侯圣山，李 昂，陳 亮，王立朝，劉藝璇，朱玉晶，王惠生

(1.中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院(自然資源部地質(zhì)災(zāi)害技術(shù)指導(dǎo)中心)，北京 100081；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083)

滑坡是斜坡物質(zhì)重力運(yùn)動(dòng)的一種形式，也是外動(dòng)力地質(zhì)作用的一種重要類(lèi)型。通過(guò)滑動(dòng)，大量巖土體從海拔較高的位置移動(dòng)到較低的位置，是地表夷平的一種重要途徑。張永雙等[1]對(duì)古滑坡復(fù)活進(jìn)行了綜述，對(duì)古滑坡的判識(shí)、發(fā)育規(guī)律、復(fù)活機(jī)理等問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)和展望。李曉等[2]通過(guò)研究三峽工程庫(kù)區(qū)的大型古滑坡的空間和時(shí)間分布，提出新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和第四紀(jì)氣候變化的耦合作用是三峽庫(kù)區(qū)發(fā)育多期大型古滑坡的重要誘因：地殼抬升、斷層活動(dòng)、地震等內(nèi)動(dòng)力作用直接或間接地影響著滑坡的形成和演化過(guò)程，而氣候變化是一種重要的外動(dòng)力作用，共同導(dǎo)致了三峽庫(kù)區(qū)大型滑坡發(fā)育具有多期性和階段性的特征。王令占等[3]通過(guò)研究三峽地區(qū)的滑坡災(zāi)害與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及氣候期的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)斷裂活躍峰期與滑坡活躍峰期相間分布，而且后者明顯滯后于前者，提出斷裂活躍期的構(gòu)造活動(dòng)為其后的滑坡發(fā)生提供了松散物質(zhì)條件，而暖濕氣候環(huán)境的強(qiáng)降水及地震活動(dòng)則是觸發(fā)滑坡大規(guī)模發(fā)生的主要因素。殷志強(qiáng)等[4]、周保等[5]通過(guò)對(duì)黃河上游特大古滑坡的研究，得出黃河上游特大型群發(fā)性滑坡有130～110 kaBP、50～30 kaBP、12～9 kaBP和 5～3 kaBP等4個(gè)多發(fā)時(shí)段，并將其構(gòu)造及氣候演變建立了聯(lián)系。張澤林等[6]對(duì)蘭州黃河階地演變過(guò)程對(duì)滑坡的控制效應(yīng)進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)研究，發(fā)現(xiàn)黃河河谷演化對(duì)滑坡發(fā)育的控制作用有時(shí)間上的階段性和空間上的分帶性，并提出階地型滑坡的主要誘發(fā)因素為新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈抬升、河流快速下切及階地形成時(shí)期的相對(duì)暖濕氣候。

楊麗娟等[7]利用滑帶土中殘留的樹(shù)根，對(duì)陜西省鳳翔縣五曲灣滑坡開(kāi)展了14C年代學(xué)研究，測(cè)得滑坡年齡為462±45 aBP，與1556年華縣大地震年齡非常接近。杜建軍等[8]對(duì)陜西華縣蓮花寺滑坡開(kāi)展了光釋光測(cè)年研究，采集滑坡堆積物上覆黃土，測(cè)得此滑坡發(fā)生的年齡為至少在18.7萬(wàn)年前，并推測(cè)滑坡的發(fā)生與山前斷裂活動(dòng)導(dǎo)致的古地震活動(dòng)有關(guān)。吳瑋江等[9]對(duì)武都漢林溝流域的古滑坡開(kāi)展了年代學(xué)研究，采集了滑坡及堰塞湖沉積物中掩埋的樹(shù)木殘留，并進(jìn)行了14C年齡測(cè)定，測(cè)得古滑坡發(fā)生的事件為42.0～44.8 kaBP。魏昌利等[10]對(duì)岷江上游元壩子滑坡進(jìn)行了分析，認(rèn)為該滑坡是晚更新世地震引發(fā)的大型巖質(zhì)滑坡，經(jīng)歷了斜坡裂縫、地震震動(dòng)、河流下切、局部復(fù)活等階段。

由此可見(jiàn)，14C、光釋光等技術(shù)在晚更新世以來(lái)的滑坡測(cè)年方面有較好的應(yīng)用效果。本文基于臨夏盆地巴謝河流域的滑坡調(diào)查，采集了滑坡年代學(xué)樣品，利用14C和光釋光測(cè)年技術(shù)，獲得了一批滑坡事件的年齡，分析了晚更新世以來(lái)滑坡集中發(fā)育時(shí)段，重建了本地區(qū)晚更新世以來(lái)的滑坡發(fā)育歷史。

