怒江上江鎮(zhèn)一級階地上覆粗顆粒土成因探討

張 勇, 胡小龍， 劉 宇, 馮倩倩， 趙 遜

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所， 成都 611734； 2.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院， 成都 610059)

瀘水縣上江鎮(zhèn)為一個(gè)典型的山區(qū)城鎮(zhèn)，地處滇西橫斷山區(qū)，大地構(gòu)造單元屬岡底斯-念青唐古拉褶皺系，福貢-鎮(zhèn)康褶皺帶[1]。區(qū)內(nèi)斷裂極其發(fā)育，怒江大斷裂南北縱穿而過，晚近期怒江斷裂南段活動(dòng)強(qiáng)烈，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為間歇性強(qiáng)力抬升，在上江鎮(zhèn)右岸保存4級河流階地。

目前上江鎮(zhèn)三級階地人口密集，省道228在三級階地通過；新建保瀘高速在四級階面通過，城鎮(zhèn)發(fā)展逐漸向二級階地及一級階地?cái)U(kuò)展，而建筑物主要分布于怒江一級支流丙貢河兩側(cè)，溝道橫斷面被嚴(yán)重?cái)D占。在對瀘水縣怒江河谷階地進(jìn)行實(shí)地調(diào)查中對上江鎮(zhèn)階地及相關(guān)堆積體進(jìn)行了重點(diǎn)關(guān)注。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)位于上江鎮(zhèn)一級階地上覆一順河粗顆粒堆積體，考慮到山區(qū)城鎮(zhèn)——上江鎮(zhèn)可能存在的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性及風(fēng)險(xiǎn)性，查明該巨礫堆積物的成因具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。查閱文獻(xiàn)資料，該堆積體沒有相關(guān)成因方面研究，現(xiàn)通過現(xiàn)場填圖，地質(zhì)環(huán)境條件分析，采用排除法、類比法，分析該大型堆積體成因。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造與交通位置圖Fig.1 Geological structure and traffic location of the study area

1 研究區(qū)概況

上江鎮(zhèn)位于云南省西北邊陲，怒江右岸，瀘水縣南部，西面為高黎貢山，東部與大理州云龍縣相接，南部與保山市隆陽區(qū)接壤，丙貢河由西向東穿鎮(zhèn)而過匯入怒江。研究區(qū)屬中高山峽谷地貌，鎮(zhèn)域范圍內(nèi)海拔最高為怒江右岸的高黎貢山3 400 m，最低為怒江河谷755 m，高差達(dá)2 600余米。上江鎮(zhèn)所轄區(qū)域主要出露高黎貢山巖群混合巖化變粒巖、石炭系泥質(zhì)灰?guī)r以及三疊系白云質(zhì)灰?guī)r與純灰?guī)r，空間上由西向東地層逐漸變新；第四系主要為沖洪積物，平面上第四系呈“T”字形展布[圖1(a)]。上江鎮(zhèn)境內(nèi)怒江斷裂帶寬約500 m，第四紀(jì)活動(dòng)強(qiáng)烈，右岸發(fā)育大量的斷層三角面[圖1(b)]，斷裂上盤高黎貢山群受構(gòu)造影響，巖體完整性差，丙貢河中上游崩坡積物及溝床堆積物豐富。

受印度洋季風(fēng)影響，研究區(qū)屬于亞熱帶山地季風(fēng)氣候，年平均氣溫18 ℃，且大于等于10 ℃的活動(dòng)積溫量在6 500 ℃以上，持續(xù)天數(shù)大于等于360 d，全年無霜[2]。在瀘水一帶素有“有錢難買六月旱，有旱不過五月十三”的說法[3]，根據(jù)氣象資料顯示，研究區(qū)平均日降雨量800 mm，其中主要降雨集中在5—10月，而暴雨期主要分布在6月下旬—7月中旬?，F(xiàn)場調(diào)防當(dāng)?shù)鼐用竦弥辖?zhèn)丙貢河每年都會(huì)引發(fā)不同規(guī)模的泥石流，山口以下溝道兩側(cè)居民的生命財(cái)產(chǎn)遭受不同程度的損失。

