盆緣山區(qū)長(zhǎng)江襲奪作用孕災(zāi)規(guī)律分析

摘要：

為研究長(zhǎng)江襲奪作用對(duì)支流地質(zhì)體孕災(zāi)規(guī)律的影響，以重慶市巫溪縣為研究區(qū)，通過分析長(zhǎng)江地質(zhì)歷史資料，研究了長(zhǎng)江的形成及其對(duì)研究區(qū)內(nèi)大寧河襲奪作用的地質(zhì)過程；運(yùn)用點(diǎn)核密度統(tǒng)計(jì)等方法，分析了襲奪作用的孕災(zāi)規(guī)律；此外，對(duì)比了在相似的河流規(guī)模及地質(zhì)背景下，被襲奪的大寧河與區(qū)內(nèi)另外2條主要河流在災(zāi)害體發(fā)育數(shù)量和密度上的顯著差異。結(jié)果表明：地質(zhì)災(zāi)害呈沿主要河流條帶狀分布、溯源發(fā)展的發(fā)育規(guī)律；地質(zhì)災(zāi)害密集發(fā)育區(qū)與大寧河沿線高度重合；大型河流的襲奪作用為地質(zhì)災(zāi)害營(yíng)造了環(huán)境條件，是重要的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子。研究成果可為地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)區(qū)劃及風(fēng)險(xiǎn)管控措施制定提供參考。

關(guān) 鍵 詞：

地質(zhì)災(zāi)害； 孕災(zāi)規(guī)律； 河流襲奪； 盆緣山區(qū)； 長(zhǎng)江

中圖法分類號(hào)： P931；P694

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.03.019

0 引 言

山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害往往造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失［1］，分析地質(zhì)災(zāi)害成因和孕災(zāi)規(guī)律，是科學(xué)評(píng)價(jià)和區(qū)劃地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的重要依據(jù)，為區(qū)域?yàn)?zāi)害治理和風(fēng)險(xiǎn)管控提供重要指導(dǎo)。20世紀(jì)70年代，哥倫比亞的Meijía-Navarro等［2］結(jié)合GIS分析技術(shù)，考慮各種不同的孕災(zāi)因子，制定了滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分區(qū)圖。針對(duì)中國(guó)發(fā)生的一系列重大地質(zhì)災(zāi)害事件，國(guó)內(nèi)學(xué)者相繼開展孕災(zāi)因子及規(guī)律研究：黃發(fā)明等［3］利用GIS提取滑坡的高程、坡度、坡向等10項(xiàng)孕災(zāi)因子作為評(píng)價(jià)滑坡易發(fā)性的指標(biāo)，并利用計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)算法提出預(yù)警模型；張超等［4］通過統(tǒng)計(jì)分析重慶天城鎮(zhèn)地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害受江水影響的破壞模式，并提出風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃和防治建議；張佳佳等［5］選取瀾滄江昌都段的75處滑坡地質(zhì)災(zāi)害，統(tǒng)計(jì)分析了滑坡的發(fā)育特征，總結(jié)了主要孕災(zāi)因子；梁瑞鋒［6］以滑坡災(zāi)害的發(fā)育特征作為孕災(zāi)因子，將白水江流域危險(xiǎn)性程度劃分為4個(gè)等級(jí)。

從前人對(duì)地質(zhì)災(zāi)害影響因子的相關(guān)研究中可以看出，目前研究大多集中在地形、坡度、巖性、構(gòu)造等不同因子的權(quán)重分配上，通過對(duì)這些因子進(jìn)行綜合疊加，將其作為定量或半定量的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子［6-8］。但影響因子具體類型的選取一直未形成統(tǒng)一意見，尤其是在特定區(qū)域，受特殊的地質(zhì)營(yíng)力作用，其孕災(zāi)規(guī)律往往會(huì)受較大影響，如大型水系的襲奪作用，作為重要的孕災(zāi)條件，其在地質(zhì)災(zāi)害成因分析和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃防控中卻鮮被提及。

