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        甘肅武都馬槽溝泥石流松散物源分析

        2012-06-07 06:01:20趙玉紅
        地下水 2012年1期
        關(guān)鍵詞:槽溝溝谷物源

        趙玉紅

        (甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院,甘肅 蘭州 730050)

        甘肅省隴南地區(qū)是我國泥石流發(fā)育最集中、危害性最大的地區(qū)之一,而其中的馬槽溝又是武都北峪河流域內(nèi)發(fā)育特征最為典型的一條泥石流溝。馬槽溝位于隴南市武都區(qū)北峪河南岸,主溝長(zhǎng)4.8 km,流域面積12.61 km,流域內(nèi)沖溝發(fā)育,深切溝谷,比較典型的沖溝有紅溝、沿房子溝和橋子溝等。馬槽溝地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜,土體結(jié)構(gòu)松散、基巖風(fēng)化強(qiáng)烈,深切溝谷兩側(cè)滑坡發(fā)育、松散物儲(chǔ)量豐富,泥石流災(zāi)害活動(dòng)頻繁,危害嚴(yán)重。2008年“5.12汶川”大地震,松動(dòng)了流域內(nèi)巖土體,誘發(fā)了部分滑坡復(fù)活,增加了區(qū)域內(nèi)泥石流松散物儲(chǔ)量。針對(duì)這種情況,在2009年9月對(duì)馬槽溝流域進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查,調(diào)查顯示流域內(nèi)豐富的松散物源不僅與溝岸兩側(cè)不同規(guī)?;隆⒈浪w有關(guān),而且與流域所處地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)。

        1 地質(zhì)環(huán)境條件

        1.1 地質(zhì)、構(gòu)造條件

        研究區(qū)在大地構(gòu)造上屬于西秦嶺—柴達(dá)木單元次級(jí)單元西傾山—迭山逆沖褶斷帶,次級(jí)構(gòu)造復(fù)雜多變,由一系列向南突出的弧形斷裂和復(fù)合式背斜組成。馬槽溝流域出露的地層主要有志留系、古近系及第四系(圖1)。

        志留系下統(tǒng)(S1):分布于流域上游郭楞崗-張陰山一帶,以千枚巖、炭質(zhì)板巖為主,呈灰色、灰黑色,受區(qū)域構(gòu)造影響,巖石撓曲、裂隙、錯(cuò)斷非常發(fā)育,風(fēng)化強(qiáng)烈,巖石風(fēng)化面多為5~10 cm的片石。

        志留系中統(tǒng)(S2):主要為變質(zhì)灰?guī)r、片麻巖,巖石結(jié)構(gòu)較完整,呈弱風(fēng)化。分布于劉家山、下愣干一帶。

        古近系(E):分布于馬槽溝流域中下游,為泥巖、泥質(zhì)砂巖,呈紫紅色,層狀構(gòu)造,巖石遇水易膨脹軟化,失水干縮,因而表面風(fēng)化強(qiáng)烈,為泥石流重要物源。

        圖1 馬槽溝環(huán)境地質(zhì)圖

        第四系(Q):研究區(qū)第四系地層成因復(fù)雜,結(jié)構(gòu)松散,是泥石流的主要物源。

        深黃、淺紅色,以粉土為主,質(zhì)硬。主要分布在流域下游黃土梁峁上,厚度變化較大,一般在5~120m之間。

        分布在泥巖、千枚巖、板巖等易風(fēng)化地層坡腳,呈裙?fàn)罘植?,厚?~10m不等,松散,是泥石流固體物質(zhì)來源之一。

        重力堆積物主要沿溝谷兩岸分布,類型有滑塌、崩塌、錯(cuò)落等,結(jié)構(gòu)松散,土質(zhì)不均勻,黃土陷穴發(fā)育,坡面破碎。在強(qiáng)降雨、地震作用下易發(fā)生次級(jí)滑坡、崩塌、錯(cuò)落等不良地質(zhì)現(xiàn)象,是區(qū)內(nèi)泥石流形成的主要物源。

