李成林，劉嚴(yán)松，賴(lài)思翰，王 地，何星慧，劉雅蘭

（1.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；2.中節(jié)能建設(shè)工程設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610059；3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081；4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 100083；5.四川三合空間科技有限公司，四川 成都 610094）

青?，斍呖h拉加地區(qū)位于青藏高原東北部，區(qū)域氣候惡劣、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地表風(fēng)化作用強(qiáng)烈，是青藏高原東北部典型的紅層分布區(qū)[1]。在拉加新近系紫紅色湖相碎屑巖地層區(qū)發(fā)育有北東—南西帶狀分布的滑坡群，滑坡數(shù)量約占全縣滑坡數(shù)量的56%[2]。由于特殊的地質(zhì)背景，高原紅層區(qū)滑坡的形成演化往往受多種因素的耦合作用[3]。有效認(rèn)識(shí)影響因素類(lèi)型和作用大小對(duì)監(jiān)測(cè)、防治區(qū)內(nèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害具有重要意義。傳統(tǒng)滑坡地質(zhì)災(zāi)害影響因素主要依據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性分析，分析過(guò)程無(wú)法有效量化，分析精度受專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和前期工作程度限制，在一定程度上影響了滑坡成因演化、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等工作[4]。因此，在調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，本文總結(jié)了研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景、滑坡特征，厘定了滑坡發(fā)育的主要影響因素，并利用層次分析法（AHP）對(duì)比和定量計(jì)算各影響因素，確定其權(quán)重，以總結(jié)區(qū)內(nèi)滑坡的形成過(guò)程，以期為高原紅層滑坡的調(diào)查評(píng)價(jià)和區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、防治提供參考。

1 地質(zhì)環(huán)境背景

研究區(qū)位于青海省瑪沁縣北東的拉加鎮(zhèn)，屬拉加盆地中段；區(qū)內(nèi)構(gòu)造總體為北東—南西展布，主要發(fā)育拉加斷裂帶。斷裂帶出露寬度為10～30 m，主斷面產(chǎn)狀較陡，實(shí)測(cè)主斷層面產(chǎn)狀297°∠67°。斷裂帶南西與東昆侖斷裂帶交匯于瑪沁縣城附近，交切部位是區(qū)內(nèi)地震頻發(fā)的地區(qū)之一（圖1）。區(qū)內(nèi)除黃河兩岸階地上分布少量第四系沖洪積層外，主要發(fā)育一套新近系紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖地層，為陸內(nèi)咸化湖相碎屑巖層，地層與區(qū)內(nèi)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害空間關(guān)系密切。研究區(qū)海拔集中在3 000～4 200 m，屬黃河流域，黃河由南東向北西穿過(guò)拉加地區(qū)，黃河兩側(cè)支流水系發(fā)育，河流侵蝕作用強(qiáng)烈；6—8月為集中降雨期，2020年區(qū)內(nèi)降水天數(shù)達(dá)174 d，降水量達(dá)1 196.85 mm；6—9月的月均氣溫大于0℃，最低氣溫出現(xiàn)在1月；區(qū)內(nèi)發(fā)育季節(jié)性?xún)鐾?，最大凍結(jié)深度為0.65～2.46 m。

圖1 研究區(qū)位置與地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖

2 滑坡地質(zhì)特征

2.1 空間分布概況

地質(zhì)特征認(rèn)識(shí)是滑坡影響因素分析的基礎(chǔ)。研究區(qū)為瑪沁縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害的主要分布區(qū)，滑坡呈北東—南西帶狀集中發(fā)育于拉家鎮(zhèn)周緣，形成典型滑坡群?；轮饕獮閹r質(zhì)滑坡，以中小型為主，發(fā)育少量大型滑坡。

