“8·8”地震后九寨溝火花海發(fā)展演化趨勢分析

宋偉，袁茂珂，卓曼他，曹俊，劉明，杜杰

“8·8”地震后九寨溝火花海發(fā)展演化趨勢分析

宋偉1，袁茂珂1，卓曼他2，曹俊1，劉明1，杜杰2

（1.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊，成都 610213；2. 九寨溝風(fēng)景名勝區(qū)管理局，四川 九寨溝 623402）

九寨溝美景被譽為“童話世界”， 其核心景觀是“青山綠水”，坐擁世界自然遺產(chǎn)、世界生物圈保護區(qū)、綠色環(huán)球21世紀3項國際桂冠，還先后評為多項國家級自然保護地。2017年8月8日九寨溝7.0級地震，烈度最大達到Ⅸ度，九寨溝景區(qū)離震中近，誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，部分景點、旅游設(shè)施受到損傷?；鸹ê５虊伟l(fā)生決堤，決堤長25m，海子基本干涸，湖底鈣華暴露，火花海景觀消失；上游的臥龍海堤壩和下游雙龍海堤壩亦不同程度受損。處易垮塌區(qū)和極易垮塌區(qū)。從長遠來看，不可能自然修復(fù)，進一步的垮塌不可避免。

“8·8”地震；火花海；發(fā)展演化趨勢；九寨溝景區(qū)

1 九寨溝景區(qū)基本情況

1.1 位置與交通

九寨溝景區(qū)位于四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣西部，東與平武、南與松潘縣接壤。包括九寨溝內(nèi)的樹正、則查哇、黑角、荷葉、盤亞、亞納、尖盤、熱西、郭都等九個藏族村寨。地理座標：東經(jīng)103°45′～104°05′，北緯32°53′～33°20′，面積約651km2。

距成都438km，距九寨溝縣城42km，有省道S301從景區(qū)北側(cè)通過，是區(qū)內(nèi)交通的大動脈，景區(qū)有九寨溝口-諾日朗-長海、諾日朗-原始森林等景區(qū)公路及各村寨公路。西鄰九寨黃龍機場，進出十分方便。

1.2 區(qū)域自然地理特征

九寨溝地處青藏高原之東北部，是青藏高原向四川盆地兩大地貌單元的過渡地帶，四川地貌圖上屬于盆地外圍山地區(qū)，屬嘉陵江上游-白水河流域山地區(qū)[1]。

九寨溝景區(qū)以樹正、日則和則查哇三溝構(gòu)成“Y”字形，地勢南高北低，起伏大，最大相對高差達 2 768m，平均相對高差大于1 600m。河網(wǎng)密度大于0.8km/km2；谷地較窄。最大寬深比可達20∶1，平均為4.5∶1。屬高山峽谷地貌區(qū)，呈現(xiàn)垂直的山地植被景觀。

1.3 區(qū)域地質(zhì)背景

1.3.1 大地構(gòu)造

位于松潘-甘孜造山帶丹巴-汶川構(gòu)造巖片與西秦嶺造山帶摩天嶺地塊的結(jié)合部位（圖1）。以塔藏構(gòu)造帶、雪山斷裂、岷江斷裂為界，北東角和北西為松潘-甘孜造山帶阿尼瑪卿構(gòu)造帶（地背斜）和馬爾康逆沖-滑脫巖片（地向斜），中部為西秦嶺造山帶摩天嶺推覆體[1]。

1.3.2 地層

出露地層為泥盆系-三疊系地層[2]。北側(cè)永樂巖片地層屬瑪多-馬爾康地層分區(qū)金川小區(qū)，從老至新：雪寶頂組、西溝組、三道橋組、扎尕山組）和雜谷腦組，厚度大于2 111.3m。

九寨溝巖片地層屬南秦嶺-大別山地層區(qū)摩天嶺地層分區(qū)九寨溝小區(qū)，出露當(dāng)多組、下吾拉組、益哇溝組、岷河組、大關(guān)山組、疊山組、羅讓溝組、紅星巖組、祁讓溝組[2]，層序連續(xù)，以可溶性石灰?guī)r為主，總厚度大于4 824.6m。

