三峽庫區(qū)忠縣向斜內(nèi)部滑坡空間分布特征

朱 偉, 王孔偉, 魏 東, 靳寶萍, 張 帆

〔教育部三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(三峽大學(xué))， 湖北 宜昌 443002〕

忠縣向斜構(gòu)造行政區(qū)劃隸屬于重慶市涪陵區(qū)、豐都區(qū)、忠縣和萬州區(qū)所管轄區(qū)域，構(gòu)造上隸屬于川東褶皺帶。前人對(duì)該區(qū)域的研究認(rèn)識(shí)較為深入，川東褶皺帶整體上為一個(gè)隔擋式褶皺組合，具有斷層相關(guān)褶皺的構(gòu)造屬性[1-3]；忠縣向斜作為川東褶皺帶的有機(jī)組成部分，其局部構(gòu)造特征具有斷層相關(guān)褶皺中斷層傳播褶皺的構(gòu)造屬性，所有這些研究都局限于基礎(chǔ)地質(zhì)以及石油地質(zhì)研究領(lǐng)域[4-6]。針對(duì)局部構(gòu)造特征與滑坡之間的關(guān)系及相同局部構(gòu)造上多個(gè)個(gè)體滑坡之間的因果關(guān)系研究不夠深入。以往的研究往往側(cè)重于對(duì)單體滑坡認(rèn)識(shí)，忽略了滑坡個(gè)體之間的聯(lián)系，特別是對(duì)整個(gè)庫岸空間演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)研究，大型滑坡發(fā)生與區(qū)域構(gòu)造分區(qū)、局部構(gòu)造類型相關(guān)[7-8],這種相關(guān)性不僅僅體現(xiàn)于對(duì)單個(gè)滑坡的控制，更深層次在于對(duì)整體岸坡帶演化規(guī)律、個(gè)體滑坡演化之間因果關(guān)系的控制上。滑坡的形成與多種因素有關(guān)，這些因素可以分為兩類[9-12]，一為地質(zhì)環(huán)境背景因素(先天因素)，包括新老構(gòu)造條件以及巖性條件等；二為觸發(fā)因素，包括外動(dòng)力地質(zhì)因素(河流切割、卸荷等)、降雨、地震等。先天因素的研究是基礎(chǔ)，即把受相同局部構(gòu)造控制的，位于相同新構(gòu)造活動(dòng)區(qū)域的多個(gè)滑坡個(gè)體分布帶作為整體研究，建立分布帶內(nèi)部滑坡個(gè)體之間在成因機(jī)理、演化特征上的關(guān)系是本文所要探討的主要問題。為此，本研究在野外地質(zhì)調(diào)查和前人工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合斷層相關(guān)褶皺理論，對(duì)忠縣向斜的局部構(gòu)造特征與滑坡空間關(guān)系進(jìn)行深入研究，在此基礎(chǔ)上分析滑坡空間分布特征和空間演化規(guī)律，探討滑坡與局部構(gòu)造關(guān)聯(lián)性。

1 忠縣向斜局部構(gòu)造特征

忠縣向斜位于川東褶皺帶的南東部位，為一寬緩的向斜構(gòu)造，北西方向?yàn)榇蟪馗删承保蠔|方向?yàn)榉蕉飞奖承焙妄R耀山背斜。忠縣向斜整體呈NE走向，是夾持在斷層傳播褶皺(屬于斷層相關(guān)褶皺中的一種類型)之間的向斜構(gòu)造，向北、向南翹起消亡。為了更清晰地了解忠縣向斜整體縱向上變化特征，野外調(diào)查時(shí)自南西向北東依次選取了多條橫剖面，根據(jù)局部構(gòu)造特征，具體將忠縣向斜段劃分為3個(gè)區(qū)段。

1.1 南部忠縣向斜與SN向構(gòu)造復(fù)合部位(清溪場-豐都段Ⅰ)

豐都區(qū)的清溪場鎮(zhèn)—豐都主城區(qū)附近是SN向褶皺與NE-NNE向褶皺復(fù)合部位，巖層產(chǎn)狀多變，其中SN向構(gòu)造是先期構(gòu)造，由于NE-NNE褶皺疊加造成該區(qū)域應(yīng)力集中，共軛剪切節(jié)理發(fā)育，造成巖石較為破碎，裂隙發(fā)育。該區(qū)的基本構(gòu)造形態(tài)特征自北西至南東依次為菁口背斜、珍溪場向斜以及大耳山背斜。其中大耳山背斜為先期南北向構(gòu)造的組成部分，受早期SN向構(gòu)造制約NE向的大池干井背斜在立石鎮(zhèn)一帶逐漸傾伏消亡，忠縣向斜也隨之消亡，同樣受SN向構(gòu)造影響珍溪場向斜向S也逐漸仰起消亡。

