（地质工程专业论文）青川马公窝铅滑坡成因机理与运动特征研究.pdf

a b s t r a c t iii the research on the mechanism and kinetic characteristic of woqian landslide in qingchuan town introduction of the author:zhangwei, who was born on oct 19,1984 and majored in geology engineering, gets the masters degree of engineering and graduates from chengdu university of technology in june,2009. abstract on may 12 ,2008 when the earthquake occurred in wenchuan,a long-runout landslide was directly triggered in woqian ,a commune in qingchuang county.it had a volume of 12 million cm and resulted in 38 victims.as this landslide had the extraordinary heavy damages and biggest affected area which lead to disastrous consequences, so for us to do, both studying the formation mechanism and moving feature of landslide to debris flow will pragmatically benefit to predict the damage range and do a better disaster prevention. this paper,which bases on a series of outdoor surveys and datum collecting and analysis,sets forth the engineering geology features of the woqian landslide,and thus generalizes its geologic conceptual mode.firstly,the landslides configuration is divided into several parts on the basis of survey analysis.research shows the main feature when the landslide was in process.secondly,the formation mechanism is studyed in three aspects which are following,the relation between landslide and the crevices which arised by earthquake,the structure feature of that slope,and as well as how the earthquake impacted on it. at last,two ways,which called momentum transfer and a.e.scheideggers are used to analyse the process of the landslide. whats more,the results that worked out have been compared with each other. the paper has a macro-analysis of the slopes structure.it consists two units,one of which is the upper hard layer named limestone,and the other is the lower soft layer named slate.the origin area where the landslide began was formed mainly by limestone,while with some slate at the top at the same time.the limestone,of where the fissures grows,was backfilled calcites。