金沙江上游特米古滑坡堰塞湖形成與潰決時(shí)間討論

吳瑞安，張永雙，郭長(zhǎng)寶，楊志華，鐘寧，任三紹，張怡穎 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京， 100081；

2) 自然資源部活動(dòng)構(gòu)造與地質(zhì)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京， 100081；

3) 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，石家莊， 050061

內(nèi)容提要: 開(kāi)展古滑坡堰塞湖形成演化過(guò)程研究，可以揭示古災(zāi)害地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)，重建區(qū)域構(gòu)造歷史活動(dòng)序列和古氣候演變特征。特米古滑坡發(fā)育于金沙江上游巴塘段，滑坡堆積地貌和堰塞湖相沉積物保存較好，是研究區(qū)內(nèi)古地質(zhì)環(huán)境的良好載體。在遙感解譯、無(wú)人機(jī)測(cè)繪、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和地質(zhì)測(cè)年的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人研究成果，分析探討了特米古滑坡發(fā)育特征、堰塞湖形成時(shí)間與潰決演化過(guò)程。結(jié)果表明，特米古滑坡是特大型巖質(zhì)歷史堵江滑坡，滑坡堰塞湖實(shí)際形成時(shí)間應(yīng)該遠(yuǎn)早于2.15 ka BP，歷史上曾發(fā)生過(guò)多次潰決，完全潰決時(shí)間大約為1.08 ka BP，堰塞湖穩(wěn)定保存時(shí)間大于1.07 ka。金沙江巴塘段大型堵江滑坡群并非由單次地質(zhì)事件形成，而是由金沙江斷裂帶多次強(qiáng)烈地震誘發(fā)。

金沙江上游巴塘段位于青藏高原東南緣，呈深切峽谷地貌，岸坡高差達(dá)2000 m。區(qū)內(nèi)發(fā)育有金沙江斷裂帶和巴塘斷裂帶2條區(qū)域性活動(dòng)斷裂帶，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，歷史強(qiáng)震頻發(fā)(伍先國(guó)和蔡長(zhǎng)星，1992；周榮軍等，2005)。受河谷深切卸荷和構(gòu)造活動(dòng)影響，金沙江上游河谷兩側(cè)斜坡巖體結(jié)構(gòu)破碎，大型古滑坡發(fā)育(Bao Yiding et al.，2020；白永健等，2019)，部分古滑坡歷史上曾堵塞金沙江并形成堰塞湖，如特米古滑坡(Chen Jian et al.，2013；龍維等，2015)、雪龍囊古滑坡(Chen Jian et al.，2015，2018；Li Yongchao et al.，2020；陳劍和崔之久，2015；陳松等，2016a，2016b)、蘇洼龍古滑坡等(Wang Pengfei et al.，2014)。特米古滑坡地貌特征明顯，堵江證據(jù)清晰，不少學(xué)者在其發(fā)育特征和形成機(jī)理等方面開(kāi)展了大量研究工作，并根據(jù)古滑坡堰塞湖沉積物地質(zhì)測(cè)年確定滑坡發(fā)生時(shí)間，據(jù)此推斷分析區(qū)域歷史構(gòu)造活動(dòng)，已有研究基本認(rèn)同該滑坡由全新世晚期雄松—蘇洼龍斷層活動(dòng)引起強(qiáng)烈地震誘發(fā)形成(龍維等，2015；王家柱， 2017； 王家柱等，2019；陳劍等，2020)。然而，目前大家對(duì)滑坡堰塞湖的形成時(shí)間和潰壩演化過(guò)程認(rèn)識(shí)存在差異。龍維等(2015)在金沙江右岸湖相沉積物的頂部和底部分別采集了OSL和14C樣品進(jìn)行地質(zhì)年代測(cè)試分析，認(rèn)為該滑坡發(fā)生于距今約7.20 ka，滑坡壩潰決于距今約4.40 ka，期間滑坡壩保存了約2.80 ka。陳劍等(2020)認(rèn)為可能由于沉積物中存在“老碳效應(yīng)”而導(dǎo)致上述14C測(cè)年結(jié)果偏老，并結(jié)合滑坡壩上下游光釋光測(cè)試結(jié)果認(rèn)為，特米古滑坡堰塞湖的形成年齡約為1.8 ka BP，消亡時(shí)間大約為1.4 ka BP。準(zhǔn)確厘定古災(zāi)害發(fā)生時(shí)間和演化過(guò)程，對(duì)重建與完善區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)、氣候變化和河流演化等歷史序列具有重要作用。本文在遙感解譯、無(wú)人機(jī)測(cè)繪、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和地質(zhì)測(cè)年等工作基礎(chǔ)上，結(jié)合前人研究成果，從野外地質(zhì)證據(jù)的角度出發(fā)，分析滑坡地貌、殘留滑坡壩和湖相沉積層空間發(fā)育特征，探討了特米古滑坡堰塞湖形成潰決時(shí)間和演化過(guò)程。

