青藏高原東緣亂石包滑坡塘發(fā)育特征及成因機(jī)制*

楊虎鋒 賀江坤 邢本聰 程謙恭

(西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，成都 611756，中國)

0 引 言

青藏高原東緣是中國大陸內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用最為強(qiáng)烈的區(qū)域之一。特殊的地質(zhì)環(huán)境條件孕育并誘發(fā)大量滑坡，使該區(qū)域成為全球古(老)滑坡最發(fā)育的地區(qū)之一(程謙恭等，2007；劉傳正，2014；楊志華等，2018；Zhang et al.，2019；伍純昊等，2021；張永雙等，2021)。其中亂石包滑坡是青藏高原東緣最具代表性的大型滑坡之一。郭長寶等(2016)和Zhao et al.(2020)分別利用14C測年推測亂石包滑坡發(fā)生于距今1980±30a和3635±387a。崔豫(2020)利用10Be 暴露測年研究認(rèn)為亂石包高速遠(yuǎn)程滑坡首次發(fā)生大規(guī)?；瑒?dòng)的時(shí)期是距今3700a左右，并且在距今2100a左右可能發(fā)生過二次滑動(dòng)。Zeng et al.(2020)利用10Be 暴露測年研究認(rèn)為滑坡可能發(fā)生在距今3510±346a?？梢姡瑏y石包滑坡是全新世以來發(fā)生滑動(dòng)、現(xiàn)今整體穩(wěn)定的滑坡。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GB/T 32864-2016)，亂石包滑坡屬于老滑坡。

亂石包滑坡成因機(jī)制是青藏高原東緣古(老)滑坡研究的熱點(diǎn)，普遍認(rèn)為該滑坡的發(fā)生與該區(qū)域的地震活動(dòng)緊密相關(guān)。郭長寶等(2016)研究并提出了3類可能成因模式：(1)斷裂強(qiáng)烈活動(dòng)(地震)的高速拋擲機(jī)制：拉裂→裂紋貫通→凌空拋出→碰撞解體→碎屑流堆積；(2)氣候變化引起雪崩和高速滑坡機(jī)制：雪崩→巖體崩裂→高速碎屑流；(3)斷裂活動(dòng)與雪崩共同作用機(jī)制：地震→雪崩→巖崩→高速碎屑流。朱雨軒等(2020)認(rèn)為亂石包滑坡由古地震觸發(fā)并斜拋啟動(dòng)，滑帶土為風(fēng)化的花崗巖粗砂，具有剪切易破碎性，土顆粒破碎引起滑動(dòng)帶液化是滑坡發(fā)生高速遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)的主要原因，其形成機(jī)制為斜拋啟動(dòng)→撞擊碎裂→刮鏟裹挾→剪切液化→堆積就位。劉云鵬等(2021)提出了坡體地震解體→滑坡沖撞堆積→堆積體運(yùn)動(dòng)擠壓模式。

亂石包高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)路徑上形成了大量流態(tài)化沉積學(xué)地貌。高速運(yùn)動(dòng)過程中，該滑坡自源區(qū)失穩(wěn)后主體表現(xiàn)為一種快速低擾動(dòng)性的整體性剪切過程，運(yùn)動(dòng)區(qū)以快速拉張為主，堆積區(qū)則以快速推擠運(yùn)動(dòng)為主，不同滑坡區(qū)域形成了獨(dú)特的滑坡形態(tài)地貌單元(Wang et al.，2018；Dai et al.，2019)?；露逊e體表面自后向前依次可見大型堆積平臺(tái)、縱向脊、側(cè)緣脊、雁列狀堆積脊、橫向脊、X型共軛剪切槽控制下的菱形堆積脊和堆積丘的順序展布(王玉峰等，2021)。

滑坡地貌形態(tài)是古(老)滑坡野外現(xiàn)場識(shí)別和遙感影像解譯，以及工程地質(zhì)研究的重要內(nèi)容(Cruden et al.，1996；張永雙等，2018)。目前國內(nèi)外學(xué)者對古(老)滑坡地貌形態(tài)研究主要關(guān)注古(老)滑坡與地質(zhì)演化(張學(xué)年，1992；趙希濤等，2007；許強(qiáng)等，2008；殷志強(qiáng)等，2010；張永雙等，2010；黃偉亮等，2020)以及工程建設(shè)和新城鎮(zhèn)建設(shè)中關(guān)心的古滑坡形成、復(fù)活機(jī)制及穩(wěn)定性方面的研究(Ronchetti et al.，2010；Vailová et al.，2015；馮文凱等，2020；張永雙等，2021)。亂石包滑坡形態(tài)地貌不僅被視為研究高速遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)理的重要地質(zhì)證據(jù)(王玉峰等，2021)，同時(shí)，也是青藏高原東緣古(老)滑坡影像識(shí)別的重要參考。