1 巴謝河流域地質(zhì)環(huán)境條件及滑坡發(fā)育情況

臨夏盆地位于青藏高原、秦嶺山地和黃土高原的銜接地帶，是由雷積山大斷裂、秦嶺北深大斷裂和祁連山東延馬銜山所圍成的山前拗陷盆地(圖1)。臨夏盆地對(duì)地質(zhì)變遷和環(huán)境變化極為敏感，晚更新世以來(lái)發(fā)育了大量滑坡，尤其是臨夏盆地內(nèi)的巴謝河流域，滑坡密集分布，不同期次滑坡相互疊置，為深入認(rèn)識(shí)滑坡的發(fā)展規(guī)律和影響因素及過(guò)去環(huán)境變遷提供了豐富的素材。

圖1 巴謝河流域位置及周邊地貌Fig.1 Geological setting of the Baxie River Catchment

巴謝河是甘肅省臨夏回族自治州東鄉(xiāng)族自治縣境內(nèi)的一條季節(jié)性河流，發(fā)源于東鄉(xiāng)縣城附近，全長(zhǎng)約44 km，流域面積約388 km2，屬洮河二級(jí)支流，在廣河縣三甲集附近匯入廣通河。巴謝河上游為近SN走向，到達(dá)板空附近折向東流，轉(zhuǎn)為近EW走向。

巴謝河流域總體上西高東低，分水嶺海拔從西部的2 423 m向東逐漸降為2 321 m，匯入廣通河的河口處海拔1 837 m。巴謝河河谷上游較窄，寬僅230～270 m，向下游漸寬，到那勒寺一帶河谷寬度約1 400 m。

流域內(nèi)地貌類(lèi)型可以分為河谷地區(qū)和黃土丘陵區(qū)。新近系臨夏組構(gòu)成本區(qū)的基本骨架，由河湖相粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等組成，以紅色為主，產(chǎn)狀近水平，傾角2°～5°，傾向NE。上更新統(tǒng)馬蘭黃土呈披覆狀堆積在臨夏組及老階地沉積物之上，為淺黃色粉砂質(zhì)黏土，松散、具大孔隙、易濕陷、垂直節(jié)理發(fā)育、多落水洞，厚10～80 m，東部厚度大于西部。上更新統(tǒng)至全新統(tǒng)沖積物構(gòu)成巴謝河各級(jí)階地，具有礫石層與砂層的二元結(jié)構(gòu)，構(gòu)成巴謝河河谷平臺(tái)。上更新統(tǒng)至全新統(tǒng)古(老)滑坡堆積物，多為泥巖、黃土及礫石層的混雜堆積，部分保留了原地層的結(jié)構(gòu)。

巴謝河流域的大地構(gòu)造位置處于祁呂賀山字型構(gòu)造和隴西旋卷構(gòu)造體系的結(jié)合部位，臨夏盆地內(nèi)部。晚更新世以來(lái)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以升降運(yùn)動(dòng)為主，地殼階段性抬升造成了巴謝河下切，形成了四級(jí)階地。抬升運(yùn)動(dòng)空間上南西部幅度大于北東部，因此巴謝河北岸侵蝕強(qiáng)烈，地形陡峭，滑坡多發(fā)[11～15]。

晚更新世以來(lái)，地殼隆升、河流下切、滑坡頻發(fā)、黃土堆積等事件在本區(qū)同時(shí)進(jìn)行，塑造了現(xiàn)今的地貌格局。在巴謝河左(北)岸，古滑坡、老滑坡、新滑坡相互疊置，連片分布(圖2)，在從陳家集經(jīng)達(dá)板空至上正約37 km的斜坡上，密集分布著67個(gè)滑坡，形成一個(gè)近東西向展布的帶狀滑坡群[11]。從滑坡結(jié)構(gòu)和失穩(wěn)模式上看，巴謝河流域滑坡主要可以分為壓裂型深層黃土-泥巖滑坡、滑移型深層黃土-泥巖滑坡、蠕變型中淺層黃土-泥巖滑坡和塌滑型黃土滑坡四種主要類(lèi)型(圖4)。巴謝河下游紅莊村上正滑坡屬于第一種類(lèi)型，表現(xiàn)為滑坡體積巨大、滑動(dòng)距離中等，多期次滑動(dòng)形成多級(jí)平臺(tái)；1983年發(fā)生的著名的灑勒山滑坡則屬于第二種類(lèi)型，表現(xiàn)為滑坡體積大、滑動(dòng)速度快、運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)；巴謝河中游的祖祖滑坡屬于第三種類(lèi)型，特征是體積中等、多期次滑動(dòng)、速度較慢；第四種類(lèi)型則廣泛分布于溝谷高處的黃土陡崖，特征是體積較小。

