構(gòu)造作用對(duì)地質(zhì)災(zāi)害分布的影響分析
——以四川省馬邊縣地質(zhì)災(zāi)害為例

馬 煜，李彩俠

(1.成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院資源勘查與土木工程系，四川樂山 614000；2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610059；3.成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院國(guó)土空間應(yīng)用研究中心，四川樂山 614000)

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害是在地殼演化過程中，由自然地質(zhì)作用和人類活動(dòng)產(chǎn)生的對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)和環(huán)境造成嚴(yán)重破壞的災(zāi)害事件，其中地質(zhì)構(gòu)造作用對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育有著重要的影響(王帥等，2002；彭建兵等，2004；涂美義等，2012；王雪輝等，2019)。地質(zhì)構(gòu)造作用通過地貌、斷層，褶皺、地層巖性、河流等多方面影響著地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育(馮希杰等，1990；鐘秀梅等，2007；李瑞冬等，2012；賀小黑等，2017)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)地質(zhì)構(gòu)造作用與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育和分布的關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)研究，主要研究成果有：(1)涂美義等(2012)、李瑞冬等(2012)認(rèn)為，地質(zhì)構(gòu)造控制地形地貌的發(fā)育，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過程中形成高山陡坡深谷的地形地貌，地質(zhì)災(zāi)害在地形地貌上的發(fā)育是對(duì)構(gòu)造作用的一種響應(yīng)。王帥等(2002)探討了海拔對(duì)地質(zhì)災(zāi)害分布的關(guān)系；鐘秀梅等(2007)探討了地殼的構(gòu)造隆升作用產(chǎn)生地形相對(duì)高差對(duì)災(zāi)害發(fā)育的影響；焦廷朝(2010)提出構(gòu)造隆升會(huì)產(chǎn)生坡體陡緩程度不同，提出了地形坡度對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響。(2)地質(zhì)構(gòu)造作用改變了地層巖性的完整性，尤其在斷層、褶皺附近(馮希杰等，1990；鐘秀梅等，2007；賀小黑等，2017)。鐘秀梅等(2007)對(duì)公路沿線地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和賀小黑等(2017)對(duì)安縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查均發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶附近地段是地質(zhì)災(zāi)害集群發(fā)育地段。(3)構(gòu)造作用決定了地層巖性的空間展布特征(王帥等，2002；焦廷朝，2010；李瑞冬等，2012)。李瑞冬等(2012)提出地質(zhì)構(gòu)造與地層巖性的關(guān)系，并討論了地層巖性對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育影響；焦廷朝(2010)提出了不同的巖性為地質(zhì)災(zāi)害的孕育提供了內(nèi)部條件。總體上國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)不同區(qū)域或從不同角度對(duì)地質(zhì)構(gòu)造作用與地質(zhì)災(zāi)害分布和發(fā)育影響因素進(jìn)行了探討，但以往研究大多基于定性分析，并沒有全面考慮影響因子進(jìn)行定量研究。

四川省馬邊縣處于川滇南北向構(gòu)造帶與四川省盆地新華夏系沉降帶交接地帶，地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害非常發(fā)育。截止2021年1月5日，馬邊縣歷史上有記載的滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡、泥石流和地裂縫等五類地質(zhì)災(zāi)害(隱患)300余處。造成直接經(jīng)濟(jì)損失近500萬(wàn)元，死亡12人，影響人數(shù)近萬(wàn)人①。為分析馬邊縣地質(zhì)災(zāi)害與構(gòu)造作用的關(guān)系，降低地質(zhì)災(zāi)害對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)和環(huán)境的危害，本次研究在對(duì)馬邊縣地質(zhì)災(zāi)害野外調(diào)查和數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)上，基于GIS空間分析功能，結(jié)合DEM(12.5 m)、基礎(chǔ)地質(zhì)圖(1:50 000)、地質(zhì)構(gòu)造圖(1:250 000)和水系網(wǎng)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)綜合分析，分析該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的分布規(guī)律與地形地貌、地層巖性、斷層褶皺，地震等因素，探討了馬邊縣地質(zhì)災(zāi)害的分布規(guī)律與構(gòu)造作用的關(guān)系，為該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)和防治提供借鑒和參考。

