則木河斷裂帶古地震滑坡研究*

郭 乾，李渝生，黃青松，王 磊，葉 松

（1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川成都610059；2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室，四川成都610059；3.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川成都610059）

則木河斷裂帶古地震滑坡研究*

郭 乾1，李渝生2，黃青松1，王 磊3，葉 松1

（1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川成都610059；2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室，四川成都610059；3.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川成都610059）

研究發(fā)現(xiàn)在地震較為平靜的則木河斷裂帶中段，分布有數(shù)個上億立方米的超大型山體滑坡，這些滑坡均沿斷裂帶分布、規(guī)模巨大，具有高速遠(yuǎn)程碎屑流等地震滑坡特征，應(yīng)是強(qiáng)烈古地震所觸發(fā)。離散元數(shù)值模擬分析顯示，在該特定的斜坡巖體力學(xué)條件下，高速遠(yuǎn)程碎屑流啟動的臨界加速度應(yīng)該不低于1.6 g，與此相對應(yīng)的地震烈度不低于Ⅺ度。進(jìn)一步的研究證實，大型古地震滑坡的形成時代在一級階地形成之前、二級階地形成之后，距今約1～2萬年左右。這表明全新世初期是則木河斷裂帶中段活動性極為強(qiáng)烈的時期。我們認(rèn)為，大規(guī)模古地震滑坡集中分布且地震活動相對較平靜的斷裂帶中段，目前極有可能正處于構(gòu)造應(yīng)力的積累過程，是否是未來強(qiáng)烈地震的潛在震源部位，應(yīng)予以重視。

則木河；斷裂帶；古地震；滑坡；碎屑流

在青藏高原東部邊緣向云貴高原及四川盆地急劇轉(zhuǎn)變的構(gòu)造－地形梯度帶，發(fā)育有一組由鮮水河斷裂－安寧河斷裂－則木河斷裂－小江斷裂構(gòu)成的大規(guī)模左旋走滑型地殼斷裂體系（圖1）。作為該斷裂體系中貫通安寧河斷裂與小江斷裂之間的則木河斷裂，具有十分特殊的地震－構(gòu)造意義［1－4］。任金衛(wèi)通過對則木河斷裂帶歷史誘發(fā)強(qiáng)震時間間隔的研究，近似得出了晚更新世和全新世時期強(qiáng)震重復(fù)周期［5］；黃祖智等根據(jù)則木河斷裂帶誘發(fā)地震研究了斷裂帶新活動性和應(yīng)力活動方式［6］；杜平山根據(jù)則木河斷裂不同時期地貌單元的水平錯動位移及分布范圍，近似得出了則木河斷裂帶各次級剪切斷層的滑動速率［7］；張崇立等根據(jù)則木河斷裂帶各段的垂直位移差異性對斷裂帶的活動性進(jìn)行了探討［8］。迄今為止，對于沿則木河斷裂帶發(fā)育的古地震滑坡地質(zhì)災(zāi)害情況，尚缺乏系統(tǒng)性的研究。

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，在則木河斷裂帶歷史地震極為平靜的中段蕎窩－普格－松新區(qū)段，分布有數(shù)個上億立方米的超大型山體滑坡，而歷史地震較為活躍的區(qū)段卻鮮見大型崩滑地質(zhì)災(zāi)害。如何解讀這樣一個極為特殊的山地災(zāi)害現(xiàn)象，是本文研究的核心問題。

1 則木河斷裂帶的地殼動力學(xué)特征

則木河斷裂帶由5條呈左階雁列式展布的次級斷層組成，分別為李金堡斷層（F1）、大箐斷層（F2）、扯扯街?jǐn)鄬樱‵3）、松新斷層（F4）以及大同斷層（F5）。［7］，總體走向NNW30°，傾角較陡（在55°～80°），延伸長度約130 km［9］。斷裂帶北端左旋切錯SN走向的安寧河斷裂，南端交于近SN向小江斷裂（圖1）。