        泥石流堆積物分布馬槽溝溝口,呈灰色,青灰色,呈錐形堆積。主要成分為泥巖團(tuán)塊,塊石,砂及泥土等,分選性差,磨圓度多呈棱角狀,塊石含量約15%,砂含量約30%,泥土含量55%左右。

        全新統(tǒng)河流沖洪積物主要分布在馬槽溝溝谷中,呈灰色,棕紅色,結(jié)構(gòu)松散,碎石含量約40%,分選性差,呈棱角-次棱角狀。

        1.2 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地震

        受青藏構(gòu)造帶和武都弧形構(gòu)造的控制,白龍江流域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地震活動(dòng)十分強(qiáng)烈,新生代以來處于長(zhǎng)期上升過程中,主要表現(xiàn)為差異升降運(yùn)動(dòng),形成高山、深谷的地貌,如白龍江河谷形成了八級(jí)階地,高差達(dá)350m,馬槽溝深切200m。在多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中馬槽溝流域各類巖體也遭受了各種地質(zhì)作用的長(zhǎng)期累進(jìn)性破壞,巖土體松散破碎。

        隴南地區(qū)地處南北地震帶中段天水—武都地震帶,并受鄰近松潘—平武地震帶的強(qiáng)烈影響,屬地震多發(fā)區(qū),其地震烈度為Ⅷ度。僅史料記載的7級(jí)以上地震就達(dá)16次,2006年臨江地震曾引發(fā)馬槽溝左岸崩塌,2008年“5·12”汶川地震更是引發(fā)多處滑坡、崩塌,僅馬槽溝流域內(nèi)發(fā)生中型滑坡3處,小型滑坡10處,溝岸小型崩塌不計(jì)其數(shù)。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地震為泥石流形成提供了源源不斷的物質(zhì)來源。

        1.3 地形地貌

        馬槽溝流域地勢(shì)為南高北低的階梯形地貌,最大高差980m;流域形態(tài)呈南寬北窄的三角形狀,其地形總體上屬高山深谷、地形陡竣、溝壑縱橫,這種地形既有利于接受周圍山坡的松散物質(zhì),也有利于降雨集中匯流,具備了泥石流溝的地貌形態(tài)特點(diǎn)。

        馬槽溝溝谷縱坡坡降也充分顯示出泥石流的特征,坡降上游大、下游小。流域平均縱坡5.4%,而從七叉溝、劉家溝兩支溝匯合處朝上,縱坡可達(dá)26.8%;而上游一些小溝谷的縱坡更是達(dá)到35%或以上。相對(duì)而言,下游段溝床的縱坡卻只有3% ~5%,堆積扇處僅2.5%。

        馬槽溝地形的另一特點(diǎn)是谷坡陡竣,野外實(shí)地調(diào)查表明,由滑坡、崩塌等形成的松散物質(zhì)坡度(松散狀態(tài))為30~38°;較緊密的基巖山坡可達(dá)45~50°??傮w上,這些邊坡多處于不穩(wěn)定或極不穩(wěn)定狀態(tài),每當(dāng)溝床下切而形成溯深侵蝕時(shí),溝谷兩側(cè)誘發(fā)不同規(guī)模的滑坡、崩塌,而這些溝段也是馬槽溝泥石流的主要形成區(qū)。

        2 松散物源類型及特征

        2.1 泥石流松散物質(zhì)分類

        馬槽溝泥石流松散物質(zhì)按照成因可分為四種:(1)構(gòu)造破碎基巖;(2)風(fēng)化破碎泥巖;(3)原生黃土;(4)重力侵蝕崩滑體。

        2.1.1 構(gòu)造破碎基巖

        如前所述的廣泛分布于馬槽溝溝谷上游郭楞崗-張陰山一帶兩側(cè)山坡內(nèi)的薄層炭質(zhì)板巖,由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地展及后期風(fēng)化作用,這種板巖呈典型的散體結(jié)構(gòu),并以粒徑不等的碎塊和巖屑為組成成分,一般大小3~6 cm,個(gè)別為10~15 cm。該類物源在坡面沖刷或因沖溝溯源侵蝕而導(dǎo)致的滑坍后,將直接補(bǔ)給泥石流,也是馬槽溝流域內(nèi)最主耍的松散物源成分,約占整個(gè)泥石流補(bǔ)給的15%。

