2. 贵州省地质调查院, 贵州 贵阳 550005
2. Guizhou Geological Survey Institute, Guiyang 550005, China
峨眉山玄武岩是中国西南地区特有的岩石地层单位, 在贵州境内主要集中分布于大方—织金—清镇—关岭—兴仁一线以南、以西地区[1], 出露面积3 664.69 km2, 占省域面积的2.08%, 却孕育着较大的地质灾害风险隐患. 据贵州1155监测预警平台数据, 截至2022年初, 峨眉山玄武岩出露区共有各类地质灾害风险隐患814处, 面密度为21处/100 km2, 高于全省27 997处地质灾害风险隐患总数的平均面密度数(16处/100 km2), 其中以六盘水市(396处)和毕节市(313处)分布最多, 而六盘水市则以水城县占比最大(200处). 这些地质灾害风险隐患不仅有较强的隐蔽性和突发性, 而且造成的损害巨大. 目前国内外将峨眉山玄武岩自然禀赋与地质灾害相联系并进行研究的并不多, 在国内仅徐则民等[2]对峨眉山玄武岩地质灾害的发生机理进行过探讨, 认为滑坡规模、失稳方向及灾害程度受到区内地质构造的严格约束; 在省内曾有韩宝智等[3]、姚智等[4]利用遥感对该省地质灾害进行过普查解译研究, 其余少见有人触及. 本文以水城县为例, 利用ArcGIS软件将对各风险隐患点与地质、地理信息进行系统集成处理和叠加分析, 再结合野外现场大比例尺调查核验, 总结归纳水城县玄武岩分布区地质灾害风险隐患孕育地质条件约束机制, 为玄武岩分布区地质灾害防治和国土空间规划提供参考.
1 区域地质背景水城县位于贵州省西部, 县域面积3 605.98 km2(含青林、金盆、木果、保华、南开等5个乡镇), 属亚热带高原型季风气候区, 多年平均降雨量约1 200 mm, 其中6—8月降雨量占全年的50%以上, 且年平均暴雨日数也主要集中在6—8月, 占全年暴雨日数的79%(51天) [5]. 地表水体以山体雨源型河流为主, 河水位具暴涨陡降特点. 区内地下水以碳酸盐岩岩溶裂隙水为主, 除沟木底向斜核部上三叠统—下侏罗统砂岩含有具局部供水意义的基岩裂隙水外, 其余地层含水性差.
研究区大地构造位置处于特提斯-喜马拉雅与滨太平洋两大全球巨型构造域结合部位, 扬子准地台西南缘, 威宁隆起区之威宁穹盆构造变形区与六盘水裂陷槽六盘水北西向褶皱带、北北东向普安旋扭构造变形区交汇部位. 水城县地貌上属于滇东高原向黔中丘原过渡的梯级大斜坡地带, 受多次间歇性掀斜抬升和乌江与北盘江两大河流侵蚀切割, 地形呈梯级起伏, 形成多个夷平面, 总体地势北西高、南东低, 山脉多追踪地质构造线展布, 北部地形切割较浅, 南部地形切割相对较深, 相对高差多在200~700 m. 区内出露地层自泥盆系下统到白垩系均有出露, 以碳酸盐岩(52.98%)分布最为广泛, 陆源碎屑岩(29.27%)次之. 峨眉山玄武岩出露区面积640.14 km2, 占县域面积的17.75%. 第四系以零星分布残坡积为主, 其力学性质常随母岩不同而异.
水城县位于峨眉山大火成岩省东岩区, 以大陆溢流拉斑玄武岩为主的一套多期次多旋回岩浆喷溢组合在县域分布广泛, 厚度一般都在100 m以上, 在都格一带玄武岩厚达600~800 m. 按喷发环境的差异和岩石组合不同, 可大致分为3个大旋回[6-9]. 在都格、鸡场一带玄武岩顶部时见4~12 m含植物化石的玄武岩屑砂岩、黏土岩及煤线. 峨眉山玄武岩出露明显受地质构造约束, 主要集中连片出露于威宁隆起区之新发北东向断褶带、发耳穹盆区, 呈条带状零星出露于六盘水裂陷槽六盘水北西向断褶带和北北东向普安旋扭构造变形区龙吟断褶带西侧(图 1).