1 特米古滑坡發(fā)育特征

特米古滑坡發(fā)育于金沙江上游巴塘段左岸(圖1)，下距金沙江與巴曲交匯處約4 km。遙感解譯和地面調(diào)查表明，特米古滑坡地貌形態(tài)保存較好，整體呈圈椅狀，邊界清晰?；潞缶夗敳扛叱碳s3215 m，坡腳高程約2500 m，頂?shù)赘卟钸_(dá)715 m?；驴v長(zhǎng)約1800 m，前緣寬約900 m，堆積體平均厚度約40 m，體積約3.5×107m3(龍維等，2015；陳劍等，2020)。特米古滑坡位于金沙江構(gòu)造帶內(nèi)，滑坡區(qū)及周邊出露地層巖性復(fù)雜，主要有黑云母石英片巖、綠泥石英片巖、大理巖、灰?guī)r、千枚巖和片理化輝綠巖等(圖1)。特米滑坡主要發(fā)育于下二疊統(tǒng)黑云母石英片巖地層中，金沙江斷裂的分支斷裂雄松—蘇洼龍斷裂從滑坡后部穿過(guò)，滑坡區(qū)巖體發(fā)育多組節(jié)理，結(jié)構(gòu)完整性差。

圖1 金沙江上游巴塘段地質(zhì)圖(據(jù)陳劍等，2020修改)Fig. 1 Geological map of Batang section of the upper Jinsha River (modified from Chen Jian et al., 2020&)

滑坡主堆積區(qū)位于斜坡坡腳，斜坡表面現(xiàn)今殘留大量碎塊石。滑坡壩潰決后的殘留壩體分布于金沙江兩側(cè)，物質(zhì)組成以碎塊石為主，約占60%～70%，間夾礫石、細(xì)砂和巖屑等，粒徑從數(shù)厘米到數(shù)米不等，塊石最大直徑可達(dá)5 m，分選差，呈明顯混雜堆積特征。左岸的殘留滑坡壩地形凸出，形成頂部相對(duì)平整的鼓包(圖2a)，體積約700×104m3，其頂部高程為2680 m，比現(xiàn)今河面高出約175 m(圖4c)。右岸殘留的滑坡壩物質(zhì)主要堆積于岸坡上，平面上呈弧形，分布高程約2535～2645 m，體積約30×104m3(龍維等，2015)?？可嫌蝹?cè)發(fā)育多級(jí)平臺(tái)，上面殘存少量卵礫石等河流沖積物。此外，在右岸殘留滑坡壩下游一側(cè)發(fā)現(xiàn)有大規(guī)模的潰壩堆積平臺(tái)沿河展布，長(zhǎng)約1.4 km，寬度為80～200 m。

圖2 金沙江上游特米古滑坡全貌特征和取樣點(diǎn)位置: (a)特米滑坡無(wú)人機(jī)拍攝影像；(b)光釋光樣品SCZ1903-1取樣位置；(c)光釋光樣品SCZ1903-3取樣位置Fig. 2 Panorama characteristics of Temi paleo-landslide in the upper Jinsha River and sampling location: (a)Unmanned aerial vehicle image of Temi paleo-landslide；(b)OSL Sampling location of SCZ1903-1；(c)OSL Sampling location of SCZ1903-3

圖4 金沙江巴塘段特米古滑坡發(fā)育特征: (a)滑坡后緣陡坎；(b)左岸湖相沉積層；(c)左岸滑坡壩高約175m；(d)右岸殘留滑坡壩平臺(tái)Fig. 4 Development characteristics of Temi paleo-landslide in Batang section of the upper Jinsha River: (a)trailing edge of Temi paleo-landslide；(b)lacustrine deposits on the left bank；(c)landslide dam is about 175 m high on the left bank；(d)platform of residual landslide dam on the right bank

