大渡河流域重大地震滑坡发育特征与成因机理研究
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摘要
自2008年汶川地震来，地震滑坡已成为地质工程界最为热门的研究课题之一。调查发现，在我国西部的大渡河干流发育有一系列成群分布的大型～巨型的地震滑坡，在得妥～黄金坪元古代花岗岩及闪长岩组成的河段，有16个大规模滑坡堆积体密集分布，线密度达到0.25个/km。而汶川地震触发的大型～巨型滑坡主要集中在层状变质岩及沉积岩区域，震源上盘的元古代花岗岩及闪长岩分布区仅有崩塌发育，这种巨大差异受何种因素控制？地震滑坡对大渡河工程地质环境有何直接或间接影响？备受工程地质领域关注。通过对流域重大地震滑坡发育特征的系统调查与分析，揭示其成因机理，具有理论与现实意义。作者在中国地调局和国家基金委的资助下，利用高精度遥感解译，现场调查大渡河干流重大地震滑坡，通过取芯钻探、物探及大比例尺工程地质测绘等手段对典型地震滑坡进行深入解剖，采用统计分析、定性分析、数值模拟等方法，对大渡河流域的河谷演化、地应力集中特征、重大地震滑坡的发育特征、分布规律和成因机理进行了深入研究，较为系统全面的研究了流域内重大地震滑坡的相关工程地质特征。主要研究成果和结论如下：
（1）首次全面揭示了大渡河河谷演化特征。在大渡河流域不同河段的阶地和剥夷面进行地貌分析和取样测年，结合前人对流域内部分河段的河谷发育演化等相关成果，对大渡河双江口～乐山干流上、中、下游全河段的河谷演化特征进行补充完善，得出大渡河干流河段主要发育有三级夷平面和4～6级阶地，河谷上、下游宽缓，中游段狭窄，河流走向主要受区域断裂构造控制的结论。
（2）总结出大渡河流域6种高地应力集中模式。借助流域内相关工程的地应力测试资料以及对相关断裂构造活动性的理解，对流域内高地应力的分布特征进行了研究，分析了流域内小金、丹巴、金汤、泸定、大岗山、瀑布沟以及金口河等多个高地应力集中区的特征和分布规律，首次提出斜列或交汇应力集中、梯形断块端部高地应力集中、弧形构造近顶部应力集中、三组断裂交汇部位应力集中、断裂紧缩部位压应力集中、北东向与北西向构造交汇转弯部位压应力集中等6种高地应力集中模式。
（3）全面揭示了大渡河重大地震滑坡的发育规律。确定了大渡河流域重大地震滑坡的判别标准。在对大渡河干流22处地震滑坡进行工程地质调查（其中大多数的地震滑坡前人无相关研究）和分析后，得出这些滑坡多有规模大、滑源高、滑距远、有河流堰塞历史等特征。在调查分析的基础上，对流域内重大地震滑坡的平面、剖面和时间的分布规律进行研究，揭示它们具有沿河流、断裂带呈线状分布以及沿应力集中区呈片状分布的平面分布规律；剖面上具有多形成于河谷谷肩，失稳后堆积于现今河床的规律，形成滑坡的微地貌多为地形坡度由缓变陡的坡折部位、单薄山脊、孤立山头或多面临空的山体以及河流凹岸等对地震波有明显放大作用的部位；从形成时间上看流域内重大地震滑坡可分为近代滑坡、老滑坡和古滑坡三类，其中0～1万年前和1.5～2.5万年前这两个时间段为地震滑坡的高发时段。
（4）基于对摩岗岭典型地震滑坡的深入剖析，揭示了其成因机理及运动过程。借助高精度遥感解译、大比例尺工程地质测绘、取芯钻探、物探、ESR测年等手段，从其形成的地质环境条件入手，研究了滑坡体的边界特征、物质组成以及形成机制，认为该滑坡具有抛射并堰塞河流的特点，高烈度环境、单薄山脊以及穿过坡体下方的得妥断裂都为滑坡的形成提供了有利的地质条件，而1786年磨西7.75级地震直接触发了滑坡的形成。揭示摩岗岭滑坡的成因机理为河谷卸荷-震动拉裂-断层压缩-剪断抛射堆积的模式。
（5）按照地震滑坡发育的构造背景、地貌和坡体结构特征，总结出震动拉裂-顺层滑移、震动拉裂-剪断滑移、震动拉裂-剪断抛射、震动拉裂-断层压缩-剪断抛射以及震动拉裂-台阶式滑移等五种大渡河流域地震滑坡成因模式。
Since the2008Wenchuan Earthquake, researches on the seismic landslidebecome one of the most popular research topics in the geological engineering field,According to field investigation, there are lots of large-scale seismic landslidesdistributed in groups along the Daduhe River in western China. And16large-scalelandslide accumulations were distributed between Detuo and Huangjinping reach,with the line density of0.25per kilometer, as the reach slope consisted of Proterozoicgranite and diorite. But seismic landslides triggered by Wenchuan Earthquake werealmost developed in layered sedimentary rocks or metamorphic rocks area, and onlysome collapses were developed in the Proterozoic granite and diorite area near theepicenter. What factors determined this huge difference? Dose the seismic landslidehave a direct or indirect impact on the geological environment of the Daduhe River?Many geologists were concerned about these questions. Systematic investigation andanalysis on the characteristics of seismic landslide developed in Daduhe River as wellas revealing its genetic mechanism have theoretical and practical significance. Fundedby the Geological Survey and the National Science Foundation of China, the authoruses the methods such as: high-precision remote sensing interpretation, fieldinvestigation, core-drilling, geophysical, large-scale geological survey, statisticalanalysis, qualitative analysis and numerical simulation, to do research on theevolution of the Daduhe valley, the stress concentration characteristics in this area, thedevelopment characteristics, the distribution feature and the genetic mechanism theseismic landslide. The achievements and conclusions are given as follow.
