四川省北川縣崩滑災(zāi)害孕災(zāi)地質(zhì)條件分析

劉騰， 任蕊， 匡野， 楊成程， 易鵬飛， 陶鯖宇

（四川省地質(zhì)工程勘察院集團(tuán)有限公司，四川 成都 610072）

0 引言

北川縣位于綿陽市西北部，山區(qū)占全縣總面積的90%以上，境內(nèi)山高坡陡，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖體風(fēng)化破碎。受“5·12”特大地震重創(chuàng)，北川地質(zhì)環(huán)境條件十分脆弱，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)[1]。盡管自“5·12”震后我國防災(zāi)工作做出了突出成績[2]，但仍存在一些不足。在極端降雨情況下，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量仍然較多，如2020年特大汛期后，北川縣內(nèi)新增地質(zhì)災(zāi)害600余處，且不少新增災(zāi)害并未在前期調(diào)查工作中有效識別，這類情況在我國其他省區(qū)也較為普遍[3]。目前，地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)報能力仍較低，究其原因，除地質(zhì)災(zāi)害的形成發(fā)育機(jī)理比較復(fù)雜、預(yù)測難度大外，還因目前地質(zhì)災(zāi)害防治工作的重點主要放在已發(fā)現(xiàn)的災(zāi)體上，對地質(zhì)災(zāi)害形成發(fā)育的本底——“孕災(zāi)地質(zhì)條件”分析評價不足，未能在發(fā)災(zāi)之前有效識別出潛在隱患。

自21世紀(jì)初，我國地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃工作經(jīng)歷了1∶10萬縣（市）地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查區(qū)劃、1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害詳查、地質(zhì)災(zāi)害精細(xì)化調(diào)查和地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查等階段[3]。2013年以來，調(diào)查工作更加注重孕災(zāi)地質(zhì)條件，從“救災(zāi)論災(zāi)”的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查轉(zhuǎn)向地質(zhì)災(zāi)害隱患（點）及孕災(zāi)地質(zhì)條件（面）調(diào)查[4]。同時，國內(nèi)外眾多學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)研究[5-9]，分析了不同地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與各類孕災(zāi)條件的相關(guān)關(guān)系，初步歸納整理了地質(zhì)災(zāi)害的孕災(zāi)條件及因子。

針對當(dāng)前對地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)地質(zhì)條件認(rèn)識不足的情況，本文以北川縣為研究對象，依托“四川省北川縣地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查評價（1∶5萬）項目”，在孕災(zāi)地質(zhì)條件分析與野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析了區(qū)內(nèi)崩滑地質(zhì)災(zāi)害與孕災(zāi)地質(zhì)條件之間的關(guān)系，定量揭示了區(qū)內(nèi)崩滑地質(zhì)災(zāi)害在各孕災(zāi)地質(zhì)條件中的易發(fā)區(qū)間，科學(xué)闡述了各孕災(zāi)因子對滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布的控制作用，旨在為地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供更明確的思路。

1 研究區(qū)概況

北川縣位于四川盆地西北部邊緣向川西高原的過渡地區(qū)，屬綿陽市所轄，行政區(qū)面積約3 082.72 km2。大地構(gòu)造位置處于青藏高原東部邊緣的龍門山構(gòu)造帶內(nèi)，中央斷裂帶（北川斷裂）從境內(nèi)陳家壩—曲山—擂鼓貫穿而過。同時，該地區(qū)也是四川盆地兩大暴雨中心之一[10]。區(qū)內(nèi)受龍門山斷裂和河流長期侵蝕切割的影響，全境大部皆山，溝壑縱橫，地形復(fù)雜，地勢北西高、南東低，最大相對高差達(dá)4 229 m（圖1）。境內(nèi)出露的主要地層有古生界寒武系、志留系、泥盆系和石炭系，中生界侏羅系和三疊系，以及新生界第四系松散堆積層。其中，變質(zhì)巖分布面積最廣，以茂縣群千枚巖和板巖為主，是區(qū)內(nèi)主要的易滑巖層?！?·12”地震對北川縣地質(zhì)環(huán)境已造成不同程度的“損傷”及微改造，目前仍處于震后地質(zhì)災(zāi)害的活躍期，震后效應(yīng)尚未消散，仍需較長一段時間，地質(zhì)條件才能恢復(fù)到震前水平[11]。