1.3.3 構(gòu)造

九寨溝位于摩天嶺地塊，基底為中元古代碧口群變質(zhì)地體（大約距今10～18億年），形成的變質(zhì)地層體，厚約5 000m；蓋層為古生界碎屑巖、碳酸鹽巖建造，厚約4 000m。其主要構(gòu)造線呈北西—南東向展布。受其控制，九寨溝以發(fā)育晚古生代及三疊紀地層形成的一系列延伸北西-南東向褶皺構(gòu)造為主，

軸面傾向南西或近于直立；由于九寨溝地處摩天嶺地塊西緣，受不同方向、不同應(yīng)力構(gòu)造作用干擾，發(fā)育了北西向、北東向、南北向及近東西向的四組斷裂構(gòu)造[1]。

大地構(gòu)造背景控制區(qū)域地層的展布特征和構(gòu)造的發(fā)育型式，這種構(gòu)造格局決定了九寨溝地質(zhì)系統(tǒng)的相對獨立性和穩(wěn)定性，對于其景觀的形成和發(fā)展具有重要的意義[3]。

圖1 九寨溝所處大地構(gòu)造位置略圖

① 岷江斷裂帶②雪山斷裂帶③虎牙斷裂帶④青川斷裂帶⑤塔藏構(gòu)造帶

2 火花海地震前后對比

采用無人機航拍，獲得了地震后火花海附近的高空鳥瞰圖（照片1），以便與地震前航拍圖（照片2）對比。將變化明顯的區(qū)域分為了A-E五部分：A、雙龍海南部堤壩；B、火花海堤壩；C、火花海鈣華丘；D、火花海堤壩南側(cè)半島狀第一道堤壩；E、火花海堤壩南側(cè)至臥龍海間群海的第一個湖泊堤壩。

照片1 震后火花海鳥瞰（鏡頭方向NNW）

照片2 震前火花海鳥瞰（鏡頭方向NNW）

2.1 地震前后堤壩對比

2.2.1 雙龍海南部堤壩（A）

表1 堤壩A地震前后對比表

由于尺度的原因，該處堤壩在航拍圖上未見不同，實地調(diào)查中，在堤壩上發(fā)現(xiàn)共有兩處決堤，決堤口總長度可達19m，在決堤處發(fā)育小規(guī)?？逅ū?）。

2.2.2 火花海堤壩（B）

在航拍圖可見明顯決堤，決堤口長25m，決堤口處堤壩鈣華垮塌后形成鈣華碎塊，被水流運移至其下游雙龍海中，在航拍圖上明顯可見其呈扇形分布；堤壩南側(cè)發(fā)生不同程度垮塌；現(xiàn)存堤壩裂隙從決堤口處向兩側(cè)由密集發(fā)育逐漸減弱（表2）。

表2 堤壩B地震前后對比表

2.2.3 火花海堤壩南側(cè)半島狀第一道堤壩（D）

在航拍圖上明顯可見水位下降，出露長度有所增加。結(jié)合實地調(diào)查情況，堤壩北側(cè)發(fā)生大規(guī)模垮塌，致使局部堤壩寬度減少了2.7m；堤壩頂部近東西向裂隙十分發(fā)育（表3）。

表3 堤壩D地震前后對比表

2.2.4 火花海堤壩南側(cè)至臥龍海間群海的第一個湖泊堤壩（E）

航拍圖基本無變化：實地考察可見堤壩上中段、和西段兩瀑布處均發(fā)生不同程度垮塌，還可見堤壩東段北側(cè)發(fā)育一些裂隙（表4）。

表4 堤壩E地震前后對比表

2.2 地震前后火花海中鈣華丘對比

地震前，豐水期火花海中鈣華丘全在水面下（照片3），在枯水期則部分露出水面（照片4），并未發(fā)生可見垮塌，故而火花海又有“千島湖”之稱。當(dāng)時地質(zhì)環(huán)境條件穩(wěn)定，鈣華丘不斷接收鈣華沉積，處于相對穩(wěn)定時期。而地震后，火花海水位大幅下降近13m，鈣華丘全部露出水面，發(fā)生大規(guī)?？逅ㄕ掌?），其原因應(yīng)為地震時形成裂隙，在水流作用下垮塌。目前鈣華丘在無水養(yǎng)護的情況下，鈣華失水退化：變黑、砂化，變得疏松。在鈣華丘頂部可見裂隙發(fā)育（照片6），延伸方向近NS和NW，寬3～5cm，延伸長15m以上，深可見20cm。

