黃河上游康楊滑坡堆積體特征及形成機理分析

魏 剛，殷志強，羅銀飛，萬利勤，李春孝

（1.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局/青海省地質(zhì)環(huán)境保護與災害防治工程技術(shù)研究中心,青海 西寧 810007；2.青海九0 六工程勘察設(shè)計院,青海 西寧 810007；3.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院,北京 100081）

0 引言

位于黃河上游的群科—尖扎盆地，地處黃土高原與青藏高原的陡變帶[1]，由于長期受新構(gòu)造運動及氣候波動引起的河流侵蝕、切割等因素的影響，滑坡十分發(fā)育并以規(guī)模大、典型性強而著稱，形成了滑坡高易發(fā)區(qū)，具有較大的研究價值。有研究者對群科—尖扎盆地內(nèi)滑坡災害進行了系統(tǒng)研究，取得了較好的成果[2?3]。多數(shù)研究者認為群科—尖扎盆地內(nèi)滑坡多為泥巖滑坡，此類滑坡具有滑動勢能高，殘留體積大等特點[4?6]，并研究了盆地內(nèi)寺門村滑坡及鎖子滑坡的發(fā)育特征及成因，針對滑坡堆積體的開發(fā)、利用以及之后形成的堰塞湖效應進行了探討[7?8]。分析了盆地內(nèi)夏藏灘巨型滑坡的發(fā)育期次、演化模式及形成機理[9]。但對盆地內(nèi)同樣為巨型滑坡的康楊滑坡研究較少，僅開展了部分基礎(chǔ)性調(diào)查工作[10]，更為詳細的研究未見報道。另外，多數(shù)學者從工程地質(zhì)方面著手研究滑坡，取得了豐富的成果[11?17]，但大型的老滑坡及古滑坡的發(fā)育多與古氣候變化及內(nèi)動力地質(zhì)作用有著較為密切的關(guān)系[18?21]，前人對于古氣候變化及內(nèi)動力地質(zhì)作用特別是新構(gòu)造運動對滑坡的發(fā)育及發(fā)生所造成的影響研究較少，然而此二者是促使滑坡形成與發(fā)展的重要因素[22]。文章應用ESR 測年、粒度分析，并結(jié)合工程地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)及大量的野外調(diào)查工作，開展了康楊滑坡堆積體發(fā)育特征研究，并對滑坡成因機理進行了探討分析，以期為群科—尖扎盆地地質(zhì)災害多發(fā)區(qū)防災減災提供借鑒與科學依據(jù)。

1 康楊滑坡區(qū)域位置及概況

康楊滑坡位于青海省黃南藏族自治州北部的群科—尖扎盆地，研究區(qū)內(nèi)地勢東西兩側(cè)高，中部低，落差大，村莊廣布（圖1）?？禇罨抡w距尖扎縣較近，滑坡體中部距縣城僅10.5 km。

圖1 康楊滑坡所在區(qū)域DEM 高程圖(圖A 為研究區(qū)位置圖)Fig.1 DEM elevation map of Kangyang landslide (Figure A is the regional location map of the study area)

康楊滑坡的滑坡堆積體主要位于黃河南岸，滑坡前緣少部分滑移至黃河北岸，河流相礫石層覆蓋其上?，F(xiàn)殘存的滑坡堆積體輪廓特征明顯，邊界整體為圓弧狀，西至都藏山及千藏山分水嶺處，南部邊界則至爛泥灘河灘溝，前緣坡腳處的格曲村及格曲河灘溝支溝構(gòu)成康楊滑坡北部邊界。尖扎縣馬克唐鎮(zhèn)至康楊鎮(zhèn)公路穿越滑坡坡腳，滑坡體后部坐落白日地洲村，現(xiàn)已搬遷見圖2（a），其上可見殘存的鄉(xiāng)間道路及廢棄民居。康楊滑坡為新近系泥巖滑坡，東西橫跨約4.0 km，南北寬約3.4 km，面積約為1.5×107m2?；潞蟊诟呗柖盖停妶D2（b），高近百米，據(jù)滑坡后緣ZK13 工程地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)揭示，康楊滑坡后部殘留體厚度可達110 m，中部三個鉆孔ZK3、ZK4、ZK5 揭示殘留體厚度約為80～100 m，位于滑坡前緣的ZK6 鉆孔處殘留體厚52 m，總殘留體積約為12.59×108m3。

