摘要：白龍江中游地區(qū)是我國地質(zhì)構(gòu)造復雜、構(gòu)造運動強烈、地形破碎、雨季集中的脆弱帶，4種因素相互疊加，使其成為我國著名的泥石流活躍區(qū)域。泥石流的特點是發(fā)育歷史長，分布密集，暴發(fā)頻繁，以黏性土為主，做波狀運動。泥石流堆積物以粗粒級為主相，具有強大的搬運能力，其沉積相分為5層，即粗礫泥石流層、細礫泥石流層、表泥層、沖刷層與底泥層。

關鍵詞：泥石流；形成條件；特征分析；沉積相

中圖分類號：P694 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）02-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.02.039

Analysis of Formation Conditions and Sedimentary Characteristics of Debris Flow in the Middle Reaches of Bailong River

ZHANG Jingzhuang1， SONG Shangxin2

（1. Fourth Institute of Geological and Mineral Exploration of Gansu Provincial Bureau of Geology and Mineral Resourses， Jiuquan 735000， China; 2. CHINALCO Kunming Survey and Design Institute Co.， Ltd.， Kunming 650000， China）

Abstract： The middle reaches of Bailong River is a fragile zone with complex geological structure， strong tectonic movement， broken terrain and concentrated rainy season in China， four factors are superimposed on each other， making it a famous active area of debris flow in China. Debris flow is characterized by long development history， dense distribution， frequent outbreaks， mainly cohesive soil and wavy movement. Debris flow deposits are mainly coarse grained and have strong transport capacity， their sedimentary facies are divided into five layers， namely coarse gravel debris flow layer， fine gravel debris flow layer， surface mud layer， scouring layer and bottom mud layer.

Keywords： debris flow; formation conditions; characteristic analysis; sedimentary facies

白龍江是長江支流嘉陵江的支流，白龍江流域是我國泥石流的典型發(fā)育區(qū)域。白龍江河谷發(fā)育在著名的白龍江深大斷裂帶上，地質(zhì)構(gòu)造復雜，新構(gòu)造運動強烈，地震活躍，自然條件特殊。白龍江流域為我國四大泥石流活躍區(qū)之一，僅在白龍江中游（兩河口至漢王寺）就有泥石流溝82條，每千米平均有2～3條，在隴南市武都區(qū)附近6 km長的沿岸就發(fā)育46條泥石流溝。一到雨季，在大氣降雨的參與下，泥石流破山而出，傾入白龍江，給沿岸城鎮(zhèn)村舍、水利設施和江河整治工程造成災害。白龍江中游泥石流的發(fā)生與發(fā)展過程是受區(qū)域自然環(huán)境控制的，有必要分析泥石流的形成條件及沉積特征，為進一步研究白龍江中游地貌提供依據(jù)。

1 泥石流的形成條件

1.1 地形地貌

白龍江發(fā)源于甘肅省碌曲縣境內(nèi)的郭爾莽梁北麓，流經(jīng)甘肅、四川兩省，全長為576 km，流域面積為3.18萬km2。根據(jù)流域特征，河源至舟曲縣為上游，舟曲縣至碧口為中游，碧口以下為下游。中游長為157 km，其中，兩河口至漢王寺長為61.29 km，流域面積為1 015.99 km2。地貌屬南秦嶺高中侵蝕、剝蝕構(gòu)造山地，地勢西北高、東南低，地表起伏大。研究區(qū)存在3級夷平面，海拔分別為3 200 m、2 600 m、2 300 m，夷平面以下為白龍江深切河谷（小盆地），該河谷是沿白龍江復背斜核部軟弱的志留系地層發(fā)育而成的，河谷橫斷面呈U形（谷中谷）。上層谷兩岸不對稱，右岸高陡，左岸低緩，谷坡角為35°，谷底寬為6～8 km；下層谷兩岸基本對稱，為第四系以來地殼上升、河流下切形成的U形寬谷。谷底寬度明顯受巖性控制，兩河口至羅寨的河段為志留系板巖、千枚巖組成的U形寬河谷，谷坡角為50°～60°，谷底寬為1 km。在較大支流匯合處，谷底寬為1.5～2.0 km，水面寬為50～100 m，河道曲折，河谷兩岸支溝眾多，溝口都有新、老洪積扇分布，河岸發(fā)育高出水面的階地。

