蔣瑜陽,唐 川,楊泰平

(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)

鮮水河地震帶爐霍段泥石流特征初步n研究＊

蔣瑜陽,唐 川,楊泰平

(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)

鮮水河地震帶是我國(guó)8大地震帶之一,其附近區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)強(qiáng)烈。鮮水河地震帶爐霍段是泥石流多發(fā)段,該地帶的泥石流發(fā)育特征與活動(dòng)斷裂分布、地形地貌和水文氣象因子密切相關(guān)。結(jié)合GIS技術(shù),分別從地質(zhì)構(gòu)造、地理位勢(shì)、地層巖性、水文氣象和人類活動(dòng)5個(gè)方面揭示了該區(qū)域泥石流的成因和分布特征。調(diào)查結(jié)果表明,研究區(qū)的泥石流發(fā)育具有明顯的區(qū)域性和季節(jié)性,其發(fā)育程度與距離鮮水河斷裂帶的遠(yuǎn)近密切相關(guān)。

鮮水河地震帶爐霍段;泥石流;GIS;分布特征

0 引言

鮮水河地震帶長(zhǎng)約350 km,西起甘孜縣東谷,向東南延伸,經(jīng)爐霍、道孚、康定,南達(dá)瀘定縣的磨西。爐霍地區(qū)位于甘孜州中北部,地理位置介于100°10′～101°13′E和31°00′～31°51′N之間,地處3 000 m以上高原山區(qū),地勢(shì)呈西北高東南低,為川西高原與山原接觸地帶,是鮮水河地震帶最活躍的地段。

泥石流是地震后常見的一種次生災(zāi)害,近幾十年來眾多學(xué)者對(duì)各個(gè)地震區(qū)的泥石流都進(jìn)行過深入細(xì)致的研究。1973年2月6日的爐霍大地震之后,田連權(quán)等學(xué)者詳細(xì)調(diào)查了爐霍地震區(qū)的泥石流,對(duì)震區(qū)泥石流進(jìn)行了垂直地帶分帶,并找到了該區(qū)域泥石流與地震季節(jié)、地震烈度的某些規(guī)律[1];1976年徐俊名等對(duì)松潘平武地震泥石流進(jìn)行了研究[2];周必凡等對(duì)唐山地震區(qū)的泥石流進(jìn)行了研究[3]。1999年中國(guó)臺(tái)灣集集地震之后,臺(tái)灣的學(xué)者們結(jié)合GIS技術(shù)將地震前泥石流激發(fā)因素的臨界值與地震之后泥石流激發(fā)因素的臨界值進(jìn)行比較,提出了臺(tái)灣地區(qū)泥石流分布及發(fā)育特征與地震的關(guān)系[4-5]。2008年汶川大地震之后,唐川對(duì)汶川震區(qū)北川“9.24”暴雨泥石流的特征進(jìn)行了深入研究,提出了地震區(qū)泥石流起動(dòng)的兩種方式[6]。

當(dāng)前爐霍地區(qū)由于人類活動(dòng)的加劇,以及松散固體物質(zhì)積累的改變,該區(qū)域泥石流有了一些新特征。筆者在爐霍全縣進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查期間注意到,鮮水河地震帶附近由于有鮮水河的沖洪積作用和泥石流的堆積作用,地勢(shì)平坦,便于農(nóng)業(yè)生產(chǎn);又有川藏公路通過,交通便利。故爐霍大半以上的人口都聚集于該區(qū)域。研究該區(qū)域泥石流發(fā)育分布特征,并探索在強(qiáng)震帶上泥石流防治的可行方法,對(duì)爐霍地震區(qū)的災(zāi)害防治以及類似地震帶上的災(zāi)害防治工作都具有極其重要的意義。

本文主要采用野外調(diào)查的方法對(duì)該地段泥石流的分布、數(shù)量進(jìn)行調(diào)查。并通過GIS的空間集成,分析提取出該區(qū)段泥石流的特征。

1 研究區(qū)泥石流發(fā)育的控制因素分析

1.1 地質(zhì)構(gòu)造與地震因素

我國(guó)內(nèi)陸的地震大都沿著巨大的走滑型斷裂而發(fā)生,特別是當(dāng)這類斷層的局部具有逆沖性的地段時(shí),往往有高震級(jí)的地震。作為地塊邊界斷裂的鮮水河斷裂,屬左行走滑斷裂,且左旋滑動(dòng)率較大,為±15 mm/a,這導(dǎo)致M≥7級(jí)的地震活動(dòng)水平很高[7]。近百年間僅在該區(qū)段就發(fā)生過兩次7級(jí)以上的地震,分別是1923年3月24日在爐霍、道孚間發(fā)生的7.5級(jí)地震,1973年2月6日在爐霍發(fā)生的7.9級(jí)地震。從圖1中可以看出該條斷裂在該區(qū)域的活動(dòng)強(qiáng)度,多條匯入鮮水河的支流沿著斷裂帶被不同程度的錯(cuò)斷,水系扭曲變形。