圖1 研究區(qū)地理位置示意圖Fig.1 Geographical location of the study area

2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布概況

經(jīng)野外實地調(diào)查，受2020年汛期特大暴雨影響，截至2021年3月，北川縣共發(fā)育973處地質(zhì)災(zāi)害，其中滑坡780處、占比80.06%，崩塌47處、占比4.90%，泥石流146處、占比15.04%。

據(jù)野外調(diào)查，北川縣內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害空間分布受地質(zhì)環(huán)境條件、氣候因素及人類工程經(jīng)濟(jì)活動共同作用的影響，空間分布規(guī)律明顯。首先，具有地域上的分散性和地段上的相對集中性，在空間分布上，呈現(xiàn)出集中于某一河段的分布規(guī)律，主要分布于青片河中段、白草河上游段、白草河—玉溪河段、蘇寶河—都壩河—湔江河段； 其次，與構(gòu)造帶、地震活動帶展布相一致。

通過資料收集及野外調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害，從時間軸線來看（圖2，圖3），總體呈現(xiàn)出以下特點: 受降雨的控制作用越來越明顯; 震前區(qū)內(nèi)崩滑災(zāi)害與泥石流的比例大概為12∶1，震后比率主要維持在3∶1至5∶1間; 崩滑地質(zhì)災(zāi)害常年保持在較高發(fā)育水平，但遇超強(qiáng)降雨則呈明顯的爆發(fā)式增長。

圖2 2006-2021年地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量變化Fig.2 Changes in the numbers of geological disasters from 2006 to 2021

圖3 2006-2021年崩滑災(zāi)害數(shù)量與泥石流災(zāi)害數(shù)量比率變化Fig.3 Changes in the ratios of collapse and landslide numbers to debris flow from 2006 to 2021

3 崩滑孕災(zāi)地質(zhì)條件分析

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

結(jié)合野外調(diào)查分析，致使區(qū)內(nèi)滑坡發(fā)育的孕災(zāi)地質(zhì)條件主要有： 地形地貌條件（高程、高差、坡度、平剖面曲率、地勢起伏度、溝壑密度、距水系距離）、地層巖性條件（工程地質(zhì)巖組）、地質(zhì)構(gòu)造條件（斷層）、地震后效應(yīng)（地震烈度）、斜坡結(jié)構(gòu)以及人類工程活動（距道路距離）等。致使區(qū)內(nèi)崩塌發(fā)育的孕災(zāi)地質(zhì)條件主要有： 地形地貌條件（高程、坡度、距河流距離）、地層巖性條件（工程地質(zhì)巖組）、地質(zhì)構(gòu)造條件（斷層）、地震后效應(yīng)（地震烈度）、斜坡結(jié)構(gòu)以及人類工程活動（距道路距離）等。各類孕災(zāi)地質(zhì)條件數(shù)據(jù)來源見表1。

表1 孕災(zāi)地質(zhì)條件數(shù)據(jù)來源[1]

崩滑地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)主要來源于本次地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查點、歷次地質(zhì)災(zāi)害排（詳）查、其他部門地質(zhì)災(zāi)害隱患點及遙感解譯點資料。

3.2 滑坡孕災(zāi)地質(zhì)分析

通過GIS分析工具提取滑坡范圍內(nèi)各類孕災(zāi)地質(zhì)條件數(shù)據(jù)，統(tǒng)計各類孕災(zāi)地質(zhì)條件的滑坡發(fā)育數(shù)量，繪制了各孕災(zāi)因子與滑坡發(fā)育的關(guān)系圖（圖4）。

