東鄉族自治縣布塄溝泥石流形成條件及發育特征研究

朱利輝

(甘肅省地質調查院，甘肅 蘭州 730000)

1 自然地理概況

1.1 地理位置

布楞溝泥石流位于洮河左岸臨夏自治州東鄉族自治縣東部，流域范圍涉及達板鎮和汪集、大樹、沿河、鎖南壩5個鄉鎮，溝口地理坐標為:東經103°36′04″，北緯35°44′42″。布楞溝流域平面形態似長梨狀，溝谷總體呈南西-北東向展布，西高東低，南北寬約1.2～13.5 km，南北長約20.5 km，流域面積131.25 km2，主溝長23.75 km。本次工作的重點地段流域下游溝口段一帶，達板鎮舀水村、紅柳村坐落于布楞溝下游溝口兩側。

1.2 氣象水文

東鄉族自治縣位于隴中南部冷溫帶半濕潤區，屬溫帶半干旱氣候，區內地形復雜，相對高差較大，并受南部太子山的影響，呈現出冬無嚴寒，夏季溫涼，降水稀少，分布不均，日照豐富，日溫差大，各地氣候差異懸殊，山地氣候明顯等氣候特征。

研究區域位于東鄉縣中東部,洮河左岸,降雨量由東到西增大，年均降雨量溝口一帶200 mm，到上游縣城一帶增加到600 mm左右。

本文研究的布楞溝是洮河左岸一級支流，發源于東鄉縣城東側，為季節性洪水溝谷，流域面積131.25 km2，主溝長23.75 km，最高點位于東鄉縣城，海拔2 410 m，下游入洮河河口海拔1 763 m，落差647 m，溝床平均縱坡降14.2‰。

2 地質環境概況

2.1 地形地貌

布楞溝流域位于洮河左岸，地處隴中黃土高原地帶。區域地貌類型屬黃土丘陵地貌，溝壑發育，侵蝕強烈。區內總體地勢西高東低，最高點位于西部東鄉縣城一帶，高程2 412 m；最低點為北部布楞溝溝口與大南河交匯處，高程1 763 m，最大相對高差649 m。流域內總體呈兩山夾一溝形態，山體與溝谷走向均呈南西-北東向。布楞溝南北兩側山體高聳，中部溝谷深切，相對高差220～380 m。兩側一帶山頂多成梁狀，頂部呈渾圓狀，斜坡較為陡峻，坡度30°～40°；布楞溝流域形態呈“梨形”，主溝長23.75 km，溝床平均比降14.2‰。流域內兩側支溝極為發育，溝壑密度2～3條/km2，兩岸山坡坡度平均30°～40°。

2.2 地層巖性

布楞溝流域內出露的地層主要以第四系黃土和新近系紫紅色、橘紅色砂質泥巖、砂巖為主，白堊系、侵入巖僅在溝口一帶分布。

2.3 地質構造

研究區位于隴西旋卷構造與祁呂賀山字型構造體系的復合位置，屬祁呂賀山字型構造體系西翼前緣南東端的臨洮—臨夏凹斷束之內。研究區內構造條件較為簡單，斷裂和褶皺構造均不發育，僅在洮河以西達板—車家灣一帶分布一條北西向的與洮河近于平行的逆斷層，長約16 km，展布于加里東期花崗巖與中新生代地層之間。該斷層受橫向隱伏的斷層影響從而分為南段和北段，傾角在55°～60°之間，斷層面向北東傾，但在該斷層的北部斷面呈似坡狀，斷層面向北西傾，具有明顯正斷層的特征。

2.4 新構造運動與地震

研究區內形成典型的黃土梁峁溝壑地形，新構造運動抬升明顯。溝壑較為密集，溝谷呈“V”或“W”型，坡陡谷深，切割深度在150～250 m之間，溝床縱比降偏大。根據中華人民共和國國家標準《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2015)及《建筑抗震設計規范》(GB 50011—2001)附錄A，本區抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g。