圖1 鮮水河斷裂斷錯(cuò)水系圖(據(jù)文獻(xiàn)[7])

地震會(huì)破壞坡體的穩(wěn)定性,進(jìn)而影響泥石流的形成和發(fā)展,它不但為泥石流提供固體物質(zhì),也間接提供水源[8-9]。我國(guó)近幾年發(fā)生的幾次強(qiáng)烈地震,都不同程度地激發(fā)了泥石流活動(dòng)。最近的典型例子是1999年9月21日集集地震和2008年5月12日的汶川地震。國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究表明,大地震之后誘發(fā)泥石流的臨界雨量也會(huì)大大降低[4,6],就是說泥石流更易形成。

1973年?duì)t霍大地震發(fā)生之后,田連權(quán)等學(xué)者曾做過大量的工作,調(diào)查出由地震所造成的崩滑體有137個(gè)之多,方量達(dá)到230萬m3。本次野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造控制著滑坡的發(fā)育分布。其中,巖體結(jié)構(gòu)面的密度、性質(zhì)、組合方式、力學(xué)強(qiáng)度最為敏感,對(duì)滑坡的形成起著重要作用。這些松散物質(zhì)的增多,使該區(qū)的泥石流更加發(fā)育。如爐霍縣城的秋日溝和益娘溝,即為地震影響下其流域內(nèi)產(chǎn)生了大量的滑坡和崩塌而形成了大量松散物質(zhì),在雨季時(shí)尤其是暴雨的誘發(fā)下,極易爆發(fā)泥石流。地震及其誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害是對(duì)爐霍的最大威脅,成為防災(zāi)和抗災(zāi)的重點(diǎn)。

1.2 地理位勢(shì)因素

爐霍地區(qū)山原面積遼闊,最低海拔為3 090 m的仁達(dá)鄉(xiāng)。區(qū)內(nèi)的高海拔是該區(qū)域泥石流形成的一個(gè)重要因素,也是區(qū)別于其他地區(qū)泥石流成因的重要特點(diǎn)。通過野外調(diào)查發(fā)現(xiàn),地理位勢(shì)對(duì)該區(qū)域的影響主要有以下幾點(diǎn):①區(qū)域內(nèi)晝夜溫差極大,輻射強(qiáng)烈,使得巖土體受到明顯的脹縮作用,松散物質(zhì)含量大;②區(qū)內(nèi)存在大量季節(jié)性凍土,并且隨著氣候變暖,一部分長(zhǎng)年凍土也開始轉(zhuǎn)換為季節(jié)性凍土,進(jìn)一步增加了松散物質(zhì)含量;③植被發(fā)育很差,草本植物和灌木很少能在該區(qū)域內(nèi)生長(zhǎng),持土能力較弱。④各溝平均縱坡降多在10%以上,支溝的縱坡降更大,且流域面積大,流域相對(duì)高差多在700 m以上,具有很好的位勢(shì)條件。這些特點(diǎn)說明,地理位勢(shì)是研究區(qū)泥石流形成的控制因素之一。

1.3 地層巖性因素

研究區(qū)內(nèi)大多為山地,區(qū)內(nèi)出露有二疊系上統(tǒng)(P2)、三疊系上統(tǒng)新都橋組(T3x)、三疊系上統(tǒng)如年各組(T3r)、三疊系上統(tǒng)兩河口組(T3ln)、三疊系上統(tǒng)雅江組(T3y)、第三系(E)和第四系(Q)地層。其中二疊系上統(tǒng)為一套橄欖玄武巖、玄武質(zhì)火山角礫巖,零星分布于爐霍斷裂帶上,位于研究區(qū)的最北部;三疊系地層出露完整,分布在研究區(qū)內(nèi)絕大部分區(qū)域,第三系僅沿?cái)嗔褞в辛阈欠植?第四系主要分布在河谷地帶。

