川西北紅層地區(qū)崩滑體形成演化分析
——以梓潼縣某崩滑體為例

王 毅， 趙國(guó)華， 王成功

(核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610052)

紅層主要是指侏羅紀(jì)—古近紀(jì)沉積形成的泥巖、粉砂巖、砂巖和部分礫巖[1]，其特點(diǎn)是軟、硬巖相互交錯(cuò)和疊加，巖性、巖相復(fù)雜多變。四川盆地是紅層大規(guī)模分布的地區(qū)之一[2]，因其特殊的地質(zhì)構(gòu)造，分布于盆地邊緣的紅層常發(fā)育崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。近年來，研究人員圍繞四川盆地紅層滑坡進(jìn)行了大量研究，如許強(qiáng)等[3]統(tǒng)計(jì)了20世紀(jì)80年代以來四川盆地紅層滑坡成災(zāi)歷史，分析了淺層土質(zhì)滑坡、平緩巖層滑坡的成因機(jī)制；范宣梅等[4]、許強(qiáng)等[5]分析了平推式滑坡、板梁狀滑坡的形成機(jī)制；盧遠(yuǎn)航[6]、張濤等[7]提出了臨空型滑坡、緩傾巖質(zhì)滑坡的早期識(shí)別方法和標(biāo)志；王一超[8]在分析巖質(zhì)斜坡降雨入滲特征基礎(chǔ)上，建立了相關(guān)入滲模型。上述工作主要從紅層滑坡的發(fā)育特征、成因機(jī)制、穩(wěn)定性計(jì)算模型等方面進(jìn)行研究，缺乏從場(chǎng)地所處的區(qū)域地質(zhì)環(huán)境出發(fā)，基于斜坡物質(zhì)組成及坡體結(jié)構(gòu)，從地質(zhì)地貌演化歷史的角度對(duì)紅層斜坡崩滑堆積體的形成演化過程、發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析研究。

四川省梓潼縣某大型構(gòu)筑物擬建場(chǎng)地位于四川盆地西北盆緣、龍門山構(gòu)造帶以東地區(qū)，屬盆地丘陵向盆周低山過渡地帶。該區(qū)構(gòu)造類型為寬緩褶皺[9]，主要發(fā)育梓潼向斜，出露下白堊統(tǒng)劍門關(guān)組(K1j)紫紅—紅棕色砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖及礫巖。研究區(qū)覆蓋層及兩側(cè)沖溝存在大量礫巖與砂巖孤石，在場(chǎng)平施工期間，雖然無降雨和地震的作用，但局部坡體發(fā)生了滑動(dòng)，后緣拉裂縫延伸近百米，寬2～3 m，嚴(yán)重影響了工程進(jìn)度及施工安全。為查明孤石的來源及滑坡成因，對(duì)研究區(qū)及附近地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性及坡體結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查分析，初步揭示該區(qū)覆蓋層同時(shí)具有崩塌、滑坡兩種成因特性，并從地貌演化的角度對(duì)斜坡崩滑體的形成演化進(jìn)行分析，對(duì)類似場(chǎng)地的選址和建設(shè)具有借鑒意義。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)地處潼江右岸丘狀斜坡地帶，整體坡向東傾，自西向東呈緩坡—斜坡—緩坡展布(圖1)。坡頂緩坡坡度約6°，緩坡盡頭為巨厚層狀礫巖(圖2-a)。中部斜坡坡度約20°，局部砂巖出露形成陡坎，地表有礫巖與砂巖孤石分布，植被發(fā)育(圖2-b)。擬建場(chǎng)地位于下部緩坡地帶，坡度約9°，場(chǎng)平施工前地表多為水田、耕地，分布有民房及水塘。研究區(qū)南北側(cè)各分布兩條沖溝，溝深1～3 m，溝寬一般為3～4 m。研究區(qū)地表及沖溝內(nèi)分布有大量礫巖與砂巖孤石，以礫巖孤石居多，粒徑數(shù)米—十余米(圖2-c、圖2-d)。

a.坡頂緩坡盡頭發(fā)育礫巖;b.中部斜坡發(fā)育砂巖與礫巖孤石;c.下部緩坡(場(chǎng)地內(nèi))發(fā)育礫巖孤石;d.場(chǎng)地沖溝內(nèi)發(fā)育礫巖孤石；e.砂巖中發(fā)育兩組“X”節(jié)理；f.礫巖中發(fā)育兩組“X”節(jié)理圖2 研究區(qū)地表巖性及孤石Fig.2 Surface lithology and solitary stone in the study area

