0 前言
在前人有关地质灾害的研究论文中,滑坡地质灾害以群体形式出现的专业术语主要有“滑坡群”和“滑坡带”两种方式。就国内研究而言,“滑坡群”概念的出现可追溯到1986年,王治华等[1]在大渡河下游铜街子电站坝轴线左岸一平缓的台地研究中,提出了铜街子新华乡古滑坡群的概念;其后,2004年万兆发等[2]提出了“滑坡带”的概念,其内涵也是多个滑坡集合体。相应的文献中虽大多采用“滑坡群”概念,但未对“滑坡群”进行过实质性研究。从目前文献资料看,国内只有很少学者做过深入的研究工作,提出过一些具体的分类研究成果。张年学等[3]在1993年研究了“滑坡群”发育的形式与形成过程,指出“滑坡群”存在并列式、叠加式、子母式和包容式4种基本形式,同时指出群体式滑坡基本处于同一局部构造部位的相同地质环境中,首次强调了“滑坡群”与局部构造的相互关系;但对滑坡群的具体内涵没有做出明确定义。易顺华等[4-6]在2008年对“滑坡群”概念进行了梳理,提出“滑坡群”可概述为在时间上有先后顺序、在空间上相伴产出、在成因上有密切关系的多个单体滑坡,通过有机组合而形成的滑坡集合体,其所指的“先后顺序”是指古滑坡、新滑坡的形成顺序;在此基础上建立了“滑坡群”的结构类型与发育特征,将“滑坡群”细分为前缘增(新)生组合式、两侧增(新)生组合式、旁侧增(新)生组合式3种基本类型,首次对“滑坡群”的概念进行了系统性论述;但对成因上的密切关系没有进行更进一步探讨。
总结前人研究成果不难看出,“滑坡群”“滑坡带”概念虽然已经提出了一段时间,但人们对其内涵的认识仍存在模糊性和局限性,缺乏层次性。其在大多数情况下只是对多个滑坡聚集的简称,并没有体现出对地质灾害研究的实际意义。而这两个概念的提出恰恰可以解决基础地质研究与地质工程研究领域的衔接问题,丰富构造控制理论的基础性研究问题。笔者在多年工作的基础上修正了“滑坡群”的概念,并在此基础上提出了“滑坡群”评价方法和内容。下面以三峡库区为例,就“滑坡群”概念以及工作方法作一论述。
1 修正的“滑坡群”概念修正后“滑坡群”概念:受同一局部构造控制,位于相同新构造活动区域,在成因机理、演化特征上存在密切联系的多个滑坡个体聚集带。
1) 修正后的概念将“滑坡群”置于相同的局部构造之上,保证了局部构造特点的统一性,使“滑坡群”内部个体滑坡之间的对比成为可能,在此基础上建立起地质灾害空间演化的方向。
例如,三峡库区作辑托背斜作为局部构造控制着6个滑坡(图 1a),其分别位于背斜的不同部位,通过差异性对比分析可以看出“滑坡群”内部个体之间的内在关系以及空间演化规律,即群体中个体之间关系得到确认,空间演化过程得到建立(图 1b、c、d)。
楠木园滑坡、下坪沱滑坡、链子溪滑坡位于作辑托背斜缓倾北翼,表现为顺向坡结构特征;作辑托滑坡位于作辑托背斜缓倾北翼与陡倾南翼过渡部位,下部表现为顺向坡结构,顶部表现为反向坡结构;曹家坪、杨家朋滑坡位于作辑托背斜的陡倾南翼,为反向坡结构。由此确定了该滑坡群空间演化方向,表现为以滑坡个体规模变化所显示出的斜坡体破坏规模在空间演化上具有一定的方向(图 1a)。
2) 修正后的概念将“滑坡群”置于相同的新构造活动区域,保证了地质灾害所处的斜坡体系的一致性。
例如,河流阶地对比分析[7-9](图 2)表明,三峡库区以奉节为界两侧坡体处于不同的坡体演化阶段。奉节以西处于坡体中后期演化阶段,地质灾害主要表现为滑坡,坡体结构趋于平缓,滑坡滑带倾角一般小于20°,在顺向坡坡体结构中重力背斜变形现象少见。奉节以东则处于坡体的初期演化阶段,地质灾害主要表现为崩塌与滑坡共存,坡体结构具有坡高陡、滑坡滑带倾角陡(一般大于25°),同时在顺向坡体的变形过程中存在大量重力背斜的现象,重力背斜主要发育于坡脚25°~50°顺向坡坡体结构中。从坡体演化的阶段性角度分析,奉节—坝址段长江库岸形成的时间较短,与新构造运动隆升结果一致(表 1)。
坡角/(°) | 奉节以西/% | 奉节以东/% |
