四川茂縣“6·24”特大滑坡特征與成因機制分析

溫銘生，陳紅旗，張鳴之，褚宏亮，王文沛，張 楠，黃 喆

(國土資源部地質災害應急技術指導中心，北京 100081)

四川茂縣“6·24”特大滑坡特征與成因機制分析

溫銘生，陳紅旗，張鳴之，褚宏亮，王文沛，張 楠，黃 喆

(國土資源部地質災害應急技術指導中心，北京 100081)

2017年6月24日，四川茂縣發(fā)生特大滑坡災害，體積約1.882×107m3，滑程2.8 km，導致新磨村被毀，83人遇難。滑坡位于岷江上游松坪溝左岸，上部為厚層狀雜谷腦組石英砂巖，中部和下部為中厚層狀至薄層狀石英砂巖及千枚巖地層，構造擠壓帶從滑坡區(qū)中上部穿過，具有上部富含地下水和下部隔水出露泉水的水文地質結構。受多期地震特別是1933年疊溪Ms7.5級地震導致巖體震裂破碎并形成裂縫，巖層傾向與斜坡坡向一致，極易形成滑坡災害。斜坡上陡下緩，后緣坡體坡度達到60°，中部開闊陡坎及下部平緩寬闊的地形為滑坡的運動提供良好的地形條件，易形成滑坡—碎屑流。分析表明，地震作用以及降雨致地下水的靜水壓力和動水壓力作用、冰雪凍脹及自身重力等因素共同作用下引發(fā)滑坡災害。

特大滑坡；碎屑流；演化過程

0 引言

2017年6月24日，四川省茂縣疊溪鎮(zhèn)新磨村大火地發(fā)生特大滑坡災害，造成62戶83人死亡失蹤，3人受傷。該滑坡與貴州關嶺大寨滑坡[1]、四川都江堰三溪村滑坡[2-4]等災害的成災模式相似，呈現高位和高速遠程滑坡-碎屑流特征。該滑坡后緣高程超過3 400 m，前緣堆積區(qū)高程2 150 m，高差1 250 m，前后緣水平距離2 800 m?；磪^(qū)啟動后，在滑坡中部解體形成碎屑流，鏟刮中部坡體，沿滑坡堆積區(qū)東西兩側散落堆積，在堆積區(qū)中部推動老滑坡體后堆積停留，滑坡摧毀新磨村造成83人死亡(圖1)?；聻暮λ诘拿h疊溪鎮(zhèn)地處龍門山斷裂帶中段深切割高山峽谷區(qū)，地形陡峭，構造活動強烈。歷史上，受1933年疊溪地震、2008年汶川地震等多次地震震裂影響，特別是疊溪地震在該地區(qū)引發(fā)大量滑坡碎屑流，形成大海子、小海子等堰塞湖[5-7]，滑坡區(qū)位于岷江疊溪河段一級支流松坪溝左側岸坡，斜坡坡度30°～60°，局部近于直立。

圖1 茂縣新磨滑坡災后遙感影像解譯圖

1 地質環(huán)境條件

1.1地形地貌

該滑坡位于茂縣疊溪鎮(zhèn)新磨村的后山(圖2)，滑坡前緣中心點坐標為東經103°39′03.4″、北緯32°04′09.4″，地處是橫斷山脈的腹地，屬于高寒地區(qū)，為岷江一級支流松坪溝左岸，山體坡頂高程約3 960 m，坡腳松坪溝高程約2 150 m，原始斜坡上陡下緩，上段為基巖坡體，坡度大于60°，下段為疊溪地震引發(fā)的老滑坡堆積體(圖3)，碎石土較為松散。

圖2 茂縣新磨滑坡滑前遙感影像圖

圖3 1933年地震老滑坡體碎石土堆積物

1.2地層巖性

滑坡區(qū)出露地層為三疊系中統(tǒng)雜谷腦組厚層狀、中厚層狀和薄層狀變質石英砂巖含千枚巖、板巖，表層為第四系崩坡堆積碎石土，巖層節(jié)理裂隙發(fā)育。

1.3高地震烈度

地質構造上，該區(qū)位于我國“南北構造帶”之內，由一系列緊密線狀弧形同斜倒轉褶皺及相伴的沖斷層組成。1933年8月25日15時50分，疊溪鎮(zhèn)發(fā)生7.5級地震，使疊溪古城被埋葬于地下，新磨村位于疊溪地震X度烈度區(qū)內(圖4)，地震在松坪溝內引發(fā)了多起滑坡、崩塌、碎屑流并堵江形成堰塞湖(當地人稱海子)。新磨村所在區(qū)即為地震引發(fā)滑坡的堆積體，該滑坡堵塞松坪溝在兩河口村形成小型堰塞湖[7]。