since the fault at shikan went across from the back edge of the slope,the limestone in this part were easily shattered.in addition,the terrane of the original area sloped out the surface slowly,intersect with the leading direction of the landslide at small angle.the fault passed by the back edge when side 成都理工大学硕士学位论文 iv edges was incised by fissures whose planes were open。herewith,the combination of the fissure-planes on side edges ，back edge fault and the surface of the terrane presented in a unstable form, almost bordering both the steep part and the glacis when landslide started by the joint action of accumulating and inducing effects of the earthquake.owe to this,the landslide had a higher muzzle velocity.taking the advantage of the valley flat,land slided fast while a process of disaggregating into debris was growing and contributing into long-run landslide. the analysis was caculated in reverse direction by means of momentum transfer and a.e.scheideggers.a conclusion was drawed according to the comparison the two different datas.this landslide had a highest speed between 46.69m/s and 56.1m/s.with a average velocity at 35.6m/s,the whole landslide lasted for 57.1s from the very beginning to the end. keywords: the wenchuan earthquake qianwo landslide formation mechanism moving feature debris flow v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 成都理工大学 或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文笔者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文笔者完全了解 成都理工大学 有关保留、 使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和 借阅。本人授权 成都理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文笔者签名： 学位论文笔者导师签名： 年 月 日 第 1 章 引 言 第 1 章 引 言 1.1 选题依据及研究意义选题依据及研究意义 2 0 世纪 6 0 年代以后，在世界范围内陆续发生了许多大型高速滑坡，给人类 造成很大灾难。这类滑坡大多具有极高的滑速和极远的滑程。