黃河上游德恒隆-鎖子滑坡堵塞黃河事件

郭小花，盧玉東，李小林，孫 政，李重陽 ，張 蓉

1.長安大學環(huán)境科學與工程學院/旱區(qū)地下水與生態(tài)效應教育部重點實驗室，西安 710064 2.青海省環(huán)境地質勘查局，西寧 810007 3.青海工程勘察院，西寧 810016 4.四川地勘局915水文地質工程地質隊，成都 610012

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黃河上游德恒隆-鎖子滑坡堵塞黃河事件

郭小花1，盧玉東1，李小林2，孫 政3，李重陽4，張 蓉1

1.長安大學環(huán)境科學與工程學院/旱區(qū)地下水與生態(tài)效應教育部重點實驗室，西安 710064 2.青海省環(huán)境地質勘查局，西寧 810007 3.青海工程勘察院，西寧 810016 4.四川地勘局915水文地質工程地質隊，成都 610012

黃河上游龍羊峽--劉家峽河段兩岸岸坡形成了眾多殘留體積超過108m3的古巨型滑坡，最大體積近30×108m3，且大部分堵塞過黃河。但部分巨型滑坡至今未有學者進行科學研究，其中包括德恒隆滑坡和鎖子滑坡。結合區(qū)域地質環(huán)境條件，通過對德恒隆-鎖子兩個巨型滑坡基本特征和滑坡堵塞黃河的野外7個地質現(xiàn)象進行分析，并對德恒隆-鎖子滑坡形成機制進行初步探討，認為德恒隆-鎖子滑坡為地震型滑坡，且形成原因與青藏高原8萬 a的構造期有密切關系。通過分析黃河沿岸堰塞湖湖相沉積，認為堰塞湖形成時間為8萬 a左右，這與德恒隆-鎖子滑坡的形成年代一致。因此德恒隆-鎖子滑坡在地震作用下觸發(fā)并堵塞黃河。

黃河上游；巨型滑坡；堰塞湖；地震型滑坡；德恒隆-鎖子滑坡

0 引言

黃河上游由于其特殊的地質地貌、巖土體類型、區(qū)域構造等內外因素形成了眾多大型、特大型甚至巨型滑坡。眾多學者對研究區(qū)的滑坡已做了廣泛的研究，并取得了一定的成就，如：劉漢超等[1]對龍羊峽附近的超固結黏土大型滑坡查納滑坡、龍羊滑坡的形成機制及高速遠程滑坡進行研究，發(fā)現(xiàn)臨界拉裂面深度在滑坡監(jiān)測預報中具有實際意義；李小林等[2-3]通過野外實地考察發(fā)現(xiàn)黃河上游龍羊峽--劉家峽河段多發(fā)育巨型滑坡，并認為黃河上游發(fā)生過滑坡堵塞黃河事件；周保等[4]結合黃河上游拉干峽--寺溝峽段滑坡實際情況，運用GIS進行空間分析認為黃河上游循化、尖扎--群科盆地兩側的低山丘陵區(qū)滑坡發(fā)育集中；周洪福等[5]針對黃河上游堵塞黃河數(shù)百年的大型滑坡戈龍布滑坡進行了成因機制研究，認為其為滑移-拉裂型滑坡，滑坡堵河后曾導致黃河改道；王文俊等[6]針對黃河上游滑坡群的5個典型滑坡進行滑坡機理研究發(fā)現(xiàn),該滑坡群非一次性下滑，而是具有一定時序性；彭建兵[7]認為積石峽沿線的大型、特大型滑坡主要受兩種因素控制，即軟弱結構面尤其是軟弱夾層的形態(tài)及物理力學性質和結構面的組合疊加效應；劉厚健等[8]從區(qū)域地質和邊坡穩(wěn)定等條件入手，剖析了降水對黃河上游查讓東山巨型滑坡形成的重要性；孫延貴[9]對化隆盆地西南部滑坡的主要外營力地質作用分布規(guī)律和化隆盆地新構造應力場特征進行分析后認為，化隆盆地在受到一股順時針剪切力的作用下，沿最易發(fā)生破裂變形的北西--南東和北東--南西兩個方向，產生了較易發(fā)生的河流地質作用，而且在河流發(fā)展到一定程度后，形成了具有一定坡度的邊坡，這個坡度不一定達到發(fā)生深切滑坡的最小坡度，因此在剪切破裂形易發(fā)生的方向上，即區(qū)內北北東--南南西和北東東--南西西兩個方向上發(fā)生大量滑坡。但研究區(qū)內德恒隆巨型滑坡和鎖子巨型滑坡堵塞黃河事件及堰塞湖規(guī)模至今未有詳細的數(shù)據(jù)報道。德恒隆-鎖子滑坡可能為地震型滑坡，且堵塞黃河歷時千年之久，如此巨型的滑坡在全國乃至世界上可謂罕見。筆者將從堰塞湖規(guī)模和堰塞湖堵河的時間跨度進行分析德恒隆-鎖子滑坡堵河事件。