圖4 1933年疊溪Ms7.5級地震等烈度分區(qū)

1.4易滑巖體結構

滑源區(qū)地層結構為厚層及中厚層石英砂巖，由于褶皺構造活動強烈，形成松坪溝倒轉向斜，地表附近地層面為波浪形狀延伸展布，巖層產狀184°∠53°，滑源區(qū)斜坡坡度約60°，為易滑的順向坡地層結構。如圖5所示，該區(qū)地處1933年疊溪7.5級地震震中區(qū)，斷裂構造發(fā)育，山體震裂明顯，巖體結構破碎，內部節(jié)理裂隙發(fā)育，兩組優(yōu)勢結構面產狀分別為100°∠70°和195°∠40°，坡體結構松散并有斷裂擠壓破碎帶通過，為滑坡的剪出提供了優(yōu)勢條件。

圖5 滑源區(qū)滑床地層結構示意圖

滑源區(qū)下部坡體表面覆蓋有30～50 m的崩坡積物，其結構相對松散，塊石粒徑大小不一，整體呈現出倒石錐結構。

1.5水文地質條件

在松坪溝上游有多處堰塞湖及泉水，新磨村附近地下水源豐富(圖6)，成片區(qū)富含基巖裂隙水，裂隙水徑流模數2～5 L/s·km2，較場南部還富含碳酸鹽巖巖溶水，徑流模數10 L/s·km2，圖6所示區(qū)域有12處下降泉，其中兩處分別位于新磨村和松坪溝溝口，位于新磨村的下降泉對該滑坡的影響最大，該泉水常年流水，泉流量6.98 L/s，位于松坪溝溝口的泉水流量達到25.7 L/s，說明該區(qū)域地下水充足，促進了滑坡的滑動。

圖6 滑坡區(qū)域水文地質簡圖(據1∶20萬水文地質圖)

1.6降雨特征

2017年入汛以來，茂縣降雨量較往年同期偏多，其中，6月1日至23日期間較常年同期偏多42%。根據臨近疊溪鎮(zhèn)和松坪溝兩處降水觀測站點記錄，入汛以來累計降雨量均超過200 mm，其中6月8日至14日經歷了一次較強的持續(xù)降雨過程(圖7)。降水沿山體裂縫滲入，導致滑體抗滑能力快速降低，促使滑坡失穩(wěn)滑動。

圖7 茂縣新磨滑坡滑前降雨過程曲線圖

2 滑坡-碎屑流特征

2.1滑坡-碎屑流分區(qū)

滑坡災害發(fā)生后，根據地面調查、走訪與遙感影像解譯分析，災害直接影響范圍約1.431×106m2(加上變形體后總面積1.502 5×106m2)，縱向長2 800 m，前緣最大橫寬1 500 m，后緣最窄處寬約300 m。可將滑坡區(qū)分成滑源區(qū)、碎屑流區(qū)(滑動鏟刮區(qū))、堆積區(qū)和變形區(qū)，其中堆積區(qū)可進一步分為老滑坡推動區(qū)和散落區(qū)，變形區(qū)分為上部和下部，變形區(qū)處于不穩(wěn)定狀態(tài)(圖1和圖8)。

(1)滑源區(qū)

位于海拔高程3 200 m以上的地區(qū)，巖性為厚層至中厚層石英砂巖，表層基巖層面受構造擠壓左右呈現波浪形特征?；鶐r山體順層滑動，縱長440 m，橫寬350 m，面積約1.545×105m2，最厚處58 m，平均厚度25 m，體積約3.86×106m3。

(2)碎屑流區(qū)

碎屑流區(qū)也是滑動鏟刮區(qū)，位于滑坡中段(B)，介于滑源區(qū)前緣與下方老滑坡堆積體之間，平均橫寬367 m，縱長1 210 m，面積約4.44×105m2，平均厚度20 m，體積約8.88×106m3。碎屑流區(qū)主要巨塊石已經下滑或被鏟刮，但仍殘留約4.00×106m3塊石堆積體。

圖8 茂縣新磨滑坡平面分區(qū)圖

圖9 茂縣新磨滑坡1-1′剖面圖

(3)堆積區(qū)