2 巴謝河流域滑坡年代學(xué)樣品采集

通過(guò)對(duì)巴謝河流域梁家寺至巴謝河匯入廣通河河口約30 km的岸坡進(jìn)行調(diào)查；并在Google Earth高清遙感影像圖上對(duì)多期次滑坡進(jìn)行滑動(dòng)范圍圈定和初步信息提取，識(shí)別出滑坡宏觀特征；選取巴謝河北岸的上正、陳何村、灑勒山、巴峰山、石拉泉、羅家、那勒寺、郭泥溝、努拉芒、板土等滑坡開(kāi)展了重點(diǎn)調(diào)查，在野外實(shí)地觀察滑坡微觀形態(tài)和特征，針對(duì)有滑動(dòng)時(shí)間指示意義的滑坡伴生沉積物進(jìn)行取樣，通過(guò)光釋光和14C年代學(xué)測(cè)試確定滑坡發(fā)生的年代。共采集14C樣品18個(gè)(表1)、光釋光樣品39個(gè)(表2)，采樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖2。

圖3 巴謝河北岸滑坡主要類(lèi)型示意圖Fig.3 Main types of landslide in the north bank of the Baxie River

從滑坡宏觀形態(tài)看，不同期次的滑坡相互疊加，年代較老的滑坡面積和體積較大，新發(fā)的滑坡多在之前滑坡區(qū)范圍內(nèi)發(fā)生，破壞原來(lái)的滑坡堆積地貌，形成新的滑坡堆積地貌。巴謝河北岸滑坡保留了不同期次的滑坡作用形成的數(shù)級(jí)滑坡平臺(tái)，從上到下依次排列，有較明顯的多期次滑坡指示意義，為滑坡年代學(xué)研究工作和滑坡歷史重建工作提供了良好素材。通過(guò)對(duì)上正滑坡的初步研究已識(shí)別出約33 kaBP、5～7 kaBP、160 aBP和2015 AD四個(gè)階段的滑動(dòng)[13-14]。

本研究用于14C年代學(xué)測(cè)試的樣品主要從兩類(lèi)物質(zhì)中采集。第I類(lèi)是滑坡埋壓的動(dòng)植物殘骸，此類(lèi)樣品包括BX012、BX029、BX032、BX702、BX704、BX705、BX706、BX709、BX711和BX712，共10個(gè)(表1)；埋壓直接導(dǎo)致動(dòng)植物死亡并被滑坡堆積物封存，在滑坡前緣可以見(jiàn)到此類(lèi)物質(zhì)出露，另外在滑坡區(qū)域鉆探所得巖芯中也發(fā)現(xiàn)部分動(dòng)植物殘??；14C測(cè)年法可以測(cè)定動(dòng)植物的死亡年齡，即可指示滑坡事件的年齡。第II類(lèi)樣品來(lái)自于滑坡滑動(dòng)造成的水體中的有機(jī)物殘留，包括BX006、BX028、BX033、BX034、BX040、BX042、BX701、BX703和BX707，共9個(gè)(表1)；此類(lèi)水體主要由滑坡洼地積水形成，規(guī)模較小，和滑坡有直接關(guān)系，沉積物中的有機(jī)質(zhì)來(lái)源于洪水沖刷帶周邊的動(dòng)植物體?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此類(lèi)水體范圍小且缺乏持續(xù)性的補(bǔ)給，滑坡洼地水體基本上呈季節(jié)性，雨季有水而旱季干涸，且很快就淤滿(mǎn)。通過(guò)對(duì)那勒寺、板土等滑坡洼地水體及沉積物的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)此類(lèi)水體存續(xù)時(shí)間一般在數(shù)十年，因此滑坡洼地水體沉積物中有機(jī)物的14C年齡雖比滑坡事件晚，但在誤差范圍內(nèi)可以近似指示滑坡事件的年齡。