        2.1.2 風(fēng)化破碎泥巖

        分布于馬槽溝流域中下游,巖性為泥巖、砂質(zhì)泥質(zhì),層狀構(gòu)造,巖石遇水易膨脹軟化,失水干縮,因而表面風(fēng)化強(qiáng)烈。以1~3 cm碎石及0.05~2 mm巖屑為主,該類物源在坡面沖刷下直接補(bǔ)給泥石流,約占泥石流補(bǔ)給的10%。

        2.2.3 黃土

        分布于主、支溝山坡上部或分水嶺及其鄰近地帶,厚度變化較大,一般在5~120m之間。該類松散土層總體上具一定的固結(jié)度,以粉質(zhì)粘土為主,也以坡面沖刷和滑坍方式補(bǔ)給泥石流,約占整個(gè)泥石流補(bǔ)給的5%。

        2.1.4 重力侵蝕堆積物

        馬槽溝溝谷兩岸長(zhǎng)4.8 km發(fā)育滑坡17處,其中巨型滑坡2處,大型滑坡13處,中型滑坡2處,次生小型崩滑體不計(jì)其數(shù),此類土體表現(xiàn)在一次泥石流形成時(shí),以對(duì)其側(cè)蝕切割的方式呈塊狀納入泥石流,塊石大小不等。此外溝谷平緩處堆積泥石流堆積土,在泥石流的沖刷作用下卷入泥石流??傮w上看,該類松散物源約占整個(gè)泥石流補(bǔ)給的70%。

        2.2 不同松散物源對(duì)泥石流的補(bǔ)給方式

        針對(duì)上述分析結(jié)果,流域內(nèi)松散物源對(duì)泥石流補(bǔ)給主要表現(xiàn)為以下三種形式:(1)降雨坡面沖刷;(2)滑坡、崩塌(3)流體沖刷。

        2.2.1 降雨坡面沖刷

        這是流域內(nèi)所有松散物源轉(zhuǎn)化成泥石流最為普遍的一種方式,一般以片流、散流侵蝕為主,其條件是土層松散、裸露和強(qiáng)烈風(fēng)化。這種方式補(bǔ)給的區(qū)域主要是黃土覆蓋區(qū)、炭質(zhì)板巖區(qū)、泥巖區(qū)??傮w上看,流域內(nèi)以這種方式補(bǔ)給泥石流的松散物質(zhì)方量是比較大的,預(yù)計(jì)約占泥石流總補(bǔ)給量的30%。

        2.2.2 滑坡、崩塌

        這是流域內(nèi)松散物質(zhì)轉(zhuǎn)化成泥石流的主要方式,主要是以塊石型松散物像為代表的失穩(wěn)轉(zhuǎn)化方式,溝岸坡體在泥石流側(cè)蝕過程中,因底部失去支撐而形成滑坡、崩塌。馬槽溝泥石流與溝岸滑坡、崩塌是相互作用,相互影響的,每一次暴發(fā)泥石流流體對(duì)山體坡腳的強(qiáng)烈掏蝕后,以及各支溝在每一次洪流形成的溯潭侵蝕過程中,即會(huì)導(dǎo)致山坡發(fā)生滑坡或滑坍?;?、崩塌形成的大量堆積物除部分直接進(jìn)入泥石流外,絕大部分堆于坡腳,又為下次泥石流暴發(fā)提供了充足的物源。整個(gè)馬槽溝流域泥石流的暴發(fā)和沖溝深切都是在這種周而復(fù)始的循環(huán)中進(jìn)行的,預(yù)計(jì)以此方式補(bǔ)給泥石流方量約占總補(bǔ)給量的65%。