2.2 地質(zhì)特征分析

區(qū)內(nèi)隆列、軍功等大型滑坡特征最典型。隆列滑坡位于拉加鎮(zhèn)北東的下知邁村，總體形態(tài)為簸箕狀，主滑方向?yàn)?20°，前后緣距離約為750 m，兩側(cè)距離約為1 400 m，平面面積約為110×104m2；后緣高程為3 537 m，前緣坡腳高程為3 311 m，平均坡度為17°（圖2）。隆列滑坡分布在新近系上新統(tǒng)紫紅色粉砂質(zhì)泥巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖層中，基巖產(chǎn)狀124°∠22°；為順向巖質(zhì)滑坡，下部為新近系紫紅色泥巖層，滑體上覆紫紅色殘坡積碎石土層；從后緣到前緣，主滑體依次發(fā)育3級(jí)次級(jí)滑體，形成順主滑方向鏟狀疊置排列的特征。主滑體坡面呈折線(xiàn)形，后緣、前緣較平緩，中部坡度較大，形成后緣（Ⅰ）、中部（Ⅱ）、前緣（Ⅲ）3段差異明顯的變形帶，其中變形帶Ⅰ形成多級(jí)平臺(tái)、反向槽谷、斷塞塘，后緣壁光滑且產(chǎn)狀陡立，滑壁上可見(jiàn)左行排列的擦痕，呈左行剪切特征，遠(yuǎn)離滑壁發(fā)育的裂縫以張性為主，裂縫呈鋸齒狀，單條裂縫長(zhǎng)1.5～4.6 m、寬0.2～0.5 m，裂縫兩側(cè)塊體落差較小（0.1～0.2 m），基本保持原始坡面形態(tài)；變形帶Ⅱ發(fā)育多級(jí)陡坎，陡坎高0.5～2.3 m，傾向南西，產(chǎn)狀近直立，中部次級(jí)滑體后緣均為簸箕狀，后緣中間部位垂向落差較大，表土解體呈松散狀，表面分布有被膜狀白色膏鹽類(lèi)結(jié)晶物質(zhì)（圖2a），后緣靠近兩側(cè)端的落差較小，兩側(cè)滑壁見(jiàn)順滑動(dòng)方向的擦痕（圖2b），局部發(fā)育滲水和鼓丘（圖2c、2d、2e），（西）寧—果（洛）（S101）公路北東—南西向穿過(guò)主滑體中部（圖2f），公路路面可見(jiàn)拉張裂縫，裂縫帶寬3～5 m，單條裂縫長(zhǎng)1～9 m，寬2～30 cm（圖2g、2h），局部發(fā)育鼓丘；變形帶Ⅲ發(fā)育主滑體上的第三級(jí)次級(jí)滑體，次級(jí)滑體斜坡坡度平均為12°，滑體上沖溝發(fā)育，受裂隙拉伸變形錯(cuò)斷，次級(jí)滑體中部發(fā)育鼓丘，滑體上的電線(xiàn)樁已傾倒，次級(jí)滑體前緣分布大量紫紅色泥質(zhì)松散堆積物（圖2i、2j）。

圖2 隆列滑坡全貌（鏡向北西）

軍功滑坡地質(zhì)特征與隆列滑坡類(lèi)似，位于拉加鎮(zhèn)南西側(cè)，整體形態(tài)呈寬簸箕狀，為大型順向巖質(zhì)滑坡，主滑方向?yàn)?02°，在20世紀(jì)80年代就已發(fā)生變形，并于1991年8月、1992年6月、2011年8月、2019年9月發(fā)生多次滑動(dòng)[5]，在老滑體上發(fā)育多級(jí)次級(jí)滑體。

3 滑坡影響因素分析

研究區(qū)滑坡具有不同時(shí)期新老滑坡群聚分布、受多種因素影響的特征。根據(jù)分層解析的思路，本文分別對(duì)區(qū)內(nèi)滑坡的內(nèi)外影響因素進(jìn)行分析，并利用AHP方法探討各影響因素的權(quán)重，總結(jié)滑坡形成演化規(guī)律。

3.1 內(nèi)部影響因素分析

滑坡總體呈北東—南西帶狀集中分布，與新近系紫紅色湖相碎屑巖地層空間關(guān)系密切。分析組成滑體的泥巖、砂巖組構(gòu)和物質(zhì)成分發(fā)現(xiàn)，砂巖中Ca、Fe、K元素含量相對(duì)較高（圖3）。偏光顯微鏡中砂巖成分為石英礦物碎屑（含量約為65%）、長(zhǎng)石礦物碎屑（含量約為10%）和相似成分的填隙物（含量約為25%）。礦物碎屑分選中等、磨圓較差，多為棱角狀—次棱角狀，孔隙膠結(jié)，顆粒支撐。砂巖電子顯微鏡分析顯示，碎屑顆粒的孔隙間充填有方解石，方解石表面發(fā)育溶蝕孔，部分石英顆粒表面可見(jiàn)石膏晶體。