長江河谷在此發(fā)育于珍溪場向斜核部，河谷蜿蜒曲流，亦發(fā)育有邊灘、心灘。該區(qū)出露地層為三疊系須家河組至侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組，巖性為砂巖、泥巖、頁巖等。巖層傾角較緩10°～26°，長江兩岸岸坡為斜向坡到橫向坡，局部為順向坡結(jié)構(gòu)。

1.2 中部忠縣向斜主體構(gòu)造部位(豐都-石寶寨Ⅱ)

該處忠縣向斜為夾持于大池干井背斜與方斗山背斜之間的向斜構(gòu)造，大池干井背斜和方斗山背斜作為斷層相關(guān)褶皺中的斷層傳播褶皺，具有不對(duì)稱的特點(diǎn)，西翼為緩傾翼，東翼為陡傾翼。忠縣向斜同時(shí)又位于控制大池干井背斜形成的斷層下盤以及控制方斗山背斜形成斷層的上盤，整體上來說忠縣向斜西翼變形特征較東翼弱。此處忠縣向斜比較開闊，向西傾角快速增大過渡為大池干井背斜的陡傾東翼，向東傾角逐漸增大，過渡為方斗山背斜的西翼。在該區(qū)域，長江河谷發(fā)育于向斜核部，長江兩岸岸坡巖層近水平，長江河谷蜿蜒曲流，形成三峽庫區(qū)唯一的游蕩型河床發(fā)育區(qū)，邊灘、心灘發(fā)育。

1.3 忠縣向斜與萬縣向斜復(fù)合部位(石寶寨-新田鎮(zhèn)段Ⅲ)

該區(qū)域位于忠縣石寶寨—新田鎮(zhèn)地段，大池干井背斜傾伏消亡，忠縣向斜翹起與萬縣向斜融合。分析可得，自北西朝向南東大池干井背斜逐漸傾伏消亡，忠縣向斜也逐漸仰起與萬縣向斜融合。長江河谷在向斜核部發(fā)育，受構(gòu)造復(fù)合作用影響，形成局部應(yīng)力集中，裂隙發(fā)育、巖層較為破碎。大池干井背斜逐漸消亡直至基本看不到該背斜的形態(tài)特征了，忠縣向斜與萬縣向斜已經(jīng)完全融合，向斜谷地開闊平坦，長江干流沿忠縣向斜—萬縣向斜與方斗山背斜過渡部位流過該區(qū)域。忠縣向斜局部構(gòu)造特征整體表現(xiàn)為兩頭仰起，形似“帆船”，為一夾持在兩個(gè)斷層相關(guān)褶皺中間的向斜構(gòu)造。

忠縣向斜局部構(gòu)造特征控制了該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害分布，與局部構(gòu)造相對(duì)應(yīng)，地質(zhì)災(zāi)害同樣可以劃分為3個(gè)分布區(qū)，分別為南部地質(zhì)災(zāi)害分布區(qū)(SN向褶皺與NE-NNE向褶皺復(fù)合部位)，對(duì)應(yīng)庫岸段為清溪場—豐都段Ⅰ；中部地質(zhì)災(zāi)害分布區(qū)(忠縣向斜主體構(gòu)造部位)，對(duì)應(yīng)庫岸段為豐都—石寶寨Ⅱ；北部地質(zhì)災(zāi)害分布區(qū)(忠縣向斜與萬縣向斜復(fù)合部位)，對(duì)應(yīng)庫岸段為石寶寨—新田鎮(zhèn)段Ⅲ。清溪場—豐都段Ⅰ段長45.1 km，滑坡數(shù)量67處(巨型滑坡2處，大型滑坡20處，中型滑坡43處，小型滑坡2處)，滑坡發(fā)育的線密度1.49，平均規(guī)模達(dá)1.64×106m3；豐都—石寶寨Ⅱ段最長97.8 km，滑坡數(shù)量74個(gè)(巨型滑坡1處，大型滑坡25處，中型滑坡38處，小型滑坡11處)，滑坡發(fā)育的線密度0.76，平均規(guī)模1.15×106m3；石寶寨—新田鎮(zhèn)段Ⅲ段最短32.4 km，滑坡數(shù)量59個(gè)(巨型滑坡4處，大型滑坡37處，中型滑坡13處，小型滑坡5處)，滑坡發(fā)育的線密度1.82，平均規(guī)模3.86×106m3。對(duì)比可以看出，Ⅰ段和Ⅲ段滑坡發(fā)育密度、發(fā)育平均規(guī)模明顯較Ⅱ段大，整體呈發(fā)育規(guī)模“兩頭大，中間小”；發(fā)育密度“兩頭密、中間疏”的特征(表1)?？傊?，忠縣向斜的局部構(gòu)造特點(diǎn)從區(qū)域上決定了該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域分布特征，在此基礎(chǔ)上，可以將研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害分成3個(gè)研究區(qū)段，將此區(qū)段作為進(jìn)一步研究忠縣向斜與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系。