研究區(qū)主要出露劍門關(guān)組地層，頂部為一套巨厚層狀礫巖，中下部為泥巖、砂巖與泥質(zhì)粉砂巖互層，產(chǎn)狀近水平(圖1)，其中泥巖+泥質(zhì)粉砂巖與砂巖的厚度比例約6∶4。因龍門山前緣不斷向前擴(kuò)展，來自NW向的擠壓應(yīng)力[10]使原來的水平巖層發(fā)生傾斜，層間出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)或滑脫，形成NWW及NNE向兩組“X”節(jié)理(圖2-e、圖2-f)。

2 斜坡坡體結(jié)構(gòu)及組成特征

斜坡地表覆蓋層為崩滑堆積含碎石、塊石黏土，下伏基巖為泥巖。研究區(qū)揭露深度范圍內(nèi)主要發(fā)育三層泥巖，各層厚2～10 m，擬建場(chǎng)地即位于第二層(自上而下)泥巖頂面(圖1)。砂巖與泥質(zhì)粉砂巖互層主要分布于三層泥巖之間，各層厚約25 m。斜坡頂部為一套礫巖層，厚約15 m。

崩滑體主要分布于研究區(qū)地表，厚度一般為3～10 m，平均厚約7 m，在場(chǎng)地兩側(cè)沖溝溝口位置厚度較大。崩滑體主要由含碎石、塊石黏土組成，黏土呈黃褐色、褐色，可塑—硬塑狀，具膨脹性，內(nèi)部發(fā)育多級(jí)老滑面。碎石與塊石含量約20%～30%，主要成分為砂巖、礫巖碎塊，其中砂巖碎塊粒徑一般為20～50 cm，最大約1.5 m；礫巖碎塊粒徑一般為50～200 cm，最大約15 m。場(chǎng)平開挖形成的HP1滑坡即發(fā)育于該崩滑體中，沿基覆界面滑動(dòng)，滑坡斜長(zhǎng)30～50 m，前緣寬約118 m，后緣寬約70 m，滑體厚度平均為6～8 m，滑體體積約3.4×104m3。

崩滑體下伏基巖為泥巖、砂巖與泥質(zhì)粉砂巖互層，巖層傾向SSW-SSE，傾角2°～5°。泥巖呈棕紅色，具泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、薄—中層狀構(gòu)造，主要由黏土礦物及少量石英、長(zhǎng)石組成，泥質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)相對(duì)較軟，屬易滑層，對(duì)斜坡、邊坡穩(wěn)定性起控制作用。場(chǎng)平開挖形成的HP2滑坡即發(fā)育于泥巖中，沿泥巖軟弱面滑動(dòng)，滑坡斜長(zhǎng)約27 m，前緣寬約76 m，后緣寬50～60 m，滑體厚度平均為3～5 m，滑體體積約0.5×104m3。

砂巖與泥質(zhì)粉砂巖互層巖性中，砂巖呈紫紅色，具中—細(xì)粒結(jié)構(gòu)、中—厚層狀構(gòu)造，主要由石英、長(zhǎng)石等組成，泥鈣質(zhì)膠結(jié)；泥質(zhì)粉砂巖呈棕紅色，具粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)、中—厚層狀構(gòu)造，主要由黏土礦物及石英、長(zhǎng)石等組成，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，偶夾薄層狀砂巖、泥巖。巖層中發(fā)育3組節(jié)理(表1)，其中LX1、LX2為陡傾共軛剪節(jié)理，延伸較長(zhǎng)，并發(fā)生張開。

表1 節(jié)理特征統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of joints characteristics

泥巖中主要發(fā)育網(wǎng)狀裂隙，延伸和張開有限，但受構(gòu)造作用影響，沿層間仍發(fā)育延伸較長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面普遍充填灰白色條帶，以黏土礦物為主，厚度為1～3 mm，局部有錯(cuò)動(dòng)痕跡。