1.1 斷裂新活動特征

（1）新活動性的地質(zhì)特征

則木河斷裂帶自晚更新世以來的新活動性極為明顯，斷裂錯斷不同時期形成的水系以及第四系堆積物，留下較為明顯的錯斷痕跡，如扯扯街?jǐn)鄬樱‵3）在普格園藝場至蕎窩段，左旋錯段向斜軸達(dá)13.1 km［7］。

寧南縣松新鎮(zhèn)碧窩村斷裂帶露頭觀察到該斷裂新活動的基本特征（圖2、圖3）。斷裂帶寬度超過30 m，至少包括6條次級斷面，物質(zhì)組成主要為片狀構(gòu)造巖、構(gòu)造巖片及斷層泥。斷裂帶強(qiáng)烈擾動晚更新世沖洪積層，早期表現(xiàn)為斷裂正斷錯動Q3沖積層下部；晚近期逆斷錯動晚更新世末期卵石層及上部全新世（Q4）初期灰白色粉土層達(dá)2.50 m，在強(qiáng)烈碳化的錯動面上，清晰地觀察到擦痕產(chǎn)狀NW∠40°（圖4）。據(jù)此分析，晚近期斷裂帶力學(xué)性質(zhì)總體上表現(xiàn)出左旋走滑兼具壓性逆沖。

圖1 鮮水河－安寧河－則木河－小江地殼斷裂體系

圖2 則木河斷裂帶松新鎮(zhèn)南側(cè)右岸露頭全貌

圖3 松新鎮(zhèn)碧窩村破碎帶露頭剖面圖

（2）歷史平均滑動速率

圖4 碳化泥質(zhì)斷面上的斜向擦痕

根據(jù)晚更新世早期形成的水系被錯斷的位移以及14C樣品的測年齡數(shù)據(jù)推算，自晚更新世以來斷裂帶活動性最強(qiáng)部位在北端大菁附近（F2），歷史平均滑動速率高達(dá)12.32 mm／a，其次是北段扯扯街附近（F3），歷史平均滑動速率為8.98 mm／a（表1）［7］，向南滑動速率逐漸降低（圖5）。

根據(jù)晚更新世晚期形成的水系被錯斷的位移以及14C樣品的測年齡數(shù)據(jù)推算，全新世以來斷裂帶活動強(qiáng)度相對于晚更新世明顯減弱，活動性最為強(qiáng)烈的部位的仍在大箐附近，歷史平均滑動速率達(dá)到7.90 mm／a（表1）［7］，向南滑動速率逐漸降低（圖5）。

圖5 則木河斷裂帶歷史平均水平滑動速率

1.2 斷裂帶的地震活動特征

（1）地震活動的時間序列

根據(jù)中國地震臺網(wǎng)M≥4.0級地震目錄（表2），自有記載以來，歷史地震活動分為三個階段。

表1 則木河斷裂帶各次級斷層晚更新世以來左旋位移及歷史平均滑動速率

表2 則木河斷裂帶M≥4.0地震目錄

（2）地震活動的空間分布特征

則木河斷裂帶M≥6.0強(qiáng)震活動分布在斷裂帶的北段與安寧河斷裂相切錯部位，4.0～6.0級中－強(qiáng)震則主要集中在斷裂帶的南端與小江斷裂相交部位（圖6）。由此可見，地震活動最為突出的特征是歷史較強(qiáng)地震活動主要發(fā)生在斷裂帶南、北兩端，中段蕎窩－普格－松新段在有歷史記載以來未發(fā)生強(qiáng)烈地震。

2 古地震滑坡

2.1 古地震滑坡的鑒別標(biāo)志

發(fā)生于2008年5月12日的汶川8.0級地震，給我們提供了一個可資參考的研究案例。這次地震觸發(fā)了一系列規(guī)模巨大的山地災(zāi)害事件［10］，表現(xiàn)出一系列與非地震環(huán)境下地質(zhì)災(zāi)害迥然不同的特征［11］，某些現(xiàn)象和問題超出了人們之前的認(rèn)知范疇?；谶@些研究成果，我們將可用于鑒別古地震滑坡的地質(zhì)標(biāo)志，歸納為以下幾方面：

