青藏高原東部大渡河流域太平橋鄉(xiāng)古滑坡群復(fù)活特征多源遙感識別

曾 帥，馬志剛，趙 聰，楊 磊，張 肅，董繼紅，3，梁京濤，鄢圣武

(1.四川省國土空間生態(tài)修復(fù)與地質(zhì)災(zāi)害防治研究院，四川 成都 610081；2.四川省地質(zhì)調(diào)查院稀有稀土戰(zhàn)略資源評價與利用四川省重點實驗室，四川 成都 610081；3.四川省智慧地質(zhì)大數(shù)據(jù)公司，四川 成都 610081)

0 引 言

青藏高原東部的大渡河流域是全球古滑坡最為發(fā)育的地區(qū)之一[1]。近年來隨著人類工程活動大量展開和極端天氣不斷加劇，大渡河流域眾多的古滑坡發(fā)生不同程度的復(fù)活滑動跡象，造成沿岸交通線路、水利工程等重要設(shè)施損毀，甚至出現(xiàn)了人員傷亡事件[2]，例如2003年7月，四川省丹巴縣木積國滑坡和嘎拉巴加滑坡發(fā)生滑動，大量滑坡松散物質(zhì)成為泥石流物源，導(dǎo)致邛山溝特大泥石流的暴發(fā)，造成51人死亡[3]。自20世紀90年代以來，丹巴縣城不斷擴張，由于建設(shè)用地不足開挖建設(shè)街滑坡前緣，誘使古滑坡復(fù)活，位移量最大達到50 mm/d，危及縣城數(shù)千人生命安全[4]。2020年6月，丹巴縣梅龍溝暴發(fā)大規(guī)模泥石流，泥石流堆積物堵塞小金川河道形成堰塞體，堰塞體自然潰決后，洪水沖刷引發(fā)阿娘寨古滑坡大面積復(fù)活，大量土石垮塌進入小金川河，進一步引發(fā)小金川河山洪(泥石流)，最終導(dǎo)致1人死亡，1人失蹤，2萬余人受災(zāi)[5]。

古滑坡的復(fù)活是一個受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造和人類工程活動等因素共同作用的復(fù)雜地質(zhì)過程[6-7]。近年來，由于古滑坡復(fù)活導(dǎo)致的災(zāi)害風(fēng)險日趨嚴峻，該問題受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視，古滑坡復(fù)活機理、復(fù)活過程模擬分析以及早期識別等方面的研究被大量開展。前人研究表明，古滑坡復(fù)活失穩(wěn)多以蠕滑型為主，降雨和人類工程活動是古滑坡復(fù)活的主要誘發(fā)因素[8-10]?；谖锢砟Ｐ驮囼?、數(shù)值模擬等手段，能夠再現(xiàn)極端降雨、人類工程活動等作用下古滑坡復(fù)活演化過程[11-12]。另外，在古滑坡復(fù)活的長時間演化過程中，可將高分辨率光學(xué)遙感影像、InSAR、LiDAR等遙感技術(shù)和GNSS等地面監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于古滑坡復(fù)活的早期識別研究[13-17]，綜合利用多期高分辨率光學(xué)遙感影像和長時序InSAR形變監(jiān)測結(jié)果，必要時結(jié)合GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究古滑坡各階段復(fù)活特征及其演變趨勢。

2020年5月至6月，丹巴縣連續(xù)降雨近2個月之久，降雨量超過同期近20%，連續(xù)的降雨導(dǎo)致大渡河流域的眾多古滑坡呈現(xiàn)不同程度的變形復(fù)活跡象。本文以大渡河流域太平橋鄉(xiāng)古滑坡群中各洛寨村滑坡為例，采用無人機航空遙感影像和InSAR時序監(jiān)測相結(jié)合的多源遙感技術(shù)手段，并綜合現(xiàn)場調(diào)查，總結(jié)分析大渡河流域典型古滑坡復(fù)活變形特征及復(fù)活機理，研究成果能夠為大渡河流域古滑坡復(fù)活的防災(zāi)減災(zāi)工作提供基礎(chǔ)資料和科技支撐。

1 太平橋鄉(xiāng)古滑坡群概況

1.1 地質(zhì)環(huán)境條件

太平橋鄉(xiāng)古滑坡群位于四川省甘孜藏族自治州丹巴縣東部，小金川河北岸的支溝三岔溝內(nèi)，屬于大渡河流域。古滑坡群周邊區(qū)域出露的地層主要為三疊系雜谷腦組(T2z)、侏倭組(T2zh)以及新都橋組(T3x)等。

