川藏鐵路通麥至魯朗段地質(zhì)構(gòu)造對滑坡的控制作用分析

張佳佳，王軍朝，朱德明，李 勇

1. 成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059；2. 中國地質(zhì)科學(xué)院 探礦工藝研究所，成都 611734；3. 西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)大隊(duì)，拉薩 85000；4. 成都理工大學(xué) 地球物理學(xué)院，成都 610059

川藏鐵路魯朗至通麥段，地理位置位于西藏自治區(qū)波密縣魯朗鎮(zhèn)，構(gòu)造位置位于喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)區(qū)域，是印度板塊向歐亞板塊俯沖、楔入的最前緣。其作為青藏高原隆升最快的地區(qū)之一（許志琴等，2008），構(gòu)造的活動性和復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境決定了該區(qū)工程地質(zhì)問題的復(fù)雜性和特殊性，并孕育了大量的地質(zhì)災(zāi)害，其中滑坡為主要的一種（殷躍平，2000；何易平等，2001；彭建兵等，2004；袁廣祥等，2010）。作為道路工程領(lǐng)域的熱門區(qū)域，研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害方面的研究已有許多：第一次青藏高原科考曾對川藏公路各種山地災(zāi)害、危害狀況、分布特點(diǎn)、形成機(jī)制、活動特性及防治對策進(jìn)行了研究（中國科學(xué)院—水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，1995，1999）；蔣忠信（2002）采用有序樣品最優(yōu)分割和方差分析等定量方法，揭示了帕隆藏布流域崩塌、滑坡、泥石流的差異性分布規(guī)律，其中拉月曲峽谷為崩塌滑坡、泥石流極密集段，進(jìn)而對道路平面選線原則提出了建議；尚彥軍等（2001）重點(diǎn)研究了該區(qū)林芝—八宿段主要地質(zhì)災(zāi)害類型、規(guī)模、分布規(guī)律及危害程度，通過對現(xiàn)有防治措施及方法分析，認(rèn)為目前的防治措施尚不足以有效抵抗地質(zhì)災(zāi)害對公路沿線人民生命財產(chǎn)的威脅及造成的損失；鄒宗良（2009）對川藏公路通麥至105道班巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析，提出在塊體理論分析中考慮地震力的方法；孔紀(jì)名（2003）利用塊狀巖體穩(wěn)定性分析方法，研究了拉月大滑坡的塊體破壞特征；廖秋林等（2002）利用統(tǒng)計學(xué)方法探討了水巖作用與雅魯藏布大拐彎地區(qū)滑坡的關(guān)系，認(rèn)為該地區(qū)水巖作用對滑坡形成、誘發(fā)有重要作用；袁廣祥等（2010）對雅魯藏布江大拐彎北段發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行研究，認(rèn)為區(qū)內(nèi)頻繁發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害主要與區(qū)內(nèi)的地層巖性、斷裂構(gòu)造、地震活動和地形地貌有關(guān)；杜國梁（2017）對喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)地區(qū)的滑坡發(fā)育特征和分布規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，對該區(qū)域的滑坡做了易發(fā)性評價，并對該區(qū)域的滑坡做了潛在地震作用下的危險性預(yù)測評價研究；楊德宏等（2021）通過對魯朗鎮(zhèn)腳不弄滑坡的調(diào)查研究，認(rèn)為構(gòu)造、地震、活動斷裂等內(nèi)在因素是形成該高速遠(yuǎn)程巨型滑坡的主控因素。

以往的研究主要集中在區(qū)內(nèi)滑坡的空間分布，危險性，單體滑坡的形成機(jī)制，但是缺乏了孕災(zāi)地質(zhì)條件，尤其是對構(gòu)造作用的分析研究。然而構(gòu)造活動尤其是活動斷裂是影響斜坡穩(wěn)定的重要因素，對滑坡的發(fā)育，尤其是大型巖質(zhì)滑坡，往往具有明顯的控制作用（唐方頭等，2010；張永雙等，2016）。2018年發(fā)生的金沙江白格滑坡被認(rèn)為發(fā)生在長期受構(gòu)造影響的軟弱巖體中（許強(qiáng)等，2018）。茂縣疊溪高位滑坡的主控因素為斷裂構(gòu)造和歷史地震（邵重建等，2017）?？梢娢挥跀嗔寻l(fā)育區(qū)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害往往直接或間接受構(gòu)造作用控制，而川藏鐵路魯朗至通麥段整體位于喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)的影響區(qū)域，構(gòu)造作用對巖體結(jié)構(gòu)、地貌以及地震滑坡的直接誘發(fā)等方面有著非常重要的影響，需要開展相關(guān)的研究工作。

