺滑坡。地質(zhì)災(zāi)害的成災(zāi)機(jī)理主要表現(xiàn)為逆斷層反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2）預(yù)示著地質(zhì)災(zāi)害演化方向同樣表現(xiàn)為由西、東兩個(gè)方向向中部逐漸擴(kuò)展的過程（圖14，表2）。

圖14 巴東斷裂活動(dòng)強(qiáng)度與滑坡規(guī)模關(guān)系Fig.14 Relationship about mobility of Badong fault and landslide size

表2 巴東斜坡滑坡群特征Table2 Feature about Badong slope landslide group

5 結(jié)論

1）地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生以及演化過程與地質(zhì)環(huán)境密切相關(guān)，特別是與所處地區(qū)的局部構(gòu)造地質(zhì)條件具有成生聯(lián)系，這種關(guān)系不是簡單的滑坡個(gè)體之間差異，而是體現(xiàn)于群體之間的關(guān)系：位于同一群體內(nèi)部的滑坡個(gè)體之間存在必然聯(lián)系，具有一定的演化方向；不同群體之間滑坡演化規(guī)律不可對比，相比前人研究成果而言，這種關(guān)系可能更為復(fù)雜。

2）同時(shí)受局部構(gòu)造樣式影響，在局部地段庫岸的演化具有一定的方向性，或者說地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生及擴(kuò)展具有一定的方向性；這種演化規(guī)律與局部構(gòu)造樣式以及河流切割局部構(gòu)造形式密切相關(guān)，有利于理清地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理。

3）對研究區(qū)而言，滑坡的形成與作輯托背斜的構(gòu)造形式以及巴東斷裂的反轉(zhuǎn)活動(dòng)密切相關(guān)，同時(shí)也與長江切割局部構(gòu)造位置相聯(lián)系，使滑坡類型發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)在岸坡演化上，表現(xiàn)出岸坡的破壞發(fā)展空間演化過程具有很強(qiáng)的方向性。

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