用于光釋光測(cè)年的樣品主要從四類(lèi)物質(zhì)中采集。第I類(lèi)來(lái)自于滑坡混雜堆積物，在滑坡堆積體前緣、中部或后緣可以看到黃土、泥巖、砂礫石等不同物質(zhì)的混雜堆積，從野外可以判斷混雜堆積由滑坡的滑移、傾倒、鏟刮、掩埋等作用形成，是滑坡伴生的沉積物。因此光釋光技術(shù)測(cè)得的混雜堆積物埋藏年齡可以直接指示滑坡事件的年齡，此類(lèi)樣品有BXT01、BXT13、BXT14、BXT703、BXT704、BXT705、BXT706、BXT709、BXT710、BXT711、BXT712、BXT713、BXT716、BXT719、BXT722、BXT723、BXT724和BXT725，共計(jì)18個(gè)。第II類(lèi)物質(zhì)是和滑坡洼地短時(shí)水體淤積有關(guān)的沉積物，形成于滑坡后的短暫時(shí)期，其光釋光年齡也可以指示滑坡事件的年齡，此類(lèi)樣品有BXT02、BXT03、BXT05、BXT06、BXT07、BXT08、BXT09、BXT10、BXT11、BXT12、BXT701、BXT702、BXT714、BXT715、BXT717、BXT720和BXT721，共計(jì)17個(gè)。第III類(lèi)物質(zhì)來(lái)自滑坡堆積體的底部，光釋光年齡指示埋藏年齡，也就是滑坡發(fā)生的年齡，此類(lèi)樣品有BXT707、BXT708和BXT718，共計(jì)3個(gè)。第IV類(lèi)樣品來(lái)自滑坡滑動(dòng)過(guò)程對(duì)滑帶物質(zhì)進(jìn)行碾磨而成的滑帶土，滑坡滑面摩擦產(chǎn)生高溫也能將滑帶土中石英、長(zhǎng)石礦物積累的信號(hào)清零，適合光釋光測(cè)年，光釋光年齡直接指示滑坡事件發(fā)生的年齡，此類(lèi)樣品僅有BXT04一個(gè)(表2)。光釋光樣品采集在避光條件下進(jìn)行，剝除表面物質(zhì)后，利用內(nèi)徑20～30 cm的金屬管貫入采集。

表1 巴謝河流域14C測(cè)年結(jié)果Table 1 14C dating results in the Baxiehe River Catchment

表2 巴謝河流域光釋光測(cè)年結(jié)果Table 2 OSL dating results in the Baxiehe River Catchment

3 巴謝河流域滑坡年代學(xué)測(cè)試及結(jié)果

3.1 14C測(cè)年

14C測(cè)年在位于美國(guó)佛羅里達(dá)州的BETA實(shí)驗(yàn)室用加速器質(zhì)譜(AMS)完成。對(duì)于不同測(cè)年物質(zhì)用不同的前處理方法提取出所要測(cè)試的碳元素，并將其轉(zhuǎn)化成二氧化碳，干燥后用液氮降溫收集，在鈷催化劑的作用下制成石墨靶；然后用加速器質(zhì)譜測(cè)定碳元素同位素比值。加速器質(zhì)譜同時(shí)測(cè)定樣品中的δ14C和δ13C，利用δ13C進(jìn)行同位素分餾校正，并使用INTCAL13數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行年齡校正[15]。

14C測(cè)年結(jié)果示于表1。結(jié)果顯示：14C年齡最小的樣品約為170 aBP(BX029)，最老的樣品年齡約為41 kaBP(BX707)；18個(gè)樣品中，有7個(gè)年齡在距今數(shù)千年的年齡區(qū)間，5個(gè)樣品的年齡在距今1萬(wàn)至2萬(wàn)年，有5個(gè)樣品的年齡在距今2萬(wàn)至5萬(wàn)年，1個(gè)樣品年齡約距今170年。除約170年的樣品之外，常規(guī)年齡誤差范圍均在1%以?xún)?nèi)。本研究的樣品均在14C測(cè)年的優(yōu)勢(shì)年齡范圍之內(nèi)，數(shù)據(jù)質(zhì)量較高。

3.2 光釋光(OSL)測(cè)年

光釋光測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)完成，測(cè)試方法見(jiàn)文獻(xiàn)[17]。樣品取小于300 μm的部分，加清水?dāng)嚢璩恋恚ヌ妓猁}、有機(jī)質(zhì)后，用氫氟酸浸泡提取石英，或選取石英長(zhǎng)石混合礦物，用于等效劑量(De)的測(cè)試。