0~10 | 34 | 3 |
10~20 | 32 | 17 |
20~30 | 10 | 21 |
30~40 | 7 | 44 |
>40 | 17 | 15 |
注:数据来源于三峡库区584个有坡角资料的110个滑坡。统计分析以奉节县为界,把库区分为两个区域,即奉节以西和奉节以东。其中奉节以西包含71个滑坡,奉节以东包含39个滑坡。 |
总之,处于不同新构造活动区域内部的“滑坡群”在群体之间不存在可对比性,只存在局部结构特征的可比性(皆为顺向坡结构等),即在相同新构造活动区域内部的、相同局部构造单元之上的“滑坡群”可以对比。
通过以上两个条件,建立了“滑坡群”群体之间以及群体内部个体之间的对比原则,以及基础地质研究与地质灾害研究之间的关系,实现了群体内部滑坡个体之间的对比研究,使位于同一“滑坡群”内部相同地质灾害类型个体演化阶段的对比成为可能;这种可比性使处于不同地质灾害演化阶段的灾害个体之间形成了前后阶段性的对比关系。该项研究目的是建立该段斜坡体系过去—现在—未来的演化过程(图 3),在此基础上建立起地质灾害时空演化模式。
修正后的概念改变了以往侧重于地质灾害个体研究的工作思路,将个体研究放在群体研究的背景中,建立了个体之间以及个体与群体之间的内在联系,使“滑坡群”的概念内涵更趋丰富。近几年随着大型工程的建设开发,诱发的工程地质问题逐渐增多,点解剖的方式已经不能适应勘察工作的需要,因此迫切需要建立滑坡个体之间的相互关系和演化规律,形成对“滑坡群”的整体认识。实现区域解剖-局部解剖-点解剖相结合,保证点解剖与区域特征相吻合。修正滑坡群概念的提出恰恰为解决这一问题提供了新的思路,据此建立起“滑坡群”评价方法。
2 “滑坡群”评价方法“滑坡群”评价方法就是在“滑坡群”概念的指导下,按照一定先后关系进行研究工作,建立地质灾害时空演化模型的过程。
2.1 局部构造样式以及形成机理“滑坡群”受局部构造控制,由同属相同局部构造但位于局部构造不同部位的多个滑坡个体所构成,因此局部构造评价一定是“滑坡群”评价方法首先要研究的问题,是建立空间演化过程的基础。
例如,位于三峡库区沙镇溪镇附近的谢家包背斜位于长江右岸,为不对称褶皱,具有断层传播褶皱的特征;其走向260°,延伸长度30 km,宽为1~3 km,褶皱枢纽自西逐渐向东倾伏,在沙溪镇附近尖灭。该背斜主体由三叠系组成,北翼倾角较缓,倾角一般为10°~30°,南翼倾角较陡,一般为69°~75°,整体上具有北缓南陡的特点(图 4)。其南翼为清干河流域,北翼为长江流域,在谢家包背斜的倾伏端清干河转向注入长江。
谢家包背斜的整体特征表现为断层传播式褶皱,其构造样式具有不对称性,其形成过程与断层运动形式密切相关(图 5),同时谢家包背斜的整体特征也决定着地质灾害的特点。
又如故陵向斜仰起端附近,长江北岸和南岸分别位于断层传播褶皱的不同部位,导致滑坡类型发生了明显变化。北岸位于断层传播褶皱的陡倾倒转翼,坡体结构表现为反向坡结构,滑坡类型为堆积型滑坡(司盐沱滑坡),具有规模小的特点;而南岸位于断层传播褶皱的缓倾翼,坡体结构表现为顺向坡结构,滑坡类型表现为顺层基岩滑坡(百焕坪滑坡),具有规模大的特点,该区滑坡主要分布于长江南岸(图 6)。
断层相关褶皱理论[10-12]的提出为研究地质灾害成因机理提供了新的观点和思路。即断层相关褶皱在形成过程中,下盘断坡以上的地层全部卷入层间滑移运动,形成了大量层间剪切带,滑坡的滑带借助这些剪切带形成,并与层间滑动相伴生,在断层上盘部位岩层中产生顺层和层间剪切裂隙,导致岩石破碎;后期卸荷裂隙借助于层间裂隙形成,在下盘断坪及断坡一侧层间裂隙卸荷作用强烈、变形剧烈,是造成地质灾害发生的重要原因。从这些新的观点出发,可以总结出以下新的认识:
1) 断层相关褶皱是地质灾害集中发生的部位。
2) 对于断层传播褶皱来说,陡倾褶皱翼地质灾害主要表现为崩塌或者堆积型滑坡,缓倾褶皱翼主要表现为顺层滑坡地质灾害,并且地质灾害主要集中于缓倾褶皱翼。
