王盈 金家梁 袁仁茂



摘要:綜合已有研究成果,在地質災害解譯的基礎上,對藏東南地區的崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的分布特征、發育規律及其影響因素進行了分析。結果表明:研究區地質災害點主要分布在雅魯藏布江流域北段以及“三江”流域南北兩側,在空間展布上具有不均勻性和分段群集性。在斷裂活動、地層巖性、地形地貌以及人類工程活動等因素的影響下,地質災害點集中發育在高山峽谷地貌、河流切割強烈的地區,以大理巖、板巖、白云巖、石灰巖、鈣質砂巖、超基性巖類等為主的較堅硬巖類和以片巖、片麻巖類為主的較堅硬-較軟弱巖性分布的地區,斷裂帶分布、構造活動強烈的地區以及人類工程活動強烈的地區,如主要公路沿線等。
關鍵詞:藏東南地區;地質災害;發育規律;影響因素
中圖分類號:P31594?? 文獻標識碼:A?? 文章編號:1000-0666(2019)03-0428-10
0 引言
滑坡、泥石流等災害作為世界范圍內廣泛分布且又極具破壞力的地質災害類型,不但對山區地貌演化過程具有重大影響,而且經常造成重大的生命財產損失(Aleotti,Chowdhury,1999;Dai et al,2002;Guzzetti et al,1999)。尤其是在高山峽谷區,極易發生滑坡、泥石流等災害,造成重大災難和損失。
對區域地質災害的發育和空間分布規律的研究主要基于GIS技術,運用一定的統計方法分析災害的分布與氣象水文、地質構造、地層巖性以及人類活動等影響因素的相關性,總結歸納地質災害的發育和空間分布特征,進而進行危險性分區與檢驗。影響因素大致分為地質環境因素,如地形地貌、地質構造、地層巖性等(夏金梧,1995;夏金梧,郭厚楨,1997;王治華,2007;Zhang et al,2012;強菲等,2015;石玲等,2013)和誘發因素,如地震(祁生文等,2009;許沖等,2013;沈玲玲等,2016;代博洋等,2017)、降雨(陳劍等,2005;Althuwaynee et al,2015)等。通過對地質災害進行概率統計,可以獲得更為廣泛的分布規律。目前研究主要是通過統計一些常見影響因素與地質災害的面積或數量之間的關系,或者借助分形理論(滕宏泉等,2016;林濤,2015)分析評價影響因子的重要程度以及災害的空間分布規律。
青藏高原東南緣是我國地震、滑坡及泥石流等地質災害影響最為強烈的區域之一(徐則民等,2013;張培震等,2003),特別是在地震或暴雨條件下,數百米以上的高陡岸坡經常因集中性失穩而形成特大滑坡(群),造成河道堵塞(Yuan et al,2010;萬海斌,2000;王蘭生等,2012),因此,這一地區也成為了全球發生滑坡、崩塌等地質災害最頻繁的地區之一(徐則民等,2013),嚴重阻礙了當地的社會經濟發展。以往對藏東南地區地質災害的研究,以川藏公路沿線一些大型或特大型災害的具體實例或特定公路段的地質災害分布特征研究居多,如帕隆藏布102大滑坡、迫龍溝泥石流、易貢巨型大滑坡等(程尊蘭,吳積善,2011;廖秋林等,2003;魯修元等,2000;羅濤等,2017;呂杰堂等,2003;王治華,2003;袁廣祥等,2010;曾慶利等,2009)。也有對該地區地質災害發生的必要條件、形成機理和發育規律以及災害的易發性評估等的研究(杜國梁等,2016;郭佳寧等,2009;何果佑等,2012;王培清,黎普明,2002;楊志華等,2017)。