1 區(qū)域地質環(huán)境

德恒隆-鎖子滑坡位于黃河上游積石峽至松巴峽(圖1)。該段隸屬甘肅省西部及青海省東部，橫跨我國兩大地貌階地。中更新世以來，伴隨著青藏高原隆升，地處青藏高原與黃土高原過渡帶內的研究區(qū)構造作用強烈，巖石風化、破碎加強，為區(qū)內巨型滑坡的形成和發(fā)生提供了內動力條件。晚更新世以來，黃河上游龍羊峽至劉家峽河段隨地殼強烈抬升，隆升速率2.3～6.7 mm/a[10]，促使流水切蝕作用加強，侵蝕基準面下降，強烈的黃河流水下切，沿河兩岸斷續(xù)塑造了高達400～920 m的巖土質高陡邊坡。這些坡度多大于40°的高陡邊坡，為區(qū)內巨型滑坡發(fā)育創(chuàng)造了空間條件。 尖扎縣城東黃河左岸的德恒隆滑坡和鎖子滑坡即為黃河上游龍羊峽--劉家峽段眾多滑坡中的兩處巨型滑坡(圖1b中L1和L2)。

a.研究區(qū)地理位置：虛線為青藏高原范圍;小方框即研究區(qū)。b.滑坡斷層和滑坡地理位置：F1.拉脊山北緣斷裂；F2.拉脊山南緣斷裂；F3.野牛山斷裂；F4.德欠寺--阿什貢斷裂；F5.扎馬山斷裂；F6.文都大寺斷裂；F7.剛察寺斷裂；F8.尖扎東斷裂；F9.德恒隆斷裂；F10.循化東斷裂；F11.烏龍溝斷裂；F12.松壩峽斷裂；L1.鎖子滑坡；L2.德恒隆滑坡。c. 德恒隆滑坡、鎖子滑坡的遙感衛(wèi)星圖。圖1 研究區(qū)地理位置及研究區(qū)滑坡地理位置圖Fig.1 Location of Dehenglong landslide and Suozi landslide

2 滑坡基本特征

德恒隆滑坡為老基巖滑坡，位于公伯峽水庫庫尾尖扎縣城東黃河左岸，滑體物質為片麻巖，總殘留體積14.35×108m3。滑坡主滑動方向255°?；麦w殘留體長度左岸約2 150 m，右岸約4 000 m；厚度左岸約120 m，右岸約25 m。滑坡左岸剪出口高程2 040 m，高出現(xiàn)代河水位45 m?；虑熬壎逊e在2 080 m的山坡上，呈拋灑狀，這個特征與2010年玉樹地震活動線發(fā)育的古地震滑坡具有類似點[11]。滑坡前緣微翹，前緣物質呈碎塊，塊狀較小，凌亂無序；中部滑坡物質完整性較后緣差，大部分凌亂?；轮胁繛楝F(xiàn)代黃河岸坡，發(fā)育晚期為再解體型滑坡(圖2)；滑床后緣受控于NNE向斷層，產狀255°∠48°，后緣滑坡物質保持完整，大多反傾，少部分凌亂；滑坡后壁呈圈椅狀，受后期流水侵蝕作用保留較不完整；在其后緣形成反向滑坡湖，湖相沉積厚達30余 m(圖3)?；潞男纬芍饕怯捎诨企w撞擊前緣山體折返，在滑移體后面形成隆崗鼓包和谷地，而谷地長期淤水成湖。