從滑坡與各孕災(zāi)因子的數(shù)理統(tǒng)計可以看出，各孕災(zāi)因子與滑坡發(fā)育均表現(xiàn)出一定的相關(guān)性。結(jié)合野外調(diào)查情況，區(qū)內(nèi)滑坡分布首先受地質(zhì)構(gòu)造和工程地質(zhì)巖組影響，其次受地形地貌和斜坡結(jié)構(gòu)影響。就地形地貌而言，高程、地勢起伏度、溝壑密度及平剖面曲率與滑坡發(fā)育相關(guān)性都較好。比如,對高程來說，區(qū)內(nèi)高程1 000～1 500 m范圍內(nèi)，恰好也是地殼抬升過程中河谷地貌演化的應(yīng)力最大釋放區(qū)，這一高程區(qū)間內(nèi)巖體更為破碎，應(yīng)力更為集中，所以更易發(fā)育滑坡。利于滑坡發(fā)育的坡度區(qū)間為10°～30°。利于滑坡發(fā)育的地勢起伏度區(qū)間為100～200 m。在關(guān)內(nèi)大部千枚巖地層區(qū)，坡度、斜坡結(jié)構(gòu)及平面曲率是主要孕災(zāi)地質(zhì)條件; 在龍門山斷裂影響帶內(nèi)，則受斷裂主控; 在東南碳酸鹽巖區(qū)，滑坡發(fā)育的主要孕災(zāi)條件為斜坡結(jié)構(gòu)與工程地質(zhì)巖組。

通過計算每個孕災(zāi)因子信息量值，來判斷孕災(zāi)因子對滑坡的影響程度（表2）?？梢钥闯?，地質(zhì)構(gòu)造、土地利用類型、斜坡結(jié)構(gòu)、坡度及剖面曲率是孕育滑坡最主要的地質(zhì)條件。

圖4 滑坡孕災(zāi)地質(zhì)條件統(tǒng)計分析[11]Fig.4 Statistical analysis of the disaster-pregnancy geological conditions of landslide[11]

表2 滑坡孕災(zāi)因子影響程度排序

3.3 崩塌孕災(zāi)地質(zhì)條件分析

區(qū)內(nèi)發(fā)育崩塌大多數(shù)為巖質(zhì)崩塌，土質(zhì)崩塌較少。就發(fā)育情況而言，崩塌主要分布在擂鼓—曲山—永安—通泉等灰?guī)r、白云巖及砂巖一帶，在千枚巖地層區(qū)，崩塌發(fā)育較少。地形地貌及巖體結(jié)構(gòu)是崩塌的主要孕災(zāi)地質(zhì)條件，地質(zhì)構(gòu)造也是通過對地形地貌和巖體結(jié)構(gòu)的控制，影響崩塌的產(chǎn)生，在其作用下，高陡臨空面和破碎巖體為崩塌的發(fā)育提供了有利條件。就地層巖性而言，上硬下軟的巖性組合，由于差異風(fēng)化，下部軟弱巖層抗風(fēng)化能力弱，形成巖腔，在重力作用下，被卸荷裂隙或構(gòu)造裂隙切割為塊狀巖體，因重心不穩(wěn)而產(chǎn)生崩塌。各孕災(zāi)因子與崩塌發(fā)育的關(guān)系見圖5。

圖5 崩塌孕災(zāi)條件統(tǒng)計分析Fig.5 Statistical analysis of disaster-pregnancy geological conditions of collapse

由于北川縣境內(nèi)地層巖性大多為茂縣群的較軟—軟變質(zhì)巖，不是易崩地層，故境內(nèi)發(fā)育崩塌較少。從孕災(zāi)條件統(tǒng)計結(jié)果來看，崩塌與各孕災(zāi)因子的統(tǒng)計關(guān)系并不明顯，但與高程、坡度、距主要河流距離及工程地質(zhì)巖組存在一定的相關(guān)性。如境內(nèi)最利于崩塌發(fā)育的高程區(qū)間為750～1 000 m，最利于崩塌發(fā)育的巖組為塊狀較堅硬的巖組類型。

綜上，北川縣內(nèi)崩塌首先受控于工程地質(zhì)巖組這一孕災(zāi)條件，這與地質(zhì)分析是吻合的，其次與距河流距離、地震烈度也有一定相關(guān)性。但基于目前的研究，尚不能進(jìn)一步深化孕災(zāi)地質(zhì)條件分析。

4 孕災(zāi)地質(zhì)條件分區(qū)