（1）大型地震滑坡主要分布在斷裂帶上盤約5.0 km范圍的狹長地帶［12－14］；

（2）滑坡體具有以高速、遠(yuǎn)程碎屑流為主要特征的超強(qiáng)動力特性［15－16］；

（3）在地震強(qiáng)動力條件下，高陡的巖質(zhì)邊坡（尤其是彈性性能較強(qiáng)的巖體）相對于松散堆積體邊坡更易發(fā)生大規(guī)模失穩(wěn)破壞［17］；

（4）巖體破壞機(jī)制既可以受結(jié)構(gòu)面控制，也可不受其控制而以強(qiáng)力“拉張－潰屈”破壞為主［18］。

2.2 蕎窩古地震滑坡群的發(fā)育特征

據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查和遙感解譯，大型古地震滑坡集中分布在蕎窩鎮(zhèn)－松新鎮(zhèn)附近的斷裂帶中段（圖6），斷裂帶NW及SE段僅有較小規(guī)模的滑坡分布。最為典型的古地震滑坡是分布在蕎窩附近的大型古地震滑坡群。

圖6 則木河斷裂歷史地震及古地震滑坡分布圖

斷裂帶中段蕎窩鎮(zhèn)西側(cè)則木河右岸分布有一個由四個大型滑坡體組成的古地震滑坡群（圖7、圖8），其中最為典型的是大漕河滑坡（圖7中A部分及圖9）。該滑坡的發(fā)育特征主要表現(xiàn)在以下幾方面：

圖7 蕎窩古地震滑坡群

圖8 蕎窩古地震滑坡群平面圖

圖9 大漕河古地震滑坡全貌

（1）斜坡巖體結(jié)構(gòu)特征

斜坡由巖為三疊系上統(tǒng)白果灣組（T3bg）長石石英砂巖、粉砂巖、泥巖、頁巖夾泥灰?guī)r、炭質(zhì)頁巖及煤線構(gòu)成。巖層產(chǎn)狀338°／NE∠51°，地質(zhì)結(jié)構(gòu)為層狀順向坡?；媸芴抠|(zhì)頁巖層面控制（圖10及圖11）。則木河斷裂帶切過河床右岸。

（2）滑坡堆積體的結(jié)構(gòu)特征

滑坡體總體積約1.51億m3，由角礫、巖屑、巖粉以及粉土與少量完全解體的塊石混雜堆積構(gòu)成（圖12），具有高速碎屑流堆積特征。

（3）滑體的高速遠(yuǎn)程運(yùn)移特征

圖10 大漕河滑坡剖面圖

圖11 后緣滑壁（T3bg炭質(zhì)頁巖層面）

圖12 滑坡堆積體物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

滑坡體在強(qiáng)大的動力最用下，最大運(yùn)移距離超過1.4 km（圖8及圖10），曾短暫堵塞河床，現(xiàn)仍可見堆積于左岸的前緣碎屑流的殘余堆積體。

（4）巖體變形破壞的力學(xué)機(jī)制

斜坡巖體在地震強(qiáng)動荷載作用下，沿炭質(zhì)頁巖層面發(fā)生順層滑動－根部剪（折）斷崩滑潰屈破壞，隨即強(qiáng)大的動力加速度作用下形成高速碎屑流運(yùn)動，前端運(yùn)移至則木河左岸。

2.3 高速遠(yuǎn)程碎屑流動力學(xué)過程的數(shù)值模擬分析

基于“拉格朗日”算法的UDEC離散元數(shù)值分析程序，適于分析非連續(xù)塊體介質(zhì)（裂隙性巖體）在動荷載作用下的動力響應(yīng)，能夠較直觀地模擬塊體系統(tǒng)的變形和大位移。