德恒隆滑坡東側緊挨鎖子滑坡。鎖子滑坡殘留體約為21.45×108m3，滑體物質三疊系砂板巖。剪出口高出現(xiàn)代黃河水位約41 m，剪切帶大面積片理化，石英、石膏晶體析出。黃河對岸滑坡物質覆蓋在新近系泥巖之上。

德恒隆-鎖子滑坡后緣整體長度10～15 km，滑體物質堆積于黃河Ⅳ級階地上，部分地段被Ⅳ級階地亞砂土覆蓋，剪出口高出現(xiàn)代河水位39～43 m。兩處滑坡都具有兩個特點：均堵塞過黃河；滑坡后緣都形成有反向地形的滑坡湖。由于德恒隆-鎖子滑坡滑體邊界覆蓋在一起，二者滑坡體交界處已模糊(但從遠處觀察，大致還是能辨別出德恒隆滑坡滑體片麻巖物質與鎖子滑坡滑體砂板巖物質的分界線)；而且從野外地貌推測，德恒隆滑坡和鎖子滑坡應為同期滑坡。因此，筆者將德恒隆滑坡和鎖子滑坡視為一整體滑坡，從而分析巨型滑坡堵塞黃河歷史事件。

圖2 德恒隆-鎖子滑坡及德恒隆滑坡再解體型滑坡Fig.2 Dehenglong-Suozi landslides and relapse of Dehenglong landslide

圖3 德恒隆滑坡滑坡湖Fig.3 Landslide lake of Dehenglong landslide

圖4 鎖子滑坡剪出口的角礫結構Fig.4 Brecciated structure at shear-outlet of Suozi landslide

3 滑坡堵塞黃河證據(jù)

3.1 堰塞湖證據(jù)及其規(guī)模

德恒隆-鎖子滑坡后壁高差約920 m，巨大的勢能使得滑坡下滑后迅速堵塞黃河，以下7點野外地質現(xiàn)象可證明其曾經(jīng)堵塞黃河。

1)從堵塞黃河物質巖性角度來看，德恒隆-鎖子滑坡滑坡物質為三疊系砂板巖和片麻巖，這兩種基巖物質透水性較差，具備堵塞黃河并在很長一段時間內形成壩體而不潰壩的能力，這為堰塞壩的存在提供了物質來源。

2)鎖子滑坡滑坡剪出口剖面上發(fā)現(xiàn)有構造角礫結構(圖4)，可能是由于鎖子滑坡高速下滑過程中摩擦產生巨大熱能造成的，這為滑坡體高速下滑并滑過黃河形成堰塞湖提供了能量證據(jù)。

3)德恒隆滑移體物質為帶斑晶的片麻巖，在德恒隆滑坡對岸也發(fā)現(xiàn)了同樣物質，而該滑坡河對岸沒有帶斑晶片麻巖的物質來源；在德恒隆滑坡對岸的地表上甚至出露了巨大片麻巖，體積達1 m×2 m×1 m(圖5)，應為德恒隆滑坡體滑過黃河的滑移體堆積物。

4)德恒隆滑坡后壁高程為2 940 m，其滑坡后緣滑坡湖的高程為2 226 m，其滑坡剪出口為2 020 m，而河對岸的滑坡體堆積物最高的高程為2 304 m，其各處高程說明德恒隆滑坡可能是以高速運移式進行滑移;并且德恒隆滑坡在高速滑過黃河時，滑體與黃河河水之間壓縮空氣產生了氣墊效應。

圖5 德恒隆滑坡體上的片麻巖(a)和滑坡河對岸的片麻巖(b)Fig.5 Triassic gneiss on the landslide body of Dehenglong (a) and on the other bank of the Yellow River (b)

圖6 李家峽湖相紋泥(a)和群科湖相紋泥(b)Fig.6 Lacustrine sediments in Lijiaxia (a) and Qunke (b)