在前人研究基礎上,本文通過統計,分析了藏東南地區的地質災害和影響因子的相關性,探討了控制研究區地質災害分布規律的地震構造背景條件,分析了地質災害的影響因素。
1 區域構造背景
藏東南地區地處青藏高原東南緣,地勢高陡,平均海拔超過4 000 m。總體上,西北部地勢高,東南區域較低。研究區西北側,地貌起伏比較緩和,湖泊分布廣泛,多年凍土發育,為山原地貌;東南側為雅魯藏布江流域和三江流域,河流下切,相對高差增大,多為高山峽谷。但雅魯藏布江流域屬于喜馬拉雅高山極高山地貌,在大拐彎附近的高山上的海洋性冰川特別發育,三江流域屬于江河上游高山谷地和橫斷山高山峽谷地貌。在高山河谷地區,多為深切峽谷,山高谷深,地表破碎,地質災害比較發育。
研究區是印度板塊和歐亞板塊的接觸部位,地質構造復雜,包含拉薩地塊、羌塘地塊、川滇地塊等,主要斷裂有雅魯藏布江斷裂、金沙江斷裂、怒江斷裂、嘉黎斷裂等。地層巖性主要有前震旦系的千枚巖和板巖,燕山期花崗巖,大片的變質巖,奧陶系的砂板巖、灰巖,古生界的石英巖、白云巖、千枚巖等,石炭系的灰巖、含煤碎屑巖、火山巖,三疊系的灰巖、頁巖、粉砂巖及少量火山巖,侏羅系的灰巖、頁巖、粉砂巖、火山巖,白堊系花崗巖以及第四系沉積物。研究區各時期巖性均有分布,包括不少侵入巖和變質巖,在斷裂活動的影響下,巖性更為復雜多樣。
2 數據選取
本文中的崩塌、滑坡、泥石流地質災害數據一部分來源于高鵬(2010)的研究及全國地質災害通報(2009—2016年) 中國地質環境信息網http://wwwcigemgovcn(中國地質災害環境監測院),共計有崩塌156個、滑坡174個、泥石流608個;另一部分通過野外調查和基于Google Earth解譯獲取,共計有崩塌118個、滑坡201個、泥石流106個。綜上,研究區內地質災害點共有1 363個,包括崩塌274個、滑坡375個、泥石流714個,其分布狀況見圖1,其中,泥石流災害數量超過總數的50%(表1)。相關水系和流域數據則來源于中國科學院資源環境科學數據中心 資源環境數據云平臺http://wwwresdccn;高程、坡度、坡向、斜坡曲率等數據是基于NASA SRTM1 v30 30m的DEM數據;公路網數據來源于1∶ 500萬西藏交通地圖2014版;地層數據來源于1∶ 50萬數字地質圖 國家地質資料數據中心全國館數字地質資料館http://wwwngacorgcn;活動斷層數據來源于1∶ 400萬活動構造圖(鄧起東,2007)矢量數據。
3 地質災害分布特征
藏東南地區由于其獨特的構造背景條件、復雜的地形地貌、多樣的氣候分區,地質災害非常發育,具有明顯的區域性和地形特征,在空間展布上具有不均勻性和分段群集性的特點(高鵬,2010)。
地質災害的不均勻性特征主要體現于明顯的依據流域分布,且研究區西北側分布數量特別稀疏,其他區域相對密集。研究區內的流域主要包括雅魯藏布江流域、怒江流域、瀾滄江流域、金沙江流域,其中,雅魯藏布江流域的分布面積最大,怒江流域次之,分別占研究區總面積的38%和24%,金沙江和瀾滄江流域所占面積相當。地質災害大致分布在雅魯藏布江流域北段以及怒江、???瀾滄江、金沙江“三江”流域的南北兩側(圖1)。總體上,雅魯藏布江流域的地質災害數量最多,但是災害分布密度和瀾滄江相當。地質災害的群集性特征主要表現為沿江兩岸呈帶狀相對集中分布,主要發育于雅魯藏布江流域北段和“三江”流域,多數分布在主流及支流的河谷地帶。特別是在雅魯藏布江大拐彎的北段,正好是西藏公路南線經過區域,加上人類活動的影響,災害眾多,曾發生東久滑坡群、易貢巨型滑坡、102大滑坡、迫龍溝泥石流等。