等效劑量(De)的測(cè)試在Ris? TL/OSL-DA-20 熱釋光/光釋光兩用儀上完成，采用的輻照源為(90Sr/90Y)β源，并選擇強(qiáng)度為90%的藍(lán)光發(fā)光二極管(λ=470 nm±20 nm)激發(fā)；經(jīng)預(yù)熱坪測(cè)試，測(cè)試參數(shù)設(shè)置為：Preheat 260 ℃，10 s；Cut-heat 220 ℃，10 s；采用的測(cè)試方法為SAR+SGC法,即單片再生+標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)曲線(xiàn)法。

采用中子活化法(NAA)測(cè)定樣品的U、Th、K含量，據(jù)此計(jì)算得到劑量率(D)。光釋光測(cè)年結(jié)果由樣品的等效劑量(De)和劑量率(D)通過(guò)公式Age=De/D計(jì)算得到。

光釋光測(cè)年結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果顯示:39個(gè)樣品中等效劑量最小為2.57±0.28 Gy(BXT725)，最大為>460 Gy(BXT703和BXT706)，樣品劑量率在0.98±0.07 Gy/ka至4.11±0.29 Gy/ka之間，由樣品等效劑量和劑量率計(jì)算出的年齡值在0.73±0.09 kaBP至290 000±26 kaBP之間，89.7%的樣品年齡在1萬(wàn)年至10萬(wàn)年之間，在光釋光測(cè)年的優(yōu)勢(shì)范圍內(nèi)。

圖4 巴謝河流域滑坡發(fā)育年齡分布統(tǒng)計(jì)Fig.4 Accumulating percentage of landslide occurrence since the late Pleistocene

通過(guò)對(duì)本研究14C和光釋光測(cè)年結(jié)果進(jìn)行分析，可以得到巴謝河流域滑坡活動(dòng)性的時(shí)間序列(圖4)。從圖中可以看出，晚更新世以來(lái)，巴謝河流域滑坡活動(dòng)性明顯呈階段性，高活動(dòng)性時(shí)段和低活動(dòng)性時(shí)段相間分布?；赂甙l(fā)的時(shí)段明顯有五個(gè)期次，年齡分別為100～63 kaBP、45.2～41.5 kaBP、33.3～28.2 kaBP、22.5～15.2 kaBP和10.4～0.2 kaBP。在上述五個(gè)滑坡高發(fā)時(shí)段，滑坡事件累計(jì)次數(shù)隨距今年代的關(guān)系明顯呈線(xiàn)性，線(xiàn)性擬合系數(shù)(R2)均在0.88以上。在圖4中，線(xiàn)性擬合表達(dá)式中X的系數(shù)可以指示滑坡發(fā)育強(qiáng)度，X系數(shù)絕對(duì)值和發(fā)育強(qiáng)度呈反比，由此可以看出，在上述五個(gè)滑坡高發(fā)時(shí)段中，45.2～41.5 kaBP和10.4～0.2 kaBP兩個(gè)時(shí)段的滑坡活動(dòng)性最強(qiáng)，33.3～28.2 kaBP和22.5～15.2 kaBP兩個(gè)時(shí)段次之，而100～63 kaBP滑坡活動(dòng)性最弱。

4 結(jié)論

(1)巴謝河流域密集分布的滑坡堆積，保留了晚更新世以來(lái)的多期次滑坡事件。地殼階段性不均勻抬升，巴謝河向北岸侵蝕加劇，在灑勒山—巴峰山—紅莊一帶發(fā)生了一系列古滑坡；古滑坡堆積物繼續(xù)遭受侵蝕，形成了高陡斜坡，并發(fā)育了密集的縱向侵蝕溝谷和寬廣的臨空面，為滑坡的繼續(xù)發(fā)展提供了基礎(chǔ)地形條件。

(2)巴謝河北岸，古滑坡、老滑坡、新滑坡相互疊置，連片分布；主要可以分為壓裂型深層黃土-泥巖滑坡、滑移型深層黃土-泥巖滑坡、蠕變型中淺層黃土-泥巖滑坡和塌滑型黃土滑坡四種主要類(lèi)型。

(3)14C和光釋光測(cè)年結(jié)果顯示：晚更新世以來(lái)巴謝河流域存在五個(gè)滑坡多發(fā)的時(shí)段：100～63 kaBP、45.2～41.5 kaBP、33.3～28.2 kaBP、22.5～15.2 kaBP和10.4～0.2 kaBP，其中，45.2～41.5 kaBP和10.4～0.2 kaBP兩個(gè)時(shí)段的滑坡活動(dòng)性最強(qiáng)，33.3～28.2 kaBP和22.5～15.2 kaBP兩個(gè)時(shí)段次之，而100～63 kaBP滑坡活動(dòng)性最弱。