孕災(zāi)地質(zhì)條件野外調(diào)查、地質(zhì)分析及數(shù)理統(tǒng)計結(jié)果表明，北川縣內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害形成發(fā)育具有明顯的分帶性，不同地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)條件及發(fā)育特征是不同的，由此對北川縣地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了孕災(zāi)條件分區(qū)。

北川縣受龍門山斷裂和河流長期侵蝕切割的影響，總體呈現(xiàn)出溝深谷狹、脊坡陡峭、相對高差大等特點。地貌上呈現(xiàn)高山、中山、低山等多種地貌單元，地形上溝壑縱橫，但不同地區(qū)的溝道切割深度及溝道流域面積大大不同。從發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害的情況來看，中小起伏山地的地質(zhì)災(zāi)害點密度較大，中起伏山地的地質(zhì)災(zāi)害點密度最大，平原地質(zhì)災(zāi)害少。在高程方面，地質(zhì)災(zāi)害點密度隨海拔高度的增加先增加后減小，在海拔較低和海拔較高的區(qū)域，地質(zhì)災(zāi)害點密度較小。

地層巖性的分布也有較大差異： 在北西片口、青片一帶，主要分布泥盆系危觀群組的千枚巖與變質(zhì)砂巖互層較軟巖； 小壩、壩底、開坪中間一帶，分布大面積的碎裂狀千枚巖，易發(fā)育巖質(zhì)滑坡； 桂溪、陳家壩、通泉一帶，分布塊狀和厚層狀灰?guī)r、砂巖，更易發(fā)育崩塌； 永昌、擂鼓一帶，則分布紅層砂泥巖。

北川縣孕災(zāi)地質(zhì)條件首先要考慮龍門山斷裂帶的影響，龍門山斷裂構(gòu)造由NE至SE貫穿全境，老縣城曲山鎮(zhèn)處于前龍門山褶皺帶與后龍門山褶皺帶的界線上，該斷層是一條現(xiàn)今仍然活動的逆沖斷層，復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造和劇烈的新構(gòu)造運(yùn)動導(dǎo)致區(qū)內(nèi)地層巖體破碎，各斜坡巖土體發(fā)育節(jié)理裂隙。

綜合研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件和對各災(zāi)種的詳細(xì)闡述，考慮北川縣內(nèi)地形地貌、地層巖性條件及工程地質(zhì)巖組等主要孕災(zāi)條件，將北川縣孕災(zāi)地質(zhì)條件分為5大孕災(zāi)地質(zhì)條件區(qū)（圖6）。

圖6 北川縣孕災(zāi)地質(zhì)條件分區(qū)Fig.6 Disaster-pregnancy geological conditions zoning in Beichuan County

I區(qū)分布于青片及片口局部地區(qū)，即青片河上游及百草河上游地帶。該區(qū)地層巖性以泥盆系危觀群千枚巖與變質(zhì)石英砂巖互層為主，部分地區(qū)為三疊系雜谷腦組、三疊系侏倭組千枚巖與變質(zhì)石英砂巖互層，整體巖性較軟，巖體結(jié)構(gòu)大多呈層狀-碎裂結(jié)構(gòu)，其出露的千枚巖較志留系的千枚巖巖性更硬。該區(qū)地勢起伏度也是北川縣內(nèi)最大的，最高海拔點亦位于該區(qū)內(nèi)。區(qū)內(nèi)溝壑密度較小，最大為0.6 km/km2。由以上地形地貌指標(biāo)可以看出，地勢起伏度大而溝壑密度小，說明區(qū)內(nèi)山體多表現(xiàn)為高且大，這樣的地形地貌對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的貢獻(xiàn)不大。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育較少，主要受龍門山后山斷裂及片口地區(qū)發(fā)育斷層影響。從野外調(diào)查的情況來看，區(qū)內(nèi)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模大多較小，以滑坡為主，幾乎無崩塌發(fā)育，泥石流也是多以坡面泥石流為主，即使溝壑叢生，也很難形成一定規(guī)模的溝道泥石流。