本文從研究區(qū)河流歷史地質(zhì)作用的影響出發(fā)，運(yùn)用ArcGIS平臺(tái)分析盆緣山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律和水系襲奪作用間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)大型河流襲奪作用對(duì)區(qū)內(nèi)孕災(zāi)規(guī)律會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，提出將大型河流的襲奪作用作為重要的孕災(zāi)地質(zhì)條件。這種襲奪作用引起的災(zāi)害分布規(guī)律對(duì)孕災(zāi)地質(zhì)環(huán)境及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、管控等研究提供新的參考。

1 長(zhǎng)江襲奪作用

1.1 長(zhǎng)江形成背景

長(zhǎng)江的形成始于燕山運(yùn)動(dòng)，在中生代中、后期長(zhǎng)江上游形成了唐古拉山脈，青藏高原緩緩抬高，形成許多高山深谷、洼地和裂谷［9-10］。長(zhǎng)江中下游大別山和川鄂間巫山等山脈隆起，四川盆地凹陷，古地中海進(jìn)一步向西部退縮［11］。距今1億年前的白堊紀(jì)，四川盆地緩慢上升，夷平作用不斷發(fā)展，云夢(mèng)、洞庭盆地繼續(xù)下沉。在距今3 000～4 000萬年前的始新世，發(fā)生強(qiáng)烈的喜馬拉雅山運(yùn)動(dòng)、青藏高原隆起，古地中海消失，長(zhǎng)江流域普遍間歇上升，其上升程度為東部和緩、西部急劇。金沙江兩岸高山突起，青藏高原和云貴高原顯著抬升，同時(shí)形成了一些斷陷盆地。由于河流的強(qiáng)烈下切作用，出現(xiàn)了許多深邃險(xiǎn)峻的峽谷，原來自北往南流的水系相互歸并順折向東流。長(zhǎng)江中下游上升幅度較小，形成中、低山和丘陵，低凹地帶下沉為平原（如兩湖平原、南襄平原、都陽(yáng)平原、蘇皖平原等）。在距今300萬年前時(shí)，喜馬拉雅山強(qiáng)烈隆起，長(zhǎng)江流域西部進(jìn)一步抬高，在地勢(shì)作用下，向西流的古長(zhǎng)江開始向東流，形成了現(xiàn)今的長(zhǎng)江。

1.2 長(zhǎng)江襲奪過程

古近紀(jì)中國(guó)古地理面貌基本繼承了晚中生代的格局，整體為東高西低。東南沿海的環(huán)太平洋帶狀山系成為當(dāng)時(shí)水系的重要分水嶺。在長(zhǎng)江流域中部橫亙著近南北向的巫山山脈，將長(zhǎng)江水系進(jìn)一步分隔。因此，當(dāng)時(shí)的古長(zhǎng)江被分成若干段，只有東南沿海山系以東水系是東流的，為古長(zhǎng)江最原始的雛形［12］，如圖1所示。

古長(zhǎng)江在長(zhǎng)期水流溯源侵蝕作用下，河谷加深加寬，最終貫通為今天的長(zhǎng)江。其中，三峽的貫通主要由西陵峽上段、巫峽上段與瞿塘峽河段相繼發(fā)生河流襲奪［13］形成。這一理論通過地質(zhì)現(xiàn)象可以論證：長(zhǎng)江三峽（奉節(jié)至宜昌）內(nèi)存在6級(jí)階地，而三峽段以外的宜昌和重慶范圍只存在5級(jí)，長(zhǎng)江三峽為新構(gòu)造隆起區(qū)域，宜昌以東和重慶萬州以西相對(duì)坳陷，對(duì)水下平臺(tái)的對(duì)比顯示，宜昌→巫山→奉節(jié)水下階地由3級(jí)逐漸變?yōu)?級(jí)，同時(shí)河床高程逐步降低。這一現(xiàn)象印證了前人提出的地形升降使長(zhǎng)江得以貫通，并發(fā)生溯源侵蝕及襲奪沿程河流的理論。