5)從德恒隆-鎖子滑坡至上游李家峽長達46 km的黃河兩岸都可見146 m不等厚度的堰塞湖湖相沉積，而在德恒隆-鎖子滑坡下游不存在這種湖相沉積(圖6)。分析李家峽峽口和尖扎兩處湖相紋泥的湖底和湖頂高程，兩處湖相紋泥湖頂高程都為2 200 m，李家峽堰塞湖湖相紋泥底部高程為2 050 m，尖扎北堰塞湖湖相紋泥底部高程為2 135 m。

6)古湖岸再造

群科和李家峽兩處都存在古湖岸再造現(xiàn)象(圖7)。古湖岸再造是由于堰塞湖湖面與岸坡之間需維持一個穩(wěn)定的坡腳。當堰塞湖處于低水位時，湖面與岸坡之間存在一個平緩的坡腳，湖水不會對岸坡坡腳有較大的側蝕作用；當湖水處于高水位時，岸坡坡腳較之前低水位的坡腳陡，湖水則以湖面水位為基準面對岸坡進行掏蝕；當與湖面一樣高度的岸坡被掏空時，其上方的岸坡則垮塌，最終形成一個穩(wěn)定的岸坡坡腳，湖水不再對岸坡進行強烈的掏蝕。

7)在一定程度上，尖扎縣黃河三級階地的缺失[2]與德恒隆-鎖子滑坡形成的堰塞湖應有相應的聯(lián)系。由于堰塞湖的存在把尖扎縣黃河三級階地淹沒了，導致現(xiàn)今我們在野外無法找到尖扎縣的黃河三級階地。這亦從側面佐證了堰塞湖的存在。

上述證據(jù)表明:德恒隆-鎖子滑坡高速下滑后曾堵塞過黃河。德恒隆滑坡剪出口2 020 m，滑坡河對岸滑坡物質堆積的最高高程2 316 m，可推測當時堰塞湖的壩高將近300 m。德恒隆-鎖子滑坡整體中部長10 km、滑坡滑距為6 km，可推測當時堰塞湖壩寬約10 km、壩長約6 km、堰塞湖長46 km。

3.2 滑坡堵塞黃河的年代及歷時時間

德恒隆-鎖子滑坡堆積物堆積在Ⅳ級階地上，部分地段被Ⅳ級階地亞砂土覆蓋，說明滑坡發(fā)生的時間與Ⅳ級階地形成的時間相當。趙振明等[12]認為從貴德尼那開始至尖扎洼家灘可能同時受一次構造抬升，而他給出的貴德尼那Ⅳ級階地熱釋光年齡為8萬 a，依此我們推測尖扎盆地的Ⅳ階地年代亦為8萬 a，則推測德恒隆滑坡和鎖子滑坡的發(fā)生年代在8萬 a左右。為獲取德恒隆滑坡的年代，我們對德恒隆滑坡后緣滑坡湖湖相樣品進行光釋光測年，測得德恒隆滑坡發(fā)生年代為 89±8 ka[13]。同時測得鎖子滑坡前緣的剪出口光釋光年代為 71±6 ka[14]。2個滑坡在2個δ范圍內為同期的，滑坡發(fā)生于8萬 a前后，且發(fā)生年代均屬青藏高原間冰期[15]。研究認為當時青藏高原總體溫度要比現(xiàn)在高出3 ℃[16]，但對青藏高原青海湖植被的研究發(fā)現(xiàn)這一時期的氣候可能不是引發(fā)巨型滑坡發(fā)生的主要原因[17]。

尖扎現(xiàn)代黃河水位2 010 m，Ⅳ級階地高出現(xiàn)代河水41 m(2 051 m)，Ⅴ級階地高出現(xiàn)代河水位76 m(2 086 m)(僅局部可見)。Ⅳ、Ⅴ級階地均被湖積紋泥或湖濱相碎石砂礫覆蓋。尖扎李家峽口湖相紋泥頂界高程2 200 m，湖相紋泥底部高程2 054 m，則尖扎湖相紋泥為146 m深。根據(jù)周洪福等[5]對黃河上游戈龍布滑坡堰塞湖紋泥的計算方法，每1 m的層數(shù)平均為114層。而堰塞湖紋泥沉積的層數(shù)與每年的豐水、枯水有關。豐水時期沉積的紋泥粒徑相對粗，沉積的厚度相對厚些；枯水時期沉積的紋泥粒徑相對細，沉積的厚度相對薄些，且大多呈紅色。按照黃河每年有3～4次洪水，則可沉積3～4層紋泥，以此可推測德恒隆-鎖子滑坡堵塞黃河歷時時間為4 161～5 548 a。