圖2 康楊滑坡堆積體后部村莊(已搬遷)及滑坡直立后壁Fig.2 The village behind the deposits of Kangyang landslide(relocated) and the vertical back wall of the landslide

據(jù)前人開展的滑坡ESR 測年，康楊滑坡形成時間約為33.2±2.5 ka BP[1]。由于滑坡形成時間較早，滑體后部及前緣均已被后期改造。

2 康楊滑坡堆積體變形特征

實地野外調(diào)查是滑坡研究的關(guān)鍵[23?26]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，康楊滑坡邊界清晰，滑坡后緣多出現(xiàn)張裂隙，陡坎、沖溝及鼓丘多發(fā)育在滑坡體中部及前緣，兩側(cè)沖溝規(guī)模大，偶見封閉洼地（圖3）。

圖3 康楊滑坡平面圖Fig.3 The plan of Kangyang landslide

沿圖1 中D1—D2 剖面線繪制康楊滑坡橫剖面圖，滑坡體中部沉積物厚，兩測較薄，向上隆起呈拱形（圖4）。滑坡后壁實測坡度85°，極為陡峭，風化程度較高，穩(wěn)定性較差，發(fā)生多處小規(guī)模崩塌，致使直立后壁下形成一個坡度較緩的斜面，主要以散落的泥巖、砂巖、黃土等為主?？禇罟呕碌幕麦w由6 級平臺構(gòu)成，從前緣到后緣依次為1～6 級，各平臺上多見壟崗，以東西向展布居多。滑坡前緣為黃河II 級階地，其上可見磨圓度高、分選性好、巖性混雜的礫石?？禇铈?zhèn)坐落在此臺面上，臺面整體較為平坦，多種植有農(nóng)作物。在滑坡體前緣第一級平臺布設(shè)ZK6 鉆孔，由于長期受到?jīng)_刷及侵蝕，該平臺后端形成一個高36 m 出露良好的陡坎（圖5），沉積物以砂礫石等為主，黃土層覆蓋在其上，由此剖面上沉積物的分布可知滑坡體位于河流相礫石層之上。第二級平臺上布設(shè)有ZK4，ZK5 兩個鉆孔，此平臺上寬下窄，ZK4 處寬度為261 m，至ZK5 鉆孔處縮至105 m，平臺末端寬度僅78 m，此級平臺發(fā)育有約深2 m 的沖溝，沖溝延伸較遠，平臺上未見明顯植被，整體較為松散，上有兩處凹陷，一處在ZK4 鉆孔處，另一處在ZK5 鉆孔附近。ZK3 鉆孔位于第三級平臺之上，平臺寬達322 m，坡度則更緩。第二和第三級兩平臺間發(fā)育有一沖溝，深度較大，可達30 m左右，延伸遠，附近地表植被較為發(fā)育。第四和第五兩級平臺寬度較第三級平臺小，但坡度幾乎相同，中間被沖溝分割，沖溝深度不大。第六和第五級兩平臺有不深的溝壑相隔，第六級平臺后部寬度大，曾坐落有白日地州，ZK13 鉆孔亦在此處，平臺后部向上反翹，上有植被分布，平臺前部寬度較后部小，坡度與第五級平臺幾乎相同。

圖4 康楊古滑坡剖面圖(剖面位置見圖1)Fig.4 The profile of Kangyang ancient landslide (the location is in Fig.1)

3 康楊滑坡滑體物質(zhì)組成及粒度特征

3.1 滑坡體物質(zhì)組成

該滑坡體巖性組成較復雜，由泥巖、砂巖、砂礫巖、亞砂土及滑坡后壁高臺上崩落下的砂礫石、粉砂等物質(zhì)混雜堆積組成，多呈碎塊狀。滑坡體后緣至前緣物質(zhì)組成未見明顯規(guī)律性，滑坡體上大小塊體混雜，整體分選差，小的僅為幾厘米，較為完整的大塊泥巖長軸可達十余米，塊體磨圓度低。