2 滑坡堰塞湖形成與潰決時(shí)間討論

在殘存滑坡壩體上游兩岸均發(fā)現(xiàn)有湖相沉積物(圖2b、c)，厚度不等，越靠近滑坡壩厚度越大，最厚約15 m(圖3a、b)，物質(zhì)組成主要為粉砂和黏土。目前右岸的湖相層因人工開(kāi)挖殘存較少，由于靠近公路，取樣較方便，左岸的湖相層則保存相對(duì)完好，但交通不便、取樣難度大。從空間關(guān)系來(lái)看，左岸湖相層疊置于少量滑坡堆積體之上，明顯形成于滑坡發(fā)生之后，確定為湖相沉積物。湖相層內(nèi)發(fā)育有近水平層理，略傾向上游方向，垂直節(jié)理較為發(fā)育(圖3b)。殘留的滑坡壩和一定厚度的湖相層表明，特米古滑坡曾經(jīng)堵塞金沙江形成堰塞湖，且保存過(guò)較長(zhǎng)一段時(shí)間。陳劍等(2020)分別在右岸湖相沉積物靠底部和滑坡壩下游一側(cè)的潰壩堆積物靠頂部采集了兩個(gè)光釋光樣進(jìn)行測(cè)年，認(rèn)為特米古滑坡堰塞湖的形成年齡約為1.8 ka BP，潰決消亡時(shí)間大約為1.4 ka BP。鑒于左岸湖相層取樣難度大，我們?cè)谟野逗喑练e物出露剖面內(nèi)采集光釋光樣品進(jìn)行地質(zhì)測(cè)年(圖2b、c)。該處剖面拔河高度約20 m，從河面往上出露地層依次為黏土層、含粉砂黏土層、粉砂層、含黏土粉砂層和碎塊石層，下部的黏土層未見(jiàn)底。因個(gè)別樣品遮光保存不當(dāng)，目前僅得到了兩處樣品的有效測(cè)試結(jié)果(表1)，這兩個(gè)樣品分別采集于緊鄰的剖面上。湖相沉積層頂部SCZ1903-3樣品的埋深約2.5 m，湖相層中下部SCZ1903-1樣品埋深約18 m，年齡分別為距今1.08±0.09 ka、2.15±0.23 ka。我們?cè)?021年5月又對(duì)金沙江左岸湖相沉積物進(jìn)行了補(bǔ)充調(diào)查與光釋光樣品采集，發(fā)現(xiàn)左岸湖相沉積物并未見(jiàn)底(圖3b)，其真實(shí)底部高程比出露剖面可見(jiàn)底部更低。由此說(shuō)明，特米古滑坡堰塞湖形成時(shí)間遠(yuǎn)早于2.15 ka BP，完全潰決時(shí)間大約為1.08 ka BP。特米滑坡發(fā)生時(shí)間比金沙江巴塘段王大龍、蘇洼龍等大型古滑坡早(Chen Jian et al.，2013)，這些堵江滑坡并非由一次地質(zhì)事件誘發(fā)形成。

圖3 金沙江兩岸特米古滑坡湖相沉積物發(fā)育特征: (a)金沙江右岸湖相沉積層發(fā)育特征；(b)金沙江左岸湖相沉積層(未見(jiàn)底)Fig. 3 Characteristics of lacustrine sediments in Temi paleo-landslide on two sides of the Jinsha River: (a)development characteristics of lacustrine sediments on the right bank of the Jinsha River；(b)lacustrine sediments on the left bank of the Jinsha River (the bottom of lacustrine sediments is not exposed)

表1 金沙江上游特米古滑坡湖相沉積物光釋光樣品年齡測(cè)定結(jié)果Table 1 OSL dating results of lacustrine sediment samples from Temi paleo-landslide in the upper Jinsha River

此外，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)了幾處有趣的地質(zhì)現(xiàn)象：① 金沙江兩岸殘留堆積體上游發(fā)現(xiàn)的湖相層高度位置相對(duì)集中，大體分布在T1階地之上，底界比現(xiàn)今河面至少高3～5 m，而高約175 m的滑坡壩上游其他高度范圍內(nèi)存在多處平緩和低洼部位(圖4a)，理應(yīng)是湖相沉積層的良好保存場(chǎng)所，卻均未發(fā)現(xiàn)湖相沉積層；② 從左岸滑坡堆積體前緣剖面可以看出，殘留滑坡壩表面發(fā)育的多條流水沖槽下蝕底界高度較為統(tǒng)一(圖5)，且堆積體出露剖面在這一高度附近發(fā)生坡表地形轉(zhuǎn)折，滑坡壩上游附近湖相沉積層的頂部高度也與之大體相當(dāng)；③ 右岸靠近上游側(cè)殘留滑坡堆積體呈階狀，發(fā)育三級(jí)相對(duì)寬緩殘留平臺(tái)。Ⅰ級(jí)平臺(tái)高程約2578 m，拔河高約65 m，沿江長(zhǎng)約80 m，寬約15 m；Ⅱ級(jí)平臺(tái)高程約2620 m，沿江長(zhǎng)約130 m，寬約55 m；Ⅲ級(jí)平臺(tái)位于頂部，高程約2645 m，沿江長(zhǎng)約215 m，寬約100 m。每級(jí)平臺(tái)均遭剝蝕改造嚴(yán)重，完整性較差(圖4d)。