(1) This paper reveals the evolution characteristics of the Daduhe valley for thefirst time. The author did geomorphologic analysis and ESR dating at terraces orplanation surfaces in different reaches of the Daduhe River. Combined with theprevious achievements related to the river’s evolution, the author complemented theevolution research of the whole river. Conclusions are obtained that the Daduhe River is mainly developed with3planation surfaces and4-6terraces, that both the upstreamand the downstream of this river are wide, that the middle stream is narrow and theriver strike is controlled by regional fault structures.
(2) This paper summed up six high ground-stress concentration modes in theDaduhe River. The author analyzed the distribution characteristics of highground-stress with support of ground-stress testing data from related projects, andcomprehension of fault activity characteristics. This paper also reveals characteristicsand distribution of the high ground-stress concentration area, which is near XiaojinCounty, Danba County, Jintang District, Luding County, Dagangshan District,Pubugou District and Jinkouhe County. This paper firstly proposed six modes abouthigh ground-stress concentration including Echelon or intersection high ground-stressconcentration mode, ends of trapezoidal fault block high ground-stress concentrationmode, top of arc structure high ground-stress concentration mode, three groupsfracture intersections high ground-stress concentration mode, fracture tightening partshigh ground-stress concentration mode, intersection turning parts of NE-strikefracture and NW-strike fracture high ground-stress concentration mode.
(3) The developing regularity of the Daduhe seismic landslides is also revealedin this paper.22landslides on the Daduhe geological zone (most of landslides arestudied in first time) were researched. Through statistical analysis of landslide, it wasconcluded that the landslides are large-scale, high source of slip, long distancemovement and caused river barrage. On the basis of investigation, researching theplan and cross section of serious seismic landslides, and the time of landslidesformation, this paper analyzed three-dimensional relationship and revealed two lawsin plan section (along the river, the fault zone plane distribution law was linear andalong the stress concentration zone was patchy); in cross section, landslides formationin Daduhe valley shoulder, accumulated in river bed and the Micro-topographicalwere special places (such as slope-break thin ridges, isolated hills, cliff and riverconcave bank) where the slope was steep slowly varying and could have the effect ofamplification of seismic waves apparently; on the time scale, the serious landslidescan be divided into two types-old landslides and ancient landslides. Specially, from0to1million and1.5to2.5million years ago, earthquake landslides occur frequently inresearch zone.