堆積區(qū)位于滑坡下段(C)。其中，堆積區(qū)中部為老滑坡推動區(qū)(C1)，縱長880 m，橫寬約345 m，面積約3.04×105m2，老滑坡推動區(qū)平均厚度20 m，老滑坡推動區(qū)體積約6.07×106m3。在C1區(qū)有平均厚度約30m的新滑坡覆蓋層，覆蓋層體積約9.11×106m3。堆積區(qū)東西兩側及前緣散落區(qū)(C2)，面積為4.15×105m2，平均厚度15m，體積約6.23×106m3。

(4)變形區(qū)

變形區(qū)位于滑坡上段西側，是滑坡滑動后牽引形成的變形體，主要由塊裂解體的順層石英砂巖、千枚巖巖體組成，已向下滑移達40 m，時有局部滑坍和崩落發(fā)生，穩(wěn)定性差。后緣高程3 200 m，有寬度超過35 m的拉裂槽，中間被裂縫切割分離為兩部分，其中：后部變形體(D1)，近似菱形，面積1.12×105m2，體積規(guī)模約4.00×106m3；前部變形體(D2)，呈楔形，面積7.2×104m2，體積規(guī)模約1.50×106m3。

2.2滑坡體積

根據滑坡平面與剖面分析，按滑體體積考慮，滑源區(qū)3.86×106m3，碎屑流區(qū)8.88×106m3，老滑坡推動區(qū)6.07×106m3，滑坡體積1.882×107m3。按堆積體積考慮，碎屑流區(qū)殘余4.00×106m3，堆積區(qū)C1區(qū)9.11×106m3，堆積區(qū)C2區(qū)6.23×106m3，滑坡體積1.934×107m3。按堆積體積計算較滑體體積有一定的放大，本文認為滑坡體積按滑體體積考慮，體積為1.882×107m3，該體積未包括變形區(qū)體積。

3 滑坡成因及演化過程條件

3.1滑坡碎屑流成因分析

滑坡區(qū)屬于深切峽谷地形，滑源區(qū)坡度超過60°，地層結構為順向坡，為滑坡發(fā)生創(chuàng)造了有利的地形和結構條件。斷裂構造發(fā)育，地震活動頻繁，受歷史地震作用，尤其受1933年疊溪地震、2008年汶川地震影響，山體震裂嚴重，坡體結構松散。受入汛以來降雨入滲累積作用影響，斜坡巖體結構面強度弱化，超出其抗滑能力，從而突發(fā)大規(guī)?；瑒印Ｇ昂缶壐卟罴s1 250 m，增加滑坡勢能，是一起在長期重力和降雨等自然因素作用下引發(fā)的特大型地質災害，具有滑坡—碎屑流的復合性災害鏈成災特征。

3.2滑坡碎屑流演化過程

(1)早期蠕變碎裂及裂縫形成階段

受歷史地震作用，特別是1933年疊溪鎮(zhèn)發(fā)生7.5級地震，在松坪溝伴隨發(fā)生了規(guī)模大小不等的崩塌、滑坡、碎屑流等地質災害，新磨村后山地表斜坡巖土體震裂震松，形成了地震裂縫(圖10)，該裂縫的存在可以從滑坡發(fā)生的后緣滑面加以證實，滑坡發(fā)生后滑源區(qū)完全裸露，表層呈現土黃色的光面(圖11)，說明該滑面裂縫早已形成，由于降雨入滲帶入的土、泥而呈現早期沉積土黃色。

圖10 滑源區(qū)巖體裂縫示意圖

圖11 滑源區(qū)裂縫表層土黃色泥土

(2)多期凍融鼓脹裂縫擴展階段

松坪溝年均降雨量600 mm，年平均氣溫6 ℃，新磨村滑坡滑源區(qū)在海拔3 400 m以上，屬于寒溫帶氣候，冬季處于冰凍期，裂縫中的地下水因凍脹而促使碎裂加重、裂縫加大(圖12)，多年長期的凍脹、消融等作用使裂縫逐漸擴展。

圖12 滑源區(qū)凍脹作用示意圖

(3)近期斷流抗滑降低階段

在新磨村東部形成一條天然沖溝，該沖溝在影像圖上清晰可見，上部還形成支溝，沖溝通過新磨村后與松坪溝相連(圖13)。據兩河口村唐遷熊村民介紹，“該溝切割深度超過1 m，常年流水，但兩年前不流水了”以及“新磨村后山平臺處有洼地，有淺層水塘積水”。根據以上敘述及解譯的沖溝可以認為，兩年前的斷流可以推測坡體出現了滑動封堵了泉水出口，坡體的滑動形成新的裂縫，泉水順裂縫流入坡體內部，降低坡體的粘聚力和內摩擦角，為滑坡的失穩(wěn)提供了必要的水動力條件?；抡w下滑后，泉水重新出露(圖14)。