雖然規(guī)劃的川藏鐵路在此段最大程度避免明線，代以隧道橋梁形式通過，但鐵路的修建過程中仍會涉及大量邊坡的工程開挖。本文基于藏東南喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)北西側(cè)的通麥至魯朗地區(qū)滑坡發(fā)育特征的調(diào)查研究，總結(jié)分析地質(zhì)構(gòu)造對滑坡的控制作用，以期為未來川藏鐵路的施工建設(shè)提供服務(wù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)整體位于喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)西側(cè)（圖1），北西側(cè)的岡底斯山脈與南東側(cè)喜馬拉雅山脈之間一級分水嶺內(nèi)的峽谷區(qū)域，構(gòu)造上屬拉薩地塊，整體位于東久斷裂上（丁林等，2013），東久斷裂帶走向NE，傾向SE，傾角60°~70°，是一條新生的左旋走滑兼具逆沖性質(zhì)的斷裂，斷裂帶寬2~3 km，由多條次級斷裂斜列組成，其在晚更新世至全新世有過強(qiáng)烈活動（邵翠茹等，2008），垂直活動速率為0.17~0.27 mm/a，斷裂最大潛在矩震級為7.2級（謝超，2018）。東久斷裂自魯朗南經(jīng)排龍向北東延伸，控制了帕隆藏布和拉月曲的走向，并在與斜坡交匯部位形成一系列的斷裂特征地貌。研究區(qū)主要出露基巖為念青唐古拉巖群片麻巖、雅魯藏布江蛇綠混雜巖以及少量新近紀(jì)黑云母二長花崗巖（圖1），第四系松散堆積主要分布于斜坡表面和河谷谷坡地帶，以坡積物、沖洪積物、冰川堆積居多；地貌上研究區(qū)屬高山峽谷地貌，整體呈“V”字型，僅在魯朗鎮(zhèn)、拉月村、東久新村存在階地地貌，區(qū)內(nèi)水系帕隆藏布由北向南，拉月曲由南向北，并于排龍匯入帕隆藏布，兩條主要水系縱貫整個研究區(qū)，河道縱比降大，流速大，搬運(yùn)能力強(qiáng)。青藏高原的隆升，使得區(qū)內(nèi)地殼穩(wěn)定性變差，構(gòu)造活動性增強(qiáng)，地震頻發(fā)（邵翠茹等，2008；扎西仁增，2009）。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)、歷史地震圖（修改自許志琴等，2008）Fig. 1 Geologic map, historical earthquake distribution of Eastern Himalayan Syntaxis and the study area

2 滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

2.1 滑坡空間分布特征

魯朗至通麥段共發(fā)育滑坡總數(shù)40個，其中巖質(zhì)滑坡12個，土質(zhì)滑坡28個。根據(jù)滑坡規(guī)模劃分，研究區(qū)大型及特大型滑坡的個數(shù)為4個，中型滑坡12個，小型滑坡24個。滑坡規(guī)模具有明顯分化的現(xiàn)象，即以中—小型規(guī)模滑坡為主。這是由于滑坡集中分布于公路沿線，人類工程活動密集，因此這些中—小規(guī)模滑坡與人類工程活動密切相關(guān)。而大型以上滑坡主要的誘發(fā)因素為地震作用。

空間分布上，研究區(qū)滑坡主要沿著拉月曲、帕隆藏布水系發(fā)育，大多集中在干流河谷，典型的大型巖質(zhì)滑坡如腳不弄滑坡、K4114滑坡、拉月滑坡也分布在河谷兩側(cè)，由于東久斷裂控制著研究區(qū)水系的走向，因此滑坡也基本沿著斷裂呈帶狀發(fā)育（圖2）。規(guī)模類型上，腳不弄滑坡、K4114滑坡以及拉月滑坡等大型滑坡均為巖質(zhì)滑坡，而土質(zhì)滑坡規(guī)模均為中小型，以斜坡表層土體失穩(wěn)為主（圖2）。

圖2 川藏鐵路通麥至魯朗滑坡地質(zhì)災(zāi)害分布圖Fig. 2 Distribution map of landslides in the study area