1 地質(zhì)災(zāi)害類型及分布特征

在野外調(diào)查和收集資料的基礎(chǔ)上對(duì)馬邊縣境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，截止2021年1月5日，該縣有滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡、泥石流、地裂縫等五類地質(zhì)災(zāi)害(隱患)300余處(含已核銷點(diǎn))，見圖1。 數(shù)量上：滑坡169處，占總數(shù)的56.4%，崩塌75處(25.0%)，不穩(wěn)定斜坡45處(15.0%)，泥石流10處(3.3%)，地裂縫1處(0.33%)(因數(shù)量?jī)H有1處，下文不進(jìn)行地裂縫分析)。規(guī)模上：中型的59處，占總數(shù)的19.6%，小型的241處，占總數(shù)的80.4%。歷史上地質(zhì)災(zāi)害共造成直接經(jīng)濟(jì)損失約500萬(wàn)元，死亡12人①(2001.7.28,黑麻溝泥石流造成3人死亡；2007.6.17，永紅鄉(xiāng)發(fā)生山洪泥石流造成2人死亡、4人失蹤(李雪楓，2016))。2016年3月8日,省道103公路326 km+400 m處山體滑坡，造成7人死亡。目前現(xiàn)有潛在地質(zhì)災(zāi)害威脅財(cái)產(chǎn)2.5億元，影響人數(shù)近8359人。

圖1 四川省馬邊縣地質(zhì)災(zāi)害分布圖Fig.1 Map showing distribution of geo-hazards in Mabian County of Sichuan Province1-滑坡；2-不穩(wěn)定斜坡；3-崩塌；4-泥石流；5-地裂縫1-landslide；2-unstable slopes；3-collapses；4-debris flows；5-ground fissure

2 地質(zhì)構(gòu)造背景

研究區(qū)位于川滇南北向構(gòu)造帶與四川省盆地新華夏系沉降帶交接地帶，具體位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)下級(jí)構(gòu)造單元上揚(yáng)子臺(tái)褶帶(Ⅱ6)中的涼山褶皺帶(Ⅲ2)和四川臺(tái)坳(Ⅱ7)中的川中臺(tái)拱(Ⅲ6)的結(jié)合部(圖2)。自中生代以來(lái)，該區(qū)經(jīng)歷了印支運(yùn)動(dòng)、喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)等多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，先后形成了南北向構(gòu)造體系和旋轉(zhuǎn)構(gòu)造體系，總體特征表現(xiàn)為該地帶西部以擠壓為主、東部以伸展為主的特征。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造復(fù)雜，斷裂隨區(qū)域構(gòu)造線方向而變化，分南北向構(gòu)造體系和旋轉(zhuǎn)構(gòu)造體系。南北向構(gòu)造體系集中發(fā)育在西部，主要有苦竹壩-沙匡斷層(1)、老河壩斷層(2)、瑪瑙斷層(3)、利店斷層(6)等。旋轉(zhuǎn)構(gòu)造體系發(fā)育在中部和北東部，主要有靛蘭壩斷層(4)、中都斷層(5)等(圖2)。

圖2 馬邊縣地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig.2 Map showing regional geological structures in Mabian County(1)-苦竹壩-沙匡斷層；(2)-老河壩段層；(3)-瑪瑙斷層；(4)-靛蘭壩斷層；(5)-中都斷層；(6)-利店斷層；①-三河口向斜；②-小藥子向斜；③-挖嘎背斜；④-挖黑口向斜；⑤-老河壩向斜；⑥-馬邊向斜；⑦-利店向斜；⑧-沐川背斜；⑨-靛蘭壩向斜；⑩-走馬坪背斜；-蓋子坪背斜；Ⅱ6-上揚(yáng)子臺(tái)褶皺帶；Ⅱ7-四川臺(tái)坳；Ⅲ2-涼山褶皺束；Ⅲ6-川中臺(tái)拱(1)-Kuzhuba-Shakuang fault；(2)-Laoheba fault；(3)-Manao fault；(4)-Dinglanba fault；(5)-Zhongdu fault；(6)-Lidian fault；①-Sanhekou syncline；②-Xiaoyaozi syncline；③-Waga anticline；④-Waheikou syncline；⑤-Laoheba syncline；⑥-Mabian syncline；⑦-Lidian syncline；⑧-Muchuan anticline；⑨-Dinglanba syncline；⑩-Zoumaping anticline；-Gaiziping anticline；Ⅱ6-Upper Yangtze fold belt；Ⅱ7-Sichuan platform depression；Ⅲ2-Liangshan fold belt；Ⅲ6-platform arch of Middle Sichuan