古滑坡群所在的三岔溝位于小金弧形構(gòu)造的西部，由一系列彼此協(xié)調(diào)緊密排列的弧頂朝西南的線狀弧形褶皺組成，三岔溝中下游主溝道地處中梁子背斜核部，主溝道左側(cè)為北東翼地層，其傾向70°、傾角76°，右側(cè)為南西翼地層，其傾向220°、傾角56°，主溝道中下游兩側(cè)斜坡的坡向均與巖層產(chǎn)狀相反，均屬于典型的逆向坡。此外，主溝道左側(cè)的三岔溝斷層(F1)呈北北西—南南東延伸，走向約330°，斷層通過部位巖層透鏡體化強，局部呈碎裂巖化，兩盤遠離中心部位發(fā)育有多組節(jié)理裂隙。

1.2 古滑坡群發(fā)育概況

如圖1所示，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、氣候環(huán)境等條件影響，太平橋鄉(xiāng)所在的三岔溝內(nèi)共密集發(fā)育了7處古滑坡(表1)，其規(guī)模均以大型、特大型為主，并且眾多古滑坡所形成的平緩地形已成為太平橋鄉(xiāng)各村修建房屋、土地耕種等重要的生產(chǎn)生活場所。2020年6月，在丹巴縣連續(xù)降雨2個月之后，筆者對太平橋鄉(xiāng)古滑坡群進行現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，7處古滑坡均呈現(xiàn)不同程度的局部或整體復(fù)活變形跡象。

表1 太平橋鄉(xiāng)古滑坡群Table 1 Ancient landslide groups at Taipingqiao county

圖1 太平橋鄉(xiāng)古滑坡群分布Fig.1 Distribution of ancient landslide groups at Taipingqiao county

1.3 各洛寨村滑坡概況

本文重點闡述的各洛寨村滑坡(GHP03)為太平橋鄉(xiāng)古滑坡群中復(fù)活變形最為強烈的古滑坡之一。該滑坡地理位置坐標為102° 8′45.915″ E、31° 3′56.122″ N?；聟^(qū)后緣高程約3340 m，前緣坡腳處高程約2600 m，相對高差為740 m。該滑坡平面形態(tài)呈圈椅狀，剖面形態(tài)呈階梯形，平均坡度約30°，坡向為200°；滑坡體長1400 m，寬度為420～800 m，平均寬度約700 m，面積約83×104m2，滑體厚度10～30 m，滑坡體積約2000×104m3，屬于特大型規(guī)?；隆?/p>

2 各洛寨村滑坡的多源遙感識別

本文充分運用“空天地”一體化綜合遙感識別技術(shù)，從“空天地”三個維度進行識別，先利用無人機航測技術(shù)獲取滑坡區(qū)亞米級無人機影像，再利用InSAR技術(shù)開展長時間序列追蹤監(jiān)測，最后進行人工地面核查，綜合多源遙感技術(shù)手段對各洛寨村滑坡復(fù)核變形特征及復(fù)活機理進行總結(jié)。

2.1 基于無人機航空遙感影像的復(fù)活變形特征分析

2021年6月23日，選取搭載E-CAM2000航測模塊的飛馬E2000無人機對各洛寨村滑坡進行無人機正射影像采集工作。該款無人機能夠?qū)崿F(xiàn)精準的地形跟隨飛行，采用變高飛行模式，相對飛行高度設(shè)置為638 m，經(jīng)photoscan軟件空三校正處理后，獲取了分辨率為0.1 m的無人機航空正射影像。采用2021年6月23日無人機航測影像對各洛寨村滑坡展開詳細解譯，并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查對滑坡復(fù)活變形進行綜合分析(圖2)。該滑坡變形要素特征主要為拉裂陡坎、拉張裂縫、剪切裂縫以及次級滑坡4類，依據(jù)地形特征和變形特征將滑坡劃分為后緣平臺、上部陡坡、中部平臺和前緣強變形區(qū)4個大區(qū)，具體情況如表2所示。

表2 各洛寨村滑坡分區(qū)變形要素特征Table 2 Characteristics of deformation elements of the Geluozhai landslide

圖2 各洛寨村滑坡無人機航空遙感解譯Fig.2 UAV aerial remote sensing interpretation of the Geluozhai landslide