圖3 砂巖元素分布特征

利用Image-Pro Plus 對(duì)SEM 圖像進(jìn)行二值處理，測(cè)出粉砂巖孔隙率為0.171，微觀(guān)孔隙最小、最大、平均直徑分別為0.365 um、49.198 um、3.033 um；微、小、中、大孔隙占比分別為38%、58%、3.6%和0.4%。泥巖電子顯微鏡分析顯示，粘土礦物主要為伊利石，鱗片狀結(jié)構(gòu)，礦物顆粒間孔隙發(fā)育，孔隙率為0.326，孔隙中含石膏、方解石。

砂巖、泥巖的物質(zhì)成分和組構(gòu)觀(guān)測(cè)顯示，研究區(qū)巖石均含有大量微觀(guān)孔隙、易溶于水的鹽類(lèi)物質(zhì)和吸水易膨脹的粘土礦物；大量微觀(guān)孔隙利于水的進(jìn)入并與巖石內(nèi)部的鹽類(lèi)物質(zhì)、粘土礦物發(fā)生反應(yīng)，破壞巖石微觀(guān)結(jié)構(gòu)，從根本上降低了巖石抗壓、抗剪等物理性質(zhì)，在外界因素作用下，更有利于滑坡的發(fā)育。

3.2 誘發(fā)因素分析

水與碎屑巖物質(zhì)的相互作用是紅層區(qū)巖石強(qiáng)度降低的根本原因[6-8]，水是區(qū)內(nèi)滑坡發(fā)育的重要誘發(fā)因素。測(cè)試顯示，伊利石吸水粒間體積膨脹為50%～60%，硫酸鹽類(lèi)礦物吸水體積可膨脹61%。在水巖作用下，易溶鹽巖類(lèi)礦物吸水膨脹、潮解或溶解將導(dǎo)致粒間結(jié)構(gòu)變化，并引起巖石的初始損傷，巖石強(qiáng)度變低[9-11]。統(tǒng)計(jì)顯示，區(qū)內(nèi)滑坡主要發(fā)育在6—9 月，與集中降雨期重疊（圖4）?；轮饕植加邳S河及其支流兩岸，常年受流水側(cè)蝕作用影響；在集中降雨期，地下水位上升，增大了水巖作用范圍。

圖4 研究區(qū)月降水天數(shù)與月降水量統(tǒng)計(jì)圖

研究區(qū)為季節(jié)性?xún)鐾羺^(qū)，凍土最早出現(xiàn)在9 月初，最晚出現(xiàn)在10 月底，消融時(shí)間最早在2 月中旬，最晚在3 月底；凍土期孔隙水結(jié)冰體積增大，冰劈作用增大原生裂隙，反復(fù)凍融過(guò)程將進(jìn)一步破壞巖土體微觀(guān)結(jié)構(gòu)，降低巖土體強(qiáng)度[12-13]。在公路開(kāi)挖等高強(qiáng)度人類(lèi)活動(dòng)影響下，這些巖土體的穩(wěn)定性進(jìn)一步降低[14-15]。除上述因素外，斷裂構(gòu)造也影響滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育。拉加盆地為裂陷盆地，控制了滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的總體展布特征。

3.3 影響因素權(quán)重分析

在分析滑坡地質(zhì)特征和影響因素的基礎(chǔ)上，利用AHP 方法計(jì)算影響因素權(quán)重，并利用一致性指標(biāo)（CI）、平均隨機(jī)一致性指標(biāo)（RI）和一致性比率（CR）判斷影響因素矩陣的合理性。AHP方法在深入分析復(fù)雜決策問(wèn)題本質(zhì)、影響因素的基礎(chǔ)上，利用較少定量信息，使決策思維過(guò)程數(shù)學(xué)化，在地學(xué)多因子復(fù)雜問(wèn)題綜合評(píng)價(jià)中具有特定優(yōu)勢(shì)，能有效實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)復(fù)雜問(wèn)題中定性與定量相結(jié)合的決策分析[16-18]。本文利用SPSSPRO軟件進(jìn)行決策分析，根據(jù)區(qū)內(nèi)滑坡的地質(zhì)特征，厘定地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、降雨、凍土凍融、地下水、地震、工程活動(dòng)8 個(gè)影響因素來(lái)構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行影響因素的兩兩對(duì)比分析；并參照Santy的1～9標(biāo)度法確定滑坡影響因素的重要性指標(biāo)（表1），構(gòu)建滑坡影響因素判斷矩陣（表2），進(jìn)行綜合數(shù)學(xué)運(yùn)算，得出影響因素的權(quán)重系數(shù)。