4 滑坡形成過程

4.1 滑坡觸發(fā)因素

德恒隆滑坡后緣為德恒隆斷層，產狀255°∠48°；德恒隆滑坡前緣為尖扎東斷層，產狀72°∠65°；二者均為祁連山地塊與西秦嶺地塊邊界斷層派生的NEE向斷層，為活動斷層，1958年5月5日曾發(fā)生過4.5級地震?；掳l(fā)生時的臨界高度約920 m，具備極高的臨空條件?；掳l(fā)生，應與德恒隆斷裂發(fā)生地震有關。在極高的臨空條件下，地震發(fā)生時使德恒隆滑坡后緣沿德恒隆斷裂拉裂，形成推移式高速滑動，并堵塞黃河。

趙振明等[12]和周保等[4]認為研究區(qū)存在8萬a的構造期：貴德盆地內，德欠寺--阿什貢斷裂8.056萬 a的最后一次熱事件誘發(fā)貴德盆地蓆芨灘滑坡首期和阿什貢滑坡(方量分別為8.4×108m3和1.6×108m3)，同時也導致了貴德盆地東端同期阿什貢滑坡南部邊界斷層泥的79.9±0.6 ka熱事件；且在貴德西端尼那下切41 m。循化盆地內：控制性斷層伊黑龍斷裂93±0.5 ka和北部控制性斷層德欠寺-阿什貢斷裂8.056萬 a在循化盆地切出兩級階地，共下切64 m。本文涉及的德恒隆斷層與上述斷裂都屬于扎馬山--文都大寺區(qū)域性祁連山地塊與西秦嶺地塊邊界斷裂分支斷層，而這一邊界斷層在8萬 a前后曾是一個活躍期，德恒隆斷層在8萬 a前后也應經(jīng)歷過地震事件[13]。伴隨一系列中強地震的發(fā)生，強大的附加應力作用也可以觸發(fā)德恒隆巨型滑坡和鎖子巨型滑坡的形成。

4.2 滑坡形成過程分析

綜合上述地質地貌分析，我們可推測德恒隆-鎖子滑坡在發(fā)生之前、發(fā)生時,以及滑坡發(fā)生后的整個過程。

a.滑坡原始結構；b.滑坡發(fā)生時；c.滑坡現(xiàn)狀；d.再解體型滑坡。圖8 滑坡形成過程圖Fig.8 Evolution profiles of the landslides

1)圖8a為德恒隆-鎖子滑坡原始坡體結構圖。研究區(qū)共和運動早期快速下切，切深達到900多m，當時Ⅰ級階地、Ⅱ級階地已形成，即現(xiàn)在的Ⅴ級和Ⅳ級階地。當時黃河水位2 040 m。老基巖山體內部存在兩條斷層，F(xiàn)8尖扎東斷層(72°∠65°)和F9德恒隆斷層(255°∠48°)，二者均為祁連山地塊與西秦嶺地塊邊界斷層派生的NEE向斷層。新近系泥巖和老基巖分別位于F8斷層兩邊。

2)圖8b為7萬～8萬 a前地震發(fā)生時，滑坡后緣沿F9斷層德恒隆斷層錯落下來?；潞缶壴诘潞懵嗔?255°∠48°)作用下，德恒隆滑坡老基巖向東傾斜將近45°。德恒隆滑坡以當時的黃河水位2 040 m為剪出口向西高速滑行?；麦w物質覆蓋在當時的Ⅰ級階地、Ⅱ級階地(現(xiàn)在的Ⅴ級階地和Ⅳ級階地)和新近系泥巖地層上，將黃河堵塞，并形成高300 m、寬10 km、長6 km的堰塞湖堤壩。