2.3 地震前后海子對比

2.3.1 堤壩A與B之間海子

海子位置見航拍照片（照片1、照片2），在震后火花海堤壩決堤后，該海子北側(cè)堤壩也發(fā)生兩處小規(guī)模決堤，翻壩水流消失。決堤后造成該海子水位下降1.5m左右，水域面積亦有所下降。

2.3.2 堤壩B與D之間海子

在震后火花海堤壩決堤后，該處海子水基本流失殆盡，經(jīng)現(xiàn)場考察，水位下降近13m，面積由36 352.6m2下降至約3 000m2。在該海子南東方由平靜面狀水，變?yōu)閷?～5m，水流湍急的溝狀水流。

2.3.3 堤壩D與E之間海子

在震后火花海堤壩決堤后，海子水大量流失，實地測量水位下降3～4m，水域面積由近7 000m2，下降至不足3 000m2。

照片3 豐水期火花海鈣華丘

照片4 枯水期火花海鈣華丘

照片5 火花海鈣華丘垮塌現(xiàn)狀

照片6 火花海鈣華丘頂部裂隙發(fā)育情況

3 火花海震后堤壩及鈣華丘受損情況及演化趨勢分析

3.1 雙龍海南部堤壩（A）

有兩處決堤：（圖2）。

西側(cè)決堤：位于火花海堤壩（B）決堤處北東方向約120m處，堤壩寬約3-4m，高出現(xiàn)水面1m左右，為近東西向延伸，決堤口總寬度約20m，分為3段，兩段較窄處約2m，一段較寬處約10m，水流湍急（照片7）。該處向南可見火花海決堤處至此，垮塌的原堤壩鈣華在水流作用下于湖水中淤積，呈扇形分布（照片8），厚1～2m，使得這部分湖水變淺，可見十幾塊較大的鈣華碎塊露出水面，最大者直徑可達5m（照片9）。

東側(cè)決堤：位于西側(cè)決堤北東方向約73m處，該處堤壩寬約6m，高出現(xiàn)水面1～2m，決堤口寬約5m，深4～5m，水流速較快，水面可見旋渦（照片10）。

演化趨勢分析：該處堤壩在地震前為閉合狀態(tài)，為翻壩片狀水流，或為季節(jié)性翻壩片狀水流，以鈣華析出沉積作用為主導(dǎo)。地震后，該處堤壩因上游火花海堤壩決堤，也發(fā)生了壩體潰決，導(dǎo)致決口處水流速湍急，水動力條件變強，以水流的沖蝕作用為主，自然演化趨勢為：①決堤口將在水動力較強的水流侵蝕作用下將不斷擴大；②堤壩其余位置不再有翻壩片狀水流養(yǎng)護鈣華壩體其穩(wěn)定性較差，鈣華失水退化：變黑、砂化，將出現(xiàn)進一步垮塌。③受決堤影響，雙龍海該處水位將進一步降低。

3.2 火花海堤壩（B）

受損最為嚴重，距西側(cè)公路邊102m處發(fā)生決堤，決堤口寬25m，形成近垂直崖壁，決堤處堤壩頂端距現(xiàn)水面約14m，將堤壩分為東西兩段。除決堤外，火花海堤壩南側(cè)發(fā)生垮塌，部分區(qū)域裂隙較發(fā)育。

3.2.1垮塌

火花海堤壩發(fā)育的垮塌分為歷史時期垮塌和本次受地震影響所造成的垮塌。

歷史時期垮塌：發(fā)育于火花海堤壩北側(cè)，為歷史時期，堤壩發(fā)育過程中形成的垮塌，東、西段均可見（照片11、照片12），由后期翻壩水流形成的鈣華沉積所膠結(jié)，為九寨溝堤壩發(fā)育常見現(xiàn)象，對堤壩穩(wěn)定性并無影響。

