攀西黑水河流域北部地區(qū)崩塌與滑坡分布規(guī)律

李源亮，任光明，黃細超，楊 磊，范榮全

(1.成都理工大學 地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 610059；2.四川省地質調查院 遙感中心，成都 610081；3.四川省電力公司，成都 610041)

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攀西黑水河流域北部地區(qū)崩塌與滑坡分布規(guī)律

李源亮1，任光明1，黃細超1，楊 磊2，范榮全3

(1.成都理工大學 地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 610059；2.四川省地質調查院 遙感中心，成都 610081；3.四川省電力公司，成都 610041)

攀西黑水河流域北部地區(qū)是我國地質災害高易發(fā)地區(qū)。為深入研究該地區(qū)崩塌、滑坡災害發(fā)育規(guī)律，基于現場調查和高精度遙感影像崩塌、滑坡解譯，借助ArcGIS平臺強大的空間分析能力，研究區(qū)內崩塌、滑坡的分布規(guī)律。主要成果與結論為：① 研究區(qū)共發(fā)育崩塌76個，滑坡487個，93.4%的滑坡分布于10°～40°斜坡范圍內, 47.4%的崩塌發(fā)育于40°～50°斜坡；② 地層巖土體結構組合特征及力學強度在宏觀上決定山地災害的類型及其易發(fā)性；③盡管研究區(qū)現今處于地震活動的相對平靜期，但斷層對崩塌、滑坡的發(fā)育仍有一定的影響(滑坡約300 m，崩塌約500 m)，斷層切過處往往發(fā)育大型崩塌和滑坡；④研究區(qū)滑坡的分布宏觀上受河網水系的控制；⑤公路對滑坡發(fā)育的影響范圍約300 m。

黑水河流域；崩塌；滑坡；分布規(guī)律；ArcGIS 平臺

黑水河流域地處四川省南部的攀西地區(qū)，流域北部的普格一帶山高谷深，地層巖性復雜，則木河斷裂、黑水河斷裂等區(qū)域性斷裂自此經過。復雜的地質環(huán)境條件，加之公路建設等人類工程活動的影響，使流域北部地區(qū)發(fā)育眾多崩塌、滑坡等山地災害，該區(qū)處于滑坡等自然災害的高度危險區(qū)[1]。本文基于對攀西黑水河流域北部地區(qū)崩塌、滑坡的現場調查和高精度遙感解譯，借助ArcGIS平臺強大的空間分析能力，深入研究這一區(qū)域復雜地質環(huán)境條件下崩塌、滑坡的分布規(guī)律。研究成果可供地質、GIS等相關同行參考，同時對該區(qū)防災減災措施的制定具有重要的參考價值。

1 地質環(huán)境及數據獲取

1.1 地質環(huán)境

研究區(qū)地處青藏高原東南橫斷山區(qū)黑水河流域北部的普格一帶，研究區(qū)范圍：東經102°22′～102°46′，北緯27°13′～27°51′，面積約1 918 km2。區(qū)內地貌特征可概括為“三山夾兩谷”，烏梁子山與螺髻山東西對峙，中梁子山縱貫其間；區(qū)內最高峰螺髻山，海拔4 164 m，最低處黑水河，海拔1 032 m，相對高差達3 132 m(圖1)。

圖1 研究區(qū)及崩塌、滑坡分布Fig.1 Study area and distribution of rockfallsand landslides

研究區(qū)地層從震旦系到第四系除石炭系和泥盆系上統(tǒng)缺失外，其余各系均有出露，尤以侏羅系和白堊系地層出露最廣。巖性以碎屑巖、碳酸巖、巖漿巖為主。區(qū)內主要分布2大斷裂帶，即則木河斷裂帶和黑水河斷裂帶。作為川滇菱形斷塊西側邊界之一的則木河斷裂帶，南起寧南華彈，經松新—蕎窩—五道箐沿則木河往北西方向延伸。黑水河斷裂分布于研究區(qū)東部，由2條主斷層組成，呈近南北向延展，長達75 km以上。

研究區(qū)山高谷深、河網密布，以則木河和西洛河為主干，沿河支溝眾多，水系形態(tài)具有典型的“樹枝狀”特點，2條主干河流則木河與西洛河在研究區(qū)南部的花山附近匯合后名為黑水河。

1.2 數據獲取

1.2.1 基礎地質數據

基于1∶50 000地形圖生成DEM(數字高程模型)，進而提取高程、坡度、水系等數據；基于1∶50 000地質圖經地理配準后矢量化得到數字地質圖，經處理后進一步提取斷層、工程地質巖組圖層。