本文以位于青藏高原東緣毛埡壩盆地的大型老滑坡——亂石包滑坡為例，以滑坡塘形態(tài)要素為研究對象，綜合利用無人機(jī)攝影測量技術(shù)、水文地質(zhì)調(diào)查、自然電位地球物理勘探以及滲流數(shù)值模擬等研究方法，針對滑坡塘幾何特征、水文特征、滲流特征等發(fā)育特征以及成因機(jī)制開展研究。該研究對空-天-地一體化勘察滑坡識(shí)別和滑坡塘演化分析具有現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 亂石包滑坡區(qū)域構(gòu)造圖(影像來自Google Earth)Fig.1 The regional structure map of Luanshibao Landslide(Image from Google Earth)

1 亂石包滑坡地質(zhì)環(huán)境概況

亂石包滑坡位于青藏高原東緣理塘毛埡壩盆地的東北側(cè)(圖1)，屬于高原山間河谷地帶毛埡壩斷陷盆地邊緣的構(gòu)造剝蝕區(qū)，地形較為陡峻，平均海拔約為4400～4900m，區(qū)內(nèi)分布有眾多群發(fā)性崩塌滑坡跡象(劉云鵬等，2021)。理塘—德巫斷裂呈NW向從滑坡中部穿過，長約43km，以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，該斷層活動(dòng)性強(qiáng)，具有多期同震地表破裂，且斷層沿線還伴有明顯的斷層破碎帶，歷史地震頻發(fā)(易桂喜等，2017；劉亢等，2021)，1722年以來MS≥5歷史地震震中分布如圖1所示。

亂石包滑坡研究區(qū)內(nèi)的基巖主要包括花崗閃長巖、二長花崗巖和黑云母花崗巖等(郭長寶等，2016；朱雨軒等，2020)。其中花崗巖在斜坡中上部出露較多，受斷裂活動(dòng)的影響，花崗巖巖體中節(jié)理裂隙極為發(fā)育，破碎強(qiáng)烈，在凍融風(fēng)化作用下，花崗巖風(fēng)化程度高(劉云鵬等，2021)。毛埡壩盆地內(nèi)第四系松散堆積物主要為冰磧物、冰水堆積物和崩滑堆積體。亂石包滑坡體表層主要為中粗砂、漂石(塊石)、碎石和角礫層，呈松散-半膠結(jié)狀態(tài)(郭長寶等，2016；王玉峰等，2021)。

研究區(qū)斷裂帶顯著的構(gòu)造活動(dòng)造成溫泉在斷層沿線呈線性分布的現(xiàn)象(Wang et al.，2018)。觀測資料表明，泉水的水溫水量變化不受地表降雨的干擾，水溫測值與降水、氣溫和氣壓無相關(guān)性(龍德雄等，2006)。

2 亂石包滑坡塘發(fā)育特征

2.1 滑坡塘地形地貌

從亂石包滑坡遙感影像可以看到滑坡后緣發(fā)育有水域面積大小不等的兩個(gè)滑坡塘(圖2)。為了詳細(xì)調(diào)查滑坡塘發(fā)育特征，并為滲流模擬建模提供地形數(shù)據(jù)，野外調(diào)查期間利用無人機(jī)攝影建模技術(shù)對滑坡塘發(fā)育區(qū)域進(jìn)行精細(xì)化地形調(diào)繪。

圖2 研究區(qū)三維影像圖(影像(a)來自Google Earth)Fig.2 Three-dimensional image of study area(Image(a) from Google Earth)a.亂石包滑坡；b.主滑壁泉水出露點(diǎn)；c.次級滑壁泉水出露點(diǎn)

亂石包滑坡后緣可見兩級大型堆積平臺(tái)，整體呈月牙形。第1級堆積平臺(tái)為滑坡后緣平臺(tái)，長約450m，最大寬度約150m。前緣陡坎，即次級滑壁，高約65m。該堆積平臺(tái)呈現(xiàn)反傾特征，與滑坡主滑壁構(gòu)成封閉洼地，可見發(fā)育一處大型滑坡塘(圖4a)。次級滑坡下部與第二級堆積平臺(tái)同樣構(gòu)成封閉洼地，可見小型滑坡塘(圖4b)。上部大滑坡塘水面海拔約為4275m，下部小滑坡塘水面海拔約為4200m，兩者高差約為75m，水平距離約為310m。