3 崩滑體形成演化分析

主要運(yùn)用區(qū)域地質(zhì)學(xué)研究方法，通過收集區(qū)域地質(zhì)資料，調(diào)查分析研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境、地貌形態(tài)，反演其形成演化歷史的地質(zhì)過程，從宏觀上尋找發(fā)展規(guī)律。同時(shí)也運(yùn)用工程地質(zhì)學(xué)分析手段，通過收集勘探資料，繪制地質(zhì)剖面圖，研究斜坡坡體結(jié)構(gòu)，通過統(tǒng)計(jì)巖體節(jié)理、分析結(jié)構(gòu)面組合及巖體變形破壞模式，從細(xì)觀上研究崩滑體的形成條件。再將二者相結(jié)合，從區(qū)域地質(zhì)地貌演化入手，著重研究川西北盆緣紅層地區(qū)的地層結(jié)構(gòu)、崩滑體形成條件、變形破壞及運(yùn)動(dòng)堆積過程，進(jìn)而對(duì)紅層地區(qū)斜坡崩滑體演化規(guī)律進(jìn)行總結(jié)和提煉。

3.1 區(qū)域地質(zhì)地貌演化

受印支運(yùn)動(dòng)Ⅱ幕影響，川西北前陸盆地形成，海水全部退出，氣候炎熱干旱，形成大型的紅色前陸盆地[11]。侏羅世—早白堊世(劍閣期)，區(qū)內(nèi)沉積了巨厚的紅層。劍閣期后，區(qū)內(nèi)一直處于抬升狀態(tài)而缺失上白堊統(tǒng)地層[12]。喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)使青藏高原東部龍門山前緣不斷向前擴(kuò)展，該區(qū)逐步抬升，部分下白堊統(tǒng)地層逐漸被剝蝕[13]，開始出露劍門關(guān)組地層(下部為塊狀礫巖夾砂巖、泥巖透鏡體，中上部為砂巖與泥質(zhì)粉砂巖、泥巖互層夾礫巖)。

3.2 研究區(qū)地質(zhì)地貌演化

伴隨青藏高原的隆升，研究區(qū)開始抬升并受到來自NW向的擠壓[14-16]，巖層層間發(fā)生錯(cuò)動(dòng)或滑脫并形成NWW、NNE向兩組“X”節(jié)理(圖3-a)。在區(qū)域抬升作用和兩組節(jié)理切割下，沖溝、河流逐步形成，首先發(fā)育為窄谷淺丘地貌(圖3-b)；在進(jìn)一步抬升作用下，形成窄谷深丘地貌(圖3-c)；而后在區(qū)域大面積的抬升作用下，最終形成低山(桌狀山)地貌(圖3-d)。

3.3 斜坡地貌演化

伴隨潼江發(fā)生側(cè)蝕作用，場(chǎng)地斜坡初步形成。因區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)調(diào)整、差異性卸荷回彈等影響[17-18]，導(dǎo)致場(chǎng)地硬質(zhì)巖(砂巖、礫巖)中的兩組“X”節(jié)理發(fā)生張開，向上下延伸，并在泥巖位置斷開(泥巖中該兩組節(jié)理較隱蔽)(圖4)。地表水沿張開裂隙灌入并在巖體裂隙及層間滲流，使得軟巖(泥巖)進(jìn)一步軟化，泥巖中的黏土物質(zhì)不斷析出，在裂隙(包括層間錯(cuò)動(dòng)帶)富集，進(jìn)一步泥化后發(fā)育為潛在滑帶[19-20]。隨著地形條件的改變以及地表水滲入導(dǎo)致裂隙內(nèi)孔隙水壓力陡升，泥巖之上的礫巖、砂巖極易發(fā)生平推式滑坡[3](圖5)。在泥巖層位發(fā)育為緩坡平臺(tái)，在砂巖與礫巖層位發(fā)育陡坎或較大坡度的斜坡，脫離母體的砂巖與礫巖孤石在斜坡崩塌、滾動(dòng)，在泥巖緩坡平臺(tái)堆積(圖6-a—圖6-c)。

圖3 場(chǎng)地及周邊地區(qū)地貌演化示意圖(據(jù)許強(qiáng)等[3]修改)Fig.3 Sketch diagram of geomorphic evolution of the site and surrounding areas

圖4 砂巖中節(jié)理張開和斷開Fig.4 The joints are opening and breaking in sandstone

圖5 礫巖在緩坡上的滑移破壞形式Fig.5 Sliding failure mode of conglomerate on gentle slope

a.地貌演化過程；b.砂巖與礫巖孤石崩塌、滾動(dòng)后在斜坡泥巖平臺(tái)堆積；c.斜坡泥巖平臺(tái)形成崩滑體；d.斜坡泥巖平臺(tái)的崩滑體發(fā)生滑坡；e.滑坡后的平臺(tái)再次堆積崩滑體圖6 研究區(qū)崩滑體形成演化示意圖Fig.6 Sketch diagram of formation and evolution of collapse-landslide accumulation in study area