1.2.2 崩塌、滑坡數據

崩塌、滑坡信息的獲取主要是通過現場調查和基于Google Earth的高精度遙感影像解譯。

作為一款優(yōu)秀的三維遙感影像軟件，Google Earth已在相關領域得到大量的運用。汶川地震后，Google Earth及時在線提供了震后第3天(5月15日)的重災區(qū)北川地區(qū)的FORMOSAT-2衛(wèi)星影像，為及時了解災情和抗震救災的工作部署提供了依據，國外學者利用這些災后影像解譯了200多處大型滑坡[2]；許沖等[3]利用Google Earth影像補充解譯了汶川地震震后滑坡，進行地震滑坡編錄；李為樂等[4]利用Google Earth影像對1920年海源大地震誘發(fā)的滑坡進行解譯，確定了1 000處滑坡。

研究區(qū)覆蓋多顆高分辨率衛(wèi)星的多期遙感影像，如Wordviewer-2(0.5 m)，Spot6衛(wèi)星(1.5 m)?，F場對44個崩塌、305個滑坡進行了詳細調查，將其邊界在Google Earth中用多邊形畫出來。對交通不便，人無法到達的地區(qū)基于Google Earth多期影像采用添加多邊形的方式進行崩塌、滑坡解譯，共解譯出崩塌32個，滑坡182個。隨后將現場調查及遙感解譯的崩塌、滑坡分別存為.KML文件，經Global mapper轉換成ArcGIS的Shapfile文件。

2 崩塌、滑坡分布規(guī)律

2.1 崩塌、滑坡總體特征

研究區(qū)發(fā)育崩塌76個，滑坡487個，其中現場詳細調查了崩塌44個，滑坡305個。為了解崩塌、滑坡的總體規(guī)模特征，進行崩塌危巖、滑坡的面積-頻數關系統(tǒng)計(圖2)。結果表明：研究區(qū)主要發(fā)育面積<10 000 m2的崩塌(41%)及滑坡(62%)，崩塌危巖體面積為484～19.3×104m2，平均面積1.68×104m2；滑坡面積432～28×104m2，平均面積1.70×104m2。

圖2 崩塌、滑坡頻數與面積關系

2.2 崩塌、滑坡發(fā)育與坡度的關系

坡度是影響斜坡穩(wěn)定性及其失穩(wěn)模式的重要因素之一。為具體研究不同坡度范圍內崩塌、滑坡的發(fā)育特征，基于DEM數據生成坡度柵格圖層，提取各崩塌、滑坡災害點的坡度信息并統(tǒng)計各坡度區(qū)間的面積百分比(圖3)。

圖3 崩塌、滑坡頻數與坡度關系Fig.3 Relation between degree of slope and frequency of rockfalls and landslides

統(tǒng)計表明：區(qū)內滑坡主要發(fā)育于10°～40°斜坡范圍內，這一區(qū)間(占總面積的74.7%)發(fā)育占總數93.4%的滑坡；崩塌發(fā)育在30°以上斜坡，集中發(fā)育于40°～50°斜坡(占總面積的3.5%)，這一區(qū)間的崩塌占總數的47.4%。

崩塌、滑坡是在各種內外營力作用下斜坡物質往坡腳方向運移、堆積的地貌改造現象，其發(fā)生的結果一般是使斜坡坡度變小、斜坡穩(wěn)定性趨于增強。研究區(qū)10°以下斜坡占總面積的20.9%，卻僅發(fā)育了占總數3.9%的滑坡；隨著坡度的增大，滑坡數量急劇增多，20°～30°斜坡范圍內滑坡數量最多(189個，占38.8%)，顯然這與該區(qū)間斜坡面積最廣(占總面積33.1%)有關。

隨著坡度的繼續(xù)增大，斜坡失穩(wěn)模式呈現出由“滑”向“崩”的轉化趨勢。一般而言坡度越陡越有利于崩塌的發(fā)生，如區(qū)內50°以上斜坡僅占總面積的0.9%，卻發(fā)育了占總數18.4%的崩塌；40°～50°斜坡崩塌發(fā)育最多(占總數的47.4%)，這與其地形較陡，面積較廣有關(占研究區(qū)總面積的3.5%，占崩塌發(fā)育的30°以上斜坡面積的19.5%)。