三峽各段貫通過程具體為：西陵峽上段向西溯源侵蝕延伸，順黃陵背斜西翼單面山系的橫張裂隙襲奪了本向南流的香溪河，其時(shí)代可能在白堊紀(jì)晚期，相當(dāng)于仙女山等地最新的碎屑沉積巖系的形成時(shí)代；巫峽中下段本源自巫山，巫峽上段的河流襲奪由順橫切巫山背斜的裂隙構(gòu)造帶發(fā)育而成，其襲奪了本向西南流的古大寧－古大溪河［14-15］，古大寧－古大溪河深切在上三疊系陸相碎屑沉積巖系之中，向西南方向有侏羅系及老第三系沉積盆地；瞿塘峽由順橫切齊岳山背斜的裂隙構(gòu)造發(fā)育而成，其襲奪古草堂河及古梅子溪等，古草堂河（古稱石梅子河等）可能原本是川江的上游，自瞿塘峽襲奪之后，改為向東流匯入長(zhǎng)江中下游（見圖2）。

2 長(zhǎng)江襲奪對(duì)研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境影響

貫通后的長(zhǎng)江襲奪了沿程的水系，引起流經(jīng)的地貌和水系一系列的改變：古分水嶺切斷、三峽地貌重塑、新的江河的形成等［16-18］，特別是巫峽上段的河流襲奪了古大寧－古大溪河，使得原本西南流向的古大寧河、古大溪河由古川江上游變?yōu)殚L(zhǎng)江東流的中游區(qū)域，也使巫溪縣地質(zhì)環(huán)境發(fā)生普遍、深刻的改變。

2.1 地形地貌影響

長(zhǎng)江對(duì)古大寧河襲奪后，區(qū)內(nèi)大寧河及其支流溯源侵蝕現(xiàn)象迅速發(fā)展，侵蝕基準(zhǔn)面持續(xù)下降，流水侵蝕的切割深度急劇加深，水系縱坡變陡、地表水、地下水分水嶺不斷外延，并普遍造成大寧河及支流兩岸谷坡增高、變陡，造成巫溪縣北部“一山一脊兩陡壁”的地形地貌。區(qū)內(nèi)總體表現(xiàn)為崇山峻嶺連綿不斷、懸崖峽谷隨處可見，構(gòu)成了以中山為主的地貌格局。地勢(shì)東、西、北部高，中、南部低，東部界梁子主峰太平山海拔2 796.8 m，為全縣最高點(diǎn)，而最低點(diǎn)則為東南端大寧河最低侵蝕基準(zhǔn)面祝家河，海拔139.4 m，與最高點(diǎn)相對(duì)高差2 657.4 m，形成了典型的中深切割低中山-中山地形。巫溪縣地形地貌如圖3所示。

2.2 水文環(huán)境影響

區(qū)內(nèi)河流均屬長(zhǎng)江水系，以大寧河流域?yàn)橹鳎髮幒颖婚L(zhǎng)江襲奪后受強(qiáng)烈的溯源侵蝕作用影響，成為全區(qū)最低之侵蝕基準(zhǔn)面。全區(qū)水系格局呈現(xiàn)一定規(guī)律，基本都平行或垂直構(gòu)造線走向，總體成樹枝狀，各局部呈羽毛狀（見圖4）。長(zhǎng)期以來地殼的強(qiáng)烈上升使水系切割既深又密，彼此平行的主支溝谷之間常有以百米計(jì)的高差，不同的褶皺帶，水系發(fā)育也有差異。主要河流有大寧河及其支流東溪河、西溪河、茶登河、白楊河及另外3條同為長(zhǎng)江一級(jí)支流的灣灘河、分水河及巴巖子河，各條河流特征見表1。