在平缓的地面上， 有的滑速超过 1 0 0 k m / h ，滑程可达几公里，甚至十几公里。由于高速远程滑坡引 起的气浪和碎屑流化将受害区扩展到滑坡形成区以外很远处， 致使造成很大的灾 害 1 。例如, 1 9 6 3 年 1 0 月 9 日意大利威尼斯省瓦依昂河下游的托克山斜坡，在瓦 依昂水库开始蓄水时坡体整体性高速下滑，激起了巨大的涌浪，致使坝内所有设 施遭受破坏；对岸朗格尼亚镇、下游皮拉哥城和维拉诺尼镇、上游拉瓦佐镇均遭 涌浪袭击而摧毁，死亡 2 4 0 0 余人，整个水库完全破坏、造成震惊世界的灾难性 事故 2 ；在我国, 特别是在西北和西南地区，这类大型高速滑坡也多次发生。如 1 9 8 3 年 3 月 7 日发生的甘肃东乡洒勒山大型高速滑坡，在不到一分钟的时间里 滑出 1 6 0 0 m ，摧毁 4 个村庄，伤亡 2 7 8 人，最高滑动速度达 3 0 m / s 。1 9 9 1 年 9 月 2 3 日发生的云南昭通头寨沟大型高速岩质滑坡， 总体积大约 1 8 0 0 万方的滑体 高速下滑，仅在 2 3 分钟时间内冲人盘河，滑体的最大移动距离达 3 . 6 5 k m 。这 场罕见的巨型滑坡碎屑流灾害，造成了极为惨重的人员伤亡和损失，共有 2 1 6 人死亡, 2 0 2 间房屋被摧毁。9 4 户村民半数以上无家可归，3 0 0 头牲畜被埋，覆 盖农田 3 0 0 亩，经济损失达 2 0 0 余万元 3 。2 0 0 0 年 4 月 9 日发生在西藏易贡藏布 下游的扎木弄巴特大规模滑坡，波及长度 2 6 0 0 m ，堵塞长度 1 5 0 0 m ，形成高 1 3 0 m 的天然坝， 堵断易贡错( 湖) 的出口， 使正常流量 1 0 0 m 3 / s 左右的易贡藏布断流， 而中、上游的地表径流和冰雪融水又不断地注人，使得库容 7 5 . 4 1 0 8 m 3的易贡 错水位每天以 5 0 c m 的涨幅上升，直接威胁着湖区周围藏、汉等多民族居民和享 誉中外的易贡茶基地 4 , 另外还有 1 9 6 5 年云南禄劝普渡河谷大型高速滑坡; 1 9 8 0 年湖北宜昌盐池河磷矿灾难性高速崩滑体; 1 9 8 1 年 8 月 2 3 日发生在石家坡的高 速滑坡，最终发展为多冲程碎屑流；1 9 7 4 年四川南江的白梅垃滑坡及瑞士 e k n 岩崩碎屑流。 2 0 0 8 年 5 月 1 2 日 1 4 时 2 8 分, 在青藏高原东缘龙门山地区（四川汶川）发 生了强烈地震（m s 8 . 0 ） ，地震导致大量房屋倒塌，并诱发了强烈的山崩、滑坡、 塌方和泥石流等次生地质灾害，致使 8 万多人死亡，造成了巨大的经济损失和人 员伤亡 5 。汶川地震触发了 1 5 0 0 0 多处滑坡、崩塌、泥石流, 估计直接造成 2 万 人死亡 6 ，而在地震诱发的次生地质灾害中，最引人注目的就是产生了一些大型 的高速远程滑坡，其中最为典型的有安县大光包巨型滑坡，青川马公窝铅社崩滑 体和青川东河口滑坡等。其中青川县马公乡窝铅滑坡为广元市发现的最大滑坡 成都理工大学硕士学位论文 viii 体，堆积土石方约为 1 2 0 0 万立方 m 。该滑坡主体为后缘中部斜坡的高速崩滑， 由于受地形因素的影响，该崩滑体经历了从加速运动到减速停积的过程，其运动 轨迹呈“之”字形。 由于地震诱发的高速远程滑坡的运动速度大，运动距离远，使得其破坏性特 别大，波及范围广，常会造成很大的灾难，因此，研究滑坡碎屑流的形成机理及 其运动特征，计算其运动速度及运动距离，确定其可能的停止区域。对于预测灾 害范围达到减灾防灾的目的具有非常现实的意义。 本文基于对马公乡窝铅村滑坡的大量调查研究，以其为基点，围绕地震诱发 的高速远程滑坡开展系统的研究工作。 本论文研究获国家重点基础研究发展计划课题 “强震作用下斜坡失稳破坏机 理及分布规律” （2008cb425801）和教育部创新团队项目“地质灾害评价预测理 论与防治技术研究”联合资助。 第 1 章 引 言 1 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.1 地震诱发滑坡的研究现状 地震滑坡因其巨大的致灾力而引起人们的广泛关注, 仅 20 世纪, 地震滑坡 已经造成了数万人丧生和几十亿美元的损失。强烈地震时, 地震诱发的滑坡崩塌 灾害, 特别是在山岳地区,其危害甚至比地震直接造成的还要大7。我国是一个多 地震的国家, 因地震而导致的滑坡灾害非常严重。