“8.3”魯?shù)榈卣鸺t石巖堰塞湖崩塌成因

李石橋，郭俊華，楊曉雨，李創(chuàng)造，陳祥喜

（1.中國人民武裝警察部隊黃金第十二支隊，成都 610036；2.中國人民武裝警察部隊黃金第三總隊，成都 610036 3.中國人民武裝警察部隊黃金第十支隊，昆明 650000）

2014年8月3日16時30分，云南省昭通市魯?shù)榭h（北緯27.1度，東經(jīng)103.3度）發(fā)生6.5級地震，震源深度12 k m，截至2014年8月8日15時，地震共造成617人死亡，112人失蹤，3 143人受傷，22.97萬人緊急轉(zhuǎn)移安置。同時，地震誘發(fā)了大量滑坡、崩塌、泥石流，對災(zāi)區(qū)人民生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。位于魯?shù)榭h與巧家縣之間的火德紅鄉(xiāng)李家山紅石巖電站取水壩處附近的一座山體崩塌，形成長度超過1 000 m，頂部寬約300 m，高度約100 m，總方量約1×107m3的堆石壩，堵塞了牛欄江，導(dǎo)致河水?dāng)嗔?，形成堰塞湖。?月6日，上游蓄水量達(dá)到5.1×107m3。直接威脅著下游沿江的魯?shù)?、巧家、昭陽三縣（區(qū)）10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、3萬余人以及下游牛欄江干流天花板、黃角樹等水電站安全。8月12日，武警水電部隊在堰頂開挖了一條長753 m，頂寬30 m，底寬5 m，深8 m的泄流槽，基本排除了堰塞湖險情。

1 崩塌區(qū)基本地質(zhì)條件

崩塌區(qū)所在牛欄江是金沙江右岸一級支流，是本次震中魯?shù)榭h與會澤縣、巧家縣行政分界線，該江在堰塞湖區(qū)（魯?shù)榭h火德紅、龍頭山境內(nèi)）平均比降8.7‰，屬深切高山峽谷地貌，植被覆蓋較好（圖1），區(qū)內(nèi)山頂絕對高程2 200 m，與河谷相對高差1 100 m。

圖1 紅石巖堰塞湖影像圖（據(jù)國家測繪地理信息局2014年8月4日）

區(qū)內(nèi)地層由老到新為：中奧陶統(tǒng)上巧家組（O2q）、中泥盆統(tǒng)曲靖組 （D2q）、第四系 （Q4）。

（1）中奧陶統(tǒng)上巧家組（O2q）為中厚層砂泥巖，砂狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。主要分布于河谷下部山坡，多在河岸形成陡坡，坡度為50°～60°。該巖層層理清晰，傾向坡內(nèi)，右岸巖層產(chǎn)狀：15°∠22°。巖層節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體較完整穩(wěn)固。

（2）中泥盆統(tǒng)曲靖組（D2q）為白云質(zhì)灰?guī)r，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要分布于河谷兩岸中上部，灰色，表層風(fēng)化成黃褐色，巖石致密堅硬，受構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，在地下水及地表風(fēng)化影響下，巖石易破碎，右岸巖層產(chǎn)狀：10°∠40°，白云質(zhì)灰?guī)r形成懸崖，高約100～300 m。

（3）第四系（Q4）殘坡積層主要分布于山頂及河谷兩側(cè)的上部緩坡平臺及斜坡下部平臺附近。主要成分為含碎塊石粉質(zhì)粘土、碎塊石等，總體上顏色多為紅色，碎塊石成分為白云質(zhì)灰?guī)r、砂泥巖等，棱角狀及次棱角狀，分選性及磨圓度差，粒徑一般為10～30 cm，含量約占25%～35%，局部可見直徑達(dá)1 m左右的塊石。

值得注意的是，區(qū)內(nèi)中泥盆統(tǒng)曲靖組白云質(zhì)灰?guī)r與下部中奧陶統(tǒng)上巧家組（O2q）中厚層砂泥巖屬不整合接觸，二者中間為薄層軟弱夾層，是崩塌體形成的天然切割面。