影響泥石流發(fā)展趨勢(shì)的一個(gè)重要因素就是松散物質(zhì)的積累速率。有研究表明,厚、中-粗顆粒的石英砂巖,或者是高強(qiáng)度的石英砂巖是對(duì)地震相當(dāng)敏感的巖石類型,在地震之后,這類巖石類型的地層更容易發(fā)生泥石流[4]。野外調(diào)查并結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料,三疊系上統(tǒng)的雅江組下段(T3y1)和兩河口組(T3ln)在該區(qū)出露較多,巖性以砂巖及變質(zhì)砂巖、石英砂巖,間夾玄武巖、安山巖及砂質(zhì)板巖,局部地段呈砂、板巖互層產(chǎn)出。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,巖石主要物理力學(xué)性質(zhì)為:抗壓強(qiáng)度> 150 MPa,軟化系數(shù)>0.8,堅(jiān)固系數(shù)8～15,強(qiáng)度很高。當(dāng)?shù)卣鹬?這類高強(qiáng)度的巖石容易產(chǎn)生大量的崩塌滑坡,從而為泥石流發(fā)育提供松散物質(zhì)。因此,地層巖性是研究區(qū)泥石流發(fā)育的重要影響因素。

1.4 水文與氣象因素

爐霍地區(qū)屬高原寒溫帶、亞熱帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候,夏季溫暖,冬春寒冷,空氣干燥,風(fēng)沙較大。年平均氣溫為6.4℃,1月份平均氣溫為-3.6℃,7月份平均氣溫為14.5℃,歷年的極端最高氣溫為31.0℃,極端最低氣溫為-24.0℃。日照時(shí)間長(zhǎng),地表植被稀疏,裸露的巖石土體面積大,熱脹冷縮交替強(qiáng)烈,加快了分化速度,增加了松散土石體的積聚過程。氣溫具有年變化小、日變化大的特點(diǎn),此變化隨海拔升高而增強(qiáng)。在夏季,地質(zhì)差異引發(fā)出小尺度陣性天氣多有發(fā)生,成為局部泥石流暴發(fā)的重要因素之一。6-9月雨季期間降水集中,占全年降水量的80%(表1),成為泥石流的主發(fā)季節(jié)。另外由于雨季降雨多集中在晚上也導(dǎo)致了區(qū)內(nèi)83%的泥石流發(fā)生在夜間。這說明水文與氣象是該區(qū)泥石流發(fā)生的重要影響因素。

表1 1971-2000年?duì)t霍縣平均氣溫和降雨量

1.5 植被發(fā)育與人類活動(dòng)因素

植被對(duì)斜坡的穩(wěn)定性起到了很好的加強(qiáng)作用,植被生長(zhǎng)良好的區(qū)域斜坡變形現(xiàn)象少見,坡表巖體風(fēng)化程度較低,崩塌滑坡等災(zāi)害少有發(fā)生,同時(shí)也抑制了泥石流物源的發(fā)展。研究區(qū)內(nèi)植被稀少,裸露巖石土體面積大,即使生長(zhǎng)有草甸和亞高山灌木的土體,植被根系也較淺,對(duì)土壤的固結(jié)作用弱,利于泥石流的形成。在居民密集地,由于過度放牧以及森林的過度砍伐,使得植被在鮮水河附近區(qū)域破壞嚴(yán)重;另外人們?cè)趬ǖ?、建房和建水磨時(shí)擠占泥石流的流通渠道,導(dǎo)致排水排沙受阻?？梢哉f,不合理的人類活動(dòng)已成了該區(qū)段泥石流發(fā)生的主要因素。

2 泥石流的基本特征

2.1 泥石流溝的類型特征

根據(jù)調(diào)查,研究區(qū)共分布泥石流溝33條,泥石流以暴雨型溝谷泥石流為主,坡面泥石流次之,規(guī)模以中、小型為主。利用ArcGIS軟件提取災(zāi)害點(diǎn)平均坡度表明,研究區(qū)內(nèi)共有5條坡面型泥石流,均發(fā)生于坡度>30°的斜坡上,其特點(diǎn)為溝槽短,平均坡降大,流域面積小,難以找到明顯的流通區(qū)。除然更達(dá)泥石流外,流域面積均<1 km2,且溝槽發(fā)育不完善。由區(qū)內(nèi)降雨量表可知(表1),該區(qū)域雨量非常集中,主要集中在6-9月份之間。根據(jù)野外調(diào)查,該區(qū)域泥石流基本都在7-9月份暴發(fā),與區(qū)域內(nèi)降雨季節(jié)相符,屬暴雨型泥石流。

從性質(zhì)上區(qū)分,粘性泥石流和稀性泥石流均有分布,以粘性泥石流較多。根據(jù)實(shí)地訪問,除秋日河泥石流外,其余各溝的泥石流暴發(fā)頻率低,基本屬于低頻泥石流。這應(yīng)該與地震周期有一定的關(guān)系,強(qiáng)烈的地震往往會(huì)加快松散固體物質(zhì)的積累。