圖3 研究區(qū)A-A′剖面Fig.3 The A-A′ section in the study area

圖4 亂石包滑坡塘Fig.4 Luanshibao Landslide pondsa.大滑坡塘；b.小滑坡塘

2.2 滑坡塘幾何特征

根據(jù)DOM影像可以精確獲取兩個(gè)滑坡塘的水域面積分別為6632m2和327m2?；绿馏w積和水深分布是野外調(diào)查中重要內(nèi)容之一。首先，基于遙感影像利用LocaSpaceViewer軟件規(guī)劃測線，然后通過皮筏艇在滑坡塘水面進(jìn)行人工測量，具體測量步驟如下：在滑坡塘中選取多條測線，每條測線水平間距為 5～10m，在每條測線上的湖深變化處選取測點(diǎn)，利用GPS進(jìn)行定點(diǎn)，再利用深度尺手動(dòng)測量每個(gè)點(diǎn)位的水深。用湖面高程減去水深，即得到各點(diǎn)位的湖底高程值，進(jìn)行插值可得到滑坡塘等深線分布圖(圖5)。最后，在Rhino軟件中根據(jù)相應(yīng)地形線建滑坡塘模型，進(jìn)行封閉加蓋計(jì)算滑坡塘體積。計(jì)算得到上部大型滑坡塘最大深度約為2m，位于水塘西側(cè)，體積約為5505m3。次級滑壁下部滑坡塘體積約為35m3，最大深度約為0.5m。

2.3 滑坡塘滲流特征

2.3.1 泉水滲流

圖5 大型滑坡塘輪廓及等深線圖Fig.5 The outline and deep contour map of the large-scale landslide pond

表 1 泉水滲流量觀測數(shù)據(jù)Table1 Observation data of spring seepage discharge

2.3.2 滑坡平臺(tái)內(nèi)部滲流

圖6 自然電位測線布置圖Fig.6 The profile of spontaneous potential measurement line

在自然條件下，地質(zhì)體具有一定的電子導(dǎo)電性，這類巖土體處于地下水位面上下兩部分之間通過氧化還原作用產(chǎn)生電化學(xué)場，當(dāng)?shù)孛嬉韵掠械叵滤ㄟ^時(shí)，它會(huì)帶走部分陽離子，使得上游多出負(fù)電荷，下游多出正電荷，破壞了正負(fù)電荷平衡，形成極化，這便造成了沿水流方向存在電位差。自然電位法通過測量這種電位差來確定地下水流向以及滲流通道的位置(馬若龍等，2015)。次級滑壁坡面泉水來自上部大型滑坡塘地下水流經(jīng)滑坡后緣平臺(tái)形成的內(nèi)部滲流，因此野外可利用自然電位勘探方法研究該滲流的發(fā)育位置。野外工作主要包括以下兩部分：①在滑坡后緣平臺(tái)上確定好測線的位置(圖6)；②選用硫酸銅電極沿著測線每隔10m埋設(shè)一個(gè)電極，一共埋設(shè)10個(gè)電極，

表 2 自然電位測量數(shù)據(jù)表Table2 Spontaneous potential measurement

圖7 測點(diǎn)電壓圖Fig.7 The voltage diagram of measuring point

2.3.3 滲流模擬

圖8 滑坡塘滲流模擬結(jié)果Fig.8 Seepage simulation results on landslide ponds

本文采用GeoStudio的SEEP/W模塊對滑坡后緣平臺(tái)內(nèi)部的滲流特征情況進(jìn)行數(shù)值模擬。亂石包滑坡后緣平臺(tái)內(nèi)部的物質(zhì)組成是碎石、塊石、砂類土等，并呈現(xiàn)出混雜堆積結(jié)構(gòu)(張永雙等，2021)。基于工程地質(zhì)類比以及GeoStudio手冊參數(shù)選取依據(jù)，確定滲流模擬所需參數(shù)，如表 3所示。根據(jù)坡體實(shí)際情況選用非飽和模型，利用選取的參數(shù)軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算出坡體的材料特性。設(shè)置邊界條件時(shí)，由于大滑坡塘水位常年保持不變，將其底部設(shè)為常水頭邊界，坡體下部設(shè)為排水邊界。經(jīng)過滲流模擬計(jì)算后得到坡體內(nèi)部的滲流如圖8所示。對比分析滲流數(shù)值模擬所得滲流出露的位置與次級滑壁上的泉水出露位置，可以發(fā)現(xiàn)兩者位置高度重合。分析表明次級滑壁上泉水出露是上部大滑坡塘長期滲流作用的結(jié)果。