圖13 茂縣新磨滑坡沖溝示意圖(據2013年遙感影像解譯)

圖14 滑坡滑動后泉水出露

(4)“6·24”滑坡碎屑流階段

根據現場調查、成因分析，推測滑坡碎屑流的形成包括以下2個時程。第1時程是2 600～3 000 m高程區(qū)域受到3 000～3 900 m區(qū)域的地下水補給(圖15a)，在地下水的靜水壓力與動水壓力、自身重力等作用下出現坡體粘聚力、摩擦角等參數降低，鎖固段破裂后向下滑動，在滑坡下部新磨村平臺及松坪溝內散落堆積(圖15b)。第2時程是滑源區(qū)3 000～3 400 m高程區(qū)域的厚層狀石英砂巖失去了前緣的固推力，加上前部存在擠壓破碎帶，對后緣山體沒有支撐力，沿已經形成的裂縫面向下快速滑動，鏟刮第1時程的滑動區(qū)域后推動新磨村所在地的老滑坡體，將部分老滑坡體推擠至松坪溝右岸堆積停留(圖15c)，形成的氣浪沖擊了前緣與側緣的樹木、房屋，留有明顯的痕跡。

圖15 滑坡碎屑流發(fā)育過程

根據中國地震臺網中心提供的資料，距離新磨村約50 km的強震動記錄臺站率先記錄了滑坡引起的地震動，周邊多個臺站均記錄了該過程。滑坡開始于6月24日38分55秒，持續(xù)時間約100 s(圖16)，前60 s滑坡啟動后引起了持續(xù)的震動，60～100 s出現了更大的振幅，該時段是后緣3.86×106m3滑體的高位下滑并推動前緣老滑坡而形成的記錄，高位、高速下滑形成的震動較前期更大，記錄的振幅更大，可以印證本節(jié)前述論證的發(fā)展過程，第1時程是中上部的坡體鎖固段失穩(wěn)形成滑坡碎屑流，第2時程是滑源區(qū)高速、高位滑動解體形成滑坡碎屑流。圖16中4條曲線分別為距離滑坡45～90 km范圍的臺站監(jiān)測記錄，振幅大代表臺站的震動強烈。

圖16 滑坡引起地震動記錄曲線(地震儀計數點)

4 結論

(1)2017年6月24日，四川省茂縣疊溪鎮(zhèn)新磨村發(fā)生特大滑坡災害，造成62戶83人死亡失蹤，3人受傷。該滑坡呈現高位遠程滑坡碎屑流特征，可分為滑源區(qū)、碎屑流區(qū)、堆積區(qū)和變形區(qū)四個部分。滑坡后緣高程超過3 400 m，前緣堆積區(qū)高程2 150 m，高差1 250 m，水平滑動距離2 800 m，體積為1.882×107m3。

(2)滑坡區(qū)屬于深切峽谷地形，坡度陡峭，順向坡結構，斷裂構造發(fā)育，地震活動頻繁，山體震裂嚴重，坡體結構松散，受入汛以來降雨入滲形成的地下水靜、動水壓力及自身重力等作用的共同影響，突發(fā)大規(guī)?；瑒印?/p>

(3)滑坡演化過程可分為早期蠕變碎裂及裂縫形成階段—多期凍融鼓脹裂縫擴展階段—近期斷流抗滑降低階段和“6·24”滑坡碎屑流階段共4個階段，滑坡碎屑流階段與地震記錄結果分段基本一致。

致謝：本文得到殷躍平研究員的悉心指導和幫助。四川省地質調查院、四川蜀通巖土工程有限公司、阿壩州氣象局提供了災前和災后影像、降雨及相關地形資料。中國地震局楊志高博士提供了地震監(jiān)測資料并做了數據釋義。在此一并表示衷心感謝。

[1] 殷躍平，朱繼良，楊勝元. 貴州關嶺大寨高速遠程滑坡—碎屑流研究[J].工程地質學報，2010,18(4):445-454.

YIN Yueping, ZHU Jiliang, YANG Shengyuan. Investigation of a high speed and long run-out rockslide debris flow at dazhai in Guanling of Guizhou Province[J]. Journal of Engineering Geology, 2010,18(4):445-454.