2.3 崩塌、滑坡發(fā)育與工程地質巖組的關系

研究區(qū)出露地層、巖性眾多，巖體結構類型及力學性質各異。為此，有必要對研究區(qū)復雜的地層及巖性按一定原則進行歸類合并——即在綜合考慮巖土體地質成因、結構類型及力學性質的基礎上劃分工程地質巖組[5]，進而分析崩塌、滑坡分布與工程地質巖組的關系。具體劃分方案見表1，區(qū)內崩塌、滑坡分布與工程地質巖組的空間關系見圖4。

表1 工程地質巖組劃分方案

圖4 崩塌、滑坡分布與工程地質巖組及斷層的位置Fig.4 Spatial distribution of rockfalls, landslides, engineering geology petrofabric and faults

統(tǒng)計各巖組類內崩塌、滑坡的發(fā)育情況(表2)。結果表明：滑坡在除火山碎屑巖類堅硬巖巖組外的其他巖組內均有分布；與之相對應，崩塌在除松散巖外的其他巖組內均有分布。沉積巖類軟硬巖互層巖組內的滑坡、崩塌數量均最多：滑坡339個，占總數的69.61%；崩塌38個，占總數的50%。顯然這是因為研究區(qū)沉積巖類軟硬巖互層巖組分布最廣的緣故。

表2 各巖組內崩塌、滑坡統(tǒng)計

為分析不同巖組內崩塌、滑坡的易發(fā)性，統(tǒng)計其在各巖組里的點密度。結果表明：滑坡在松散巖類及沉積巖類軟硬巖互層巖組里的發(fā)育密度大于硬巖地層里的密度?；曼c密度在松散巖類地層中可達0.536個/km2、沉積巖類軟硬巖互層巖組內達0.273個/km2，而在沉積巖類堅硬巖巖組內點密度僅為0.158個/km2。這反映了地層巖土體的力學強度及組合特性在宏觀上決定滑坡的易發(fā)性。

同理不難發(fā)現，巖土體強度是影響崩塌發(fā)育的主要因素。3個不同成因的硬巖巖組內崩塌點密度都≥0.06個/km2，而在軟硬巖互層巖組內僅0.031個/km2，松散巖類地層中未發(fā)育崩塌。

2.4 崩塌、滑坡發(fā)育與斷層的關系

不少學者曾對強震滑坡的分布規(guī)律進行研究，這些研究成果均表明：強震活動中發(fā)震斷裂對區(qū)域性滑坡分布的影響范圍巨大。如文獻[6-7]指出，汶川Ms8.0級地震誘發(fā)的10 000多處崩滑總體呈帶狀分布于發(fā)震斷層兩側15～20 km內，其中2/3的崩塌、滑坡集中分布于發(fā)震斷層10 km內；玉樹Ms7.1級地震誘發(fā)滑坡分布于發(fā)震斷裂兩側約9.5 km范圍內，其中占總數53%的1 082個滑坡分布于發(fā)震斷裂2 km范圍內[8]。

研究區(qū)構造復雜，斷裂帶上歷來多發(fā)強震，然而自則木河斷裂帶上西昌、普格之間1850年發(fā)生Ms6.5級地震以后[9]，相較同一斷裂帶上的其他地段而言，區(qū)內地震活動相對平靜了許多，地震學者稱其為“則木河小震活動空缺段”[10]，并指出現今這一地段正處于應力迅速積累期。那么在研究區(qū)這樣一個斷裂極其發(fā)育，地震活動卻相對平靜，現今地震規(guī)模相對較小的地區(qū)，斷層對崩滑分布的影響范圍有多遠？為回答這個問題，筆者基于ArcGIS平臺對崩塌、滑坡災害點進行了斷層的多環(huán)緩沖區(qū)統(tǒng)計分析(圖5)。

圖5 距斷層不同距離范圍內的崩塌、滑坡頻數統(tǒng)計Fig.5 Statistics of rockfalls and landslides in different distances from faults

由圖5可以發(fā)現：隨著與斷層距離增大至300 m以后，每100 m范圍內滑坡數便保持在9個左右；對于崩塌，在距離斷層500 m范圍內迅速減少至1個，隨后便穩(wěn)定在4個左右。這表明隨著與斷層距離的增大，崩塌、滑坡數量總體上迅速減少，在大于一定距離后崩塌、滑坡分布便趨于平穩(wěn)，崩塌、滑坡發(fā)育已不再受斷層的主要控制，而轉由受其他因素如地形、巖性控制。這說明區(qū)內的斷層對崩塌、滑坡的發(fā)育仍有一定的影響，但影響范圍相對較小，僅限于斷層附近幾百米內，滑坡約300 m，崩塌約500 m。