區(qū)內(nèi)褶皺區(qū)域構(gòu)造線方向而變化，近南北向主要發(fā)育有與斷層方向一致的褶皺群(①～⑥)(圖2)，位于研究區(qū)西部。南北向斷層多斷于背斜軸部或近軸部，系受壓應(yīng)力或壓兼扭應(yīng)力而成，斷裂兩側(cè)巖層破碎，擠壓嚴(yán)重，多表現(xiàn)為逆斷層性質(zhì)，少數(shù)表現(xiàn)為正斷層性質(zhì)。受旋轉(zhuǎn)構(gòu)造體系影響，發(fā)育的褶皺有近乎東西向的褶皺(⑦～⑨)，位于研究區(qū)東部，表現(xiàn)出弧形構(gòu)造。整個(gè)工作區(qū)褶皺形態(tài)復(fù)雜，地層產(chǎn)狀多變，次級(jí)褶皺及層間褶皺發(fā)育。

地層巖性在不同時(shí)期的分布受地質(zhì)構(gòu)造控制比較明顯(王帥等，2002；楊志華等，2018)。區(qū)內(nèi)震旦系到第四系均有出露。地層的特點(diǎn)是：四周地層老，中部地層新。上元古界出露震旦系，以海相碳酸鹽和含磷灰?guī)r沉積為主；古生界以濱-淺海相砂巖沉積為主；中生界出露三疊系和侏羅系，巖性為泥巖、砂巖類為主；新生界主要以第四系沖積物與殘坡積物為主。

地質(zhì)構(gòu)造控制著地貌和河流的形成(馬秋紅，2011)。研究區(qū)地處川滇地軸與四川臺(tái)拗之間的上揚(yáng)子臺(tái)褶皺帶構(gòu)造，地貌嚴(yán)格受上述構(gòu)造控制，山川水系與構(gòu)造線近乎一致，多呈南北向展布。地貌上，地處橫斷山脈東部、四川盆地和云貴高原的過渡地帶，地勢(shì)西高東低，東西兩側(cè)主要是中高山區(qū)，中間為低山河谷區(qū)，山脈多近于南北走向，屬侵蝕構(gòu)造中山峽谷地貌；河流上，馬邊河系岷江下游右岸一級(jí)支流，長(zhǎng)度118.0 km，流域面積2039 km2，多年平均流量25.18 m3/s，較大支流有挖黑河、三河口河、雪口山河、大竹堡河、洋溪河、大院子河、白家灣河、中都河、瑪瑙河等。

第四紀(jì)以來(lái)，在喜山期新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用下,研究區(qū)整體處在隆升運(yùn)動(dòng)中，隆升具有整體性、差異性和階段性特征。整體性表現(xiàn)在該區(qū)域整體上屬于隆升期，但不同區(qū)域隆升高度不同，中部和北部海拔較低，500 m以下，南部海拔在500～1000 m左右，西部基本都在1000 m以上。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為現(xiàn)代地形地貌提供了內(nèi)動(dòng)力，為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育提供了必要的地形條件。地震活動(dòng)頻繁，屬中、強(qiáng)震區(qū)的震群型地震，據(jù)記載以來(lái)，研究區(qū)共發(fā)生Ms≥4.7級(jí)地震33次，其中5.0～5.9級(jí)22次，6.0～6.8級(jí)4次，4.7～4.9級(jí)7次。地震的活動(dòng)頻繁為誘發(fā)崩塌、滑坡、斜坡失穩(wěn)等地質(zhì)災(zāi)害的重要因素之一。

3 構(gòu)造作用對(duì)地質(zhì)災(zāi)害分布的影響

地質(zhì)構(gòu)造作用通過地貌、斷層、褶皺、地層巖性、河流等多方面影響著地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育(馮希杰等，1990；鐘秀梅等，2007；李瑞冬等，2012；賀小黑等，2017)。筆者主要從以下因子討論地質(zhì)災(zāi)害與其敏感性關(guān)系。