圖2 上江鎮(zhèn)巨礫堆積分布圖Fig.2 Distribution map of boulder accumulation in Shangjiang Town

2 粗顆粒土發(fā)育特征

在對上江鎮(zhèn)階地的實(shí)地調(diào)查中揭示，上江鎮(zhèn)發(fā)育4級階地，階坎上均見有河流相卵礫石層，二～四級階地階面平整，頂部漫灘相砂土為農(nóng)田或城鎮(zhèn)建筑物、道路，但在一級階地之上覆有粗顆粒土堆積體。堆積體平面上呈“辣椒狀”，北至丙貢河入江口，與丙貢河扇體相接，但高度高于扇體，南達(dá)一級階地南緣，長1 160 m；東緣受怒江沖刷，形成堆積體陡壁，相對高差23～26 m；堆積體西側(cè)與一級階地后緣圍限是一淺槽谷，谷底為一級階地漫灘相砂層，為稻田分布區(qū)，寬50～100 m。堆積體北寬南窄，北段最寬達(dá)250 m，中部寬260 m，南段寬80 m，面積約23×104m2(圖2)。堆積體厚2～6 m，總體北部高，厚度4～5 m，向南部降低2～3 m，表面起伏明顯，總體積約93×104m3，考慮大部分堆積體被沖走，根據(jù)怒江一級階地之下堵江寬度測算，當(dāng)時(shí)堆積體的體積應(yīng)在1 604×104m3左右。堆積體組成以混合巖化變粒巖、片巖巨大漂礫、塊石、碎石夾砂及黏土為主，其中巨大漂礫約占56%，塊石約占23%，碎石約占9%,砂及黏土約占12%. 巨大漂礫粒徑在1.5～3 m，偶見粒徑5.4 m×2.0 m×2.3 m的巨礫(圖3)，次棱角狀；塊石以0.3～2.0 m居多，次棱角-棱角狀；碎石粒徑在0.2 m以下，棱角狀居多，少量為次棱角狀。顆粒之間充填有少量砂及黏土，地表露頭黏粒含量較低。形態(tài)上粗顆粒以不規(guī)則形、厚板狀居多，球度低、磨圓差，顆粒表面新鮮或弱風(fēng)化，石英脈體清晰展布。

圖3 巨礫堆積物分布圖Fig.3 Distribution of boulder deposits

3 堆積體成因綜合分析

一方面，由于該堆積體堆積于一級階地以上，形成時(shí)間上晚于一級階地。一級階地形成年代為一萬年左右，因此覆于其上的堆積體應(yīng)是一萬年以來的某次事件，其成因關(guān)系到上江鎮(zhèn)全新世以來是否發(fā)生過災(zāi)變事件。

首先，人工堆積的可能性分析，通過現(xiàn)場調(diào)訪，有歷史記錄以來，一級階地從未作為大規(guī)模工程棄渣場地，排除了人工堆積的可能。

第二，冰川堆積或冰水堆積的可能性分析，瀘水市內(nèi)冰川發(fā)育具有明顯的地域性，即在自大興地鄉(xiāng)以北的怒江上游高山-極高山地區(qū)發(fā)育。向南，山地高程急劇降至中低山，無現(xiàn)代冰川活動(dòng)也未見歷史冰川活動(dòng)遺跡的報(bào)道，況且末次冰期冰川大規(guī)?；顒?dòng)發(fā)生在1萬年以前，本堆積體形成在一級階地之后及晚于1萬年，時(shí)間上也無法對應(yīng)。而且從堆積體組成及結(jié)構(gòu)也難以與冰磧泥包礫或冰水具有磨圓顆粒的韻律結(jié)構(gòu)相吻合，因此，不可能是冰川堆積或冰水堆積。