表1 涪陵-萬州長江庫岸段滑坡分段情況

2 清溪場-豐都段滑坡空間演化(Ⅰ段)

上面已經(jīng)討論過，該區(qū)域?yàn)樵缙赟N向構(gòu)造與NE-NNE向構(gòu)造復(fù)合部位，在后期北西向區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的作用下，同時(shí)受早期SN向構(gòu)造限制作用在該區(qū)域形成NNE向的局部構(gòu)造應(yīng)力場，在此作用下形成NW向和NE向兩組共軛剪節(jié)理，長江干流兩岸滑坡受區(qū)域性剪節(jié)理所控制，沿這些剪節(jié)理形成了許多與長江斜交的陡崖，坡體的破壞與該組節(jié)理關(guān)系密切，滑動(dòng)方向與節(jié)理延伸方向相同，與長江斜交。長江河谷在該段是沿著追蹤張節(jié)理發(fā)育，滑坡規(guī)模主要受控于這些節(jié)理后期表生作用以及時(shí)效變形作用過程的強(qiáng)弱。立石鎮(zhèn)滑坡是這些滑坡中的一個(gè)典型代表，長江在該滑坡附近發(fā)生了轉(zhuǎn)彎，造成該區(qū)沿長江方向表生作用加強(qiáng)，巖體卸荷裂隙發(fā)育，崩坡積堆積形成滑坡，形成以立石鎮(zhèn)滑坡為東側(cè)邊界的小規(guī)模滑坡聚集區(qū)，向西滑坡規(guī)模整體減小。

該區(qū)巖層產(chǎn)狀多變，只在清溪場附近的云臺(tái)寺滑坡和豐都縣城附近的桃園滑坡處形成局部順向坡結(jié)構(gòu)，形成該區(qū)2個(gè)最大的滑坡，云臺(tái)寺滑坡和桃園滑坡，其他地區(qū)為斜向坡或橫向坡結(jié)構(gòu)，因此形成以云臺(tái)寺和桃園滑坡為中心，向兩側(cè)滑坡規(guī)模減小的規(guī)律。同時(shí)桃園滑坡又位于構(gòu)造復(fù)合交叉位置，為應(yīng)力主要集中區(qū)。該處庫岸變形以桃園(沙田)滑坡為界分為東西兩部分，以西庫岸破壞主要受NE向剪節(jié)理控制，以東則受NW，NE向兩組剪節(jié)理控制，東側(cè)滑坡規(guī)模整體上大于西側(cè)，遠(yuǎn)離該處滑坡規(guī)模迅速減小(表2—3)?？傮w上來說，該區(qū)滑坡發(fā)育線密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于忠縣向斜主題構(gòu)造部位(清溪場—豐都段)，與NE向構(gòu)造與SN向構(gòu)造復(fù)合的局部構(gòu)造特征相一致，NE向構(gòu)造與SN向構(gòu)造復(fù)合是造成這一現(xiàn)象的主要原因。

表2 云臺(tái)寺滑坡附近局部構(gòu)造與滑坡體規(guī)模變化特征 104 m3

表3 桃園滑坡附近局部構(gòu)造與滑坡體規(guī)模變化特征 104 m3

3 豐都-石寶寨段滑坡空間演化(Ⅱ段)

該段為忠縣向斜的主體構(gòu)造段，西鄰大池干井背斜，東鄰方斗山背斜，為一寬緩的向斜構(gòu)造，為斷層傳播褶皺(斷層相關(guān)褶皺)有機(jī)組成部分，作為斷層傳播褶皺來說，其對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的控制主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面[13-15]： ①斷層轉(zhuǎn)播褶皺是地質(zhì)災(zāi)害集中發(fā)生部位。 ②對(duì)于斷層傳播褶皺來說，陡傾褶皺翼地質(zhì)災(zāi)害主要表現(xiàn)為崩塌或者堆積型滑坡，緩傾褶皺翼主要表現(xiàn)為順層滑坡地質(zhì)災(zāi)害，并且地質(zhì)災(zāi)害主要集中于緩傾褶皺翼向陡傾過度的部位。