3)圖8c為滑坡現(xiàn)狀以及河流階地情況。 德恒隆-鎖子滑坡發(fā)生后，經(jīng)過黃河河水4～5 ka長時間的切割、侵蝕，堰塞湖堤壩最終潰壩?；露逊e物仍分別堆積在兩岸?，F(xiàn)代河水面1 988 m。

4)圖8d為德恒隆滑坡的再次解體型滑坡。堰塞湖潰壩后，黃河水流對德恒隆滑坡坡腳進行侵蝕下切，這一側向剪切作用帶動主滑區(qū)大規(guī)模失穩(wěn)破壞[18]，并從德恒隆滑坡滑體中部切穿，德恒隆滑坡坡體卸載拉裂形成，并于0.7萬～1.0萬 a前后發(fā)生滑動。

5 結語

結合區(qū)域地質環(huán)境和滑坡基本特征，本文從德恒隆-鎖子滑坡堵塞黃河需具備的物質來源、能量、以及堰塞湖湖相沉積等7個野外地質現(xiàn)象論證了德恒隆-鎖子滑坡曾堵塞過黃河，并推算得知：堰塞湖形成年代為8萬a左右，堵塞黃河歷時4 161～5 548 a。堰塞湖湖相沉積厚約146 m；堰塞湖壩體高約300 m，寬約10 km，長約46 km。德恒隆-鎖子滑坡的發(fā)生可能受其后緣德恒隆斷裂應力調整觸發(fā)形成，與青藏高原8萬 a的構造期有關。黃河上游巨型滑坡的堵河事件研究對黃河上游地區(qū)重大工程建設和減災防災具有重要的實際指導意義。

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Event of Block up of Upper Yellow River by Dehenglong-Suozi Landslides

Guo Xiaohua1, Lu Yudong1, Li Xiaolin2, Sun Zheng3, Li Chongyang4, Zhang Rong1

1.KeyLaboratoryofSubsurfaceHydrologyandEcologicalEffectinAridRegionofMinistryofEducation/SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,Chang’anUniversity,Xi’an710064,China2.EnvironmentalGeologicalProspectingBureauofQinghaiProvince,Xining810007，China3.EngineeringInvestigationInstituteofQinghaiProvince,Xining810016,China4.HydrologyandEngineeringGeologyDepartment915,GeologicalInvestigationInstitutionofSichuanProvince,Chengdu610012,China

Giant landslides (1×108m3) are common along the upper Yellow River from Longyang Gorge to Liujia Gorge. The largest one on record reached 30×108m3, which had ever blocked and dammed the Yellow River. The study on the mechanism of giant landslides along the upper Yellow River would be important for construction engineering and countermeasures to prevent from any undesirable events. The author analyzed seven geological occurrences, and concluded that Dehenglong landslide and Suozi landslide occurred during 70-80 ka. They were triggered by an earthquake and dammed up the Yellow River at that time. They had a close relationship with the tectonic movement in Qinghai-Tibetan Plateau before ca. 80 ka, which is evidenced by the existence of the dammed lakes caused by Dehenglong-Suozi landslides.

the upper Yellow River; giant landslides; dammed lake; earthquake-triggered landslides; Dehenglong-Suozi landslides

10.13278/j.cnki.jjuese.201506202.

2014-02-21

國家自然科學基金項目(41172168)

郭小花(1986--)，女，博士研究生，主要從事地質工程工作，E-mail:cocofish1986@qq.com

李小林(1958--)，男，教授級高級工程師，主要從事水文地質、工程地質、災害地質方面的研究，E-mail:lxl906@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201506202

P642.23

A

郭小花，盧玉東，李小林，等.黃河上游德恒隆-鎖子滑坡堵塞黃河事件.吉林大學學報:地球科學版,2015,45(6):1789-1797.

Guo Xiaohua, Lu Yudong, Li Xiaolin,et al.Event of Block up of Upper Yellow River by Dehenglong-Suozi Landslides.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(6):1789-1797.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201506202.