圖5 金沙江特米古滑坡左岸堆積體發(fā)育特征: (a)左岸殘留滑坡堆積體；(b)左岸堆積體剖面示意圖Fig. 5 Development characteristics of Temi paleo-landslide accumulation on the left bank of the Jinsha River: (a)residual landslide accumulation on the left bank；(b)sketch section diagram of Temi paleo-landslide accumulation on the left bank of the Jinsha River

特米古滑坡右岸滑坡堆積體靠上游側(cè)發(fā)育三級(jí)平臺(tái)，且平臺(tái)高程都明顯大于湖相沉積物頂部高程，這表明滑坡堵江堰塞壩形成后不久就發(fā)生了多次潰決，期間形成過(guò)水湖，這幾次潰壩時(shí)間間隔短，滑坡壩上游側(cè)較高的位置還來(lái)不及形成湖相沉積層。此時(shí)的滑坡堆積體結(jié)構(gòu)松散，堆積體表面的水流不斷下蝕形成沖槽，當(dāng)時(shí)的排泄基準(zhǔn)面即為江水面，后期滑坡壩不斷固結(jié)壓密，坡面水流下蝕深度有限，底界與倒數(shù)第二次潰壩高度位置大體一致。這也很好解釋了滑坡壩上游湖相沉積層頂部高度也與滑坡堆積體沖槽下蝕底界高度位置相當(dāng)這一現(xiàn)象(圖5)?；聣魏罄m(xù)又保存了相對(duì)較長(zhǎng)一段時(shí)間，最后發(fā)生完全潰決(圖6)。綜合分析認(rèn)為，特米滑坡堰塞湖在歷史上發(fā)生過(guò)多次潰決，目前特米古滑坡殘留堆積體上游側(cè)的湖相沉積物應(yīng)該是滑坡壩倒數(shù)第二次大潰決之后沉積形成，特米古滑坡實(shí)際發(fā)生時(shí)間應(yīng)該遠(yuǎn)早于2.15 ka BP，完全潰決時(shí)間大約為1.08 ka BP。

圖6 金沙江特米古滑坡堰塞湖形成與潰決演化過(guò)程示意圖： (a)斜坡原始狀態(tài)；(b)滑坡堵江形成堰塞壩；(c)滑坡壩不完全潰決；(d)滑坡壩完全潰決Fig. 6 Formation and outburst evolution schematic diagram of Temi paleo-landslide dammed lake: (a)original slope；(b)landslide accumulation blocked the Jinsha River；(c)the incomplete outburst process of the landslide dam；(d)the total outburst process of the landslide dam

3 結(jié)論

在遙感解譯、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和地質(zhì)測(cè)年等工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人研究成果，綜合分析了金沙江上游特米古滑坡地貌、殘留堆積體和湖相沉積層空間關(guān)系與發(fā)育特征，得到以下主要認(rèn)識(shí)：

(1)特米滑坡是一處特大型巖質(zhì)堵江滑坡，滑坡歷史堵江而在上游側(cè)形成了厚達(dá)15 m以上的湖相沉積物，現(xiàn)今在金沙江兩岸仍殘留滑坡壩，滑坡地貌和堵江證據(jù)清晰。

(2)特米古滑坡堰塞湖形成時(shí)間應(yīng)該遠(yuǎn)早于2.15 ka BP，最后一次潰決時(shí)間大約為1.08 ka BP。特米滑坡壩在歷史上發(fā)生過(guò)多次潰決，滑坡壩形成后不久發(fā)生過(guò)多次不完全潰決，之后穩(wěn)定保存了大約至少1.07 ka后發(fā)生完全潰決，滑坡上游的湖相沉積層是由滑坡壩倒數(shù)第二次潰決后逐漸堆積形成，其頂部高程與完全潰決前的壩頂高程基本相當(dāng)。

(3)特米古滑坡發(fā)生時(shí)間早于金沙江巴塘段已研究報(bào)道的其他大型堵江滑坡，區(qū)內(nèi)堵江古滑坡并非由單一地質(zhì)事件一次誘發(fā)形成，進(jìn)一步佐證了金沙江斷裂帶內(nèi)雄松—蘇哇龍斷層在歷史上活動(dòng)頻繁，且誘發(fā)過(guò)多次強(qiáng)烈地震。

致謝：中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所李朝柱副研究員、李雪副研究員、劉筱怡博士等參與了部分野外地質(zhì)調(diào)查和取樣工作，碩士研究生倪嘉偉、宋德光、李祥等參與完成本文部分圖件，章雨旭研究員和審稿專家提出了寶貴意見(jiàn)和建議，在此一并表示感謝。

(The literature whose publishing year followed by a “&” is in Chinese with English abstract; The literature whose publishing year followed by a “#” is in Chinese without English abstract)

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