區(qū)內(nèi)褶皺及構(gòu)造發(fā)育，褶皺為紅石巖背斜，軸線方向N W40°，構(gòu)造為紅石巖逆斷層，斷層面產(chǎn)狀100°∠65°。同時受斷裂影響，發(fā)育一處溫泉，目前已被堰塞湖淹沒。區(qū)內(nèi)位于紅石巖背斜核部（圖2），河谷兩側(cè)巖層對稱出露，其中，中泥盆統(tǒng)曲靖組白云質(zhì)灰?guī)r與下伏中奧陶統(tǒng)上巧家組中厚層砂泥巖呈不整合接觸。受褶皺及構(gòu)造影響，巖層擠壓作用明顯，切割深度較大，垂直斷距1 000 m以上。右岸白云質(zhì)灰?guī)r裂隙發(fā)育，巖石破碎，風(fēng)化作用強(qiáng)烈，裂隙面產(chǎn)狀為①335°∠72°、②65°∠60°、③320°∠80°，其中320°∠80°是崩塌危巖的主控裂隙。巖層脫離母體后多以碎塊石土出露于陡斜坡上部的緩坡地帶，為崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的形成儲備了大量的物質(zhì)。下伏砂泥巖節(jié)理裂隙不甚發(fā)育，僅見兩條縱向裂隙，整體上穩(wěn)固性較好。

圖2 牛欄江紅石巖區(qū)域構(gòu)造綱要圖（據(jù)1∶5萬地質(zhì)構(gòu)造圖G－48－27－D（龍頭山幅）1989修編）

本次地震發(fā)生于區(qū)域內(nèi)西側(cè)的北東向西魚河－昭通斷裂附近，震源機(jī)制結(jié)果顯示為走滑型破裂，由于牛欄江區(qū)域內(nèi)褶皺及斷裂發(fā)育，又緊靠發(fā)震斷裂，強(qiáng)烈的地震活動誘發(fā)了牛欄江兩側(cè)斜坡一系列的崩塌群，最終形成了紅石巖堰塞湖。

2 崩塌體發(fā)育特征

區(qū)內(nèi)崩塌主要發(fā)育在河谷右岸，在平面上總體順牛欄江呈條帶狀分布，長度近850 m。崩塌發(fā)生后，區(qū)內(nèi)斜坡上部形成明顯后緣陡壁，壁高200～300 m，崩塌堆積體則以巨大方量堵塞牛欄江，形成約100 m高的堰塞壩，壩體在平面上呈梯形，左岸坡度約為20°～30°，右側(cè)坡度為15°～25°。

區(qū)內(nèi)原地形坡度40°～70°，地形較陡，崩塌后，形成25°～30°的堆積地形。崩塌體物質(zhì)主要為灰色白云質(zhì)灰?guī)r（D2q），以塊石為主，含量占60%以上，塊石平均粒徑為2 m×3 m×4 m，最大粒徑為3.5 m×4.5 m×10 m，堆積體較為松散，大塊石多具架空現(xiàn)象。另由于崩塌體在下滑過程中，對下伏泥巖的鏟刮作用，故堆積體中可見泥砂巖。

對堰塞壩調(diào)查分析表明，其壩體土石堆積坡度小于其自然休止角，且主要由塊石組成，后期崩滑可能性較小，因此在該堰塞壩開挖泄流后，對壩體進(jìn)行必要加固處理，并加強(qiáng)監(jiān)測后，可作為一個風(fēng)景區(qū)或改建水電站使用。

概括起來，紅石巖堰塞湖崩塌群具有如下發(fā)育特征：（1）受區(qū)內(nèi)白云質(zhì)灰?guī)r陡傾裂隙控制，崩塌后壁較陡，坡度一般70°以上；（2）崩塌主要受構(gòu)造及風(fēng)化節(jié)理裂隙影響，厚度較大；（3）受白云質(zhì)灰?guī)r巖性控制，分塊特征很明顯，以大塊巖石居多；（4）崩塌后原始地形坡度變化不大；（5）運動方式以滾落為主，雖然總體方向具有一致性，但各塊石的速度、方向差異性較為明顯（圖3）。

3 崩塌體形成過程分析

根據(jù)本次現(xiàn)場調(diào)查與理論分析，崩塌體變形演化與研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)及河谷下切過程中地質(zhì)體時效演化密不可分，最終形成現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害的地質(zhì)力學(xué)模式為壓致蠕變－拉裂－傾倒型，其演化的歷史過程可劃分為3個階段。

（1）初始階段（A）：斜坡體上的白云質(zhì)灰?guī)r與下伏的中奧陶統(tǒng)砂泥巖初始為平行不整合接觸，接觸面傾向330°左右，傾角35°左右（圖4（A））。

圖3 紅石巖堰塞湖斜坡剖面示意圖及堆積體全景圖

（2）卸荷回彈陡立裂縫形成階段（B）：由于區(qū)內(nèi)強(qiáng)烈的褶皺構(gòu)造活動，地殼上升，河流下切，在形成高陡斜坡的過程中，區(qū)內(nèi)白云質(zhì)灰?guī)r產(chǎn)生卸荷回彈，在斜坡附近形成一系列的與斜坡近乎平行的拉張裂隙，在風(fēng)化作用與地下水的雙重作用下，裂隙不斷擴(kuò)大（圖4B）。