2.2 典型滑坡地質(zhì)災(zāi)害

2.2.1 拉月滑坡

拉月滑坡位于排龍村西南3 km，G318里程K4106處，拉月曲左岸（圖2；3a）。該滑坡失穩(wěn)于1967年8月29日，滑坡由高于河谷300 m處的斜坡中部剪出，方量約1200萬m3，屬特大型高位巖質(zhì)滑坡。拉月滑坡分為Ⅰ號和Ⅱ號滑坡體，其中Ⅰ號滑坡為規(guī)模和危害程度最大的滑坡體，主滑方向160°，平面形態(tài)為舌形，剖面形態(tài)近于直線型，前緣高程2140 m，后緣高程2850 m，滑坡堆積體阻斷拉月曲并摧毀坡腳的川藏公路（圖3），形成高達(dá)70~90 m的堰塞壩，河水?dāng)嗔鲿r間20.5小時，形成了長約2000 m，寬150~500 m的湖泊，水深達(dá)50 m，損毀G318道路約4 km，公路中斷4個月（邵翠茹，2009）。前人的研究成果顯示，拉月滑坡的主控地質(zhì)條件為滑坡體中的兩條疊瓦狀逆沖斷裂，以及斜坡中發(fā)育的多組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面（張佳佳等，2018；圖3）。

圖3 拉月滑坡平面圖（a，修改自扎西仁增，2009）和拉月滑坡剖面圖（b）Fig. 3 Plan graph of Layue landslide（a）; Section graph of Layue landslide（b）

2.2.2 K4114滑坡

K4114滑坡位于拉月村東4 km，G318里程K4114位置，拉月曲左岸（圖2），滑坡平面形態(tài)為“簸箕狀”，剖面形態(tài)為凹型，其微地貌主要包括兩個山梁和滑坡下滑形成的凹谷組成（圖4a）。滑坡長980 m，寬560 m，滑坡坡底高程2370 m，坡頂高程3070 m，高差700 m，主滑方向189°，滑體平均厚度＞ 20 m，總體積約480萬m3，屬大型高位巖質(zhì)滑坡。因?yàn)槟甏眠h(yuǎn)的緣故，未能獲取到此次滑坡事件的具體時間，但根據(jù)滑坡對岸堆積體及上游河道地形的判斷，K4114滑坡發(fā)生時同樣堵斷了拉月曲。微地貌顯示滑坡后緣斷裂作用形成了多個近平行的槽谷（圖4b），為東久斷裂所在位置，從斷裂破碎帶與滑坡后緣的位置關(guān)系可以判斷，東久斷裂的斷裂面控制了滑坡后緣的形成，且因?yàn)樾逼轮胁酃鹊拇嬖?，為滑坡滑面的形成提供降水入滲的地形條件。

2.2.3 腳不弄滑坡

腳不弄滑坡位于魯朗鎮(zhèn)以北6 km，拉月曲右岸（圖2），地貌形態(tài)總體呈“簸箕狀”，近東西向展布?；缕碌赘叱?344 m，坡頂高程4836 m，高差1492 m，坡面成凹形，主滑方向290°，滑體平均厚度＞ 50 m，總體積大于5億方，縱坡降小于0.33，為一巨型高位巖質(zhì)滑坡，滑坡發(fā)生后，曾堵塞拉月曲，并在上游形成堰塞湖（圖5）?；逻吔鐥l件明顯，地形上具有典型的滑坡地貌特征，堆積體在平面形態(tài)呈“長舌狀”，后緣滑坡壁高差約700 m，前緣直抵河床。前人研究認(rèn)為腳不弄滑坡是在地殼隆升、河流下切、冰川作用、氣候作用（降雨、降雪、冷熱交替）、風(fēng)化作用、構(gòu)造運(yùn)動等因素共同作用下，形成了有利的地形結(jié)構(gòu)、物質(zhì)條件，并在地震的激發(fā)下形成（杜國梁，2017；楊德宏等，2021）。

圖5 腳不弄滑坡全貌圖（底圖來自Google Earth）Fig. 5 Full view of Jiaobunong landslide (base image is from Google Earth)

3 地質(zhì)構(gòu)造對滑坡的控制作用探討

川藏鐵路魯朗至通麥段地處青藏高原東南溫帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，一般降水量650~850 mm，在拉月曲排龍入口處最大可達(dá)1127 mm，具有活躍的地質(zhì)構(gòu)造背景和深切河谷地貌。前人在分析滑坡成因時，高山峽谷地貌、斷裂構(gòu)造帶、巖體結(jié)構(gòu)破碎、地震、凍融、降雨、坡腳侵蝕等因素多會被綜合考慮（葛華等，2013；劉筱怡等，2019；張永雙等，2020）。作者認(rèn)為，因?yàn)檠芯繀^(qū)所處的特殊構(gòu)造位置，斷裂構(gòu)造帶、地震等內(nèi)動力因素才是研究區(qū)大型滑坡的主要控制因素。而構(gòu)造地貌、構(gòu)造作用控制下的斜坡巖體結(jié)構(gòu)、頻繁地震的長期加載是3個關(guān)鍵的內(nèi)動力因素。

