甘肅武都馬槽溝泥石流松散物源分析

趙玉紅

(甘肅省地質環境監測院，甘肅 蘭州 730050)

甘肅省隴南地區是我國泥石流發育最集中、危害性最大的地區之一，而其中的馬槽溝又是武都北峪河流域內發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北峪河南岸，主溝長4.8 km，流域面積12.61 km，流域內沖溝發育，深切溝谷，比較典型的沖溝有紅溝、沿房子溝和橋子溝等。馬槽溝地質環境復雜，土體結構松散、基巖風化強烈，深切溝谷兩側滑坡發育、松散物儲量豐富，泥石流災害活動頻繁，危害嚴重。2008年“5.12汶川”大地震，松動了流域內巖土體，誘發了部分滑坡復活，增加了區域內泥石流松散物儲量。針對這種情況，在2009年9月對馬槽溝流域進行了實地調查，調查顯示流域內豐富的松散物源不僅與溝岸兩側不同規模滑坡、崩塌體有關，而且與流域所處地層巖性、地質構造密切相關。

1 地質環境條件

1.1 地質、構造條件

研究區在大地構造上屬于西秦嶺—柴達木單元次級單元西傾山—迭山逆沖褶斷帶，次級構造復雜多變，由一系列向南突出的弧形斷裂和復合式背斜組成。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(S1):分布于流域上游郭楞崗－張陰山一帶，以千枚巖、炭質板巖為主，呈灰色、灰黑色，受區域構造影響，巖石撓曲、裂隙、錯斷非常發育，風化強烈，巖石風化面多為5～10 cm的片石。

志留系中統(S2):主要為變質灰巖、片麻巖，巖石結構較完整，呈弱風化。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、泥質砂巖，呈紫紅色，層狀構造，巖石遇水易膨脹軟化，失水干縮，因而表面風化強烈，為泥石流重要物源。

圖1 馬槽溝環境地質圖

第四系(Q):研究區第四系地層成因復雜，結構松散，是泥石流的主要物源。

深黃、淺紅色，以粉土為主，質硬。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、板巖等易風化地層坡腳，呈裙狀分布，厚度1～10m不等，松散，是泥石流固體物質來源之一。

重力堆積物主要沿溝谷兩岸分布，類型有滑塌、崩塌、錯落等，結構松散，土質不均勻，黃土陷穴發育，坡面破碎。在強降雨、地震作用下易發生次級滑坡、崩塌、錯落等不良地質現象，是區內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。

全新統河流沖洪積物主要分布在馬槽溝溝谷中，呈灰色，棕紅色，結構松散，碎石含量約40%，分選性差，呈棱角－次棱角狀。

1.2 新構造運動及地震

受青藏構造帶和武都弧形構造的控制，白龍江流域新構造運動和地震活動十分強烈，新生代以來處于長期上升過程中，主要表現為差異升降運動，形成高山、深谷的地貌，如白龍江河谷形成了八級階地，高差達350m，馬槽溝深切200m。在多期構造運動中馬槽溝流域各類巖體也遭受了各種地質作用的長期累進性破壞，巖土體松散破碎。

隴南地區地處南北地震帶中段天水—武都地震帶，并受鄰近松潘—平武地震帶的強烈影響，屬地震多發區，其地震烈度為Ⅷ度。僅史料記載的7級以上地震就達16次，2006年臨江地震曾引發馬槽溝左岸崩塌，2008年“5·12”汶川地震更是引發多處滑坡、崩塌，僅馬槽溝流域內發生中型滑坡3處，小型滑坡10處，溝岸小型崩塌不計其數。區內新構造運動及地震為泥石流形成提供了源源不斷的物質來源。

1.3 地形地貌

馬槽溝流域地勢為南高北低的階梯形地貌，最大高差980m;流域形態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，也有利于降雨集中匯流，具備了泥石流溝的地貌形態特點。