        2.2.3 流體沖刷

        主要是指分布于溝道內(nèi)次生的泥石流堆積碎石土,顯然這種泥石流堆積碎石土的起動(dòng)方式(即流體沖刷)與溝床縱坡坡降、泥石流的沖擊能量以及堆積碎石土本身的抗剪強(qiáng)度等有關(guān)。一般情況下,溝床縱坡坡降大時(shí),流體沖刷相對(duì)要更發(fā)育一些。預(yù)計(jì)以此方式補(bǔ)償泥石流方量約占總補(bǔ)給量的5%。

        3 松散物源量估算

        3.1 重力侵蝕松散物

        圖2 馬槽溝滑坡分布圖

        由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍,武都地區(qū)總體隆升,溝谷發(fā)育,切割深度200m,在黃土梁峁區(qū)溝谷切穿上部黃土,深入下伏更新世或第三紀(jì)地層,黃土易沿接觸面附近下滑,而在侵蝕中高山區(qū)溝谷切斷軟弱巖層造成山體的蠕滑。因而馬槽溝流域滑坡及滑坡群多達(dá)17處之多,其中巨型滑坡2處,大型滑坡13處,中型滑坡2處,滑坡堆積體總量1 068萬m3(圖2)。

        3.2 坡面松散物

        依據(jù)野外調(diào)查情況馬槽溝兩側(cè)坡面出露基巖主要為泥巖、板巖、千枚巖,表面極為松散,泥石流溝坡面松散物質(zhì)補(bǔ)給來源,泥石流溝坡面可搬運(yùn)松散物質(zhì)厚度平均20 cm左右。馬槽溝坡面補(bǔ)給區(qū)面積為3.47 km2,溝坡松散物質(zhì)儲(chǔ)量為 69.4 ×104m3。

        3.3 溝道松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量

        上世紀(jì)九十年代修建7座攔擋壩有效的穩(wěn)固馬槽溝溝道部分松散物進(jìn),目前溝道松散物集中分布在已建攔擋壩JB1下游段及已建攔擋壩JB6、JB9上游段,溝道松散物儲(chǔ)量計(jì)算見表1。

        表1 馬槽溝溝道松散固體儲(chǔ)量表

        溝道松散物總量為1.18×104m3。

        馬槽溝流域各種松散堆積物總量為1 140×104m3,單位面積儲(chǔ)量為90.48×104m3/km2(表2),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了形成泥石流所需要的松散物質(zhì)儲(chǔ)量。

        表2 馬槽溝固體松散物質(zhì)儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)表

        4 結(jié)論

        (1)馬槽溝流域松散物質(zhì)從成因上,可分成構(gòu)造破碎巖、風(fēng)化破碎泥巖、原生黃土及重力侵蝕堆積物。

        (2)流域松散物質(zhì)對(duì)泥石流的補(bǔ)給方式表現(xiàn)為降雨坡面沖刷、崩塌、滑坡(坍)、流體沖刷等,但主要以滑坡(坍)和流體沖刷為主。

        (3)馬槽溝的泥石流的形成發(fā)展過程實(shí)際是各溝谷的溯源侵蝕過程,而這種溯源侵蝕造成大量的滑坡、崩塌,為泥石流的形成提供了豐富的物質(zhì)來源;泥石流形成后沖刷溝岸,造成溝岸坡腳失穩(wěn),引發(fā)大量的滑坡、崩塌堆積物,為泥石流的再次爆發(fā)提供物源。

        [1]劉心彪,郭富赟等.甘肅武都馬槽溝滑坡、崩塌、泥石流治理工程勘察報(bào)告[R].甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院.2009,9.

        [2]劉心彪.甘肅馬槽溝滑坡特征及其治理對(duì)策[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2011,22(1):22—25.

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