3.1 構(gòu)造作用控制地貌

研究區(qū)位于岡底斯山脈與南東側(cè)喜馬拉雅山脈之間一級分水嶺內(nèi)的峽谷區(qū)域，整體位于東久斷裂上，為構(gòu)造侵蝕高山峽谷地貌，青藏高原長期的構(gòu)造隆升，使得研究區(qū)河流侵蝕作用加強(qiáng)，造就了現(xiàn)今的陡立斜坡（圖6）。斷裂破碎帶為巖體中的軟弱帶，斜坡上因斷裂發(fā)育所形成的低洼槽谷，在斜坡上呈明顯的負(fù)地形，同時也利于匯水，為雨水入滲提供通道（圖4b）。研究區(qū)典型的兩處大型巖質(zhì)滑坡拉月滑坡和K4114滑坡的滑體為斷裂通過區(qū)域（圖6），對拉月滑坡和K4114滑坡的形成和發(fā)展具有重要影響。如前文所述，根據(jù)空間關(guān)系推斷，東久斷裂的斷裂面控制了K4114滑坡后緣的形成。

圖4 K4114滑坡無人機(jī)航拍圖（a）和K4114滑坡與東久斷裂（箭頭所示）的位置關(guān)系（b）Fig. 4 Full view of K4114 landslide（a）; Positional relationship between K4114 landslide and Dongjiu fault (Indicated by the arrows)（b）

圖6 拉月—排龍段大型巖質(zhì)滑坡及鄰區(qū)三維地形圖Fig. 6 3D topographic map of typical rock landslide in Layue-Pailong section

3.2 構(gòu)造作用控制斜坡巖體結(jié)構(gòu)

研究區(qū)基巖巖性主要為片麻巖、花崗巖類，基巖斜坡為塊狀巖體結(jié)構(gòu)。但因區(qū)域構(gòu)造作用的控制，巖體中多發(fā)育構(gòu)造節(jié)理，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查統(tǒng)計，節(jié)理密度6~8條/m，其中一組沿片麻理發(fā)育的優(yōu)勢節(jié)理往往順坡向發(fā)育，因此研究區(qū)斜坡又表現(xiàn)出順向坡的斜坡結(jié)構(gòu)特征，野外典型邊坡節(jié)理赤平投影如圖7所示，這些構(gòu)造節(jié)理將巖體分割成大小不一的塊體（圖8a），對滑坡的形成同樣起到一定程度的控制作用，拉月滑坡即是如此（圖3b）。事實(shí)上，作者在2017年野外調(diào)查過程中第一時間見證滑坡的發(fā)生，該巖質(zhì)滑坡被兩組優(yōu)勢節(jié)理控制，而滑坡的滑面即是順片麻理發(fā)育的構(gòu)造節(jié)理（圖8），從而也驗(yàn)證了研究區(qū)構(gòu)造節(jié)理對巖質(zhì)滑坡的控制作用。

圖7 研究區(qū)邊坡節(jié)理赤平投影（紅色線條為斜坡投影，黑色線條為節(jié)理投影）Fig. 7 Joint stereographic projection in the study area (red line is the ramp projection, black lines are joint projection)

圖8 研究區(qū)典型斜坡結(jié)構(gòu)及構(gòu)造節(jié)理特征Fig. 8 Typical ramp structure and tectonic joint in the study area

3.3 構(gòu)造地震對斜坡長期加載

研究區(qū)屬喜馬拉雅地震帶，為地震最頻發(fā)的亞區(qū)之一，具有強(qiáng)度大、發(fā)震頻率高、震源淺等特點(diǎn)，歷史地震中1938年的波密6.0級地震、1950年的墨脫8.6級地震、1981、1982年的波密5.4級地震和2017年的米林6.9級地震等均對研究區(qū)滑坡有重要的影響（圖1；表1）。邵翠如等（2009）劃定該區(qū)域?yàn)?.0級潛在震源區(qū)。