3 長(zhǎng)江襲奪作用孕災(zāi)規(guī)律

3.1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律

長(zhǎng)江三峽形成后，隨大寧河地質(zhì)環(huán)境普遍、深刻改變，大寧河及其支流溯源侵蝕現(xiàn)象迅速發(fā)展，侵蝕基準(zhǔn)面持續(xù)下降，流水侵蝕的切割深度急劇加深，水系縱坡變陡、地表水、地下水分水嶺不斷外延，并普遍造成大寧河及支流兩岸谷坡增高、變陡，發(fā)育了眾多的古崩塌、倒石堆等，在中壩溪溝口分布古壅塞體、古壅塞湖等。在巫溪縣南部向斜谷地中的“谷中谷”也受河流影響，沖溝進(jìn)一步深切割，造成“谷中谷”谷坡前沿“斷根”范圍和高度不斷增加，從而造成地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性危機(jī)四伏。在大寧河與東西向支流的交匯地段普遍發(fā)育有不同規(guī)模、膠結(jié)或半膠結(jié)的崩塌體、倒石堆現(xiàn)象［19］，而沿上游的古崩塌遺跡膠結(jié)和密實(shí)程度相對(duì)較差，反映了地質(zhì)災(zāi)害“孕災(zāi)”地質(zhì)環(huán)境隨溯源侵蝕現(xiàn)象不斷轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)。

從地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型來看，在相對(duì)高差大且上陡下緩的斜坡地帶，地質(zhì)災(zāi)害具有明顯的垂直分帶性。在較陡的斜坡上部常易形成危巖崩塌，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)松散的崩積物、殘坡積物并堆積在斜坡較緩的中下部，在暴雨或連續(xù)降雨的作用下，易形成滑坡或泥石流，具有典型的上崩下滑的分布特點(diǎn)。

從地質(zhì)災(zāi)害分布上看，低山河谷區(qū)是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)，而中山區(qū)及高中山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害則相對(duì)較少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，70.1% 的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)均分布于低山河谷區(qū)，尤其是大寧河及支流河谷占全區(qū)地災(zāi)點(diǎn)的64.5%（見圖5）?；屡c崩塌的數(shù)量都隨著距水系距離的增加而減少，絕大多數(shù)地質(zhì)災(zāi)害都分布于距水系0.4 km的范圍以內(nèi)（見表2），呈條帶狀分布。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度分布規(guī)律

地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度分布運(yùn)用ArcGIS平臺(tái)分析計(jì)算研究區(qū)地災(zāi)點(diǎn)密度，其結(jié)果如圖6所示。本次納入點(diǎn)密度統(tǒng)計(jì)分析的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)及孕災(zāi)地質(zhì)體共計(jì)759個(gè)，數(shù)據(jù)來源見表3。

從圖6可知，地質(zhì)災(zāi)害分布高密度區(qū)和大寧河沿線高度重合，在巫溪縣東南部人口聚集區(qū)，受人類工程活動(dòng)影響，地災(zāi)分布密集范圍有一定擴(kuò)展。巫溪北部褶皺緊密，嶺谷緊窄相間，為地災(zāi)發(fā)育提供了一定優(yōu)勢(shì)，北部分散性發(fā)育一些地災(zāi)密集區(qū)；南部褶皺舒緩，嶺谷開闊，但受人為工程活動(dòng)影響，在人口聚集位置也發(fā)育了地災(zāi)密集區(qū)；由于長(zhǎng)江襲奪作用，大寧河干流及支流溯源侵蝕作用強(qiáng)烈，孕育出高發(fā)密集的地質(zhì)災(zāi)害密布帶，分布于大寧河及其支流兩岸。

同樣南北向發(fā)育于巫溪東部的巴巖子河及發(fā)育于巫溪西部的灣灘河，其主河道長(zhǎng)度和天然落差等規(guī)模同大寧河相似（見表1）。通過實(shí)地調(diào)查并參照巫溪縣1∶50 000地質(zhì)圖分析如下。

（1） 地層巖性。大寧河流程主要切過：① 江陵江組、石龍洞組灰?guī)r、白云巖；② 茅口組、吳家坪組、棲霞組、寒武系下統(tǒng)的灰?guī)r、白云巖夾炭質(zhì)、鈣質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖巖組；③ 大冶組、巴東組、寒武系下統(tǒng)的灰?guī)r、泥灰?guī)r夾粉砂巖、頁(yè)巖巖組；④ 珍珠沖組、自流井組、下沙溪廟組及志留系下統(tǒng)的泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖巖組。巴巖子河流程主要切過①、②、③，灣灘河流程主要切過④、②、①。3條河流沿程切過地層巖性相似，因此排除地層巖性為孕災(zāi)規(guī)律差異的控制因素。