1.2 地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造

在研究區(qū)，地層從志留系到第四系均有出露。志留系地層以軟弱的千枚巖、板巖為主；泥盆系至二迭系地層以堅硬的灰?guī)r、白云巖為主，夾軟弱的千枚巖；侏羅系至第三系地層以礫巖、砂巖為主，夾軟弱的頁巖和砂質(zhì)黏土；第四系堆積物主要有卵礫石層、泥礫角礫層、碎塊石礫土與黃土等。志留系地層為主體組成的白龍江復背斜在志留紀加里東運動后結(jié)束了海相沉積環(huán)境，形成武都山字形構(gòu)造。各期構(gòu)造運動互相重疊干擾，造成白龍江復背斜核部以軟弱巖石為主的志留系地層出現(xiàn)北西與北東向橫跨褶皺，撓曲發(fā)育、地層產(chǎn)狀紊亂、斷裂互相切割，形成西北—東南向展布的軟弱帶。

1.3 水源條件

白龍江中游地處我國大陸中部，為亞熱帶、暖溫帶、高原氣候的過渡帶，境內(nèi)山高谷深，氣候垂直差異懸殊，復雜多樣，多年平均降水量為474.6 mm，大部分地區(qū)降水量隨高度增加而增大。在海拔1 500 m以下，各谷地年降水量為400～500 mm；在1 500～2 000 m，年降水量為500～600 mm；在2 000 m以上的山坡，年降水量則大于600 mm。年內(nèi)降水分布不均，氣候分為干濕兩季，6—9月為雨季，雨季降水量占全年的51%～57%，7月最甚。

降雨是泥石流形成的一個重要因素，研究區(qū)形成泥石流的最小降雨強度為15～20 mm/h。經(jīng)觀測，10 min降雨量大于10 mm，1 h降雨量達25 mm，就會暴發(fā)泥石流。地面植被覆蓋很差，形成泥石流的暴雨強度要求不高，白龍江每年6—9月均可能出現(xiàn)形成泥石流的降雨條件，故每年都有泥石流暴發(fā)。

1.4 物源條件

白龍江兩側(cè)山體高大，左側(cè)有迭山，山峰海拔大于4 000 m，高出河谷2 000～3 000 m，右側(cè)有岷山，山峰海拔亦在4 000 m以上，高出河谷2 000～3 000 m。山勢陡峭，山巒疊峰，溝谷深切，支流屬V形谷，兩岸山坡坡度多在30°～45°，溝谷比降多在2%～4%，屬典型的高、中山深切地貌，為泥石流的運動提供極為有利的條件。

研究發(fā)現(xiàn)，對于穿過水平應力場的峽谷，應力在峽谷坡角最集中，而在應力集中的地方，巖石易受到破壞[1-2]。在區(qū)域新構(gòu)造應力場的背景下，當兩旁山地溝谷發(fā)育，而溝谷方向垂直于白龍江干流（即垂直于主壓應力方向）時，溝壁穩(wěn)定性差，容易滑塌，將為泥石流提供更多的松散物質(zhì)。泥石流的固體物質(zhì)來源以滑坡補給為主，這類重力侵蝕強度大、分布廣泛，斷裂構(gòu)造發(fā)育，地層破碎，尤其是新構(gòu)造運動造成山體與溝岸滑落、崩塌。武都有歷史記載的地震達數(shù)百次，固體物質(zhì)十分豐富[3]。泥石流分布同樣受到地層的制約，例如，在白龍江中游右岸出露志留系地層的部位，泥石流也發(fā)育。