研究區(qū)受到歷史原地地震和鄰區(qū)地震的影響烈度到達(dá)Ⅴ—Ⅷ度（表1），多次歷史地震的疊加累積作用不僅破壞了斜坡巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低內(nèi)聚力和摩擦強(qiáng)度，而且表層物質(zhì)的孔隙受到地震震動的影響也會增加。當(dāng)斜坡表層物質(zhì)的孔隙增大到一定程度時，就可以在不用降雨的條件下產(chǎn)生滑坡（Corominas and Moya, 1999），研究區(qū)內(nèi)的大型巖質(zhì)滑坡多數(shù)都是在沒有降雨的條件下發(fā)生滑動。因此，研究區(qū)內(nèi)的巖體在受到多次強(qiáng)烈的歷史地震的震動、疊加、累積變形的作用下，巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞，巖體表面節(jié)理裂隙更加發(fā)育，并導(dǎo)致誘發(fā)滑坡發(fā)生的滑坡降雨閾值降低，甚至出現(xiàn)在不用降雨的條件下即可發(fā)生滑動，形成滑坡。甚至直接誘發(fā)同震滑坡，腳不弄滑坡即是由地震直接激發(fā)形成（杜國梁，2017；楊德宏等，2021）。

表1 研究區(qū)及鄰區(qū)歷史地震目錄（部分?jǐn)?shù)據(jù)來自邵翠茹，2009）Table 1 Earthquake catalogue in the study area and adjacent area

3.4 構(gòu)造作用控制滑坡形成的典型機(jī)制

川藏鐵路魯朗至通麥段，溝谷兩側(cè)斜坡陡立，構(gòu)造活動引起的地表差異運(yùn)動形成高山峽谷地貌，導(dǎo)致斜坡體重力勢差增加，為滑坡的發(fā)生提供了有利的地形條件（趙健，1992; 彭建兵，2006; 張佳佳等，2018）；區(qū)域構(gòu)造變形作用形成的節(jié)理、裂隙，造成斜坡巖體中結(jié)構(gòu)面密集發(fā)育，成為潛在滑動面；活動斷裂穿越斜坡體，斷裂活動造成巖體破碎，在地形地貌上多表現(xiàn)為低洼的負(fù)地形，為雨水入滲提供通道，并成為滑坡體的后緣邊界；斷裂的蠕滑作用對斜坡體的穩(wěn)定性也產(chǎn)生影響（唐方頭等，2010）；活動斷裂帶強(qiáng)烈運(yùn)動往往伴有地震發(fā)生，誘發(fā)地震滑坡（彭建兵等，2004；張永雙等，2011）。而且研究區(qū)典型的幾次大型滑坡均是高位的，加之河道狹窄，滑坡一旦發(fā)生極易形成滑坡—堰塞湖—潰決洪水災(zāi)害鏈。根據(jù)研究區(qū)典型的高位巖質(zhì)滑坡事件，總結(jié)構(gòu)造作用控制的典型巖質(zhì)滑坡的形成機(jī)制如圖9所示。

圖9 研究區(qū)典型巖質(zhì)滑坡形成機(jī)制Fig. 9 Formation mechanism of typical landslides

4 結(jié)論

川藏鐵路通麥至魯朗段滑坡地質(zhì)災(zāi)害基本沿著斷裂構(gòu)造呈帶狀發(fā)育，并以構(gòu)造控制的大型—特大型巖質(zhì)滑坡為典型特征，區(qū)段內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造對大型滑坡的控制作用表現(xiàn)在：

（1）地形條件，構(gòu)造作用形成的高陡斜坡為滑坡提供有利的地形條件，滑體上的斷裂破碎帶為雨水入滲提供通道，形成滑坡邊界。

（2）物質(zhì)條件，斜坡巖體中發(fā)育的貫通性優(yōu)勢構(gòu)造節(jié)理裂隙面為滑坡提供滑動條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。

（3）誘發(fā)條件，活躍的構(gòu)造地震震動破壞巖體結(jié)構(gòu)并可直接觸發(fā)大型滑坡的產(chǎn)生。

（4）多種構(gòu)造條件的耦合作用造成了川藏鐵路通麥至魯朗段未來仍是大型高位滑坡的高易發(fā)區(qū)域。因此，要進(jìn)一步加強(qiáng)該區(qū)段大型巖質(zhì)滑坡的早期識別工作，未來在工程施工過程中，要注重該區(qū)段邊坡的地質(zhì)災(zāi)害管控。

致謝：本文在完成過程中得到了林芝市自然資源局的幫助。中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所的陳龍、李元靈、高波工程師在野外一同進(jìn)行了調(diào)研。兩位審稿專家給予了建設(shè)性的意見建議。在此一并表示感謝。