雅魯藏布江流域的滑坡有176個,“三江”流域的滑坡有近200個。以瀾滄江流域滑坡災害分布最廣,其次是怒江流域,在瀾滄江流域和雅魯藏布江流域,滑坡點密度最大(圖2)。研究區內? ?x的崩塌也十分發育,其分布特征與滑坡幾乎一致,分布于雅魯藏布江流域的數量最多,“三江”流域的數量約為雅魯藏布江流域的一半。在金沙江和雅魯藏布江流域,崩塌點密度相近,怒江和瀾滄江流域的點密度則相對較小。泥石流是研究區內分布最廣泛的災害,分布在雅魯藏布江流域的數量遠多于其他流域(表1),但是瀾滄江流域和雅魯藏布江流域的泥石流點密度最大,約為0002 個/km2,稍大于金沙江和怒江流域(圖2)。
4 地震構造控制條件
藏東南地區地質災害的分布特征主要受塊體活動性、斷裂活動等區域構造條件控制。在嘉黎斷裂中段、雅魯藏布江斷裂、米林—東久斷裂、阿尼橋斷裂交匯的南迦巴瓦區域以及瀾滄江和怒江斷裂帶附近,構造環境復雜,地震活動強烈,地質災害分布密集。
藏東南地區包含多個活動塊體和多條邊界斷裂,活動強烈。在印度板塊與歐亞板塊強烈碰撞的過程中,藏東南地區的各地塊位于不同的構造部位,受到不同大小、性質的構造應力作用。塊體之間的活動差異,明顯改變了山脊水系的走向,影響了地貌環境,進而影響地質災害的發育及分布。研究區內的斷裂活動具有差異性的特征:金沙江斷裂總體呈右旋走滑的特征,但是在右旋為主的背景下,多處表現出了左旋運動特征(呂弋培等,2002);瀾滄江斷裂帶在新生代以來,活動強烈,以走滑逆沖運動為主,并且伴有區域變質及巖漿侵入活動(鐘康惠等,2004);怒江斷裂帶則是繼承性斷裂帶,新近紀以來,表現為擠壓逆沖和右旋走滑運動(唐方頭等,2010);嘉黎斷裂帶是喀喇昆侖—嘉黎斷裂帶的東南段,Armijo等(1989)認為它是青藏高原主體向東擠出的南邊界,具有強烈的右旋走滑活動;雅魯藏布江斷裂總體呈EW向展布,東段(米林以東)急劇偏轉為NE向,中段呈EW向,但波狀起伏特征明顯,而且斷裂的最新活動表現為以正斷或右行平移-正斷為主,米林以東活動性較強,米林以西斷裂活動性較弱(彭小龍,王道永,2013);阿尼橋斷裂的總體運動學性質為具逆沖性質的右行走滑;東久—米林斷裂是一條具逆沖性質的左行走滑帶,可能是夾持中間南迦巴瓦構造結地塊的兩邊界(丁林等,1995;張進江等,2003)。
總之,藏東南地區塊體活動差異大,斷裂性質不同,這種復雜構造分布及其強烈的活動性為地質災害的發生提供了重要的前提條件,也因此導致地震頻繁發生。在頻發地震動的破壞下,邊坡的應力平衡遭到破壞,各種結構面擴展或聯通,大大降低了邊坡的穩定性,最終可能導致失穩破壞,發生大量地質災害;而活躍的構造活動或地震動也會造成巖土體松散,穩定性下降,在降雨等誘發因素的作用下,發生失穩破壞。所以研究區的地震構造分布及其強烈的活動性特征形成了該區域地質災害發生的宏觀控制條件。
5 影響因素分析
藏東南地區的地質災害分布特征受到宏觀地震地質條件的控制,但地質災害集群分布特征則受到多種地質、地理條件因素的影響,包括地形地貌、地質構造、地層巖性、人類活動等。
51 地形地貌
地形地貌是影響地質災害發生的重要因素之一。藏東南地區山系眾多,水系發育,包含橫斷山高山峽谷、江河上游高山谷地、江河源丘狀山原、喜馬拉雅高山極高山4種地貌,兼有谷地、盆地、丘陵、山地等地貌(李炳元等,2013)。其西北部地勢起伏相對較小,地質災害數量較少,東南部多高山峽谷地貌,地形高差大,河流侵蝕主要以下切為主,由此形成了大量高陡斜坡,為崩塌、滑坡、泥石流的發生提供了地形條件。地形地貌對崩塌、滑坡、泥石流等災害的影響因素主要包括高程、地形起伏度、坡向、坡度、水系等。