本次受地震影響垮塌：主要發(fā)生在東、西段堤壩南側(cè)（照片13、照片14）。其中西段堤壩南側(cè)垮塌部分為堤壩南緣由鈣華溝槽隔開，沿堤壩生長的鈣華丘垮塌，可見其截面上呈同心圓狀發(fā)育的環(huán)狀層理，植被不發(fā)育；東段堤壩則為壩體直接垮塌，連帶部分植被，層理不明顯。

3.2.2 裂隙

火花海堤壩上裂隙集中發(fā)育在西段決堤處沿堤壩向西25m范圍內(nèi)，以及東段決堤處沿堤壩向南東57m范圍內(nèi)，主要為張性垂直裂隙，走向沿堤壩走向和近南北向，長0.3～22m不等，寬0.8～8cm，最大可見深約55cm，無充填，延伸方向多彎曲，裂隙面呈鋸齒狀，是典型張裂隙的特征（照片15、照片16）。此外，在西段堤壩中段北側(cè)發(fā)育少許近南北向垂直張性裂隙，規(guī)模不大，延伸不遠，進一步垮塌風(fēng)險不大；東段堤壩中段南側(cè)發(fā)育少許平行于堤壩走向的NW向裂隙，延伸較遠，寬度較大，有較強的進一步垮塌風(fēng)險（圖2）。

演化趨勢分析：①決堤口處：決堤口處水流速較快，將對東西兩段堤壩底部發(fā)生沖蝕作用，逐步將堤壩底部進一步掏空；西段堤壩向西25m范圍內(nèi)、東段堤壩向東57m范圍內(nèi)，張性裂隙十分發(fā)育。加之無水養(yǎng)護的鈣華壩體其穩(wěn)定性較差，鈣華失水退化：變黑、砂化，壩體進一步由決口處向兩側(cè)垮塌。②東段堤壩中段南側(cè)，平行于堤壩走向裂隙發(fā)育，由于延伸較遠，寬度較大，無水養(yǎng)護穩(wěn)定性變差，鈣華失水退化：變黑、砂化，壩體沿裂隙進一步垮塌。③壩體鈣華因失水退化，穩(wěn)定性變差。

照片7 西側(cè)決堤

照片8 火花海堤壩垮塌鈣華淤積航拍

照片9 火花海堤壩垮塌鈣華淤積

照片10 東側(cè)決堤

照片11 西段堤壩北側(cè)歷史垮塌現(xiàn)象

照片12 東段堤壩北側(cè)歷史垮塌現(xiàn)象

照片13 西段堤壩南側(cè)本次垮塌

照片14 東段堤壩南側(cè)本次垮塌

3.3 火花海鈣華丘（C）

3.3.1 鈣華丘垮塌和裂隙發(fā)育特征

位于干涸湖底，鈣華丘高出湖底達8m以上，見多個鈣華丘部分垮塌（照片17），在鈣華丘頂部可見裂隙發(fā)育（照片18），延伸方向近NS和NW（10°、140°左右），寬3～5cm，延伸長達15m以上，深可見20cm。鈣華丘表層由于失水發(fā)生砂化，結(jié)構(gòu)十分疏松。

在湖底中心處鈣華丘底部見3個泉眼（照片19），水量不大?？逅蟮拟}華丘，可見距湖底3m以上有層理分布，層理呈同心圓狀在鈣華丘靠上位置分布（照片20），主要為15～20cm厚的灰白色鈣華層與5～10cm厚的灰黑色粘土、砂、腐殖層等相間分布，展示了鈣華丘的發(fā)育過程。其下層理不發(fā)育，應(yīng)為原始地形，鈣華在此層狀沉積形成鈣華丘。

3.3.2 溝狀水流

位于火花海內(nèi)南東方（照片21、照片22），由水位下降，鈣華丘垮塌所形成。其中水流湍急，多見白色水花，具有強烈的側(cè)蝕作用和溯源侵蝕作用。

演化趨勢分析：①鈣華丘在無水養(yǎng)護失水退化：變黑、砂化，變得疏松，加之鈣華丘上裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性變差，將沿裂隙不斷垮塌。②南東方的溝狀水流側(cè)蝕和溯源侵蝕作用，對其兩側(cè)鈣華丘底部侵蝕，加快鈣華丘垮塌；對火花海堤壩（B）東段和火花海堤壩南側(cè)半島狀第一道堤壩（D）構(gòu)成威脅，加速其垮塌進程。