对于地质灾害的研究, 前人有较多的探索[3-4, 10-17], 方法也较多, 但信息量法对地质灾害进行拟合分析是目前较为适用的研究方法之一. 基于作者对历年来贵州省地质灾害发育分布特征、地质灾害防治工程勘查设计和对已经发生的地质灾害灾情、险情的研究, 认为影响地质灾害发育的因素主要包括两个方面, 一是地质灾害孕育的地质环境本底, 另一个是外在诱发因素. 地质环境本底主要包括地形地貌、地层岩性、地质构造、斜坡岩土体组合、坡体结构类型等; 外在因素主要为降雨、人类工程活动等. 笔者以水城县出露的峨眉山玄武岩为主要研究对象, 利用ArcGIS 10.2软件平台, 依据水城县地质灾害区划和详查资料以及现状地质灾害风险隐患数据, 以30 m × 30 m精度DEM数据和区域地质图构建岩石地层单元分组数据, 通过空间叠加分析功能, 建立信息量分析模型, 聚合各参评因子, 对峨眉山玄武岩出露区地质灾害进行了评价研究, 并开展了实地查验.
3 结果与讨论 3.1 地质灾害特点根据近20年来地质灾害风险隐患数据统计(表 1), 水城县主要地质灾害风险隐患为滑坡、崩塌、不稳定斜坡, 以及在人口和财产分布区域具备孕灾地质条件, 且可能发展成地质灾害趋势的自然斜坡(即风险斜坡).
据不完全统计, 2008—2021年中央和省级财政共下拨地质灾害防治专项资金超过2.2亿元, 对水城县近100处地质灾害隐患点实施了工程治理. 通过对顺场滑坡群、米箩地质灾害带、营盘不稳定斜坡群、都格初级中学滑坡等治理工程的实施, 有效保证了人民群众生命财产安全, 共撤销玄武岩区地质灾害台帐隐患点21处. 按同口径统计, 即不考虑风险斜坡, 地质灾害台帐隐患点总数略有下降, 而峨眉山玄武岩出露区地质灾害隐患却表现出上升态势(表 2), 台帐隐患点较20年前增加了25处.
2011—2021年水城县发生各类地质灾害灾情险情共计28起, 发生的灾情、险情类型以滑坡为主(22起), 占比达78.57%. 其中以2019年7月23日水城县鸡场镇坪地村滑坡地质灾害的危害最大.
3.2 地质灾害孕育的地质约束 3.2.1 地质构造区内各类地质灾害风险隐患主要分布于沟木底向斜和发耳构造盆地区, 基本追踪地质构造形迹发育(表 3, 图 1), 仅这两个区域就有滑坡、不稳定斜坡、风险斜坡、泥石流等地质灾害风险隐患共计154处, 占峨眉山玄武岩区200处地质灾害风险隐患的77%. 在沟木底向斜南西翼, 地质灾害风险隐患点较集中分布在北西向新发断褶带和北北东向龙吟断褶带交汇部位, 仅米箩一带就分布有各类地质灾害风险隐患点30处. 在发耳构造盆地区, 较密集发育于穹状背斜和盆状向斜结合部位, 仅新街、营盘、龙场区域就有各类地质灾害风险隐患点43处, 占总数的21.5%. 以各地质灾害风险隐患所处斜坡坡向划分, 受北西向构造控制的有143处, 北东及北北东向构造控制的57处.