3) 后期滑坡的滑带继承性特征明显,往往借助于断层相关褶皱形成过程中产生的顺层剪切带形成。
这些认识对研究三峡地区以及中国西南地区地质灾害的形成过程、建立地质灾害地质演化模型意义重大。
2.2 局部构造与地质灾害空间演化规律局部构造样式决定了“滑坡群”空间分布特征,同时也决定了滑坡群内部地质灾害空间演化规律以及地质灾害类型的变迁。
谢家包背斜构造样式表现为断层相关褶皱中的断层传播褶皱,其形成过程决定了后期地质灾害的表现形式[13-14]。谢家包背斜在空间上控制着两个滑坡群,分别为清干河流域滑坡群和长江流域滑坡群。长江流域滑坡群位于谢家包背斜的北翼缓倾角褶皱翼,是地质灾害主要发育部位,相比清干河流域滑坡群(谢家包背斜陡倾褶皱翼)地质灾害规模明显较大;同时,两个滑坡群地质灾害空间演化规律基本一致,表现为从西向东地质灾害规模逐渐减小,在褶皱倾伏端又突然增大(与枢纽倾伏相关)(图 7,表 2)。
长江流域滑坡群 | 清干江流域滑坡群 | ||||
滑坡名称 | 规模/(104 m3) | 空间演化方向 | 滑坡名称 | 规模/(104 m3) | 空间演化方向 |
① 范家坪滑坡 | 11 000 | 西 | (1) 殷家坝滑坡 | 2 190 | 西 |
② 白水河滑坡 | 1 820 | (2) 姜家摊滑坡 | 50 | ||
③ 台子湾东滑坡 | 134 | (3) 唐家山对岸崩滑体 | 41 | ||
④ 台子湾北滑坡 | 30 | (4) 白羊坪东侧滑坡 | 33 | ||
⑤ 淹锅沙坝滑坡 | 375 | (5) 白羊坪崩滑体 | 18 | ||
⑥ 雄黄山滑坡 | 306 | (6) 后坪西崩滑体 | 6 | ||
⑦ 杨家沱滑坡 | 555 | (7) 郭家河对岸滑坡 | 315 | ||
⑧ 卢家沱滑坡 | 300 | (8) 千将坪滑坡 | 2 040 | ||
⑨ 树坪滑坡 | 4 027 | 东 | 东 | ||
总计 | 19 627 | 总计 | 2 653 |
清干河流域滑坡群位于谢家包背斜构造南翼(陡倾角翼),不同部位的滑坡特征与背斜形态特征具有相关性:在南翼岩层陡倾角部位滑坡规模较小,皆为反向堆积型滑坡;相反在局部膝折部位形成局部顺向坡结构,滑坡规模迅速扩大(殷家坝滑坡),同时在枢纽倾伏端,由于枢纽倾伏形成顺向坡结构,滑坡规模扩大(千将坪滑坡),存在顺层基岩(顺层堆积型)滑坡。
长江流域滑坡群位于谢家包背斜构造北翼(缓倾角翼),长江斜切谢家包背斜在背斜的北翼形成楔状区域,并在杨家沱切过背斜核部,杨家沱以西为顺向坡结构,以东为反向坡结构。顺向坡坡长在楔形区域内由西向东逐渐减小,在坡角相对不变的情况下,重力对坡脚的压力呈减小趋势,滑坡规模随之逐渐减小。滑坡类型发生改变,由重力背斜剪切破坏型,转变为顺层基岩(或堆积体)型滑坡;越过背斜核部形成反向堆积体滑坡,并在褶皱枢纽倾伏端,以及长江主要支流青干河入长江处形成最大反向堆积型滑坡(树坪滑坡)。
在顺向坡滑坡中,滑带具有明显的继承性特征,目前已有研究表明,滑带基本上继承了前期褶皱形成过程中的层间剪切带。
2.3 “滑坡群”内部个体滑坡对比“滑坡群”概念的提出,不但实现了位于相同局部构造之上的不同“滑坡群”之间的对比研究,同时建立了“滑坡群”内部空间演化地质模式,为滑坡群内部个体滑坡之间阶段性对比奠定了基础,进而实现了“滑坡群”演化时空地质模型的建立。
长江切割谢家包背斜形成一个楔形区域,滑坡类型由西向东发生改变,其中白水河滑坡、台子湾东滑坡、台子湾北滑坡、淹锅沙坝滑坡、雄黄山滑坡表现为顺向坡结构滑坡,岩层倾角明显大于坡角,岩层在长江河谷内没有形成有效临空结构。在这种情况下滑坡的形成经历了两个大的阶段:第一阶段是滑坡前期演化阶段,主要是断层传播褶皱形成过程中层间剪切带的形成阶段,该层间剪切带多为后期顺层滑坡滑带所继承,同时形成层间节理;第二阶段是滑坡形成演化阶段。第二阶段又可分为:1) 风化形成残坡积演化阶段,该阶段由于风化作用的持续进行,岩石整体性遭受破坏,在重力作用下在层间节理处形成应力集中,应力集中强度与斜坡坡长相关,坡长越长应力集中强度越大,此时坡面倾角与岩层倾角基本一致(图 8);2) 局部岩质滑坡形成破坏阶段(全风化基岩破坏阶段),风化岩石在重力的作用下沿先期形成的层间剪切带产生向下滑移,形成局部岩质滑坡,局部形成切层;3) 上部局部破坏形成的物质堆积于坡角或局部形成平台结构之上,最终连成整体形成顺层堆积型滑坡(图 9)。