隨著泥巖平臺(tái)上崩滑體不斷加載，在暴雨等不利條件下，崩滑體沿著基覆界面或泥巖中的泥化層(軟弱層)發(fā)生滑坡。原來在斜坡坡腳堆積的礫巖與砂巖孤石向泥巖緩坡平臺(tái)前緣及兩側(cè)沖溝運(yùn)動(dòng)，卷入、包裹在土體中，并最終搬運(yùn)至下一級(jí)緩斜坡，形成新的崩滑體(圖6-d—圖6-e)。在崩滑體形成演化的過程中，可能出現(xiàn)了兩種不同類型的滑坡：①沿巖體內(nèi)泥化層形成的平推式滑坡；②沿基覆界面形成的土質(zhì)滑坡。這兩類滑坡在斜坡上可能同時(shí)存在，但其發(fā)生的時(shí)間和位置與巖土體分布及外力作用密切相關(guān)，兩類滑坡相互作用，對(duì)現(xiàn)今斜坡地貌的形成及場(chǎng)地巖土組成產(chǎn)生了重要影響。

綜上所述，侏羅世—早白堊世(劍閣期)川西北前陸盆地沉積形成巨厚紅層，構(gòu)成砂巖+泥質(zhì)粉砂巖與泥巖互層夾礫巖組合；喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)使青藏高原東部龍門山前緣不斷向前擴(kuò)展并隆升，構(gòu)造擠壓作用使紅層層間出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)或滑脫，發(fā)育“X”共軛剪節(jié)理，是紅層地區(qū)崩滑體形成的內(nèi)因；河流下切增大臨空面，溯源侵蝕、卸荷回彈、降雨入滲等是崩滑體形成的外因。在內(nèi)外動(dòng)力作用下，紅層巖土體發(fā)生變形破壞，砂巖、礫巖等硬質(zhì)巖脫離母體后，在斜坡上表現(xiàn)為崩塌、滾動(dòng)，逐漸在坡腳堆積；在緩坡地帶則沿著泥巖軟弱層發(fā)生滑坡。隨著地殼抬升、斜坡后退發(fā)展，上述演化過程不斷重復(fù)，逐步形成一級(jí)或多級(jí)由崩滑體組成的緩坡(圖7)。

圖7 崩滑體形成演化機(jī)制示意圖Fig.7 Sketch diagram of formation and evolution of collapse-landslide accumulation

4 結(jié)論

(1) 研究區(qū)紅層為下白堊統(tǒng)劍門關(guān)組泥巖、砂巖與泥質(zhì)粉砂巖互層夾礫巖組合，受龍門山構(gòu)造帶影響，硬質(zhì)巖(砂巖、礫巖)中發(fā)育陡傾共軛剪節(jié)理，軟質(zhì)巖(泥巖)中出現(xiàn)層間錯(cuò)動(dòng)，是崩滑體形成的內(nèi)因；地殼抬升、河流溯源侵蝕、卸荷回彈、降雨入滲等導(dǎo)致硬質(zhì)巖節(jié)理張開并向臨空方向發(fā)生變形破壞，是崩滑體形成的外因。硬質(zhì)巖在斜坡地帶以崩(塌)為主，在緩坡地帶沿泥巖軟弱層以滑(坡)為主，隨著斜坡后退發(fā)展，逐步形成一級(jí)或多級(jí)崩滑體。

(2) 現(xiàn)狀崩滑體多為緩坡平臺(tái)，時(shí)常成為工程建設(shè)的備選場(chǎng)址，但由于其自身性質(zhì)很差，開挖后易發(fā)生滑坡，治理代價(jià)大，且隱蔽性強(qiáng)，選址時(shí)容易被忽視。尤其是山區(qū)紅層地區(qū)，崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，既有單點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害的突發(fā)性、偶然性，也有類似本文斜坡崩滑體所具備的演化特征，需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)該類崩滑體的辨識(shí)和研究。

(3) 本文不同于以往通過工程地質(zhì)學(xué)方法對(duì)單點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害成因機(jī)制進(jìn)行研究，而是試圖運(yùn)用地質(zhì)演化方法從宏觀的地質(zhì)環(huán)境著眼，分析紅層地區(qū)斜坡的發(fā)展與演化，但受困于地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性和區(qū)域地質(zhì)的研究深度不同，反演地質(zhì)歷史仍存在多解性，對(duì)規(guī)律的探究還需科學(xué)的思維和更加豐富的手段加以斧正。