贵州省境内自西向东可分为4级台面: 第一级地形台面海拔标高1 900 m以上, 台面上地面坡度平缓, 风化壳深厚; 第二级地形台面主要分布在第一级地形台面的东南缘, 分布较为零散, 海拔多在1 400~1 900 m, 为贵州主要大河的分水岭, 丘状起伏的剥夷面与深切的峡谷、嶂谷构成的山原地貌景观为其显著特征[18]; 第三级台面海拔标高900~1 400 m, 是贵州岩溶丘原、山原的典型分布区; 第四级台面海拔900 m以下, 大多在600~800 m之间, 主要分布于省内东部, 是贵州低山丘陵的主要分布区. 水城县主要位于第一级台面向第二级台面过渡的斜坡地带, 区内地势总体西高东低. 按发育高程划分, 1 400~1 900 m发育的各类地质灾害风险隐患点共计114处, 占比为57%(表 4).
按地形坡度划分, ≤10°、10~20°、20~30°的斜坡共发育分布有各类地质灾害风险隐患计180处, 分别占比17.5%、48%和24.5%(表 5). 30°以下地质灾害风险隐患点分布高程在1 000~1 900 m的有165处, 占比82.5%. 地形切割深度超过200 m的11处, 100~200 m的有32处, 50~100 m的13处, 切割深度小于50 m的144处(其中滑坡34处, 风险斜坡102处, 不稳定斜坡5处, 崩塌2处, 泥石流1处). 由此可见, 并非山高谷深地质灾害风险隐患就大, 反而是在平缓开阔褶皱、不同方向褶皱接合部位及褶皱转折端等应力集中区域地质灾害风险隐患较为发育(图 1), 而这些宽缓谷坡地形相对平缓, 通常也是人们聚居的生产生活区域.
峨眉山玄武岩在水城县内呈岩被状产出, 属稳定地块裂陷阶段至二叠纪非造山期产物, 在水城县分布具自西向东、自南向北厚度减薄特点[19-20]. 垂直方向通常发育3组节理, 形成柱状节理, 加之其特有喷发韵律层, 节理加"层理"的组合恰好将岩体劈成大小不等的块体, 且在露头区有相当的临空面. 如果在地形深切割区有较大的临空面时, 最易形成崩塌. 经野外核查, 区内东部蟠龙、阿嘎和北部的保华、玉舍一带, 玄武岩体的柱状节理小而密, 岩体常呈碎裂状, 风化强烈; 南部的都格、顺场一带, 柱状节理大而稀, 岩体常见块状. 这与东部、北部地质灾害隐患主要为滑坡, 而崩塌则主要分布在南部相吻合, 如北部米箩、勺米、阿嘎、玉舍、保华等5个乡镇现有滑坡地质灾害隐患17处, 占全县峨眉山玄武岩区滑坡隐患4总数的34.69%, 而南部仅营盘和花嘎两个乡镇就有崩塌地质灾害隐患7处, 占全县峨眉山玄武岩出露区崩塌总数的33.33%.
在水城地区普遍存在着分布广泛而稳定、厚数米至数十米的峨眉山玄武岩古风化壳, 根据前人研究成果[16, 20-22], 以实地查验的水城县顺场乡营盘村顺场街上滑坡为例, 峨眉山玄武岩风化壳垂向结构自上而下大致可以分为表土层、强风化层和弱风化层. 表土层褐黄色, 见植物根茎, 结构松散, 层厚为0.3~1.2 m; 强风化层多呈棕黄色-棕白色夹褐色等杂色, 半固结—松散碎块状, 分选性差, 颗粒级配极不均匀, 主要成分为黏土矿物, 少量玄武岩块体局部见残留杏仁体, 孔隙比大于1, 一般厚数米至数十米; 弱风化层, 钻孔揭露未见底, 柱状节理发育, 属较硬岩, 岩心呈短柱状、碎块状, 岩石矿物成分基本未变化, 黏土矿物含量较少.