2.2 基于InSAR時序監(jiān)測的復(fù)活演化過程分析

獲取各洛寨村滑坡區(qū)域內(nèi)的哨兵-1A降軌數(shù)據(jù)(2018年9月—2020年9月)，并采用SBAS-InSAR技術(shù)開展各洛寨村滑坡體的形變監(jiān)測工作。圖3為基于SBAS-InSAR的各洛寨村滑坡形變速率圖，滑坡體與周邊斜坡形變速率存在明顯差異，并且滑坡體中部形變速率相對較大，形變速率值最大約40 mm/a，依據(jù)InSAR監(jiān)測斜坡形變速率的差異，能夠有效圈定各洛寨滑坡邊界范圍。

圖3 各洛寨村滑坡InSAR監(jiān)測形變速率Fig.3 InSAR monitoring deformation rate of the Geluozhailandslide

依據(jù)SBAS-InSAR形變速率監(jiān)測結(jié)果，選取滑坡體中部形變速率較大位置，提取該點的降軌累計形變量(2018年9月—2020年9月)，如圖4所示，其中形變量正值代表靠近衛(wèi)星方向，負值代表遠離衛(wèi)星方向，由于滑坡主滑方向為北東向，因此降軌累計形變量表現(xiàn)為負值。InSAR時序監(jiān)測結(jié)果表明，各洛寨滑坡于2020年7月之前均未發(fā)生明顯形變，在經(jīng)歷了5月開始長達兩個月的強降雨之后，滑坡體開始發(fā)生明顯的持續(xù)變形，且半年累計變形量達到2～3 cm。

2.3 現(xiàn)場核查特征

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，滑坡體上部陡坡區(qū)和中部緩坡平臺區(qū)變形以橫向拉張裂縫為主，坡體拉張裂縫最大拉開寬度可達20～30 cm，裂縫外側(cè)坡體可見不同程度下錯跡象，最大下錯高度可達10～20 cm，多條拉張裂縫導(dǎo)致大量農(nóng)戶房屋出現(xiàn)不同程度變形破壞，局部房屋甚至已成為危房無法居住(圖5)。于2019年新修的各洛寨村委會活動室位于中部緩坡平臺，籃球場地面并排分布三條拉張裂縫，最大拉開寬度10～20 cm，采用鋼筋混凝土修筑的村委會活動室，地面隆起高度可達20～30 cm，墻面分布多條裂縫，房門已無法正常打開(圖6)。據(jù)現(xiàn)場訪問，上部陡坡區(qū)一組較大規(guī)模的拉張裂縫于2021年1月測量時最大拉開寬度僅為15～20 cm，5月最大拉開寬度便達到了20～30 cm，拉張裂縫的變形不斷加劇表明滑坡目前仍處于活動變形階段。

圖6 滑坡中部平臺區(qū)變形特征Fig.6 Deformation characteristics of platform area in the middle of landslide(a)裂縫外側(cè)坡體下錯；(b)村委會籃球場地面裂縫并排發(fā)育

在變形最為強烈的滑坡前緣強變形區(qū)，其右側(cè)變形區(qū)(Ⅳ-1區(qū))內(nèi)可見4條較大規(guī)模的拉張裂縫，裂縫最大拉開寬度20～30 cm，裂縫外側(cè)坡體局部下錯10～20 cm，右側(cè)邊界兩處較大規(guī)模剪切裂縫導(dǎo)致盤山公路路面出現(xiàn)多處錯斷，路基沉降，最大下沉高度可達10～20 cm(圖7)；左側(cè)變形區(qū)(Ⅳ-2區(qū))整體為一大型規(guī)模次級滑坡，在其中后部可見3條較大規(guī)模下錯陡坎發(fā)育，長度70～170 m不等，下錯高度3～5 m不等。此外，在次級滑坡中部陡坡與前部平緩堆積區(qū)交界處分布一條長約255 m的拉張裂縫，裂縫延伸方向基本與坡向垂直，幾乎橫向貫穿整個次級滑坡體，該條拉張裂縫最大拉開寬度可達30～50 cm，裂縫外側(cè)坡體下錯0.5～1 m。

圖7 前緣右側(cè)變形區(qū)變形特征Fig.7 Deformation characteristics on the right side of landslide front(a)坡體表部剪切裂縫；(b)公路路基下錯

該次級滑坡已發(fā)生整體滑動，同時坡體表部分布了大量較大規(guī)模的拉張裂縫、拉裂陡坎、淺表層溜滑等變形特征(圖8)，致使坡體表部鄉(xiāng)村公路及農(nóng)戶房屋損毀較為嚴重，部分農(nóng)戶房屋已成為危房，無法居住。目前，仍處于活動變形階段的前緣次級滑坡，將進一步影響整個各洛寨村滑坡的穩(wěn)定性。