大量地震崩塌与滑动主要发生 在多震的西部地区, 即陕、甘、宁、新、川、滇、贵、藏等省区, 其中发生斜坡 地震崩滑最多的为川滇两省。而在 5.12 汶川地震中，地震诱发的次生地质灾害 成为了仅次于地震灾害本身的最大的致灾因素， 这也使得对地震诱发滑坡的研究 显得更加重要而紧迫。 综观国内外对地震滑坡的研究， 发现对地震诱发滑坡的研究主要集中在如下 几个方面： （1 ） 地震滑坡的类型研究 在地震滑坡的类型研究方面，keefer 8 依据地震滑坡运动的特性、内部破 裂、地质环境等, 将地震滑坡分为三大类,分别为：高度破裂或严重高度破裂；存 在分离的剪切面型；滑动机理以流相为主型。周本刚等9，根据我国西南地区的 地震滑坡特点, 将地震滑坡按其运动方式划分为推移式滑坡、牵引式滑坡、溜滑 性滑坡和崩塌性滑坡四大类, 并对每一类进行了细致的描述。 （2 ） 触发滑坡的最小地震研究 keefer8查阅了 19581977 的 20 年间, 美国地震杂志刊登的 300 个 地震事件, 其中有62个ml 6 . 7 的 1 1 次地震的分析统 计认为, 一般在度区内不存在产生新滑坡的现象, 即产生新滑坡所需的最小 地震烈度为度, 而诱发震前稳定的老滑坡, 所需的最小地震烈度为度, 要 比产生新滑坡低一度。 （5 ） 地震滑坡与地震地质构造的关系 孙崇绍等14 根据 450 年间的地震资料编制了中国历史地震崩塌、滑坡分布 图, 该图显示，地震引起的崩塌、滑坡主要集中在南北地震带上。而对于单个地 震产生的滑坡, 其平面分布也与构造有关, 一般来说, 滑坡分布沿地震断层破裂 方向要多于垂直破裂方向。 （6 ） 地震与滑坡滑动方向的关系 第 1 章 引 言 3 a.e.沙伊德格尔等15在研究奥地利滑坡时认为， 滑动方向的平均滑动矢量与 新构造应力场的一个剪切面平行。 艾南山等16认为， 滑坡的滑动方向不是任意的， 是受到区域构造应力场剪应力的一定影响。 邹谨敞等17认为， 滑坡在空间的方向 性展布和滑动方向的散合固然与地层岩性、水系型式、流域地貌以及地下水的分 布和震中有关；但从根本上来说，还是受到现在区域构造应力场的控制。 （7 ） 地震滑坡灾害预测研究 romeo 18 应用 newmark 19 法原理, 根据意大利 17 个地震事件中的 190 个地震加速度记录, 计算出意大利地震滑坡 newmark 位移的预测量, 并给出以 震级、震中距等参数为变量的位移量计算公式。 jibson 等20 以1994 年美国加利福尼亚的northridge 地震(ms=6.7) 为实例, 对地震附近一个区域(约 3026 km2) 制作了数字化地震滑坡灾害图。该图所显 示地震滑坡危险区域与震后的滑坡实际情况吻合得非常的好。 综上所述, 可以看出, 对地震滑坡灾害的研究已经从最初的震后调查统计 分析, 发展到运用现代数字化技术来计算预测今后的地震滑坡灾害。 随着我国经 济的迅猛发展和人民生活水平的大幅度提高, 地震滑坡对人民生命财产和国民 经济的危害也越来越大。 作为政府和决策部门, 急需科研工作者提供某些重点区 域的地震滑坡灾害预测, 为潜在的地震滑坡灾害到来做好科学的应急、救济方 案。在这方面我们还有很多研究工作要做。 1.2.2 高速远程滑坡的研究现状 高速远程崩滑 2 1 , 指的是高速远程滑坡( l o n g - r u n o u t l a n d s l i d e s ; l a n d s l i d e s w i t h a n o m a l o u s t r a v e l d i s t a n c e s ) 与高速远程崩塌( l o n g - r u n o u t r o c k - f a l l s ; f a r - t r a v e l l e d r o c k a v a l a n c h e s ) 。 在北美国家的文献中, 与此相对应的 术语是 “岩崩( r o c k a v a l a n c h e s ) ” , 根据美国地质调查局最近出版的第四版 地 质学辞典的定义, 它“是一种非常快的顺着斜坡下方的岩石碎屑流动, 在流动的 过程中, 碎屑进一步变得破碎亦即粉碎化” 。 （1 ） 国外的研究现状 国外对于高速崩滑的远程运动机理,最早可追溯到1932年著名地质学家海姆 对 1881 年瑞士埃尔姆( elm)滑坡的研究。但真正引起世界范围内的重视,则是在 1963 年意大利瓦依昂(vaiont)发生特大型灾难性滑坡后才开始的 2 1 。 