从白水河滑坡剖面图(图 10)可以看出:白水河滑坡存在两处切层部位,表明白水河滑坡经历了两次局部顺层岩质滑坡形成的局部破坏过程,目前处于顺层堆积型滑坡形成演化阶段;同时在白水河滑坡的顶部正在酝酿着新的局部岩质滑坡破坏过程,目前还没有发生破坏,表现为坡面倾角与岩层倾角近一致。
从台子湾东滑坡剖面图(图 11)中可以看出:台子湾东滑坡存在一处切层部位,表明台子湾东滑坡经历了一次局部的顺层岩质滑坡形成的局部破坏过程,目前其处于顺层堆积型滑坡形成演化阶段;但其规模明显小于白水河滑坡,同时在台子湾东滑坡的上部正在酝酿着新的局部岩质滑坡破坏过程,目前还没有发生破坏,表现为坡面倾角与岩层倾角近一致。其规模的变迁与斜坡坡长存在密切关系,长江切割谢家包背斜形成的楔形区,从西向东斜坡坡长存在着逐渐缩短的变化过程,进而滑坡的整体规模也随之变小(图 12)。
台子湾北滑坡、淹锅沙坝滑坡、雄黄山滑坡与台子湾东滑坡同处于顺层堆积体滑坡形成阶段,只是堆积体滑坡经历的过程存在差别。
3 结论修正“滑坡群”概念的提出不但赋予了“滑坡群”概念丰富的内涵,同时在该概念的指导下形成了“滑坡群”评价方法,实现了基础地质研究与灾害地质研究的有机结合:
1) 将“滑坡群”与相同的局部构造、活动构造相联系,使“滑坡群”内部的个体滑坡之间、相同新构造活动区域的“滑坡群”之间的对比成为可能。
2) 在“滑坡群”概念的指导下提出了“滑坡群”评价方法,认为“滑坡群”评价方法主要包括局部构造样式以及形成机理研究、局部构造与地质灾害空间演化规律及“滑坡群”内部个体滑坡对比研究几个方面内容。在此基础上建立了“滑坡群”时空演化模式,为预测今后滑坡破坏过程提供依据。
[1] |
王治华, 孔祥怡. 铜街子水电站新华台地滑坡群研究[J].
水土保持通报, 1986(4): 21-24.
Wang Zhihua, Kong Xiangyi. Study of Xinhua Platform Landslide in Tongjiezi Hydropower Sation[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 1986(4): 21-24. |
[2] |
万兆发, 宋红香, 李海平. 宝鸡地区地质灾害发育特征浅析[J].
陕西地质, 2004, 22(2): 94-100.
Wan Zhaofa, Song Hongxiang, Li Haiping. The Evolution Characteristics of Geological Hazards Occurring in Baoji District[J]. Geology of Shaanxi, 2004, 22(2): 94-100. |
[3] |
张年学, 盛祝平, 孙广忠, 等.
长江三峡工程库区顺层岸坡研究[M]. 北京: 地质出版社, 1986: 53-60.
Zhang Nianxue, Sheng Zhuping, Sun Guangzhong, et al. The Study of Bedding Bank Slope on Three Gorges Reservoir Area[M]. Beijing: Geology Publishing House, 1986: 53-60. |
[4] |
易顺华, 李华亮, 杨丽娟, 等. 群体滑坡的地质结构类型与发育特征[J].