據(jù)統(tǒng)計(jì),泥石流溝的流域面積差別懸殊,一般在1～15 km2之間,最小的是位于上羅科馬鄉(xiāng)的龍熱多溝坡面泥石流,流域面積僅0.58 km2;最大的秋日河泥石流可達(dá)56.1 km2。流域面積> 5 km2的泥石流溝18條,占泥石流溝總數(shù)的54.5%;在1～5 km2之間的有11條,約占總數(shù)33.3%,而流域面積<1 km2的僅4條。

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)泥石流流域溝谷形態(tài)、堆積扇特征及堆積區(qū)植被發(fā)育狀況,將所統(tǒng)計(jì)的33條泥石流分為3個(gè)發(fā)育階段:即形成期、發(fā)展期、衰退期。泥石流溝發(fā)育階段處于形成期的有2條,發(fā)展期28條,衰退期3條,說明區(qū)內(nèi)泥石流活動(dòng)正處在活躍階段。

區(qū)內(nèi)泥石流高差在700 m以上的較多,平均縱坡降達(dá)200‰。其中泥石流溝比降<100‰有2條,比降在100‰～200‰有18條,比降在200‰～300‰有12條,而比降>400‰有1條。表2列出了各溝的類型特征。

表2 鮮水河地震帶爐霍段泥石流特征

續(xù)表2

2.2 泥石流溝的空間分布特征

為分析泥石流的空間分布特征,在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上,采用GIS技術(shù)平臺(tái),借助軟件ArcGIS將野外調(diào)查的泥石流溝與區(qū)域內(nèi)地層巖性、斷層走向等因素重疊,去分析這些因素與泥石流的分布關(guān)系。圖2是災(zāi)害點(diǎn)的分布與地質(zhì)特征的關(guān)系圖。

由圖2可知,共有29條泥石流溝分布在距破裂帶5 km的范圍內(nèi),僅有N36、N37、N39、N46四條泥石流溝遠(yuǎn)離該區(qū)域;鮮水河斷裂北東側(cè)的泥石流溝發(fā)育略多于南西側(cè)。這四條距離破裂帶較遠(yuǎn)的泥石流溝均分布于鮮水河斷裂的北東側(cè),由表2可知,它們的規(guī)模屬中小型。這一分布特點(diǎn)說明鮮水河斷裂帶是區(qū)域內(nèi)泥石流發(fā)育的主控因素,其左旋運(yùn)動(dòng)對(duì)區(qū)域內(nèi)泥石流分布略有影響。

泥石流多發(fā)生在第四系堆積物和三疊系上統(tǒng)的雅江組下段(T3y1)。這是由于第四系松散物質(zhì)較多,而雅江組以砂巖為主,對(duì)地震較為敏感,地表積累的松散物源豐富,容易形成泥石流。然而與其相應(yīng)巖性的兩河口組,泥石流分布卻較少。原因有二:①雅江組分布于鮮水河斷裂周圍,受到地震影響更為強(qiáng)烈,這說明新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的程度是影響該區(qū)域泥石流的更重要因素;②兩河口組的地層分布于高海拔地區(qū),受融凍作用較強(qiáng),所能提供的松散物質(zhì)較少。因此雖然巖性都為石英砂巖,然而密度分布卻大為不同。

泥石流多發(fā)育于3 200～3 900 m之間地帶。該區(qū)域內(nèi)海拔相對(duì)較低,受融凍作用較小,降雨也較高海拔區(qū)更為豐富。據(jù)統(tǒng)計(jì),區(qū)內(nèi)共31條泥石流分布在該海拔區(qū)間上。當(dāng)海拔大于3 900 m時(shí),降水量隨之減少,冰凍期更長(zhǎng),地面起伏和緩,少有泥石流發(fā)育。野外實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn),僅有處在地勢(shì)變化較大地帶,自身坡形又很陡峭的七社泥石流和龍熱多溝泥石流在這種極高海拔區(qū)得到了發(fā)育,然而規(guī)模都很小。當(dāng)海拔低于3 200 m時(shí),坡降降低,難以為泥石流提供足夠的勢(shì)能,泥石流不發(fā)育。

另外,區(qū)內(nèi)泥石流除了沿鮮水河呈帶狀發(fā)育外,還有呈點(diǎn)狀散開的特征。僅在新都鎮(zhèn)附近就有大小6條泥石流溝:N22、N24、N25、N26、N28和N36。這些災(zāi)害點(diǎn)的中心區(qū)正是各鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地,區(qū)內(nèi)人口較為密集、人類活動(dòng)較強(qiáng),植被比在其他地區(qū)破壞更為嚴(yán)重,這就促進(jìn)了泥石流的發(fā)育。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)特征和泥石流分布圖