3.3 地质灾害形成机理水城县峨眉山玄武岩出露区现有的200处地质灾害风险隐患中, 有滑坡、不稳定斜坡、风险斜坡、泥石流共计179处, 占比89.5%. 峨眉山玄武岩组中较为发育的柱状节理+韵律"层面"的组合破坏了岩体完整性, 在地形切割较深临空面处常形成崩塌(危岩体). 而在分布广泛而稳定的古风化壳中, 土状-半土状强风化层与下伏弱风化层岩组形成土岩二元结构, 通常具有双重地下水径流系统(土岩接触面上覆强风化层含水系统与下伏弱风化层含水系统), 在其接触面上常见有水渗出. 在降雨入渗作用下, 强风化层中的地下水一方面浸泡土体降低其力学强度, 另一方面随着土体中静水压力的增大, 土体中的有效应力不断降低, 当静水压力转换成动水压力时, 土体中的细小颗粒更容易被渗流带走, 造成土体骨架的溃散[23], 土体强度锐减甚至失效, 在不同地貌部位形成滑坡、不稳定斜坡、泥石流等地质灾害.
以水城县鸡场镇坪地村滑坡为例[16], 县道X244施工对切方边坡坡体进行了清表工作, 大大增加了降雨入渗补给系数, 2021年7月18日20时—23日20时的持续强降雨使得强风化层中形成了地下水渗流, 这在滑坡发生后, 滑源区后壁基覆界面处见地下水呈带状流出得到了证实, 而县道X244施工切方未支护边坡处因地下水渗流的水力坡降陡然增大, 造成土体强度锐减甚至失效, 滑坡剪出. 另一方面, 在地形坡度较平缓地带, 导致峨眉山玄武岩土体滑坡产生的内部机制不一定完全是"地下水浸泡作用降低滑带土的抗剪强度", 有时渗流作用和增重效应反而是影响斜坡稳定性的主因. 还以水城县鸡场镇坪地村滑坡为例, 在滑坡发生后的3个分区[16]中, 滑源区整体地形坡度较陡, 一般为50°, 高程1 545~1 660 m; 铲刮-流通区整体坡度则相对较缓, 一般为35°; 堆积区为平缓沟口洼地和东西向发育槽状地形, 坡度0~10°. 而造成巨大损害的主要因素也是铲刮-流通区形成的碎屑流.
4 结论(1) 峨眉山玄武岩呈岩被状产出, 柱状节理发育, 二者共同破坏了岩体的完整性, 在县域南部形成切割较深临空面处, 易形成崩塌(危岩体)地质灾害. 峨眉山古风化壳在垂向上通常具有土岩二元结构, 多孕育滑坡、不稳定斜坡、风险斜坡等地质灾害风险隐患, 亦是玄武岩区主要地质灾害类型.
(2) 并非山高坡陡地质灾害风险隐患就多, 反而越是平缓开阔褶皱区、不同方向褶皱接合部位及褶皱转折端等应力集中区域, 地质灾害点风险隐患密度较大, 危险性也较大. 而这些区域地形相对平缓, 通常是人们聚居的生产生活区域, 地质灾害风险容易被忽略.
(3) 对于具有大孔隙比的峨眉山玄武岩强风化层滑坡, 灾害形成的内部机制不一定完全是"地下水浸泡作用降低滑带土的抗剪强度", 渗流作用和增重效应反而是影响斜坡稳定性的主要因素.
(4) 人类工程活动尤其是切方边坡施工, 一方面由于卸荷裂隙增大降雨入渗, 另一方面未支护坡面存在水力坡降陡变, 当斜坡土体中产生地下水渗流时, 在切方处常常出现土体坍滑和泻溜, 最终形成牵引式滑坡.
综上所述, 峨眉山玄武岩区古构造格局控制了其分布范围, 后期新构造运动间歇性上升决定了其出露范围, 其韵律组合影响了完整性. 这三者共同控制了水城县峨眉山玄武岩区地质灾害风险隐患的孕育和形成. 降雨和人类工程活动则决定了其发生时间、表现形式. 因此, 地应力集中区域是水城县地质灾害防治重点区域, 尤其应加强对该区域人类工程活动强度的限制和干预.
致谢: 成文过程中审稿专家和编辑部老师对论文提出许多宝贵意见, 在此一并致以诚挚谢意!
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