圖6 斷層上的大型崩塌、滑坡Fig.6 Large-scale rockfall and landslide crossed by faults

另外，研究發(fā)現：不少大型崩塌和滑坡均位于斷層直接切過處。典型的如馬桑坪崩塌(圖 6(a))和白水河滑坡[11](圖6(b))，前者發(fā)育于奧陶系大箐組(O2d)灰?guī)r構成的陡坡上，黑水河斷裂分支斷層

從陡坡中部切過，危巖面積達16.6×104 m2，為研究區(qū)內第2大崩塌；后者發(fā)育于奧陶系下統(tǒng)紅石崖組(O1h)砂、頁巖地層中，則木河分支斷層從滑坡中部切過，滑坡面積19.4×104m2，為縣內第4大滑坡。

2.5 崩塌、滑坡發(fā)育與河網的關系

基于DEM數據，經填洼處理后提取區(qū)內河流及主要支溝(圖7)。對崩塌、滑坡進行河網多環(huán)緩沖區(qū)統(tǒng)計分析(圖8)。結果表明：滑坡在距離水系100 m內分布最為密集，這一區(qū)段分布滑坡192個，占總數的39.4%。顯然，該區(qū)段內滑坡發(fā)育密集與水系的直接浸潤、沖刷坡腳導致斜坡失穩(wěn)密切相關。隨著距離的增大，滑坡數量迅速減少。研究區(qū)96.7%的滑坡分布在距離河網1 km范圍內，這表明河網水系是縣內滑坡發(fā)育的主要控制因素。

圖7 崩塌、滑坡分布與水系及公路的位置關系Fig.7 Spatial relation of rockfalls and landslides with river system and roads

圖8 距水系不同距離內的崩塌、滑坡發(fā)育狀況Fig.8 Statistics of rockfalls and landslides occurrence in different distances from river system

相較滑坡，水系對崩塌發(fā)育的控制作用則不明顯，距河網100～200 m范圍是崩塌的主要發(fā)育區(qū)間，該區(qū)間內發(fā)育崩塌占總數的48.7%。比較滑坡、崩塌的集中發(fā)育區(qū)間，滑坡主要發(fā)育在距河網100 m范圍內，崩塌則主要發(fā)育于距水系100～200 m范圍內，這表明水系對崩塌發(fā)育的影響機理不再是水對坡體的直接浸潤、沖刷，而是水系長期切割溝谷、使地形變陡，從而為崩塌創(chuàng)造陡峻的地形條件。

2.6 崩塌、滑坡發(fā)育與公路的關系

公路對斜坡穩(wěn)定性的影響主要體現在2個方面：

(1) 修路時開挖坡腳使坡形變陡，坡體應力場調整出現局部應力集中現象，坡體局部開始破壞，隨著破壞范圍的擴大，滑面貫通形成滑坡。

(2) 汽車荷載(包括車輛自重和汽車沖擊動力荷載)的作用，這種荷載效應對淺層滑坡穩(wěn)定性的影響尤其重大；文獻[12]指出，汽車荷載會使滑坡的穩(wěn)定性系數降低5.8%～12.1%。

調查發(fā)現：研究區(qū)不少滑坡與公路密切相關，尤其是修路開挖坡腳導致的滑坡較為常見，這類滑坡一般具有規(guī)模不大、滑距小的特點(圖9)。

圖9 公路開挖誘發(fā)的典型滑坡Fig.9 Typical landslide induced by road excavation

為了解與公路相關的滑坡、崩塌的分布規(guī)律，進而分析公路對斜坡穩(wěn)定性的影響范圍，先基于Google Earth畫出研究區(qū)主要公路網并存為KML文件，經Global Mapper轉換成Shapefile文件，然后創(chuàng)建公路網的間距為50 m的多環(huán)緩沖區(qū)，統(tǒng)計緩沖區(qū)內的崩塌、滑坡數量(圖10)。

圖10 距公路不同距離范圍內的崩塌、滑坡分布狀況Fig.10 Distribution statistics of rockfalls and landslides in different distances from roads

研究結果表明：300 m范圍內，隨著與公路距離的增大，滑坡迅速減少并穩(wěn)定在7個左右，300 m外各區(qū)間滑坡數量波動較大；結合現場調查，考慮到公路誘發(fā)的滑坡規(guī)模小、滑程短的特點，可以認為300 m外的滑坡已不再受公路控制，即公路誘發(fā)型滑坡一般分布在公路兩側300 m范圍內，這一范圍內滑坡占總數的20.5%；距公路100 m范圍內，集中分布了占總數13.8%的滑坡。