不同高程的氣候、溫度、濕度、水系、巖石風化程度都會有所不同,導致土壤、植被類型也有所差異,且高程與降雨之間具有很好的相關性,而降雨又是滑坡災害重要的誘發因素之一(杜國梁,2017)。為了統計高程和地質災害分布的關系,對研究區的高程進行分類,然后統計各分類面積以及各類地質災害的點密度,如圖3a顯示,分類面積最大的高程為40~50 km,約占52%,其次是高程為35~40 km和50~55 km。各類地質災害的易發高程范圍有所不同:崩塌點密度最大高程范圍在05~10 km和20~25 km;滑坡的點密度最大值則位于10~15 km以及20~25 km;泥石流的點密度最大值在30~40 km;總的最大點密度分布在05~10 km和20~25 km。總體上地質災害主要發生在<40 km的范圍內,其主要原因是這個高程范圍主要為集水區,地表徑流強烈,侵蝕嚴重,災害易發生。
地形起伏度主要反映地表的起伏變化,起伏度越大,地勢變化越明顯。本文利用變點分析法確定了最佳起伏度窗口尺寸(陳宇,2016),生成起伏度圖層,對研究區不同地形起伏度的分類面積和點密度進行統計。圖3b顯示:地形起伏度在100~250 m的分類面積最大,總體上各類地質災害點密度隨著相對高程的增加而呈遞增趨勢,在400~450 m總災害點密度相對較大,災害易發性較高,在450~500 m存在突降,可能是收集的數據量不夠導致。
斜坡的坡度與可能轉化為滑動面的坡體結構面傾角決定了坡體的臨空面能否成為滑坡發育的有效臨空面,并決定了滑坡的幾何特征,坡度應力分布也決定著滑坡的穩定性(樊曉一,2013),坡度越陡則越容易引發滑坡、崩塌。為了統計坡度與地質災害分布的關系,將坡度分類,然后統計各級分類坡度的分布面積和各類地質災害的點密度(圖3c)。研究區內的坡度主要集中在40°以下,坡度為30°~45°的區域崩塌和滑坡分布數量較多,分別占到了一半以上;泥石流數量在坡度為25°~35°的區域最多。坡度低于10°和超過60°的區域災害數量很少,這是因為坡度過高,不容易堆積物質,而坡度過低則缺乏滑動的動力。滑坡的點密度隨著坡度的增加而不斷增加,至55°~60°達到最大值,超過60°有所下降;崩塌的點密度最大值位于60°以上;泥石流點密度在50°~55°最高;總災害點密度都隨著坡度的增加而增加,并且最大點密度分布于50°~55°,最大為0176個/km2。
坡向影響斜坡的穩定性,一般陽坡容易發生滑坡災害,表現在陽坡的蒸發量大,土壤含水量小,植被覆蓋率偏小,降雨量多,風化程度更強(王朝陽,2008;王朝陽,陳吉普,2007)。非地震滑坡的坡向效應可能主要由于不同坡向的斜坡上的植被覆蓋、光照、降雨、土壤條件等的不同。對于地震地質災害,坡向效應主要是由于地震因素在不同坡向斜坡上的表現不同,如塊體運動方向、主應力方向、地震波傳播方向等(許沖,沈玲玲,2014)。坡向與斷層破裂方向的夾角,控制地震滑坡的頻率、坡度和面積的分布(樊曉一等,2012)。由對災害點的坡向統計結果(圖3d)可以看出,在各個朝向都有災害分布,西南、南、東南3個方向上災害最發育。