大漕河滑坡動力學(xué)過程的離散元數(shù)值模擬分析成果顯示（圖13），在Ⅹ－Ⅺ度強(qiáng)震動荷載（峰值加速度1.6 g）持續(xù)作用10 s時，山體的整體失穩(wěn)破壞開始啟動并迅即解體為碎屑流，此時塊體運(yùn)移的啟動速度計算值為51.93 m／s。碎屑流持續(xù)運(yùn)移30 s后抵達(dá)溝谷對岸，運(yùn)動受到阻礙向上仰沖爬坡，運(yùn)動距離超過1 500 m。數(shù)值模擬結(jié)果與實際情況基本吻合。由此可以推斷，在該斜坡巖體力學(xué)環(huán)境下，高速遠(yuǎn)程碎屑流啟動的臨界加速度應(yīng)該不低于1.6 g，與此相對應(yīng)的地震烈度不低于Ⅹ度。

圖13 地震時程30 s時的塊體位移情況（離散元數(shù)值模擬）

3 分析與討論

（1）大型古滑坡的成因及斷裂動力學(xué)問題

上述分析及研究成果表明，分布于則木河斷裂帶中段、以蕎窩滑坡群為典型代表的大型古滑坡，具有沿斷裂帶分布、規(guī)模巨大、高速遠(yuǎn)程碎屑流等極為明顯的地震滑坡特征。顯然這些大型古滑坡均是為強(qiáng)烈的古地震所觸發(fā)。

歷史地震頻繁發(fā)生的斷裂帶北段和南段，之所以沒有觸發(fā)大型地震滑坡事件，主要是因為人類歷史記載以來的地震強(qiáng)度不足以觸發(fā)大型地質(zhì)災(zāi)害事件。根據(jù)我們對汶川地震滑坡的研究（諸如大光包滑坡、文家溝滑坡以及東河口滑坡等），觸發(fā)大型山地災(zāi)害事件的地震強(qiáng)度均在Ⅺ度以上，地震峰值加速度均在1.5 g以上。顯然，則木河斷裂帶歷史地震頻繁發(fā)生的斷裂帶北段和南段的地震強(qiáng)度遠(yuǎn)達(dá)不到此量級，而斷裂帶中段之所以發(fā)育分布有諸多大型地震滑坡，恰說明該段在人類記載以前曾發(fā)生過Ⅺ度以上強(qiáng)烈地震。闡明這一點，對于研究則木河斷裂帶潛在的地震危險性是極為重要的。

（2）古地震滑坡的形成時代問題

地質(zhì)調(diào)查證實，則木河發(fā)育有較為穩(wěn)定的Ⅰ～Ⅲ級階地。然而滑坡分布的段河道范圍內(nèi)卻僅發(fā)育Ⅰ級階地，缺失Ⅱ級以上階地。進(jìn)步的分析研究發(fā)現(xiàn)，則木河左岸仍殘留有大量的滑體前端堆積塊碎石。該河段范圍內(nèi)的Ⅰ級階地及河床卵石等近代沖積層，均疊置于滑坡堆積體之上。根據(jù)這些地質(zhì)現(xiàn)象不難推斷，該古滑坡群形成時代應(yīng)在Ⅰ級階地形成之前、Ⅱ級形成之后，距今約1～2萬年左右的晚更新世末期至全新世初期。這個時期應(yīng)是則木河斷裂帶中段活動性極為強(qiáng)烈的時期。

（3）斷裂帶構(gòu)造應(yīng)力積累問題

我們非常關(guān)注這樣一個問題，自公元625年以來，則木河斷裂帶的歷史較強(qiáng)地震活動幾乎均發(fā)生在斷裂帶NW及SE兩段，中段蕎窩－普格－松新區(qū)域在有歷史記載以來很少發(fā)生強(qiáng)烈地震，而該段在全新世初期地震活動卻十分強(qiáng)烈，地震烈度應(yīng)不低于Ⅹ度。這是否預(yù)示著，歷史地震異常平靜的斷裂帶中段目前正處于構(gòu)造應(yīng)力逐漸積累的過程。事實上，在蕎窩古滑坡群內(nèi)清晰可見斷層擾動滑坡堆積體（圖14）。