地质通报, 2008, 27(11): 1832-1836.
Yi Shunhua, Li Hualiang, Yang Lijuan, et al. Geologic Structure Patterns and Development Characteristics of Population Landslide[J]. Geological Bulletin of China, 2008, 27(11): 1832-1836. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2008.11.010 |
[5] |
杨丽娟, 易顺华, 李华亮, 等. 前缘增生组合式滑坡群的发育特征与形成机理[J].
安全与环境工程, 2010, 17(3): 1-4.
Yang Lijuan, Yi Shunhua, Li Hualiang, et al. Development Characteristic and Mechanism of Anterior Revival Type Landslide Group[J]. Safety and Environmental Engineering, 2010, 17(3): 1-4. |
[6] |
李华亮, 邓清禄, 易顺华. 三峡库区区域构造及巴东组构造变形特征[J].
地质科技情报, 2007, 16(4): 31-36.
Li Hualiang, Deng Qinglu, Yi Shunhua. Regional Tectonics of Three Gorge Reservoir Area and the Structural Deformation of Badong Formation[J]. Geological Science and Technology Information, 2007, 16(4): 31-36. |
[7] |
王孔伟, 张帆. 三峡地区新构造活动与滑坡分布关系[J].
世界地质, 2007, 26(10): 26-32.
Wang Kongwei, Zhang Fan. Relation Between Neotectonism and Landslides in Three Gorges Reservoir Area[J]. Global Geology, 2007, 26(10): 26-32. |
[8] |
陈洪凯, 唐红梅. 三峡库区的新构造应力场及其对库岸滑坡滑动优势方向的影响[J].
地理研究, 1997, 16(4): 15-21.
Chen Hongkai, Tang Hongmei. Neotectonic Strese Field and Its Effects on the Dominantslding Direction of Landslides in the Three Gorges Reserovir Region[J]. Geographical Research, 1997, 16(4): 15-21. |
[9] |
欧正东, 何儒品, 谢烈平, 等.
长江三峡工程库区环境工程地质[M]. 成都: 成都科技大学出版社, 1992: 3-32.
Ou Zhengdong, He Rupin, Xie Lieping, et al. Environmental Engineering Geology in the Yangtze Gorges Reservoir Area[M]. Chengdu: Chengdu University of Science and Technology Publishing House, 1992: 3-32. |
[10] |
张广良, 张培震, 闵伟, 等. 逆冲-褶皱造山过程中生长地层的识别及应用[J].
地震地质, 2006, 28(2): 299-307.
Zhang Guangliang, Zhang Peizhen, Min Wei, et al. The Identification and Application of Growth Strata Linked to the Foreland Fold-and-Thrust Belt During Mountain Building[J]. Seismology and Geology, 2006, 28(2): 299-307. |
[11] |
贾东, 李一泉, 王毛毛, 等. 断层相关褶皱的三维构造几何学分析:以川西三维地震工区为例[J].
岩石学报, 2011, 27(3): 732-740.
Jia Dong, Li Yiquan, Wang Maomao, et al. Three-Dimensional Structural Geometry of Fault-Related Folds:Examples from 3-D Seismic Explored Blocks in the Western Sichuan Province, China[J]. Acta Petrologica Sinica China, 2011, 27(3): 732-740. |
[12] |
李本亮, 贾承造, 庞雄奇, 等. 环青藏高原盆山体系内前陆冲断构造变形的空间变化规律[J].
地质学报, 2010, 84(9): 1200-1207.
Li Benliang, Jia Chengzao, Pang Xiongqi, et al. The Spatial Distribution of the Foreland Thrust Tectonic Deformation in the Circum Tibetan Plateau Basin and Range System[J]. Acta Geologica Sinica, 2010, 84(9): 1200-1207. |
[13] |
王孔伟, 赵小明, 张帆. 三峡库区谢家包背斜与滑坡分布关系[J].
高校地质学报, 2015, 21(2): 255-267.
Wang Kongwei, Zhao Xiaoming, Zhan Fan. Relationship Between the Xiejiabao Anticline and Landslide in the Three Gorges Reservoir Area[J]. Geological Journal of China Universities, 2015, 21(2): 255-267. |
[14] |
王孔伟, 赵小明, 邓成进, 等. 三峡库区作辑托背斜和巴东断裂与滑坡类型的关系[J].
吉林大学学报(地球科学版), 2013, 43(1): 169-177.
Wang Kongwei, Zhao Xiaoming, Deng Chengjin, et al. Relationship Between Landslide Type and Zuojituo Anticline Badong Fault in Three Gorges Reservoir Area[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2013, 43(1): 169-177. |