[2] YIN Yueping, CHENG Yuliang, LIANG Jingtao, et al. Heavy-rainfall-induced catastrophic rockslide-debris flow at Sanxicun, Dujiangyan, after the Wenchuan Ms 8.0 earthquake[J]. Landslides, (2016)13:9-23.

[3] 杜國梁，張永雙，姚鑫,等. 都江堰市五里坡高位滑坡-碎屑流成因機制分析[J]. 巖土力學, 2016,37(s2):493-501.

DU Guoliang, ZHANG Yongshuang, YAO Xin, et al. Formation mechanism analysis of Wulipo landslide-debris flow in Dujiangyan City[J]. Rock and Soil Mechanics, 2016,37(s2):493-501.

[4] 溫銘生, 方志偉, 王陽谷. 都江堰市五里坡特大滑坡災害特征與致災成因[J]. 現代地質, 2015, 29(2): 448-453.

WEN Minsheng, FANG Zhiwei, WANG Yanggu.Characteristics and disaster causes of Wulipo landslide in Dujiangyan City[J]. Geoscience, 2015, 29(2): 448-453.

[5] 唐毅,田勇.岷江上游自然景觀恢復與重建的對策研究——以疊溪—松坪溝為例[J].中南林業(yè)科技大學學報，2013，33(7)：140-144.

TANG Yi, TIAN Yong. Natural ecological landscape restoration and reconstruction in upper reaches of Minjiang River: taking Diexi-Songping gully region as a studied case [J]. Journal of Central South University of Forestry & Technology，2013,33(7)：140-144.

[6] 許向寧,王蘭生.岷江上游松坪溝地震山地災害與生態(tài)環(huán)境保護[J], 中國地質災害與防治學報,2002,13(2):31-35.

XU Xiangning , WANG Lansheng. Mountain hazard caused by earthquake in Songping River upper Minjiang and its controlling[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2002,13(2):31-35.

[7] 薛東劍，何政偉，王志恒,等.G213沿線茂縣-汶川段地質災害遙感調查及影像特征分析[J]，地球與環(huán)境，2012,40(2)：261-265.

XUE Dongjian, HE Zhengwei, WANG Zhiheng, et al. Remote sensing investigation and image characteristics analysis of geohazards in the segment of national highway 213 from Mao County to Wenchuan County[J]. Earth and Environment, 2012,40(2)：261-265.

Characteristicsandformationmechanismanalysisofthe“6·24”catastrophiclandslideoftheJune24of2017,atMaoxian,Sichuan

WEN Mingsheng,CHEN Hongqi,ZHANG Mingzhi,CHU Hongliang,WANG Wenpei,ZHANG Nan,HUANG Zhe

(TechnicalCenterforGeologicalHazardsEmergencyofMLR,Beijing100081,China)

On June 24, 2017, the “6·24” extraordinary landslide occurred in Mao county, Sichuan Province, destroyed the Xinmo village and killed 83 people. The run-out distance of the landslide was about 2.8 km and its volume was about 18.82 M m3. The landslide was located at the left bank of Songping River, first tributary of Minjiang River. The upper strata was the thick quartz sandstone, the middle and lower strata was the medium-thick to thin layer quartz sandstone and phyllite in local regions.And a tectonic extrusion zone passed through the middle-upper part of the landslide. The strata forming a hydro-geological structure with upper rich groundwater aquifer and lower impermeable beds，where spring outflow. The frequent seismicity especially Diexi Earthquake made the rock mass shattered and cracked. The rock stratum’s inclination direction is consistent to the inclination direction, and it is easy to form landslide. The hillside are steeper at the upper portion and gentler in the lower portion, and the slope of the upper edge is 60°, which provided a good terrain condition that easily to form landslide-debris flow. The analysis shows that landslide disaster was occurred under the mutual effects of the earthquake action, groundwater hydrostatic pressure and hydrodynamic pressure of long-term rainfall, ice and frost heave and their own gravity and other factors.

huge landslide； clastic； evolutionary process

P642.22

A

1003-8035(2017)03-0001-07

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.03.01

2017-07-28;

2017-08-01

國家級地質環(huán)境監(jiān)測與預報(121201014000150003)；國家級地質災害應急與防治(1211221481001)

溫銘生(1977-)，男，博士，教授級高工，主要從事地質災害監(jiān)測預警與應急防治研究工作。E-mail：wenms@mail.cigem.gov.cn