表1 滑坡影響因素的重要性指數(shù)表

表2 研究區(qū)滑坡影響因素判斷矩陣

通過(guò)計(jì)算得到最大特征值λmax=8.891 9，對(duì)應(yīng)的特征向量為0.417 7、4.221 2、0.674 5、3.227 0、1.585 8、0.905 0、0.297 9、0.664 7；對(duì)特征向量進(jìn)行歸一化，得到影響因素權(quán)重。檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性發(fā)現(xiàn)，CI=0.127 4、RI=1.41（n=8）、CR=0.090 4＜0.1，說(shuō)明滑坡影響因素指數(shù)選取合理。根據(jù)影響因素權(quán)重大小，研究區(qū)影響因素重要性由大到小依次為地層巖性、降雨、凍土凍融、地下水、地質(zhì)構(gòu)造、工程活動(dòng)、地形地貌、地震。

3.4 影響因素作用過(guò)程分析

根據(jù)地質(zhì)特征和影響因素分析，地層巖性和長(zhǎng)期的水巖作用是區(qū)內(nèi)滑坡聚集性分布的重要影響因素。鏡下分析顯示，新近系發(fā)育的粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖微孔隙和微裂隙發(fā)育，所含易溶性鹽類(lèi)礦物遇水發(fā)生水解、溶蝕（溶解）等作用，增大了巖石孔隙并降低了巖石強(qiáng)度，導(dǎo)致巖石初始損傷；長(zhǎng)期反復(fù)的凍土凍融作用加劇了巖石微觀(guān)裂隙的發(fā)育，進(jìn)一步降低了巖石強(qiáng)度；地質(zhì)構(gòu)造、工程活動(dòng)、地震等因素的疊加促使微孔隙、微裂隙發(fā)展成貫通性的裂隙面，在集中降雨期，巖土體失穩(wěn)，形成滑坡地質(zhì)災(zāi)害。受特殊的地質(zhì)條件和高原環(huán)境等因素影響，區(qū)內(nèi)滑坡集中分布在北東—南西帶狀展布的拉加盆地紅層區(qū)，最終形成了拉加滑坡群。

4 結(jié)語(yǔ)

基于野外調(diào)查，認(rèn)識(shí)了對(duì)研究區(qū)地質(zhì)背景和滑坡地質(zhì)特征，探討了滑坡的內(nèi)外影響因素，并利用AHP方法定量計(jì)算了各影響因素的權(quán)重，總結(jié)了影響因素的重要性。拉加滑坡群分布在北東—南西向帶狀展布的裂陷盆地區(qū)，具有空間群聚特征，分布范圍總體受裂陷盆地控制，與新近系紫紅色湖相碎屑巖地層空間關(guān)系密切。區(qū)內(nèi)滑坡集中發(fā)育在6—9月，與集中降雨期重疊，說(shuō)明與降雨關(guān)系密切。通過(guò)分析隆列、軍功兩處典型滑坡的滑體巖石開(kāi)展顯微組構(gòu)和成分發(fā)現(xiàn)，新近系紫紅色粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖微孔隙、微裂隙發(fā)育，巖石孔隙中的易溶性鹽類(lèi)礦物遇水發(fā)生水解、溶蝕（溶解）等作用，對(duì)巖層微觀(guān)組構(gòu)造成初始損傷。反復(fù)凍融、地質(zhì)構(gòu)造、工程活動(dòng)、地震等多因素的疊加影響，進(jìn)一步降低了巖層強(qiáng)度，在降雨誘發(fā)下，形成滑坡地質(zhì)災(zāi)害。區(qū)內(nèi)滑坡影響因素作用由強(qiáng)到弱依次為地層巖性、降雨、凍土凍融、地下水、地質(zhì)構(gòu)造、工程活動(dòng)、地形地貌、地震。