照片15 西段堤壩裂隙特征

照片16 東段堤壩裂隙特征

照片17 火花海鈣華丘垮塌特征

照片18 火花海鈣華丘頂部裂隙特征

照片19 鈣華丘底部鈣華次生泉

照片20 鈣華丘上部層理特征

照片21 火花海內(nèi)溝狀水流位置

照片22 溝狀水流特征

3.4 火花海堤壩南側(cè)半島狀第一道堤壩（D）

呈自西向東延伸的半島狀，其東端并未到達湖東岸，被水域所截斷，堤壩高8m，最窄處僅4.3m，延伸長180m。堤壩上發(fā)育水平鈣華層理（照片23），從上至下可分4層:頂部疏松、孔隙狀鈣華；中層狀致密鈣華與薄層粘土互層；灰白色塊狀鈣華；灰黑色厚塊狀鈣華。可見鈣華內(nèi)部小泉所形成的球狀鈣華（照片24）。堤壩上垮塌嚴重，裂隙十分發(fā)育。

垮塌：該堤壩自西側(cè)公路向東約45m處起，向東直至堤壩東端，北側(cè)垮塌均十分嚴重（照片23），沿堤壩向東可見北側(cè)垮塌滾落的鈣華碎塊，直徑最大可達4m。

裂隙：堤壩頂部普遍發(fā)育近東西向垂直張裂隙（照片25），寬2～45cm，延伸多為15～30m，深可見達2m；在堤壩東端發(fā)育近南北向垂直張裂隙，寬2～8cm，延伸長1～4m，深可見達20cm，多被近東西向裂隙所截斷，其形成晚于近東西向垂直裂隙。

泉水特征：該堤壩中段北側(cè)底部分布小型泉群（照片26），呈與堤壩平行的線狀分布，約50m范圍內(nèi)分布7個泉點，水溫約9.8℃，單個泉流量1～3L/S。由于該堤壩南側(cè)海子仍蓄水，由泉分布特征，推測該系列泉為堤壩底部與南側(cè)海子存在地下水所形成。

演化趨勢分析：該處堤壩高約8m，最窄處寬僅4.3m，北側(cè)垮塌十分嚴重，堤壩上大規(guī)模發(fā)育大型裂隙，穩(wěn)定性十分差。堤壩北側(cè)無水，南側(cè)水深5m，自然狀態(tài)下，演化趨勢將為沿其最為薄弱處裂隙決堤，并沿大規(guī)模發(fā)育的裂隙不斷垮塌，最終可能整體全部垮塌；決堤形成的洪峰，將對其下游的火花海鈣華丘（C）、火花海堤壩（B）和雙龍海南部堤壩（A）形成強大沖擊，加速上述鈣華丘和堤壩垮塌，還可能對其下游尚未波及區(qū)域產(chǎn)生影響。

3.5 火花海堤壩南側(cè)至臥龍海間群海的第一個湖泊堤壩（E）

為火花海堤壩決堤所造成影響的最上游堤壩，總體相對穩(wěn)定，垮塌主要發(fā)生在原瀑布處，裂隙發(fā)育范圍不大。

垮塌：西段（照片27）和中段（照片28）原瀑布處形成垮塌，西段垮塌規(guī)模較小，垮塌處寬5m，少量鈣華進入湖中；中段垮塌規(guī)模較大，寬20m，瀑布高5m，大量垮塌鈣華碎塊堆積在瀑布下，形成寬20m，長30m鈣華堆積層，可見倒木，最大的鈣華碎塊直徑可達5m。