3 巖土體工程地質特征

3.1 巖體類型及工程地質特征

堅硬塊狀侵入巖巖組：分布于研究區東部的溝口處一帶，由加里東中期酸性花崗巖以及部分閃長巖組成，其巖性主要為花崗質巖、花崗閃長巖等。巖石結構基本上為塊狀結構，具有致密、堅硬的特點，其干抗壓強度80～190 MPa，工程地質條件良好，軟化系數均大于0.5，本巖組所屬巖類成巖裂隙以及次生裂隙發育，部分巖體風化較為嚴重。

較堅硬中厚層和薄層狀碎屑巖巖組：分布于布楞溝口一帶 ，該巖組巖石主要為白堊紀產出的沉積巖，主要巖性為含礫砂巖，砂巖膠結物為鈣質、泥質物，其抗壓強度為25～55 MPa，軟化系數為0.36～0.84。該巖組強度相對較弱，巖體遇到降水天氣極易崩解、風化和崩塌。產生上述現象的原因是巖石強度隨膠結物質以及膠結物的膠結程度不同而產生的強弱變化所致。

軟弱層狀黏土巖巖組：研究區內出露較為普遍，由早新近紀臨夏組構成。該巖組的主要巖性為粉砂細砂巖、泥質砂巖、砂質泥巖夾砂礫巖，其結構普遍為層狀結構，遇水極易軟化，巖石質地偏軟弱。所以，該巖組構成的斜坡易發生蠕滑變形-拉裂變形等破壞模式，極易形成大規?；?、滑坡等類型的地質災害，是滑坡類地質災害多發、易發地層和易滑巖組。

3.2 土體類型及工程地質特征

黃土：普遍分布于研究區內，成因類型為風成，不見層理，表層黃土厚度變化較大。隨著原始地形起伏，其構成成分主要為石英和長石以及一些黏土類礦物組成。下部離石黃土從結構上分析，內摩擦角24°～26°，較致密，孔隙比45%～63%，內聚力變化大，在13.7～569 kPa之間，黏粒含量27%～29%。上部馬蘭黃土垂向上節理較為發育，黃土濕陷系數為0.033～0.227，屬輕弱到強級，地表黃土濕陷性較強。在結構上較為疏松，土體孔隙率24%～58.6%，平均達46%，粉土質物的顆粒含量可達65%左右。內聚力(c)在3.9～147 kPa，隨含水率而變化，內摩擦角20°～45.3°。這類土體是研究區滑坡、崩塌災害多發生地層。

亞黏土、碎石、礫卵石多層土：分布于研究區溝口段-入洮河段，構成階地及溝內臺地。具體可以細化分為多種土體類型，為兩層或多層結構，系洪積或沖積的成因類型。在其結構組成上大部分有一定的共通性，即下部為礫卵石，分選性和磨圓度較好，結構為中密-稍密，透水性強，孔隙率較高，壓縮性低；上部為粉土、亞黏土，局部為亞砂(粗砂)土，結構為中密-稍密，可塑性較強。Ⅱ、Ⅲ階地上部亞黏土中夾多層薄的砂礫石，該套土體壓縮性總體較低，承載力較高，二級階地、洪積扇及一些溝臺地成為理想的建筑場所。

碎石土： 在布楞溝兩岸及研究區區內溝谷中廣泛分布，或單體發育或成群分布，其規模和厚度一般較大。土體結構差異較大，一般下部為破碎泥巖、砂巖，上部為黃土，滑坡前緣多零亂，后部呈一定層理，高落程具崩滑特征的黃土-泥巖滑坡基本為混合堆積。該類土體疏松，土體連接力差，裂隙發育，抗侵蝕能力弱，易被水流沖蝕，在降雨及自身重力作用下易再次形成滑塌、滑坡。

黃土狀土：此類土分布于區內各溝谷中，多零散分布，部分成群發育，土體松散，土體易被沖蝕，連接力差，部分規模較大且整體滑動的滑坡保留了原始黃土特征。

3.3 水文地質條件

研究區的水文地質條件并不復雜，根據地下水埋藏、分布和水動力特征，主要有以下兩類地下水，即第四系松散巖類孔隙水和碎屑巖類孔隙裂隙水。第四系松散巖類孔隙水又可細分為河(溝)谷松散巖類孔隙水和黃土孔隙水。