(4) Deep analysis of Mogangling typical seismic landslide was also made in thispaper. By way of high-precision remote sensing interpretation, core-drilling,geophysical, large-scale geological survey, and ESR dating methods, starting from the geological environmental conditions, this paper analyzed the landslide boundary,composition, and mechanism, reaching the conclusion that the landslide have ejectionand damming characteristics. The high intensity environment, thin ridge topographyand the Detuo fault which pass through the accumulation are beneficial for theformation of landslide. The Mogangling landslide was direct triggered by Moxi7.75earthquake in1786. The genetic mechanism of this landslide is slopeunloading-vibration crack-fault affecting-projectile slip mode.
(5) This paper summed up five landslide formation modes triggered byearthquake In Daduhe valley such as the vibration crack planar block slip; vibrationcrack cut slip; vibration crack projectile slip; vibration crack fault affecting projectileslip; vibration crack stage slip etc.
（1）首次全面揭示了大渡河河谷演化特征。在大渡河流域不同河段的阶地和剥夷面进行地貌分析和取样测年，结合前人对流域内部分河段的河谷发育演化等相关成果，对大渡河双江口～乐山干流上、中、下游全河段的河谷演化特征进行补充完善，得出大渡河干流河段主要发育有三级夷平面和4～6级阶地，河谷上、下游宽缓，中游段狭窄，河流走向主要受区域断裂构造控制的结论。
（2）总结出大渡河流域6种高地应力集中模式。借助流域内相关工程的地应力测试资料以及对相关断裂构造活动性的理解，对流域内高地应力的分布特征进行了研究，分析了流域内小金、丹巴、金汤、泸定、大岗山、瀑布沟以及金口河等多个高地应力集中区的特征和分布规律，首次提出斜列或交汇应力集中、梯形断块端部高地应力集中、弧形构造近顶部应力集中、三组断裂交汇部位应力集中、断裂紧缩部位压应力集中、北东向与北西向构造交汇转弯部位压应力集中等6种高地应力集中模式。
（3）全面揭示了大渡河重大地震滑坡的发育规律。确定了大渡河流域重大地震滑坡的判别标准。在对大渡河干流22处地震滑坡进行工程地质调查（其中大多数的地震滑坡前人无相关研究）和分析后，得出这些滑坡多有规模大、滑源高、滑距远、有河流堰塞历史等特征。在调查分析的基础上，对流域内重大地震滑坡的平面、剖面和时间的分布规律进行研究，揭示它们具有沿河流、断裂带呈线状分布以及沿应力集中区呈片状分布的平面分布规律；剖面上具有多形成于河谷谷肩，失稳后堆积于现今河床的规律，形成滑坡的微地貌多为地形坡度由缓变陡的坡折部位、单薄山脊、孤立山头或多面临空的山体以及河流凹岸等对地震波有明显放大作用的部位；从形成时间上看流域内重大地震滑坡可分为近代滑坡、老滑坡和古滑坡三类，其中0～1万年前和1.5～2.5万年前这两个时间段为地震滑坡的高发时段。
（4）基于对摩岗岭典型地震滑坡的深入剖析，揭示了其成因机理及运动过程。借助高精度遥感解译、大比例尺工程地质测绘、取芯钻探、物探、ESR测年等手段，从其形成的地质环境条件入手，研究了滑坡体的边界特征、物质组成以及形成机制，认为该滑坡具有抛射并堰塞河流的特点，高烈度环境、单薄山脊以及穿过坡体下方的得妥断裂都为滑坡的形成提供了有利的地质条件，而1786年磨西7.75级地震直接触发了滑坡的形成。揭示摩岗岭滑坡的成因机理为河谷卸荷-震动拉裂-断层压缩-剪断抛射堆积的模式。
（5）按照地震滑坡发育的构造背景、地貌和坡体结构特征，总结出震动拉裂-顺层滑移、震动拉裂-剪断滑移、震动拉裂-剪断抛射、震动拉裂-断层压缩-剪断抛射以及震动拉裂-台阶式滑移等五种大渡河流域地震滑坡成因模式。
Since the2008Wenchuan Earthquake, researches on the seismic landslidebecome one of the most popular research topics in the geological engineering field,According to field investigation, there are lots of large-scale seismic landslidesdistributed in groups along the Daduhe River in western China. And16large-scalelandslide accumulations were distributed between Detuo and Huangjinping reach,with the line density of0.25per kilometer, as the reach slope consisted of Proterozoicgranite and diorite. But seismic landslides triggered by Wenchuan Earthquake werealmost developed in layered sedimentary rocks or metamorphic rocks area, and onlysome collapses were developed in the Proterozoic granite and diorite area near theepicenter. What factors determined this huge difference? Dose the seismic landslidehave a direct or indirect impact on the geological environment of the Daduhe River?Many geologists were concerned about these questions. Systematic investigation andanalysis on the characteristics of seismic landslide developed in Daduhe River as wellas revealing its genetic mechanism have theoretical and practical significance. Fundedby the Geological Survey and the National Science Foundation of China, the authoruses the methods such as: high-precision remote sensing interpretation, fieldinvestigation, core-drilling, geophysical, large-scale geological survey, statisticalanalysis, qualitative analysis and numerical simulation, to do research on theevolution of the Daduhe valley, the stress concentration characteristics in this area, thedevelopment characteristics, the distribution feature and the genetic mechanism theseismic landslide. The achievements and conclusions are given as follow.