3.1 地形地貌因子

地形地貌的形成、發(fā)育和演化過程都受到地質(zhì)構(gòu)造作用的制約，而地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育是地形地貌對(duì)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)(馬秋紅，2011；蘇琦等，2015；李瑞冬等，2012；賀小黑等，2017)。地形地貌是孕育地質(zhì)災(zāi)害的決定性因素。對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育有影響的地形條件主要包括坡度、坡向、地形起伏度和坡型。坡度反映了地表巖土體運(yùn)動(dòng)與動(dòng)勢(shì)能轉(zhuǎn)換的規(guī)模，同等坡高情況下，坡度越大，坡體向下的動(dòng)能越大，越利于地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，特別是滑坡和不穩(wěn)定斜坡的發(fā)生(Hennrich and Crozier,2004)；坡向決定了日照、植被發(fā)育和水熱氣候等條件的不同，進(jìn)而影響巖體的風(fēng)化程度和穩(wěn)定性，因此坡向?qū)Φ刭|(zhì)災(zāi)害的影響不容忽視(李惠民等,2017)。地形起伏度是坡體的相對(duì)高差，表征區(qū)域內(nèi)地形的切割深度和地表破碎程度(楊志華等,2018)。剖面曲率即為坡度隨高程變化的變化率，其在一定程度上反映了地表坡體的陡緩程度。通過曲率值的正負(fù)，表示該處的地表坡型為凸型坡、平面坡和凹型坡。曲率的絕對(duì)值越大，說(shuō)明該地表處越陡峻(姜建偉等，2018；周靜靜等，2019)。坡度、坡向、地形起伏度和坡型與地質(zhì)災(zāi)害分布圖如圖3a～d所示。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與地形坡度(a)、坡向(b)、地形起伏度(c)和坡型(d)分布圖Fig.3 Relationship of topographic factors of slope (a),aspect (b),relief (c) and curvature (d) with distribution of geological hazards

圖4a顯示地質(zhì)災(zāi)害在10°～35°坡度區(qū)間內(nèi)發(fā)育最多，共有252個(gè)，平均點(diǎn)密度為0.174個(gè)/km2，約占災(zāi)害總數(shù)的84.0%。其20°～30°區(qū)間地質(zhì)災(zāi)害最為發(fā)育,共有125個(gè)，平均點(diǎn)密度為0.186個(gè)/km2。這與較多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的結(jié)論基本一致，即坡度范圍位于20°～50°，由于不同地區(qū)具體條件不同應(yīng)略有差異，區(qū)別在于上、下限值的細(xì)微差別(朱云波，2015)。圖4b顯示災(zāi)害在坡向上分布較均勻，說(shuō)明坡向?qū)^(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布影響不大，相對(duì)較多的主要分布在東、東南坡向區(qū)間內(nèi)，有94處，約占災(zāi)害總數(shù)的31.3%，由于研究區(qū)內(nèi)地形西高東低且山脈多近于南北走向，所以坡向主要為東西坡向且東向坡向較西向坡向接收日照要多。圖4c顯示地質(zhì)災(zāi)害在≥60 m/km2地形起伏度區(qū)間發(fā)育最多，共有275個(gè)，點(diǎn)密度為0.198個(gè)/km2，約占災(zāi)害總數(shù)的91.6%。圖4d顯示凸型坡體孕育地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量和百分比與凹型坡體相比要相對(duì)較高很多。凸型坡上部較緩，下部較陡，坡度在垂直方向逐漸增大，坡下部相對(duì)于上部有臨空面存在，因此穩(wěn)定性較凹型和平面型要差一些，從點(diǎn)密度上來(lái)說(shuō)平面型的要高于凸型的，這主要是由于該區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造形成的單面山順層滑坡。

圖4 地形因子地質(zhì)災(zāi)害分布關(guān)系圖(坡度(a)、坡向(b)、地形起伏度(c)和坡型(d))Fig.4 Statistics between topographic factors and distribution of geological hazards(a. slope,b. aspect,c. relief,d. curvature)