圖4 丙貢河縱剖面圖Fig.4 Vertical section of Bingong River

第三，崩塌或滑坡堆積的可能性分析。左岸高陡，地震烈度高，是否是左岸高位遠(yuǎn)程滑坡或崩塌堵江并堆積于怒江右岸？現(xiàn)場調(diào)查揭示，左岸谷坡為三疊系紫紅色泥質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖組成的順向谷坡，地形上具有高位下滑并沖向右岸一級階地的可能性，但巖性上二者完全不吻合，因此，這種可能性可以排除。

第四，歷史大型泥石流災(zāi)害可能性分析。 堆積體北端為丙貢河河口入江堆積扇。是否是一級階地形成后歷史大型泥石流沖入怒江，巨型固體物質(zhì)覆蓋于一級階地及怒江主河道，決口后殘存在一級階地上的殘存體？該堆積體與2005年大渡河左岸磨西河大型泥石流沖入大渡河形成的溝口堆積體物形態(tài)具有高度的相似性[4]，為此，對丙貢河歷史泥石流活動(dòng)進(jìn)行了追蹤調(diào)查。丙貢河發(fā)源于怒江西側(cè)的高黎貢山南段，屬怒江一級支流，流域面積40.8 km2，溝域縱長13.4 km，溝源高程2 640 m，溝口高程約720 m，匯流區(qū)縱比降約285‰，溝道平均縱比降約184‰(圖4)，下游流量約1.5 m3/s。溝域可以區(qū)分上游清水匯流區(qū)、中游形成流通區(qū)、下游堆積區(qū)。清水匯流區(qū)面積約17.23 km2，植被發(fā)育；中游植被覆蓋率低，人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，下游為巨大的沖洪積扇。形成流通區(qū)為怒江斷裂帶通過處，巖體破碎且發(fā)育老的洪積及泥石流堆積，支溝順斷裂帶發(fā)育呈筆架狀，溝道彎曲且兩壁崩塌、滑塌發(fā)育，溝床覆蓋層厚，比降達(dá)180‰，易于堵潰、揭底；結(jié)合研究區(qū)降雨集中的特點(diǎn)，丙貢河具備發(fā)生大型泥石流的三大基本條件。

另一方面，瀘水縣區(qū)域附近地震活動(dòng)強(qiáng)烈，有歷史記載的Ms≥4.7級地震多達(dá)183次，其中6級及以上地震有32次，距今最近記錄到的強(qiáng)震為1976年云南龍陵Ms7.3級地震[5]。如此頻繁的地震活動(dòng)，對于研究區(qū)的巖體結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞，基巖山體整體的穩(wěn)定性降低，坡體裂隙發(fā)育明顯，在這樣的地質(zhì)環(huán)境條件下，為地質(zhì)災(zāi)害鏈發(fā)生提供了“極佳”的條件[6]。

成因分析：在上江一級階地上分布的大規(guī)模巨礫堆積物的成分與丙貢河上游的地層巖性剛好對應(yīng)，均為混合質(zhì)黑云變粒巖。階面上的巨礫堆積物平均粒徑在1.5～3 m，偶見5.4 m×2.3 m×2.0 m的巨礫，體積約24.84 m3，估算其質(zhì)量約69.6 t，而對于這一質(zhì)量的巨礫物質(zhì)以及這么遠(yuǎn)的運(yùn)移距離，僅靠滑坡或崩塌是無法實(shí)現(xiàn)的，而對于稀性泥石流也很難提供如此大的水動(dòng)力條件[7]，因此最可能的就是黏性泥石流。而在丙貢河下游段發(fā)現(xiàn)有巨礫出露[圖3(b)]，其主要埋藏在約2.0 m的第四系沖洪積層下面，河道兩側(cè)的巨礫物質(zhì)的磨圓度明顯要優(yōu)于一級階面上的堆積物，呈次圓狀，大小礫石混雜，其間以沙礫土充填，結(jié)構(gòu)致密為典型的泥石流堆積。結(jié)合上述條件推測，上江一級階地上覆巨礫物質(zhì)應(yīng)該是老的黏性泥石流裹挾上游的巨礫物質(zhì)暫時(shí)性堵塞怒江，然后決口，粗顆粒堆積體實(shí)際上是殘留在一級階地上的殘留體。