照片23 堤壩上鈣華發(fā)育的水平層理

照片24 球狀鈣華

照片25 堤壩中段頂部裂隙特征

照片26 泉眼群分布位置特征

照片27 西段瀑布垮塌特征

照片28 中段瀑布垮塌特征

照片29 堤壩東段北側(cè)裂隙特征

照片30 堤壩中段瀑布西側(cè)裂隙特征

裂隙：東段堤壩北側(cè)邊緣普遍發(fā)育走向近EW向垂直張裂隙（照片29），寬1~15cm，深60～40cm，延伸可達30m。主要發(fā)育于在原水面下，植被不發(fā)育鈣華上，位于堤壩北側(cè)4m寬度范圍內(nèi)發(fā)育，該處堤壩較為寬厚，可達40m。堤壩中段瀑布東側(cè)發(fā)育若干走向近NS向和NE向垂直張裂隙（照片30），寬約5cm，延伸長度2~10m，深10～20cm。

演化趨勢分析：①堤壩東段北側(cè)3～5m范圍內(nèi)，裸露鈣華上發(fā)育較寬裂隙，在無水養(yǎng)護的情況下，鈣華失水退化：變黑、砂化，變得疏松，穩(wěn)定性降低，發(fā)生垮塌。北側(cè)堤壩植被發(fā)育，未見裂隙，垮塌范圍應(yīng)控制在北側(cè)3～5m內(nèi)。②堤壩中段瀑布處，由于大量鈣華垮塌，瀑布下落梯度變大，溯源侵蝕作用加強。瀑布東側(cè)裂隙發(fā)育，瀑布范圍可能進一步擴大。久之可能在此形成決堤，對上下游堤壩造成不利影響。

4 結(jié)論

1）火花海一帶現(xiàn)有決堤、垮塌、裂隙等地震后的變化，共有4處堤壩（A、B、D、E）及火花海中鈣華丘暫時處于一種相對緩慢垮塌的脆弱平衡中，有多處易垮塌區(qū)和極易垮塌區(qū)（圖2）。

2）有必要對火花海進行恢復(fù)重建論證工作。

圖2 火花海發(fā)展演化趨勢圖

致謝：本文受九寨溝震后恢復(fù)重建專項世界自然遺產(chǎn)保護與恢復(fù)項目資助下完成的。在野外綜合考察和資料收集的過程中，得到了九寨溝管理局的大力支持。彭東教授級高工對項目給予了大力幫助和支持。在此，特向他們表示衷心的感謝！

[1] 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊.1∶5萬九寨溝幅、則查哇幅、紅星巖幅、黃龍幅區(qū)域生態(tài)地質(zhì)調(diào)查報告[R].2001.

[2] 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 四川省巖石地層[R]. 中國地質(zhì)大學(xué)出版社, 1997.

[3] 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊.九寨－黃龍核心景區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查專題報告[R].2006.

[4] 劉民生，魏良帥，吳琳. “8·8”地震對九寨溝景區(qū)層湖疊瀑景觀的影響[J]. 四川地質(zhì)學(xué)報，2018，38（1）：173-176.

The Evolution Trend of the Spark Lake in the Jiuzhaigou Valley Scenic Spots after the Jiuzhaigou Earthquake on August, 8, 2017

SONG Wei1YUAN Mao-ke1ZHUO Man-ta2CAO Jun1LIU Ming1DU Jie2

(1-Regional Geological Surveying Team, BGEEMRSP, Chengdu 610213; 2-Jiuzhaigou Valley Scenic Spots Administration, Jiuzhaigou, Sichuan 623402)

The Jiuzhaigou Valley Scenic Spots areknown as "the world of fairy tales", being a world heritage site, biosphere reserve and Green Globe and also multiple National Nature Reserve. Many geohazards induced by the earthquake on Aug. 8, 2017 made some scenic spots and tourist facilities damaged. The Spark Lake wall burst 25m in length which made the lake basically dried up and the lake bottom travertine exposed and the landscape vanishing. The damaged landscape cannot be naturally repaired and further collapse is inevitable.

Jiuzhaigou earthquake; Spark Lake; evolution trend; Jiuzhaigou Valley Scenic Spots

2020-07-24

受九寨溝震后恢復(fù)重建專項世界自然遺產(chǎn)保護與恢復(fù)項目資助（基金項目編號）

宋偉（1984-），男，河南南陽人，工程師，從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及旅游資源調(diào)查、評價與研究工作

[P66]

A

1006-0995（2020）04-0668-08

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.04.030