3 結(jié)論

本文在收集前人研究成果的基礎(chǔ)上,采取野外調(diào)查結(jié)合遙感解譯的方法對(duì)該地段泥石流的分布、數(shù)量進(jìn)行了調(diào)查。分析了泥石流的形成條件,指出了該區(qū)域泥石流的分布特征。

(1)鮮水河爐霍段泥石流形成發(fā)育與斷裂構(gòu)造關(guān)系極為緊密,貫穿全區(qū)的鮮水河斷裂為我國(guó)著名的8大走滑斷裂之一,其次級(jí)構(gòu)造也高度發(fā)育,且活動(dòng)性強(qiáng),沿構(gòu)造帶山體破碎,為泥石流災(zāi)害的發(fā)育提供了豐富的物質(zhì)和地形條件。由于研究區(qū)地處青藏高原之上,晝夜溫差大,受到的太陽輻射強(qiáng),使得地表巖層破壞嚴(yán)重,松散物源充足。盡管鮮水河在該區(qū)域下切較淺,地形高差相比于鮮水河下游地區(qū)也較小,不過大都仍在700 m以上,各溝平均縱坡降也在100‰以上,這足以提供足夠的位勢(shì)能量激發(fā)泥石流。另外人類過度放牧、耕地?cái)U(kuò)大、森林采伐等不合理工程活動(dòng)改變了自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,也是該區(qū)域泥石流形成的重要因素。

(2)該區(qū)域泥石流的爆發(fā)具有明顯的季節(jié)性,從統(tǒng)計(jì)的33條泥石流溝來看,22條發(fā)生在7月份;9條發(fā)生在8月份;另外兩條分別發(fā)生在6月份和9月份,并且規(guī)模都較小。而6-9月份正是該區(qū)域降雨量最大的季節(jié),說明暴雨是研究區(qū)泥石流形成的動(dòng)力條件,表現(xiàn)在6月份前期降雨,到7-8月份基本達(dá)到臨界值,從而爆發(fā)泥石流。

(3)區(qū)域內(nèi)泥石流規(guī)模以中到大型為主,屬于坡面型泥石流溝有5條,溝谷型泥石流溝28條;處于形成期的泥石流溝2條,發(fā)展期泥石流溝28條和衰退期泥石流溝3條。

(4)鮮水河爐霍段的泥石流爆發(fā)頻率低,規(guī)模卻較大,區(qū)域內(nèi)的居民又大都居住在泥石流沖積扇上。這種低頻的泥石流往往會(huì)使當(dāng)?shù)鼐用衤楸源笠?疏于防范,從而造成重大損失。除對(duì)縣城背后的秋日河泥石流做過大量的治理工程外,研究區(qū)的其它泥石流溝道卻少有防護(hù)措施。為了保障人民群眾的安全,建議當(dāng)?shù)卣畱?yīng)加大植被的恢復(fù)力度,在暴雨季節(jié)對(duì)各泥石流溝進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè),并對(duì)處于重度危險(xiǎn)區(qū)的居民采取避讓搬遷的防治方法,防患于未然。

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A Prel im inary Study on of Characteristics of Debris Flows in the X ianshuihe Seis m ic Zone in Luhuo County

Jiang Yuyang,Tang Chuan and Yang Taiping

(State Key Laboratory of Geo-hazard Prevention and Geo-environm ent Protection, Chengdu University of Technology,Chengdu610059,China)

Xianshuihe seis mic zone is one of eight major seismic zones in China.In the vicinity of this seis mic zone,the activities of geological disasters are strong.Luhuo region in this Xianshuihe seismic zone is prone to debris flow,where the development characteristics of debris flow are closely related to distribution of active faults,topography and hydrological and meteorological factors.Based on GIS technology,the causes and distributions of debris flows in this region are revealed from the perspective of geological structure,geographical location,stratum lithology,hydro-meteorological and human activities in the region.The results show that the development of the debris flow in the study area is of obvious regional and seasonal characteristics and the extent of its development is closely related with the distance to Xisnshuihe fault zone.

Xianshui seis mic zone basin in Luhuo County;debris flow;GIS;characteristics of distribution

P642.23

A

1000-811X(2010)01-0078-06

2009-07-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40772206);地質(zhì)災(zāi)害防治國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究基金

蔣瑜陽(1984-),男,江西廣豐縣人,碩士,主要研究方向:地質(zhì)災(zāi)害、工程地質(zhì)研究.E-mail:jyy63735635@yahoo.cn