3.3.1 第四系松散巖類孔隙水

河(溝)谷松散巖類孔隙水：主要分布于布楞溝中下游主溝道內及溝口洮河階地地段，含水層主要為砂礫卵石層，富水性強，水質較好，含水層較厚且埋藏淺，據收集鉆孔 抽水試驗資料可知，地下水礦化度為1 787.2 mg/L。

黃土孔隙水：主要分布于較大的梁峁區，富水性很差，滲透系數0.31 m/d，礦化度0.3～0.6 g/L，該含水層往往與臨夏組風化殼潛水構成一個統一含水層，地下水受降雨的影響明顯。

碎屑巖類孔隙裂隙水：臨夏組四巖段底部粉砂質泥巖與礫巖接觸面部位的低洼處含水，該類型水應為層間孔隙裂隙潛水，研究區內地下水主要為大氣降水補給，局部可能呈泉溢出，含水層埋藏條件受地貌控制，一般在分水嶺處最深，梁坡及鞍部較淺，埋深變化大[1]。

4 泥石流的形成條件

4.1 地形條件

布楞溝流域西高東低，南北寬1.2～13.5 km，南北長20.5 km，流域面積131.25 km2。溝口距洮河1 250 m，流域平面呈“長梨形”。布楞溝主溝長23.75 km，最高點位于西部東鄉縣城一帶，高程2 412 m；最低點為北部布楞溝溝口與洮河交匯處，高程1 760 m，最大高差652m。流域內總體呈兩山夾一溝形態，山體與溝谷走向均呈南西-北東向。主溝溝床平均比降14.1‰，兩岸山坡平均坡度30°～50°。

4.2 松散固體物質補給條件

泥石流的主要組成物質為固體松散物，其儲量大小及補給條件直接控制著泥石流的規模和性質。布楞溝內松散固體物質儲量豐富，分布廣泛，主要類型有：道路修建棄土、溝岸崩塌滑坡堆積物、坡面松散物、溝道堆積、坡面補給4類。其中以溝道堆積物和坡面松散物堆積物補給為主。

4.3 降水條件

流域內泥石流的形成、發育與暴雨密切相關。據東鄉縣氣象站資料，年降水量在200～600 mm之間，多年平均降水量544.6 mm，降水量由東向西向北逐漸增大，布楞溝中下游降雨量在250～350 mm，上游到東鄉縣一帶大于550 mm，年內降水主要集中于6—9月份，較充沛的降雨為泥石流的形成發育提供了較為有利的條件。

5 泥石流的發育特征

根據布楞溝泥石流的形成、運移、堆積特征，本文將布塄溝流域劃分為泥石流形成區、流通區和堆積區3個區域。

形成補給區：該區域位于流域的溝口以上，分布面積129.57 km2，占流域總面積的98.72%。溝谷呈“V”型，溝道兩岸斜坡滑坡崩塌發育，山體破碎，分布梯田，植被覆蓋率小于10%。補給區固體松散物的儲量較大，為泥石流的形成提供豐富的物質來源，也是泥石流的主要形成區。

泥石流流通區：布楞溝泥石流流通區為主溝道溝口段以上至布楞村區間，面積約1.68 km2。溝床堆積物為塊、碎石夾砂土，該段溝床較中游段平緩，較利于泥石流的順暢流通，不易形成阻塞，該溝道段以過流為主，間有溝底搬運和溝岸的側向侵蝕。

堆積區：位于溝口與主河交匯部位，長度約1.25 km。溝道平直，由于大部分物質被洮河帶走，堆積扇形不明顯，主溝道縱坡降約5.6‰。溝道兩側一級階地高出溝床1.5～2 m，為耕地。

6 結論

本文通過對布塄溝泥石流的自然地理、地質環境、巖土體工程地質特征等方面的研究，認為該泥石流的形成條件有三個：即地形條件、松散固體物質補給條件和降水條件；在此基礎上本文將該泥石流劃分為形成區、流通區和堆積區三個部分。