公路對崩塌的影響不明顯，這主要是因為公路一般離危巖體較遠，很難影響危巖體的穩(wěn)定性。

3 結 論

通過現場調查和基于Google Earth的崩塌、滑坡遙感解譯，共確定研究區(qū)內發(fā)育崩塌76個，滑坡487個?；贏rcGIS分析崩塌、滑坡與主要影響因素地形坡度、工程地質巖組、斷層、河網水系、公路的關系，論文主要得出如下結論：

(1) 研究區(qū)93.4%的滑坡分布于10°～40°斜坡范圍內，隨著坡度的增大，山地災害類型轉而以崩塌為主；崩塌主要發(fā)育于40°～50°斜坡，這一區(qū)間的崩塌占總數的47.4%。

(2) 滑坡在松散巖類地層及沉積巖類軟硬巖互層巖組的發(fā)育密度大于硬巖地層里的發(fā)育密度。這表明地層巖土體的結構組合特征和力學強度在宏觀上決定滑坡的易發(fā)性。巖土體硬度是影響崩塌發(fā)育的主要因素，松散巖類地層未發(fā)育崩塌，硬巖巖組內崩塌點密度是半堅硬巖巖組內的2倍以上。

(3) 盡管研究區(qū)現今處于地震活動的相對平靜期，但斷層對崩塌、滑坡的發(fā)育仍有一定的影響。與強震活動中發(fā)震斷層對崩塌、滑坡發(fā)育的影響范圍可達幾公里甚至十幾公里相比，區(qū)內斷層對崩塌、滑坡的影響范圍較小(滑坡約300 m，崩塌約500 m)。斷層對崩塌的影響范圍大于滑坡，表明崩塌對地震活動的響應程度高于滑坡，這可能與崩塌發(fā)育處常為硬巖且地形陡峭突兀，從而地震波放大效應相對顯著有關。斷層直接切過處往往發(fā)育大型滑坡和崩塌。

(4) 區(qū)內滑坡的分布宏觀上受河網水系的控制，96.7%的滑坡分布于距河網1 km范圍內；受水系浸潤、沖刷坡腳的影響，距水系100 m內分布有占總數39.4%的192個滑坡；相較滑坡，水系對崩塌的影響不明顯。

(5) 公路對滑坡發(fā)育的影響范圍約300 m，公路相關型滑坡集中分布于距公路100 m范圍內(占13.8%)。這類滑坡往往是由于公路開挖后未及時支護所引起的，具有規(guī)模小、滑程短的特點。

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(編輯：姜小蘭)

Spatial Distribution of Rockfalls and Landslides in Northern Areaof Heishui River Basin in Panzhihua-Xichang Region

LI Yuan-liang1, REN Guang-ming1, HUANG Xi-chao1，YANG Lei2, FAN Rong-quan3

(1.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Environment Protection, Chengdu University of Technology,Chengdu 610059, China; 2.Remote Sensing Center,Sichuan Geological Survey, Chengdu 610081, China; 3.Sichuan Electric Power Corporation of SGCC, Chengdu 610041, China)

Geological disasters are highly prone to take place in the northern area of Heishui river basin in the Panzhihua-Xichang region. The distribution rules of rockfalls and landslides in the region are researched based on field investigation and high-precision remote sensing image interpretation in association with ArcGIS. The main results are concluded as follows: 1) there are 76 rockfalls and 487 landslides in the study area and 93.4% of the landslides are distributed in slope with gradient of 10°-40°,and 47.4% of the rockfalls are distributed in slope with gradient of 40°-50°; 2) the types and susceptibility of mountain hazard are determined by the combination characteristic and mechanical strength of rock and soil mass in macro scale; 3) at present earthquake activity in the study area is relatively quiet, but faults also have influence on the development of landfalls within a distance of 500m and landslides of 300m, and large-scale landslides and rockfalls usually develop at regions traversed by faults; 4) the distribution of landslides is controlled by river water system in macro sense; 5) roads have influence on the development of landslides within a distance of 300 meters.

Heishui river basin; rockfall; landslide; distribution rules; ArcGIS

2015-12-08；修回時間：2016-02-19

國家電網公司科技項目(資助)(SGSCJY00JHJS2016000)

李源亮(1992-)，男，貴州晴隆人，碩士研究生，主要從事地質災害及巖土體穩(wěn)定性方面的研究，(電話)028-84076381(電子信箱)1173227590@qq.com。

10.11988/ckyyb.20151029

2016,33(10):57-62

P642.2

A

1001-5485(2016)10-0057-06