從鉆孔揭露的滑體堆積物及沖溝觀察來看，后緣一直到前緣呈大多數(shù)堆積體雜亂外，仍有部分塊體完整性較好，有些泥巖塊體達十幾米，這些塊體在中后部無方向無層次與其它堆積體混雜堆積，層理清楚可辯。整個滑坡體在滑坡體后部呈混雜堆積狀態(tài)，在滑坡前緣多呈反翹狀態(tài)（圖5）。

圖5 康楊古滑坡前緣橫剖面圖Fig.5 Cross section of the front edge of Kangyang ancient landslide

該滑坡滑床后壁較陡，中前部一直很緩，根據(jù)野外調(diào)查，滑面切穿黃土在滑坡前緣沿基巖頂面剪出，滑體滑床為新近系砂泥巖，擾動后成碎裂狀。灰白色塊體狀砂巖和紫紅色泥巖呈近水平層理，遇水易泥化，穩(wěn)定性較差。

3.2 滑坡體及其上覆黃土粒度特征

粒度測試是對沉積物各組分進行定量研究的重要方法，可以輔助開展沉積物多組分分布特征的研究，進而可以對沉積物形成時所蘊藏的動力機制條件的探索提供一定的依據(jù)[27?29]。滑坡堆積體上的物質(zhì)亦為沉積物，由多個組分組成，各組分分布特征明顯。5 個粒度樣品取自康楊滑坡前緣（表1、圖6），取樣過程遵循標準取樣流程[30]。粒度樣品在中國科學院新生代地質(zhì)與環(huán)境重點實驗室應用Mastersizer 3 000 激光粒度儀測試完成，整個過程遵循前人標準試驗方法[31]。

圖6 康楊滑坡前緣粒度樣品采集位置圖Fig.6 Sampling location of grain size at the front edge of Kangyang landslide

表1 康楊滑坡粒度樣品信息Table 1 Information of grain size samples of Kangyang landslide

根據(jù)樣品粒度測試結(jié)果并加以計算分析，繪制粒度頻率曲線，可知黃土與滑坡體二者的頻率曲線區(qū)別明顯（圖7），粒度曲線差異明顯，這與前人所得結(jié)論一致[27]。進一步研究發(fā)現(xiàn)黃土的粒度曲線呈現(xiàn)雙峰模式，優(yōu)勢組分為4～8φ，滑坡體粒度樣品曲線則多表現(xiàn)為3 峰并存，優(yōu)勢組分多為4～10φ，這得到了前人在臨近區(qū)域所做研究的證實[8]。同時依據(jù)前人有關(guān)滑坡堆積物粒度組分的分析方法[27]，發(fā)現(xiàn)康楊滑坡5 個粒度樣品均可分為4 個組分，即<3.3φ為水成懸浮組分，此組分粒度最大；3.3～12φ為風成懸浮組分，其中3.3～6.5φ為粗粒組分，6.5～10φ為中粒組分，10～12φ則為細粒組分。

圖7 康楊滑坡粒度樣品頻率分布曲線圖Fig.7 Frequency distribution curves of grain size samples of Kangyang landslide

4 康楊滑坡成因機理淺析

導致滑坡發(fā)生的因素較為復雜。對青藏高原及黃河上游的研究認為，臨近區(qū)域發(fā)生的地質(zhì)災害會對青藏高原的構(gòu)造變形產(chǎn)生一定的響應。古氣候變化研究認為，古滑坡發(fā)育及形成演化往往與全球性氣候變化耦合程度較高[32]。