2 泥石流的特點

2.1 發(fā)育歷史長，分布密集

白龍江中游泥石流溝口有大量堆積物，構(gòu)成河谷的四級階地，如圖1所示。最大堆積厚度接近200 m。該沉積層上覆有厚數(shù)米的馬蘭黃土及離石黃土。早在中更新世以前，這里就有泥石流活動。全新世以來有過幾期泥石流活動，幾乎所有溝谷都是泥石流溝，每千米平均有5條。

2.2 暴發(fā)頻繁

白龍江中游泥石流的固體物質(zhì)多由滑坡補給，滑坡面積占流域面積的10%～30%。例如，柳灣溝滑坡面積為0.25 km2，體積為860萬m3，堵塞段長為330 m，縱坡為30%，暴發(fā)頻繁；火燒溝滑坡面積為0.34 km2，體積為1 300萬m3，堵塞段長為1 900 m，縱坡為50%，暴發(fā)頻繁。

2.3 以黏性土為主，做波狀運動

白龍江中游面積小于50 km2的溝谷大多為黏性泥石流溝（見圖2），土壤容重為1.9～2.4 t/m3，固體顆粒質(zhì)量占比為80%，其中粒徑小于1 mm的顆粒約占40%，極限靜切應力為1～2 g/cm2。由于黏性大，泥石流多做波狀陣性流動，波高為0.5～2.0 m，最高達4 m，波的間隔時間一般為10～300 s，泥石流含有大量固體物質(zhì)，波狀物質(zhì)流動使流量集中，因而泥石流流量較清水流大3～20倍。

3 泥石流沉積特征

3.1 結(jié)構(gòu)特征

經(jīng)采樣分析，白龍江中游泥石流的礫含量為37.09%，砂含量為21.62%，粉砂含量為17.05%，黏土含量為23.04%。同一沉積相表現(xiàn)出一致的粒度分布特征，泥石流堆積物分布不集中，懸浮物含量高，分選差。泥石流堆積物以粗粒級為主相，具有強大的搬運能力。白龍江中游礫石以棱角狀為主，占比達52.50%，次棱角狀次之，占比達29%。礫石表面形態(tài)有擦痕與磨光面，漢王溝上游就有泥石流造成的U形谷磨光面。擦痕統(tǒng)計表明，其橫斷面大多具不對稱現(xiàn)象，條狀石的表面撞擊坑多，說明運動過程中多次發(fā)生突然猛烈撞擊[3-4]。

3.2 構(gòu)造特征

白龍江中游泥石流主要有層面構(gòu)造、袋狀流線構(gòu)造、石線構(gòu)造、載荷構(gòu)造、龜裂構(gòu)造、空洞構(gòu)造、充填構(gòu)造和層理構(gòu)造等[5-6]。漢王溝、泉家溝、龍床溝等處都可見到此類構(gòu)造。

3.3 沉積相特征

在白龍江中游，粗礫泥石流層厚度最大，以礫石為主，分選差，礫石的扁平面多傾向上游。相比粗礫泥石流層，細礫泥石流層粒徑較小，細粒物質(zhì)含量明顯增多，厚度減少。表泥層由砂、粉砂及黏土組成，與下伏層逐漸過渡，偶見小蝸牛及植物根系。泥石流沉積較長時間后，其頂部受流水沖刷而形成沖刷層。它在剖面中具有沉積間斷的意義，是泥石流活動過程中有較長時間停歇的代表層[6]。底泥層是泥石流初始階段鋪床過程形成的，由砂、黏土組成，隨下伏界面起伏，干涸后十分堅實，與下伏層有一個明顯的界線[6]。

4 結(jié)論

白龍江中游泥石流的發(fā)生與發(fā)展過程受區(qū)域自然環(huán)境控制，特別是構(gòu)造應力場的控制作用，其發(fā)育歷史長，分布密集，暴發(fā)頻繁，以黏性土為主，做波狀運動。泥石流堆積物以粗粒級為主相，具有強大的搬運能力。泥石流堆積物分布不集中，分選差，運動過程中多次發(fā)生突然猛烈撞擊。白龍江中游泥石流的沉積相分為粗礫泥石流層、細礫泥石流層、表泥層、沖刷層和底泥層。

參考文獻

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