斜坡的曲率代表了坡形,曲率為正是凸形坡;為負是凹形坡;為0是平坡。統計研究區曲率各級面積以及各類地質災害的點密度。圖3e顯示:研究區的各級面積大致以0為中心,向兩側逐漸減少。而曲率靠近0,各類地質災害點密度達到最低,向左右兩側有增加的趨勢,說明地面越平坦,地質災害越不容易發生,地形越坎坷,則容易發生。將圖3e的16類曲率合并為8類,按照同樣的方法進行統計(圖3f),同樣顯示,越靠近0,分類面積越大,點密度越小,災害越不易發生。
研究區內水系發育,河流的側向侵蝕和下切侵蝕作用,掏蝕河岸,使坡度變陡,臨空面增大,是產生滑坡等災害的重要原因,也是造成高山峽谷地貌的重要因素。一般距離河流越近,受到的影響越大,災害越發育。利用ArcGIS對研究區內的河流進行緩沖區分析,然后統計各個分類面積和區域內的災害點密度(圖3g)。從圖3g可以看出,隨著與河流距離的增加,各個災害的數量逐漸減少,但是泥石流呈現出先增加后減少的趨勢。這是因為泥石流一般從地勢比較高并且松散物質比較多的地方流到地勢低的地方,搬運距離相對較長,而河流地勢低,大多是泥石流的堆積區,則受到河流的影響比較小,因而在距離河流比較近的區域,數量并不多。各類地質災害的點密度在小于6 km的范圍內達到較大,且隨距離增加,點密度逐漸減小。這表明,隨與河流距離的增加,災害易發性不斷降低。
52 地質構造
斷裂活動是地質災害形成過程的重要條件,是許多大型多期古滑坡的主要動因(李曉等,2008)。斷裂活動影響地形地貌和巖體結構,斷裂劇烈活動(地震)誘發地質災害,斷裂蠕滑作用影響斜坡應力場和穩定性,因此,斷裂活動是地質災害鏈的源頭,為地質災害提供物源(張永雙等,2016)。
研究區內斷裂帶密集,如嘉黎—察隅、怒江以及瀾滄江等大型斷裂帶以及周圍的次級斷裂,構造活動強烈,地震頻發。斷裂帶不僅控制了巖性的分布和河流的發育,影響地形地貌,而且這些交叉錯雜的斷裂破壞了巖石的完整性,造成巖石破碎,降低了巖石的抗風化能力和穩定程度,間接促進了地質災害的發生。由圖4可以看出,隨著與斷裂距離的增大,地質災害的點密度不斷減少,二者呈負線性相關性。
53 地層巖性
作為地質災害的組成物質,地層巖性的組成和巖石性質對災害的發生起到非常重要的影響。依據《工程巖體分級標準》(GB/T 50218—2014),參照杜國梁(2017)研究成果以及對1:50萬地質圖地層巖性分析的基礎上,將研究區巖性劃分為7組(表2),其中,以第2類巖性分布面積最大,其次是第1類巖性和第4類巖性(圖5)。第2類巖性主要分布在雅魯藏布江流域的南、北部以及金沙江流域東部;第4類巖性主要分布在金沙江和瀾滄江流域;第1類巖性主要分布在怒江和雅魯藏布江之間的流域。總之,在雅魯藏布江流域和金沙江流域東部的巖石硬度較大。但是,在硬度相當的前提下,這2個流域的災害數量卻有顯著的差異,這是因為雅魯藏布江流域位于印度板塊和歐亞板塊碰撞的縫合線,地質構造錯綜交錯,斷裂發育,巖體破碎,非常有利于邊坡災害的發育。
54 人類活動
人類活動日益強烈,對環境的改造作用不斷加強,如建設房屋、修路工程、采礦、砍伐森林等可以改變地形地貌,誘發地質災害。研究區內有西藏公路和鐵路穿過,其沿線發生了大量的地質災害,多是因為削坡之后防護措施不當導致后期坡體失穩。解譯及調查結果顯示,研究區內地質災害集中分布在交通路線的沿線附近。將研究區內公路進行緩沖區分析,統計點密度(圖6)表明:隨著與公路距離的增大,各地質災害點密度整體上有遞減趨勢。但是泥石流災害點密度隨距離增加,先增加后減少,規律性不明顯。這是因為泥石流受地形地貌的影響比較大,一般起源于地勢高的溝谷上游,在沉積碎屑豐富的前提下,由降雨等因素觸發,而崩塌和滑坡規模相對較小,搬運距離較短,受人類活動影響比較大。研究區公路多沿河谷分布,人類居住區也是多建在地勢低緩、水源充足、土壤肥沃的區域,屬于松散物質的堆積區,因此泥石流的點密度分布并不是隨著距離的增加而明顯減少。