圖14 則木河斷裂擾動古滑坡堆積體

4 結(jié)論

（1）我們的研究首次發(fā)現(xiàn)，沿則木河斷裂帶中段分布有數(shù)個超大型古滑坡堆積體。這些滑坡均具有沿斷裂帶分布、規(guī)模巨大、高速遠(yuǎn)程碎屑流等極為明顯的地震滑坡特征，其成因應(yīng)為地震觸發(fā)。

（2）大規(guī)模古地震滑坡集中分布且歷史地震相對較平靜的斷裂帶中段，目前極有可能正處于構(gòu)造應(yīng)力的積累過程，有可能是未來強(qiáng)烈地震的潛在震源部位。則木河斷裂帶不同區(qū)段歷史地震與古地震活動的差異性，是斷裂活動的分段性和周期性特征的具體表現(xiàn)。這一推論對于研究則木河斷裂帶強(qiáng)震復(fù)發(fā)周期具有一定的科學(xué)價值。

（3）近年來的研究證實，根據(jù)大型碎屑流古滑坡分析古地震震中位置，對于分析探討斷裂帶潛在的地震危險性問題，是一個值得重視技術(shù)途徑。除了則木河斷裂帶以外，我們在青藏高原東部其它活動性斷裂帶也有相近的研究成果。

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Historical Seism ic Landslide of Zemu River Fault Zone

Guo Qian1，Li Yusheng2，Huang Qingsong1，Wang Lei3and Ye Song1
（1．Environmental and Civil Engineering College，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2．State Key Laboratory of Geo-hazard Prevention and Geo-environment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；3．College of Earth Sciences，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Study found that in the relatively calm earthquake belt Zemuhe fault，several billion cubic meters of large landslides are distributed，which have characteristics of seismic landslide debris flows like distributing along the fault zone，large scale，with high speed remote debris flow，and so on.Therefore these landslides should have been triggered by strong ancient earthquakes.Bases on analysis of discrete element numerical simulation，the initiate critical acceleration of high speed debris flow is not lower than 1.6g，and the corresponding seismic intensity is not lower thanⅪdegree in this special rock mechanics.With the further investigation，the huge landslides happened before first terrace formed and after the second terrace formed，when is between one thousand and two thousand years.It demonstrates the early Holocene is the periods when Zemuhe fault zone＇s new activity is strong extremely.We believe that the fault＇smiddle partwith few strong earthquakesmay be in the process of tectonic stress＇s accumulation gradually，where huge seismic landslides are located.It indicateswhether themiddle of the fault is the potential earthquake focus，which we should paymore attention to.

Zemu river；fault zone；historical earthquake；landslide；debris flow

P315.2；X43

A

1000－811X（2014）02－0182－06

10.3969／j.issn.1000－811X.2014.02.034

郭乾，李渝生，黃青松，等.則木河斷裂帶古地震滑坡研究［J］.災(zāi)害學(xué)，2014，29（2）：182－187.［Guo Qian，Li Yusheng，Huang Qingsong，et al.Historical Seismic Landslide of Zemu River Fault Zone［J］.Journal of Catastrophology，2014，29（2）：182－187.］

2013－10－12

2013－12－09

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查工作項目“強(qiáng)震條件下斜坡動力響應(yīng)及成災(zāi)機(jī)理研究”（12120113009700）；“西南地區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定性研究與城鎮(zhèn)地震地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價”（SKLGP20102001）

郭乾（1987－），男，四川遂寧人，碩士研究生，主要從事地質(zhì)災(zāi)害方面的研究工作.E-mail：422275936＠qq.com

李渝生（1956－），男，四川成都人，教授，主要從事地質(zhì)災(zāi)害與區(qū)域穩(wěn)定性方面的研究工作.E-mail：liyusheng＠cdut.cn