(1) This paper reveals the evolution characteristics of the Daduhe valley for thefirst time. The author did geomorphologic analysis and ESR dating at terraces orplanation surfaces in different reaches of the Daduhe River. Combined with theprevious achievements related to the river’s evolution, the author complemented theevolution research of the whole river. Conclusions are obtained that the Daduhe River is mainly developed with3planation surfaces and4-6terraces, that both the upstreamand the downstream of this river are wide, that the middle stream is narrow and theriver strike is controlled by regional fault structures.
(2) This paper summed up six high ground-stress concentration modes in theDaduhe River. The author analyzed the distribution characteristics of highground-stress with support of ground-stress testing data from related projects, andcomprehension of fault activity characteristics. This paper also reveals characteristicsand distribution of the high ground-stress concentration area, which is near XiaojinCounty, Danba County, Jintang District, Luding County, Dagangshan District,Pubugou District and Jinkouhe County. This paper firstly proposed six modes abouthigh ground-stress concentration including Echelon or intersection high ground-stressconcentration mode, ends of trapezoidal fault block high ground-stress concentrationmode, top of arc structure high ground-stress concentration mode, three groupsfracture intersections high ground-stress concentration mode, fracture tightening partshigh ground-stress concentration mode, intersection turning parts of NE-strikefracture and NW-strike fracture high ground-stress concentration mode.
(3) The developing regularity of the Daduhe seismic landslides is also revealedin this paper.22landslides on the Daduhe geological zone (most of landslides arestudied in first time) were researched. Through statistical analysis of landslide, it wasconcluded that the landslides are large-scale, high source of slip, long distancemovement and caused river barrage. On the basis of investigation, researching theplan and cross section of serious seismic landslides, and the time of landslidesformation, this paper analyzed three-dimensional relationship and revealed two lawsin plan section (along the river, the fault zone plane distribution law was linear andalong the stress concentration zone was patchy); in cross section, landslides formationin Daduhe valley shoulder, accumulated in river bed and the Micro-topographicalwere special places (such as slope-break thin ridges, isolated hills, cliff and riverconcave bank) where the slope was steep slowly varying and could have the effect ofamplification of seismic waves apparently; on the time scale, the serious landslidescan be divided into two types-old landslides and ancient landslides. Specially, from0to1million and1.5to2.5million years ago, earthquake landslides occur frequently inresearch zone.
(4) Deep analysis of Mogangling typical seismic landslide was also made in thispaper. By way of high-precision remote sensing interpretation, core-drilling,geophysical, large-scale geological survey, and ESR dating methods, starting from the geological environmental conditions, this paper analyzed the landslide boundary,composition, and mechanism, reaching the conclusion that the landslide have ejectionand damming characteristics. The high intensity environment, thin ridge topographyand the Detuo fault which pass through the accumulation are beneficial for theformation of landslide. The Mogangling landslide was direct triggered by Moxi7.75earthquake in1786. The genetic mechanism of this landslide is slopeunloading-vibration crack-fault affecting-projectile slip mode.
(5) This paper summed up five landslide formation modes triggered byearthquake In Daduhe valley such as the vibration crack planar block slip; vibrationcrack cut slip; vibration crack projectile slip; vibration crack fault affecting projectileslip; vibration crack stage slip etc.
引文
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