3.2 構(gòu)造因子

構(gòu)造因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的形成起著非常重要的作用，主要通過地層巖性、斷層、褶皺、地震和水系等直接或間接地影響著地質(zhì)災(zāi)害的孕育(馮希杰等，1990；鐘秀梅等，2007；李瑞冬等，2012；賀小黑等，2017)。地層巖性條件為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生提供物質(zhì)基礎(chǔ)，地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)與巖土體類型存在密切關(guān)系。馬邊縣境內(nèi)出露地層較多，巖石類型多樣。斷裂帶的控制效應(yīng)主要從褶皺和斷層來(lái)討論，斷層錯(cuò)動(dòng)會(huì)使巖土體結(jié)構(gòu)破裂，強(qiáng)度及穩(wěn)定性降低,容易風(fēng)化或產(chǎn)生崩滑積物為泥石流發(fā)育提供了物源條件。褶皺核部和兩翼的升降擠壓拉伸等作用會(huì)導(dǎo)致巖層間錯(cuò)動(dòng)越強(qiáng)烈，地質(zhì)災(zāi)害也越發(fā)育；一次破壞性地震會(huì)破壞巖土體的完整性和穩(wěn)定性。研究認(rèn)為,土質(zhì)滑坡需要地震烈度為Ⅵ度,巖質(zhì)滑坡為Ⅶ度(鐘秀梅等，2017)。河流水系主要通過對(duì)兩岸斜坡的下切和側(cè)蝕作用和不同時(shí)期水位高低升降對(duì)巖體體影響等降低巖土體穩(wěn)定性(楊志華等，2018)。地層、斷層和褶皺、地震、水系與地質(zhì)災(zāi)害分布圖如圖5a～d所示。

圖5 地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與地層(a)、水系(b)、斷層褶皺(c)和地震(d)分布圖Fig.5 Relationship between neotectonics factors and distribution of geological hazards(a. stratum,b. river systems,c.faults,d. earthquake)1-白堊系；2-侏羅系；3-三疊系；4-二疊系；5-志留系；6-奧陶系；7-震旦系；8-寒武系；9-斷層；10-向斜；11-背斜1-Cretaceous；2-Jurassic；3-Triassic；4-Permian；5-Silurian；6-Ordovician；7-Sinian；8-Cambrian；9-fault；10-syncline;11-anticline

圖6 地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與地層(a)、水系(b)、斷層褶皺(c)和地震(d)關(guān)系圖Fig.6 Statistical between neotectonics factors and distribution of geological hazards(a. stratum,b. river systems,c. faults,d. earthquake)

4 結(jié)論

馬邊縣屬于構(gòu)造作用強(qiáng)烈的地區(qū)，區(qū)域內(nèi)斷層、褶皺、地層巖性、構(gòu)造地形等發(fā)育復(fù)雜，從地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律來(lái)看，與地質(zhì)構(gòu)造作用有很大的相關(guān)性。主要表現(xiàn)在：

(1)馬邊縣有記錄以來(lái)的地質(zhì)災(zāi)害(隱患)點(diǎn)共計(jì)300余處。有滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡、泥石流、地裂縫五類，在時(shí)空上分布具有不均勻性。

(2)在構(gòu)造地貌因子上，坡度、地形起伏度、坡型對(duì)地質(zhì)災(zāi)害具有較明顯的控制作用。敏感區(qū)間為：坡度為20°～30°之間，地形起伏度為≥60 m/km2，坡型以凸型坡為主。坡向?qū)?zāi)害分布敏感性不強(qiáng)，在每個(gè)坡向?yàn)?zāi)害分布較均勻。

(3)在構(gòu)造地質(zhì)因子上，巖性、斷層(含褶皺)、水系和地震對(duì)地質(zhì)災(zāi)害具有較明顯的控制作用。地層以泥巖和砂巖為主的軟弱-半堅(jiān)硬巖組的侏羅系和白堊紀(jì)為主，斷層(含褶皺)以距離0～0.5 km為主，地震以距震中0～1 km為主，水系以距河道0～0.5 km為主。

[注 釋]

① 四川省峨眉山四零三建設(shè)工程公司.2015.四川省馬邊縣1:50000地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查報(bào)告[R].