（3）壓致蠕變－拉裂－傾倒階段（C）：由于上覆白云質(zhì)灰?guī)r致密堅硬，重力大，在與下伏的砂泥巖接觸中（二者中間還有一層軟弱層，接觸破碎帶），軟弱層產(chǎn)生壓縮變形，其上覆白云巖也產(chǎn)生變形，并逐漸形成拉張裂縫，在重力、風(fēng)化、地下水乃至地震等外力作用下，最終產(chǎn)生傾倒變形破壞，并最終發(fā)生崩塌災(zāi)害（圖4（C））。

事實表明，地震是觸發(fā)牛欄江堰塞體崩塌的主要原因，而其中連續(xù)幾天的強(qiáng)降雨加重了崩塌程度。具體分析其影響原因如下：

（1）場地條件。區(qū)內(nèi)地形地貌復(fù)雜，兩側(cè)為高山峽谷地形，坡度較陡，崩塌區(qū)危巖陡崖段高約100～200 m，坡度一般為70°～80°，巖體近似直立，且危巖前部具有臨空面，是崩塌形成的內(nèi)部條件之一。

（2）地質(zhì)構(gòu)造條件。崩塌區(qū)位于紅石巖背斜的北翼，受構(gòu)造作用的影響，基巖的構(gòu)造節(jié)理發(fā)育，巖體較為破碎，據(jù)野外地面調(diào)查，區(qū)內(nèi)白云質(zhì)灰?guī)r卸荷裂隙發(fā)育，裂隙多沿陡崖后部呈帶狀分布，貫通性較好，其相互切割與層面組合形成危巖塊體。

圖4 斜坡形成演化圖

（3）表生風(fēng)化及水的作用，加速了危巖體的形成。風(fēng)化作用加速了危巖體裂隙的擴(kuò)展，裂面強(qiáng)度降低，差異風(fēng)化使巖體局部形成凹腔巖穴，促進(jìn)了覆巖體在自重作用下發(fā)生破壞失穩(wěn)。區(qū)內(nèi)白云質(zhì)灰?guī)r在水溶蝕作用下，其溶蝕裂隙較為發(fā)育，地表水通過裂隙向坡下排泄，地下水在排泄過程中擠入裂隙，并形成一定壓力的水流，并逐步將坡體沿主要的構(gòu)造裂縫“楔裂”、“撕開”，因此，在地下水和雨水的聯(lián)合作用下，使邊坡上潛在的危巖體更容易失穩(wěn)。

（4）地震作用。魯?shù)椤?.03”地震強(qiáng)大的水平作用為危巖崩塌提供了外部動力，直接誘發(fā)了本次特大的紅石巖崩塌，也進(jìn)一步形成新的危巖體。

4 結(jié)論及建議

對紅石巖堰塞湖崩塌堆積體應(yīng)急調(diào)查采用了資料收集、無人機(jī)測繪、實地調(diào)查等手段，大致查明區(qū)內(nèi)斜坡的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件以及地質(zhì)災(zāi)害體分布、規(guī)模、穩(wěn)定狀況和發(fā)展趨勢等。

（1）牛欄江紅石巖堰塞體位于魯?shù)榭h、巧家縣交接處，區(qū)內(nèi)斜坡較陡，地形坡度一般為30°～50°，堰塞體附近右岸坡度約50°～70°，局部地段形成陡崖，區(qū)內(nèi)高程1 100～2 200 m，相對高差為1 100 m。危巖帶長約850 m，巖體分布高程為1 700～1 950 m，相對高差約250 m。

（2）崩塌群長約600 m，高約100～150 m，崩積物崩落高度約600～700 m，崩塌堆積體厚度約100 m，崩塌堆積體體積約為1×107m3，為特大型崩塌堆積體。

（3）崩塌群主要由地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造條件、表生風(fēng)化及水的作用、地震作用等作用形成的，具有崩塌后壁較陡，坡度一般70°以上，厚度較大，分塊特征明顯，以大塊白云質(zhì)灰?guī)r巖石居多，崩塌后原始地形坡度變化不大等發(fā)育特征。

（4）建議對紅石巖崩塌群進(jìn)行詳細(xì)勘查，綜合治理崩塌群和堰塞湖。并制定相應(yīng)的防災(zāi)預(yù)案，劃定危險區(qū)范圍，設(shè)立地質(zhì)災(zāi)害危險區(qū)警示標(biāo)志，一出現(xiàn)險情立即啟動。

（5）由于本次為地震災(zāi)害應(yīng)急調(diào)查，時間緊，未利用工程手段進(jìn)行勘查，資料也未能收集齊全，得出結(jié)論較為粗略，其結(jié)果僅供參考。

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