（2） 地形坡度。利用ArcGIS空間分析模塊中以DEM為基礎(chǔ)獲取3條河流的地形坡度，臨近3條河流的坡度主要集中在50°～70°，大寧河大河鄉(xiāng)段及巴巖子河雙陽(yáng)鄉(xiāng)段附近坡度相對(duì)較緩，為40°～50°。因此，3條河流的地形坡度發(fā)育較接近，對(duì)其孕災(zāi)規(guī)律差異影響較小。

（3） 地質(zhì)構(gòu)造。巫溪縣內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，將構(gòu)造線投影在水系圖中，研究區(qū)境內(nèi)大寧河切過4條構(gòu)造線；巴巖子河切過1條構(gòu)造線，灣灘河切過6條構(gòu)造線。構(gòu)造發(fā)育并未和地災(zāi)點(diǎn)發(fā)育密度成正比，因此地質(zhì)構(gòu)造非影響河流孕災(zāi)差異的控制因素。

綜上，區(qū)內(nèi)3條主要河流的地層巖性、構(gòu)造、地形坡度等地質(zhì)背景相似或其差異并非引起孕災(zāi)規(guī)律差異的控制因素，同時(shí)主河道長(zhǎng)度和天然落差等發(fā)育規(guī)模相似。然而，巴巖子河及灣灘河流經(jīng)范圍未受到過長(zhǎng)江深切峽谷型河流的襲奪，該兩條河流影響范圍地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育點(diǎn)密度僅為0.1左右，遠(yuǎn)低于大寧河沿線的地質(zhì)災(zāi)害平均發(fā)育點(diǎn)密度0.74，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育點(diǎn)密度相差7倍。由此可以得出，研究區(qū)主要的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律與長(zhǎng)江襲奪作用密切相關(guān)。主要水系影響范圍災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量及密度分布詳見表4。

4 結(jié) 論

（1） 從巫溪縣地質(zhì)歷史背景出發(fā)，論述了長(zhǎng)江形成和長(zhǎng)江對(duì)研究區(qū)范圍內(nèi)水系襲奪的地質(zhì)過程，這一過程改變了原本向西南流的古大寧－古大溪河以及區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境，造就了良好的孕災(zāi)條件，是重要的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因子。

（2） 長(zhǎng)江襲奪作用使巫溪縣境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隨大寧河及其支流呈條帶狀密布，且地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境隨溯源侵蝕現(xiàn)象不斷轉(zhuǎn)移。

（3） 研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害主要圍繞被襲奪水系發(fā)育，占據(jù)研究區(qū)全部災(zāi)害數(shù)量的64.5%，地質(zhì)災(zāi)害分布高密度區(qū)同大寧河沿線高度重合，發(fā)育點(diǎn)密度明顯高于其他相似規(guī)模的河流影響區(qū)域。綜上所述，研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律與長(zhǎng)江襲奪作用密切相關(guān)。

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（編輯：劉 媛）

Analysis on geohazards gestation law due to Yangtze River′s capture in basin-edge mountainous region

HUANG Hao，ZHOU Hao，YU Shu，ZHANG Zhihua

（Chongqing 208 Geo-Environment Research Institute Co.，Ltd.，Chongqing 400700，China）

Abstract：

In order to study the effects of Yangtze River′s capture on geohazards breeding law of its branch streams，Wuxi County of Chongqing City was taken as the research area，and the formation of the Yangtze River and the geological process of its capture on Daning River in the research area were studied by analyzing the geological historical data of the Yangtze River.Point kernel density statistics was used to analyze the law of geohazards gestation under influence of river capture.Furthermore，the significant differences of the number and density of geohazards between the Daning River that was captured by the Yangtze River，and the other two main rivers under similar river scales and geological backgrounds were compared.The results showed that geohazards developed along a belt shape and showed a source-oriented development.The high density area of geohazards gestation coincided with the Daning River highly.The capture of large rivers created an environment for geohazards development，which was an important factor in geohazards risk evaluation.The research results can provide a reference for geohazards risk evaluation zoning and risk control measures.

Key words：

geohazards；law of geohazards gestation；river capture；basin-edge mountainous region；Yangtze River