II區(qū)為北川縣大部，廣泛分布于片口、小壩、開坪、禹里、白坭、馬槽、白什地區(qū)，即青片河中游、下游，百草河中游、下游及通口河中游一帶。該區(qū)地層巖性以志留系茂縣群千枚巖、片巖及板巖為主，為易滑地層，整體巖性軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)以碎裂結(jié)構(gòu)-層狀結(jié)構(gòu)為主。區(qū)內(nèi)地勢起伏度處于北川縣內(nèi)中等水平，200～500 m間分布，以開坪（后園溝）、馬槽及壩底較高，都貫、白坭及漩坪的地勢起伏度最低。就溝壑密度而言，該區(qū)溝壑密度最大，其中以白坭、漩坪及禹里地區(qū)最大（1.0 km/km2）。由以上地形地貌指標(biāo)可以看出，該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度應(yīng)為最高。從野外調(diào)查情況來看，該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度極高，大多規(guī)模中等，以滑坡為主，滑坡的模式主要有土質(zhì)滑坡、順層滑動、視傾向滑動以及中陡傾巖層內(nèi)的傾倒變形，泥石流也較為發(fā)育，但規(guī)模較小，崩塌發(fā)育很少。

III區(qū)分布于桂溪—陳家壩—曲山—擂鼓一線，沿龍門山斷裂兩側(cè)，都壩河一帶。該區(qū)地層巖性以奧陶系、寒武系及震旦系灰?guī)r為主，局部地區(qū)為志留系千枚巖、板巖及頁巖等，整體巖性堅硬，巖體結(jié)構(gòu)呈塊狀。地質(zhì)構(gòu)造上，受龍門山斷裂帶影響最為顯著。在分區(qū)中，結(jié)合龍門山斷裂帶的影響距離，及5·12 汶川地震引發(fā)的同震地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律，綜合劃定了III區(qū)的邊界。該區(qū)地勢起伏度與溝壑密度與II區(qū)類似，同樣是地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)區(qū)。從野外調(diào)查情況及5·12汶川地震引發(fā)的同震地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律來看，地質(zhì)災(zāi)害及不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育密度高，滑坡、崩塌及泥石流均有發(fā)育，其中泥石流的規(guī)模之最，區(qū)內(nèi)魏家溝、櫻桃溝、青林溝及楊家溝等泥石流溝每年都在發(fā)生泥石流活動。受地震影響，區(qū)內(nèi)發(fā)育部分大型滑坡、崩塌，如景家山崩塌、王家?guī)r滑坡。

IV區(qū)分布于北川縣東北部桂溪、通泉及永安一帶。該區(qū)地層巖性以泥盆系及三疊系砂巖、灰?guī)r為主，整體巖性較堅硬，巖體結(jié)構(gòu)以層狀-塊狀為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育主要以崩塌為主，滑坡次之，幾乎無泥石流發(fā)育。

V區(qū)分布于北川新縣城永昌附近，安昌河下游一帶。該區(qū)地層巖性以紅層砂泥巖為主，河谷地帶分布第四系松散堆積物，整體巖性較軟，巖體結(jié)構(gòu)以層狀為主。該區(qū)地勢較為平坦，地勢起伏度很低，但沿安昌河一線溝壑密度較大。該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育主要以崩塌為主，少部分滑坡。

5 結(jié)論

（1）北川縣目前共發(fā)育973處地質(zhì)災(zāi)害。境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害空間分布受地質(zhì)環(huán)境條件、氣候因素及人類工程經(jīng)濟(jì)活動共同作用的影響，時空分布具有明顯的分區(qū)特征。

（2）地質(zhì)構(gòu)造、土地利用類型、斜坡結(jié)構(gòu)、坡度及剖面曲率是孕育滑坡最主要的地質(zhì)條件; 崩塌則受控于工程地質(zhì)巖組條件，與距河流距離及地震烈度也有一定關(guān)系。

（3）結(jié)合研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件，綜合考慮北川縣內(nèi)地形地貌、地層巖性及工程地質(zhì)巖組等主要孕災(zāi)條件，將北川縣分為5大孕災(zāi)地質(zhì)條件區(qū)，并詳細(xì)闡述了不同孕災(zāi)區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及主控孕災(zāi)條件等。本研究有助于地方防災(zāi)減災(zāi)體系的提升，也可為其他地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險調(diào)查評價項目提供一定的參考。