圖8 前緣左側(cè)次級滑動區(qū)變形特征Fig.8 Deformation characteristics on the left side of landslide front(a)前緣左側(cè)次級滑動區(qū)全貌；(b)房屋拉裂變形破壞

3 各洛寨村滑坡復(fù)活機理分析

3.1 古滑坡成因

正如前文所述，太平橋鄉(xiāng)三岔溝主溝道兩側(cè)多為逆向巖質(zhì)斜坡，各洛寨村古滑坡的原始斜坡同樣也為一逆向坡，巖性主要為變質(zhì)砂巖以及薄層狀板巖，受沿三岔溝主溝道發(fā)育的斷裂帶影響，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，其中一組節(jié)理裂隙陡傾坡外，同時原本巖層面反傾的變質(zhì)砂巖及薄層狀板巖受斜坡重力影響，巖體逐漸向臨空面發(fā)生傾倒變形，導(dǎo)致巖體內(nèi)部陡傾坡外的節(jié)理裂隙進一步產(chǎn)生、擴展，使得該組陡傾坡外的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面成為各洛寨村古滑坡的后緣控制界面(圖9)。在自身重力、地質(zhì)構(gòu)造運動、降雨等各種內(nèi)外營力作用下，陡傾坡外的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面從上至下逐漸貫通，最終導(dǎo)致了各洛寨村古滑坡的形成。

3.2 滑坡復(fù)活與地質(zhì)構(gòu)造運動的關(guān)系

眾多學(xué)者研究表明，地質(zhì)構(gòu)造長期運動會導(dǎo)致斷裂帶及其兩側(cè)巖體的強度和整體性顯著降低，是控制大型滑坡形成與發(fā)展的基本因素[10，18-19]。太平橋鄉(xiāng)古滑坡群地處青藏滇緬印尼“歹”字形構(gòu)造，川滇南北向構(gòu)造與小金—金湯弧形構(gòu)造和復(fù)合部位，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動強烈，以頻繁的間歇性上升運動為主，兼有斷裂復(fù)活和新斷裂的產(chǎn)生。丹巴縣境內(nèi)西側(cè)鮮水河斷裂帶為一地震頻發(fā)帶，近20年來先后發(fā)生的爐霍7.9級地震(1973年)、塔公5級地震(1978年)、道孚6.9級地震(1981年)、汶川“5·12”地震(2008年)、康定“11·22”地震(2014年)等多次強烈地震，均對太平橋鄉(xiāng)古滑坡群周邊地質(zhì)環(huán)境條件造成了不同程度的影響，使得各洛寨村古滑坡堆積體變得更為松散，降低滑坡整體穩(wěn)定性。

3.3滑坡復(fù)活與降雨的關(guān)系

經(jīng)訪問當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶，各洛寨村滑坡曾于20世紀80年代發(fā)生過一次較大規(guī)?；瑒樱渖喜慷钙聟^(qū)高達2～3 m的下錯陡坎即為早期滑動跡象，此后30余年間，未見大規(guī)模變形跡象，可推斷滑坡此前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。丹巴縣歷年降雨多集中在5至9月，2020年5月進入雨季以來，丹巴縣開始了持續(xù)近兩個月的降雨，降雨量超同期近20%，6月17日發(fā)生的強降雨，各洛寨村滑坡周邊9個監(jiān)測點達到暴雨標準，其下游處的半扇門鎮(zhèn)3小時降雨量高達38.90 mm，此次極端強降雨天氣導(dǎo)致梅龍溝泥石流和阿娘寨滑坡的發(fā)生，造成了較為嚴重的經(jīng)濟財產(chǎn)損失[20]。

在持續(xù)近兩個月的連續(xù)強降雨過程中，由InSAR時序監(jiān)測結(jié)果可知，各洛寨村滑坡并未立即發(fā)生大規(guī)模整體滑動，然而持續(xù)的暴雨除對滑坡表部土體不停沖刷外，大量雨水通過坡體表部原有裂隙滲入以碎塊石土為主的古滑坡堆積體內(nèi)部，提高土體含水率，大大增加了土體自重，同時由于雨水的潤滑，持續(xù)軟化潛在滑動面，導(dǎo)致巖土體的抗剪強度等力學(xué)性質(zhì)降低，使得滑坡體表部從2020年6月下旬開始逐漸出現(xiàn)大量拉張裂縫，并不斷加寬加深，誘發(fā)了前緣左側(cè)的大規(guī)模次級滑坡(Ⅳ-2區(qū))，導(dǎo)致各洛寨村滑坡在前緣次級滑坡的牽引作用下，呈現(xiàn)整體復(fù)活跡象。因此，持續(xù)的降雨為該滑坡復(fù)活的主要誘發(fā)因素。