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26.8%;而上游一些小溝谷的縱坡更是達到35%或以上。相對而言，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是谷坡陡竣，野外實地調查表明，由滑坡、崩塌等形成的松散物質坡度(松散狀態)為30～38°;較緊密的基巖山坡可達45～50°。總體上，這些邊坡多處于不穩定或極不穩定狀態，每當溝床下切而形成溯深侵蝕時，溝谷兩側誘發不同規模的滑坡、崩塌，而這些溝段也是馬槽溝泥石流的主要形成區。

2 松散物源類型及特征

2.1 泥石流松散物質分類

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

2.1.1 構造破碎基巖

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

2.1.2 風化破碎泥巖

分布于馬槽溝流域中下游，巖性為泥巖、砂質泥質，層狀構造，巖石遇水易膨脹軟化，失水干縮，因而表面風化強烈。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給泥石流，約占泥石流補給的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度，以粉質粘土為主，也以坡面沖刷和滑坍方式補給泥石流，約占整個泥石流補給的5%。

2.1.4 重力侵蝕堆積物

馬槽溝溝谷兩岸長4.8 km發育滑坡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其數，此類土體表現在一次泥石流形成時，以對其側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。總體上看，該類松散物源約占整個泥石流補給的70%。

2.2 不同松散物源對泥石流的補給方式

針對上述分析結果，流域內松散物源對泥石流補給主要表現為以下三種形式:(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

這是流域內所有松散物源轉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、裸露和強烈風化。這種方式補給的區域主要是黃土覆蓋區、炭質板巖區、泥巖區。總體上看，流域內以這種方式補給泥石流的松散物質方量是比較大的，預計約占泥石流總補給量的30%。

2.2.2 滑坡、崩塌

這是流域內松散物質轉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轉化方式，溝岸坡體在泥石流側蝕過程中，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，每一次暴發泥石流流體對山體坡腳的強烈掏蝕后，以及各支溝在每一次洪流形成的溯潭侵蝕過程中，即會導致山坡發生滑坡或滑坍。滑坡、崩塌形成的大量堆積物除部分直接進入泥石流外，絕大部分堆于坡腳，又為下次泥石流暴發提供了充足的物源。整個馬槽溝流域泥石流的暴發和沖溝深切都是在這種周而復始的循環中進行的，預計以此方式補給泥石流方量約占總補給量的65%。

2.2.3 流體沖刷

主要是指分布于溝道內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度等有關。一般情況下，溝床縱坡坡降大時，流體沖刷相對要更發育一些。預計以此方式補償泥石流方量約占總補給量的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

由于新構造運動活躍，武都地區總體隆升，溝谷發育，切割深度200m，在黃土梁峁區溝谷切穿上部黃土，深入下伏更新世或第三紀地層，黃土易沿接觸面附近下滑，而在侵蝕中高山區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

依據野外調查情況馬槽溝兩側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補給來源，泥石流溝坡面可搬運松散物質厚度平均20 cm左右。馬槽溝坡面補給區面積為3.47 km2，溝坡松散物質儲量為 69.4 ×104m3。

3.3 溝道松散固體物質儲量

上世紀九十年代修建7座攔擋壩有效的穩固馬槽溝溝道部分松散物進，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，溝道松散物儲量計算見表1。

表1 馬槽溝溝道松散固體儲量表

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，單位面積儲量為90.48×104m3/km2(表2)，遠遠超過了形成泥石流所需要的松散物質儲量。

表2 馬槽溝固體松散物質儲量統計表

4 結論

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

(2)流域松散物質對泥石流的補給方式表現為降雨坡面沖刷、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展過程實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來源;泥石流形成后沖刷溝岸，造成溝岸坡腳失穩，引發大量的滑坡、崩塌堆積物，為泥石流的再次爆發提供物源。

［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告［R］.甘肅省地質環境監測院.2009，9.

［2］劉心彪.甘肅馬槽溝滑坡特征及其治理對策［J］.中國地質災害與防治學報，2011，22(1):22—25.