忠縣向斜主體構(gòu)造部位(豐都—石寶寨Ⅱ段)就是位于大池干井背斜與方斗山背斜之間的向斜構(gòu)造，變形相對(duì)較弱，處于地質(zhì)災(zāi)害少發(fā)區(qū)域。特別是在忠縣縣城附近長江河谷形成游蕩型河床，發(fā)育大量心灘和邊灘，對(duì)岸坡起到了一定的保護(hù)作用，滑坡災(zāi)害主要與河流的沖刷作用相關(guān)，滑坡位于長江U型彎曲的凹岸段(圖1)，形成研究區(qū)滑坡線密度最低的地區(qū)，滑坡規(guī)模也明顯縮小。

圖1 忠縣-石寶寨游蕩型河床與滑坡關(guān)系

忠縣向斜主體構(gòu)造部位的另一個(gè)滑坡相對(duì)集中區(qū)位于洋渡溪鎮(zhèn)附近，形成以貓鼠子、洋渡溪、秦家?guī)r滑坡為主體的3個(gè)局部滑坡聚集區(qū)(分別稱為1區(qū)、2區(qū)、3區(qū))，整體規(guī)模上呈向北東方向滑坡規(guī)模逐漸減小的趨勢(表4)，這與坡體所處斷層傳播褶皺的局部構(gòu)造部位密切相關(guān)。其中3區(qū)已經(jīng)逐漸過渡到忠縣向斜內(nèi)部，滑坡災(zāi)害的形成與河流的沖刷作用關(guān)系密切。

總體上來說該區(qū)是忠縣向斜內(nèi)部滑坡發(fā)育程度最低的部位，庫岸段相對(duì)穩(wěn)定。但是三峽水庫蓄水之后由于邊灘、心灘全部被淹沒，巖水之間的作用進(jìn)一步加強(qiáng)，該段庫岸邊坡的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步觀察，從2016年野外調(diào)查看，此段塌岸現(xiàn)象較其他地段多見。

表4 洋渡溪附近滑坡體規(guī)模變化特征104 m3

4 石寶寨-新田鎮(zhèn)段滑坡空間演化(Ⅲ段)

該區(qū)段是忠縣向斜與萬縣向斜融合過渡段，大池干井背斜在此段已經(jīng)傾伏消亡，忠縣向斜翹傾融合于萬縣向斜中，滑坡主要集中于忠縣向斜與萬縣向斜相互融合區(qū)段的黎家壩到大溪口處，向兩側(cè)滑坡規(guī)模迅速減小(表5)。黎家壩到大溪口處為忠縣向斜與萬縣向斜構(gòu)造融合部位，形成了該區(qū)右旋扭性應(yīng)力場，在該應(yīng)力場的作用下形成了兩組共軛剪節(jié)理系，其中一組節(jié)理方向與長江呈銳夾角，被后期庫岸邊坡形成的卸荷裂隙所繼承，發(fā)展成為控制滑坡形成的拉裂面；另一組節(jié)理方向與長江呈近直角相交，發(fā)展成為控制滑坡形成的切割面，控制滑坡的滑動(dòng)方向。在該地區(qū)巖層順層滑動(dòng)特征明顯，層間節(jié)理發(fā)育，巖層產(chǎn)狀傾角一般小于20°，同時(shí)由于軟硬巖層相間分布，在長江岸坡軟巖層臨空變形，上部硬巖層引張形成張裂隙，張裂隙的形成大部分借助于層間節(jié)理以及區(qū)域性橫節(jié)理形成?？傮w上來說，該區(qū)滑坡的分布特征與忠縣向斜與萬縣向斜的融合關(guān)系密切，主體融合部位恰恰就是滑坡分布最集中的區(qū)域，呈現(xiàn)出從小到大又到小的空間演化規(guī)律。

5 結(jié) 論

(1) 忠縣向斜局部構(gòu)造可以劃分為3個(gè)區(qū)段，分別為北部忠縣向斜與萬縣向斜復(fù)合區(qū)段、中部忠縣向斜主體區(qū)段和南部忠縣向斜與SN向構(gòu)造復(fù)合區(qū)段。

(2) 忠縣向斜影響區(qū)內(nèi)滑坡主要分布于南部和北部區(qū)段，主體區(qū)段滑坡規(guī)模較小，即清溪場—豐都段庫岸(Ⅰ)和石寶寨—新田鎮(zhèn)段(Ⅲ)庫岸滑坡規(guī)模大，豐都—石寶寨段(Ⅱ)庫岸崩滑體規(guī)模小，整體呈“兩頭大，中間小”、“兩頭密，中間疏”的規(guī)律。

(3) 研究區(qū)所劃分的每個(gè)區(qū)段內(nèi)滑坡空間演化特征均具有各自的特點(diǎn)，與忠縣向斜影響區(qū)整體趨勢和局部構(gòu)造特征改變一致，相互對(duì)應(yīng)。