形成時(shí)間分析：一級階地形成不久，怒江流域?yàn)o水縣附近的階地調(diào)查較少，在僅有的文獻(xiàn)中可知，上江附近的一級階地形成年代在7.6～8.37 ka BP[8-10]，而上江鎮(zhèn)階地面上的巨礫物質(zhì)應(yīng)該是階地形成不久的高漫灘階段，因此，巨礫物質(zhì)的形成時(shí)間應(yīng)該在全新世距今6～7 ka，由于極端天氣惡化，集中強(qiáng)降雨條件下，清水匯流區(qū)巨量洪水通過沖刷揭底、溝壁崩塌、滑塌等方式，啟動(dòng)丙貢河中上游段豐富的崩坡積物以及溝道堆積物，形成了超大型的黏性泥石流，沖出丙貢河河口，最終堵塞怒江，泥石流固體沖出物呈扇狀覆蓋當(dāng)時(shí)的高漫灘(現(xiàn)今的一級階地)。

堵潰分析：怒江流域?yàn)o水段的平均河床寬度為160 m，而在上江鎮(zhèn)怒江河道受到了明顯的擠壓，推向左岸，最窄處僅80 m(圖2)。因此，推測上江鎮(zhèn)可能在這次大規(guī)模黏性泥石流的巨大水動(dòng)力條件下，攜帶了丙貢河中上游的巨礫物質(zhì)于怒江淤積，堵塞怒江河道，但由于怒江流量大(多年平均流量4 876 m3/s)，暫時(shí)壅塞后因江水翻壩而發(fā)生潰決，主河道的巨礫物質(zhì)在持續(xù)性的干流沖刷搬運(yùn)作用下殆盡，而位于上江高漫灘(現(xiàn)今一級階地)不但位置高且位于凸岸，泥石流殘?bào)w得以保存，形成現(xiàn)今的階面巨礫殘留堆積形態(tài)。

4 結(jié)論

針對上江鎮(zhèn)一級階地上發(fā)育異常非沖積相堆積，通過粗顆粒土結(jié)構(gòu)及顆粒成分的示蹤調(diào)查，揭示該堆積體為全新世早期末一級階地形成后丙貢河暴發(fā)超大型泥石流沖出溝口并暫時(shí)性堵塞怒江，泥石流扇超覆于當(dāng)時(shí)的高漫灘上(現(xiàn)為一級階地)，決口后，泥石流大部分固體沖出物已被怒江沖刷帶走，現(xiàn)堆積于一級階地之上的粗顆粒土為丙貢河歷史泥石流殘?bào)w。

這一災(zāi)變事件說明，上江鎮(zhèn)丙貢河具備發(fā)生超大型泥石流條件。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，山區(qū)城鎮(zhèn)人口不斷增加，上江鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府所在地就位于沖洪積臺(tái)地上，城鎮(zhèn)規(guī)劃中并未對穿過上江鎮(zhèn)的丙貢河泥石流危害進(jìn)行評估，但目前正在進(jìn)行大規(guī)模的移民搬遷住房建設(shè)工程，工程建設(shè)所在地正好位于老的泥石流堆積體上，加之丙貢河上游復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造條件，豐富的崩坡積物為泥石流的再次發(fā)生奠定了基礎(chǔ)。上江鎮(zhèn)鎮(zhèn)府所在區(qū)的狹長地帶為泥石流的高度危險(xiǎn)區(qū)，目前僅在河道兩側(cè)修筑低矮的防洪堤，建議未來應(yīng)該對于上江鎮(zhèn)泥石流的危險(xiǎn)性進(jìn)行專題研究并實(shí)施針對性治理工程，同時(shí)加強(qiáng)該流域監(jiān)測預(yù)警工作。