3.4 滑坡復(fù)活與河流侵蝕的關(guān)系

該滑坡位于高山峽谷地帶，其前緣長期受河流侵蝕，形成高約200 m以上，坡度約35°的較為陡峭臨空面，為滑坡的失穩(wěn)提高了良好的臨空條件(圖10)。特別是在2020年5月以來，持續(xù)近兩個月的強降雨導(dǎo)致河流長期處于流量大，流速快的狀態(tài)，河流攜帶和侵蝕能力顯著增強，在河流強烈的沖刷作用下，滑坡前緣出現(xiàn)4處小規(guī)模垮塌、溜滑跡象，并且前緣左側(cè)發(fā)生大規(guī)模次級滑坡。前緣次級滑坡帶動各洛寨村滑坡整體復(fù)活變形的牽引式破壞機制也進一步證明了河流的不斷侵蝕是該滑坡復(fù)活的重要因素。

圖10 各洛寨村滑坡典型剖面Fig.10 Typical profile of the Geluozhai landslide

3.5 滑坡復(fù)活與人類工程活動

隨著國家扶貧政策的實施，近年來各洛寨村滑坡體表部修建了大量的鄉(xiāng)村公路和農(nóng)戶房屋等，再加之耕地灌溉等人類工程活動，進一步降低了各洛寨村古滑坡堆積體的穩(wěn)定性，并最終在降雨誘發(fā)下復(fù)活。

4 結(jié) 論

本文以大渡河流域太平橋鄉(xiāng)古滑坡群中的各洛寨村滑坡作為研究對象，綜合運用無人機航空遙感、InSAR時序監(jiān)測以及現(xiàn)場調(diào)查等技術(shù)手段，對古滑坡復(fù)活變形特征以及復(fù)活機理進行了深入的分析研究，得到如下認識：

(1)三岔溝主溝道中下游兩側(cè)的原始斜坡多為逆向巖質(zhì)斜坡，受地質(zhì)構(gòu)造作用影響，發(fā)育陡傾坡外的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，并形成各個斜坡的后緣控制結(jié)構(gòu)面。在各種內(nèi)外營力作用下，陡傾坡外的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面逐漸貫通，最終導(dǎo)致了太平橋鄉(xiāng)古滑坡群的形成。2020年5月至6月持續(xù)強降雨之后，太平橋鄉(xiāng)古滑坡群均出現(xiàn)不同程度的復(fù)活變形跡象，持續(xù)的降雨是古滑坡復(fù)活的主要誘發(fā)因素。

(2)各洛寨村滑坡上部陡坡區(qū)和中部平臺處兩組近乎橫向貫穿滑坡體的拉張裂縫，以及前緣左側(cè)大型規(guī)模的次級滑坡均表現(xiàn)為宏觀的整體變形特征，且InSAR時序監(jiān)測表明目前仍處于持續(xù)變形，從而判斷各洛寨村滑坡呈現(xiàn)整體復(fù)活跡象，處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài)。在強降雨或者地震等條件下，前緣左側(cè)次級滑坡可能進一步下滑，甚至引發(fā)各洛寨村滑坡整體失穩(wěn)滑動。

(3)在古滑坡密集發(fā)育的大渡河流域，利用無人機航空遙感數(shù)據(jù)能夠有效識別古滑坡表部不同規(guī)模的拉張裂縫、剪切裂縫、陡坎、次級滑坡等變形特征，依據(jù)變形特征發(fā)育時間、規(guī)模以及所分布區(qū)域，能夠判斷古滑坡是否處于局部或整體復(fù)活狀態(tài)；基于InSAR技術(shù)能夠監(jiān)測古滑坡復(fù)活演化過程，依據(jù)滑坡體各部位的形變速率變化趨勢，可用于古滑坡復(fù)活機理以及穩(wěn)定性的分析。綜合運用多源遙感技術(shù)能夠為大渡河流域古滑坡復(fù)活的防災(zāi)減災(zāi)工作提供有效支撐。