4.1 內(nèi)動力地質(zhì)作用

地貌可對內(nèi)動力地質(zhì)作用產(chǎn)生明顯的響應，而新構(gòu)造運動是內(nèi)動力地質(zhì)作用重要的表現(xiàn)形式[33?34]。多數(shù)學者認為共和運動致使黃河上游河段產(chǎn)生較為強烈的抬升，隨著黃河的持續(xù)侵蝕，在黃河上游地區(qū)兩岸形成高陡直立邊坡。群科—尖扎盆地發(fā)育有尖扎北斷裂帶，整體距康楊滑坡較近，且研究區(qū)內(nèi)小規(guī)模斷裂多，在青藏高原發(fā)生頻繁構(gòu)造活動的情況下，會使得群科—尖扎盆地內(nèi)活動斷裂發(fā)生地貌差異抬升，為滑坡形成提供了高陡的地形條件，同時斷裂活動可能會引發(fā)地震，形成大量裂隙及表生滑動構(gòu)造，進一步促成滑坡的發(fā)生。

4.2 外動力地質(zhì)作用

氣候波動對滑坡形成的影響受到諸多學者的關(guān)注[35?39]，在40～30 ka BP，青藏高原及鄰近區(qū)域因歲差周期等因素的影響形成高溫大降水事件[40]，致使溫度升高，冰雪消融，加之降水增多，加劇了黃河的切割與侵蝕，進一步促成了臨空面的形成。另外，降雨量的增加導致入滲水量增多，滑坡體載荷增大，加劇滑坡發(fā)生的可能性。

4.3 斜坡臨空面促滑作用

群科—尖扎盆地多發(fā)育高陡直立邊坡。黃河不斷侵蝕斜坡坡腳，隨著時間的推移，高陡邊坡因自身重力較大而向侵蝕岸傾斜，并開始產(chǎn)生滑移。前緣在歷經(jīng)長時間的流水侵蝕后，形成臨空面，同時坡腳應力集中現(xiàn)象開始顯現(xiàn)，匯集的雨水沿節(jié)理、裂隙、孔隙等入滲，致使飽和層形成，不僅使滑體整體重量陡增，而且加劇軟弱結(jié)構(gòu)面及軟弱結(jié)構(gòu)帶等的軟化程度，進而使應力集中區(qū)發(fā)生連通及貫穿，坡體發(fā)生大面積失穩(wěn)，在重力作用下發(fā)生向下滑動，滑體滑移至黃河左岸，使黃河東移，出現(xiàn)滑坡前緣凹岸、凸岸并存，但因滑體堵塞黃河時間短，未因此形成大規(guī)模的堰塞湖。

綜上，滑坡發(fā)生前，康楊滑坡所處的斜坡段為黃河侵蝕岸（凹岸），坡腳在河水不斷侵蝕下，高聳的巖質(zhì)斜坡在重力作用下向河谷方向變形，產(chǎn)生位移，前緣局部地段沖刷、侵蝕強烈，形成較大滑坡臨空面；坡腳應力集中急劇增加；加之，降水在地表匯集，沿垂直節(jié)理面、風化裂隙面入滲，不僅增大了坡體重力，而且在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)面上形成飽和層，不斷軟化形成坡體內(nèi)部的軟弱帶，并與坡體應力集中區(qū)貫通，坡體整體失穩(wěn)。在重力作用下沿其滑動，并在坡腳處形成滑坡。因此，筆者認為斷裂活動等內(nèi)動力地質(zhì)作用對于黃河上游地貌格局演化具有明顯控制作用，但氣候變化中的降水入滲形成軟弱滑帶和黃河側(cè)蝕作用可能是觸發(fā)黃河上游群科—尖扎盆地康楊滑坡形成的主要因素。

5 結(jié)論

通過詳細的野外調(diào)查、粒度測試及遙感解譯等方法，初步分析了位于黃河上游群科—尖扎盆地內(nèi)康楊滑坡的發(fā)育特征及成因機理，取得如下認識：

（1）康楊滑坡后壁高陡直立，具有滑動距離遠、殘存體積大等特點，滑坡堆積物粒度樣品頻率曲線及粒度參數(shù)均與黃土特征不同，滑坡體粒度多由4 個組分組成。

（2）康楊滑坡發(fā)生于晚更新世，前緣滑體滑移至黃河北岸，在黃河北岸殘留有古滑坡堆積體。

（3）黃河側(cè)蝕作用和降水入滲形成軟弱滑動帶可能是誘發(fā)康楊滑坡發(fā)生的主要因素。