表 3 模擬參數(shù)取值表Table3 The main parameters for seepage simulation

3 亂石包滑坡塘成因機(jī)制

(1)地形條件：在內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用下亂石包高速遠(yuǎn)程滑坡啟滑，在運(yùn)動(dòng)過程中滑坡體產(chǎn)生了多級滑動(dòng)(郭長寶等，2016；Wang et al.，2018)，滑坡體上部出現(xiàn)典型滑坡形態(tài)要素——滑坡主滑壁、滑坡后緣平臺(tái)和次級滑壁?；麦w與主次滑壁之間拉開形成溝槽或陷落呈“地塹”狀，相鄰?fù)列ㄐ纬伤闹芨?、中間低的洼地地形。

亂石包滑坡塘是滑坡發(fā)生后形成的封閉洼地和理塘—德巫斷裂帶地下水持續(xù)滲流的產(chǎn)物，其形成過程主要包括以下幾個(gè)階段：(1)滑坡運(yùn)動(dòng)過程中在滑坡主滑后壁和次級滑壁處形成封閉洼地；(2)地下水沿?cái)嗔褞Мa(chǎn)生滲流并形成地下和地表徑流，積水成塘；(3)隨著平臺(tái)上部滑坡塘水位升高，在高水頭作用下滑坡后緣平臺(tái)內(nèi)部形成滲流通道，并在陡峭的次級滑壁坡面形成泉水出露，持續(xù)地表徑流在次級滑壁下部形成小型滑坡塘(圖9)。

圖9 亂石包滑坡塘成因機(jī)制圖Fig.9 Formation mechanism of Luanshibao Landslide ponds

4 潛在風(fēng)險(xiǎn)分析

對比分析亂石包滑坡塘歷史影像可以發(fā)現(xiàn)其水域面積相對穩(wěn)定，說明滑坡后緣平臺(tái)內(nèi)部滲流處于相對穩(wěn)定狀態(tài)?；绿了牡刭|(zhì)環(huán)境變化的潛在影響因素主要為極端降水條件和主滑坡后壁的崩滑體。因此，極端情況下存在滑坡塘水位陡增或涌浪越過滑坡后緣平臺(tái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

國內(nèi)外研究表明，由于滲透破壞導(dǎo)致潰壩的事件一般存在初始滲流通道(汝乃華等，2001；盛金保等，2008；石振明等，2017)，坡體內(nèi)部主要由塊石、碎石、砂類土等構(gòu)成，在較高的水力梯度條件下，細(xì)顆粒的黏土物質(zhì)會(huì)被逐漸沖走，初始滲流通道將會(huì)逐漸向四周擴(kuò)大，并隨著水流的持續(xù)沖刷逐漸發(fā)展，最終可能導(dǎo)致堆積體結(jié)構(gòu)破壞發(fā)生變形。綜合分析亂石包大型滑坡塘最大深度、滲流通道位置以及次級滑壁泉水出露都出現(xiàn)在滑坡后緣平臺(tái)西側(cè)低洼區(qū)，該地貌特征可能與滲流潛蝕有關(guān)。綜合考慮目前滑坡塘水域相對穩(wěn)定，毛埡壩盆地草原生態(tài)環(huán)境脆弱以及破壞后恢復(fù)周期長等現(xiàn)狀，建議后期針對其滲流潛蝕速率開展長期觀測，必要情況下可考慮在滲流逸出部位鋪設(shè)反濾保護(hù)層防止?jié)B流破壞。

5 結(jié) 論

(1)亂石包滑坡形態(tài)要素中滑坡塘的發(fā)育特征對青藏高原東緣古(老)滑坡野外識(shí)別和影像解譯具有重要意義。亂石包滑坡發(fā)生后，在長期地質(zhì)環(huán)境演化過程中，老滑坡體上發(fā)育有兩個(gè)體積不同的滑坡塘。大型滑坡塘位于滑坡后緣平臺(tái)和主滑壁之間的低洼區(qū)，水域面積約為6632m2，體積約為5505m3，最大深度為2m。小型滑坡塘位于次級滑壁下部的低洼區(qū)，體積約為 35m3，最大深度約為0.5m。

(3)兩個(gè)滑坡塘水域面積相對穩(wěn)定，表明坡體內(nèi)部已經(jīng)形成的滲流相對穩(wěn)定。然而，陡峭的次級滑壁中發(fā)育的泉水出露點(diǎn)存在滲流潛蝕作用，建議后期針對其滲流潛蝕速率開展長期觀測研究，為亂石包滑坡塘演化研究提供重要依據(jù)。

致 謝匿名審稿人對本文提出了詳細(xì)意見并幫助完善了文章內(nèi)容。感謝吉力沙尼和崔浩文在野外調(diào)查期間給予的大力協(xié)作。