綜上所述,地質構造、地震活動、地層巖性、地形地貌以及人類活動因素都對地質災害的發育有著重要的控制作用。藏東南地區斷裂繁多,活動強烈,地層巖性復雜,山高谷深,水系發育以及人類工程活動日益增多,促進了崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的發生。在這一系列因素的影響下,地質災害的分布具有一定的規律性,即主要發生在高山峽谷地貌、河流切割強烈的地區,以大理巖、板巖、白云巖、石灰巖、鈣質砂巖、超基性巖類等為主的較堅硬巖類和以片巖、片麻巖類為主的較堅硬-較軟弱巖性分布的地區,斷裂帶分布、構造活動強烈的地區以及人類工程活動強烈的地區。
6 結論
藏東南地區地貌復雜,地勢陡峭,地質災害眾多。本文借助ArcGIS平臺和Google Earth影像,基于人機交互解譯數據并結合已有成果,分析了地質災害的空間分布特征,并進一步探討了控制研究區范圍內地質災害分布規律的地震構造背景條件。同時,通過統計各地質災害點密度與各影響因子的相關性,得到了研究區內地質災害的分布規律和影響因素。
(1)藏東南地區的地質災害以崩塌、滑坡、泥石流為主,據收集資料以及解譯進行統計,共有1 363個,包含有崩塌274個,滑坡375個,泥石流714個。泥石流發育最為廣泛,占據地質災害統計總數的50%以上,而崩塌和滑坡的數量較少,分別約占20%和28%。
(2)該區域地質災害的分布有著明顯的區域性和地形特征,在空間展布上具有不均勻性和分段群集性,西北部非常稀疏,明顯沿各江主流兩岸呈帶狀相對集中分布。總體上,災害主要分布在雅魯藏布江流域北段,“三江”流域的南北兩側,而且瀾滄江和雅魯藏布江流域的災害點密度最大,易發性強。而這種分布特征與區域構造背景密切相關,主要是受到塊體活動性、斷裂活動等區域構造條件控制。
(3)運用統計分析方法,分析了地質災害分布與地形地貌、斷裂活動、地層巖性以及與公路距離的關系。地質災害在<40 km、地形起伏度400~450 m、坡度50°~55°的區域內集中發育;發育優勢方向為西南、南和東南向;曲率靠近0,各類災害點密度達到最低,向兩側有增加的趨勢。地面越是平坦,地質災害越不容易發生,地形越坎坷,則容易發生。另外,地質災害多發育在堅硬、較堅硬、較堅硬-較軟弱巖性分組中。而且,隨著與斷裂、河流和公路的距離的增大,地質災害數量減少,點密度減小,災害易發性降低。
(4)地質災害的分布受到地形地貌、地層巖性、斷裂活動和人類工程活動等因素的影響,集中發育在高山峽谷地貌、河流切割強烈的河谷地區,以大理巖、板巖、白云巖、石灰巖、鈣質砂巖、超基性巖類等為主的較堅硬巖類和以片巖、片麻巖類為主的較堅硬-較軟弱巖性分布的地區,斷裂帶分布、構造活動強烈的地區以及人類工程活動強烈的區域,如主要公路沿線等。
研究區地質災害的發生受到多種因素的影響,但研究區內斷裂帶密集分布且活動強烈,地震頻發,導致了復雜的地震構造環境,這成為災害頻發的重要原因。此結果有助于進一步理解研究區范圍內地質災害的形成機制,同時也為進一步開展該地區地質災害的危險性評估預測奠定了基礎。
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