对于瓦依昂滑坡高速启动机理, s k e m p t o n 认为是岩体的残余强度太低造成; m u l l e r 提出触变液化的观点; 而 l o k y 和 r o m e r o 等人认为滑动面上的孔隙水压力 起着重要作用。关于其他高速远程滑坡碎屑流态化运动机理, 拜格诺德和美籍华 人许靖华先后提出高速滑坡运动的“无粘性颗粒流说”; k e n t提出“圈闭空气 导致流体化说”; s h r e v e 提出“气垫层说”; h a b i b 等人提出“孔隙气压力说”; 成都理工大学硕士学位论文 4 e r i s m a n提出“岩石自我润滑说”; m e l o s h提出“声波流态化”观点; d a v i e s 提出“机械流态化说” 。这些观点是 2 0 世纪 8 0 年代以前提出的关于高速崩滑启 程与远程运动的主要机理 2 2 , 2 3 。近年来，对于灾难性滑坡启动后在滑面的快速运 动, v a r d o u l a k i s ( 2 0 0 2 ) 提出土的摩擦速率软化与热- 孔隙- 力学软化的概念, 以 及通过修正泰勒提出的摩擦环方法, 进行了热- 孔隙- 力学的动力学分析 2 4 。s a s s a ( 1 9 8 8 , 2 0 0 0 ) 提出沟谷中饱水的滑坡物质由于受到来自于斜坡上方失稳的块 体的快速荷载, 在快速不排水条件下发生液化的启动机 2 5 , 2 6 。f o d a ( 1 9 9 4 ) 2 7 , k o b a y a s h i ( 1 9 9 7 ) 2 8 等先后提出“底部压力波机理” 2 9 解释大滑坡远程运动的原因, 其主要观点是: 许多大滑坡的最初运动是滑动。而在滑动时剪切作用集中在滑体 的底部, 远离底部几乎没有或完全没有剪切作用出现。一旦滑坡的滑动速度达到 一个临界值, 可以在上覆的准静态变形的颗粒团块与下伏的颗粒惯性支配的快速 颗粒流之间的界面上产生强大的压力波, 诱发开尔文- 赫姆霍兹类型的失稳。 （2 ） 国内的研究现状 2 0 世纪 6 0 年代以后, 我国先后发生了十几起著名的灾难性高速滑坡与崩塌， 正是由于这些灾难性高速滑坡与崩塌的发生促使得我国学者在这方面做了大量 的工作 2 1 。潘家铮( 1 9 8 0 ) 提出了滑坡速度的计算公式 3 0 。张倬元、刘汉超( 1 9 8 9 ) 通过对黄河上游龙羊峡水电站近坝库岸大型高速滑坡- 碎屑流的研究, 首次提出 碎屑流化滑坡高速远程运动的原因是碎屑间相互碰撞引起的动量传递, 并认为高 速滑坡，获得并保持高速和达到远程滑动的原因有滑体高位能、中部剪断带粘土 峰残强度差值相当大以及饱水砂土液化、 气垫效应和碎屑流动等 3 1 。 王兰生( 1 9 8 8 ) 提出高速滑坡启动的“平卧支撑拱”机理 3 2 。胡广韬( 1 9 8 8 ，1 9 9 5 ) 系统论述了多 冲程与多序次“石家坡型剧动式高速滑坡”的动力学机理, 特别对多冲程高速滑 坡的“超前溅泥气浪”与“边缘旋流”进行了深入地分析 3 3 , 3 4 。王思敬、王效宁 ( 1 9 8 9 ) 3 5 专门分析了高速滑坡运动全过程的能量变化。黄润秋、王士天、张倬元 ( 1989)提出斜坡岩体高速滑动的“滚动摩擦”机制36 。卢万年(1991)应用空气动 力学中的机翼理论分析了高速滑坡体在空气中滑行的规律,在理论上定量地分析 了“空气动力擎托”的机理,提出了滑坡远程运动中滑坡速度及滑程的预测公式 37 。程谦恭、彭建兵、胡广韬等(1999)详细研究了剧冲式高速滑坡变形、破坏、 失稳剧动、高速飞行、碰撞解体及冲击成坝的动力学机理 38 。王家鼎与张倬元 (1999)对典型高速黄土滑坡群进行了系统的工程地质研究,提出了地震诱发高速 黄土滑坡的机理黄土体解体、斜抛和粉尘化效应39,40 。王士天、许强、柴贺军 (2000) 41 ,殷跃平(2000) 42 等人 ,分别对易贡高速崩塌碎屑流的机理进行了 研究。李忠生、胡广韬、彭建兵( 2004)对地震动作用下黄土滑坡的稳定性动力学 机理进行了细致的分析和研究43 。 第 1 章 引 言 5 1.3 研究内容及技术路线研究内容及技术路线 1.3.1 研究内容 地震诱发高速远程崩滑体是一个比较复杂的课题， 对于这个问题的研究尚处 于探索阶段。 本论文通过对本次地震中产生的马公乡窝铅社高速远程滑坡进行研 究，试图在这方面做出一些有益的探索。 本论文的主要研究内容如下： （1）在广泛收集资料的基础上，对青川的地质背景及本次地震的特点形成 整体的认识，结合前期在青川的现场调查，在这些基础上再对窝铅滑坡的工程地 质条件进行深入的调查。 （2）通过现场调查，对斜坡的岩体结构、地形地貌（主要是微地貌） 、斜坡 坡形、坡度等斜坡自身的性质进行了分析，总结出斜坡的地质结构概念模型。 （3）根据现场的调查结果，结合前人总结的有关地震时斜坡的动力响应规 律以及高速远程崩滑体的特点，主要根据滑坡与发震断裂之间的关系，斜坡本身 的结构特征以及地震对斜坡的作用三方面来对窝铅滑坡的成因机理进行研究。 （4）根据滑坡的运动和堆积特征对滑坡进行了分区，对各区的堆积特征和 运动特征进行了总结， 然后运用动量传递法及谢德格尔法对窝铅滑坡的运动全过 程进行分析，得出了运动各个阶段的运动速度，并对比两种方法的计算结果。 1.3.2 技术路线 本次论文研究的具体技术路线见图 11。 成都理工大学硕士学位论文 6 研究区自然地理及地质环境条件 新构造运动及地震地层岩性地质构造地形地貌水文地质条件自然地理 滑坡基本特征及其分区 滑坡成因机理分析 滑坡运动过程研究 结 论 窝铅滑坡成因机理与运动特征研究 斜坡地质结构特征滑坡基本特征滑坡分区特征 滑坡的成因机理石坎断层特征及其与滑坡的关系地震对斜坡的作用分析 滑坡高速、远程运动机理分析 窝铅滑坡运动全过程分析 滑坡运动速度反演分析 图图 1-1 技术路线图 第 2 章 自然地理及地质环境条件 7 第 2 章 自然地理及地质环境条件 第 2 章 自然地理及地质环境条件 2.1 自然地理自然地理 2.1.1 地理位置与交通 青川县位于四川盆地北部边缘，川、甘、陕交界处，白龙江下游，东经 10436-105o38，北纬 32o12 -3256。东邻朝天区、市中区、剑阁县、陕西省， 南接江油市，西连平武县，北与甘肃接壤。是川、甘、陕交界处，素有“鸡鸣三 省”“金三角”之称。 全县所有乡镇都通公路， 212 国道、 绵广高速公路 （108 国道） 、 川甘公路和宝成复线铁路穿越县境，县乡公路星罗棋布，8 条出境公路等都为青 川提供了便利的交通条件，详见图 2-1。 窝铅滑坡位于青川县西南角的马公乡朝阳村窝铅组，西连平武县，南接江油 市，地处偏远，交通不便，尤其是在汶川地震之后，道路损毁严重，通行更加困 难。 甘肃省 陕西省 成都 西安 宝鸡 广元 绵阳 剑阁 青川 阆中 苍溪 巴中 旺苍 元坝 朝天 嘉 陵 江 白 龙 湖 绵 广 高 速 窝铅滑坡 公路 铁路 河流 图 2 - 1 图 2 - 1 研究区交通位置图 全县幅员总面积 3269 平方公里，管辖 9 镇 28 乡镇、271 个行政村、1783 个 村民小组、19 个居委会。青川县总人口 25 万，其中农业人口 22 万，占总人口 的 88%；城镇人口三万，占总人口的 12%。农民人均收入 1762 元，累计纳入低 保户 5962 户，是省重点扶贫县之一 。 成都理工大学硕士学位论文 8 2.1.2 气象水文 （1 ）气象特征 青川地处四川北部边缘山区，属亚热带湿润季风气候类型，夏季盛行湿润的 西南风，年平均气温 13.7，从东至西逐渐降低。日照 1292 小时，日照率 30%， 年总辐射 90.8 千卡/平方厘 m。年无霜期 243 天，空气湿度 69%-85%，多年平均 水面蒸发量 727.9 毫 m，陆面蒸发量 546.1 毫 m，年降雨量 1021.7mm，雨量充沛 而集中，降雨量季节分配不均匀，夏季多、雨季少，降雨主要集中在 68 月， 这三个月的降雨量占全年降雨量的 50%以上， 一般出现在 8 月上旬或中旬的年最 大日降雨量为 80100mm，详见图 2-2。 （2 ）水文特征 青川县境内河流属长江水系，境内深切河谷发育，大小溪沟甚多，均流入白 龙江，后再汇入嘉陵江，其积雨面积达 50 平方公里以上者 19 条；100 平方公里 者 7 条，年总水量平均 150.4 亿立方 m。总水能理论蕴藏量 48.55 万千瓦。白龙 江、清水河、乔庄河三者为青川县的三条较大河流，是大气降水和地下水的排泄 通道。 白龙江由甘肃省文县碧口流来，斜贯东部边境，境内流长 62 公里，河床比 降 0.08%，出境口多年平均流量 525 立方 m/秒，境内水能蕴藏量为 23.08 万瓦。 清水河发源于境内西北海拔 3837.1m 的大草坪，穿流境内西部和南部。经关虎、 青溪、桥楼、曲河、前进、关庄、苏河、凉水诸乡流入广元县境。乔庄河发源于 海拔 2669.3m 的鸭包咀东麓，从甘肃省文县的李子坝流经杜家山下入县境。 2.2 区域地质环境区域地质环境 2.2.1 地形地貌 青川县位于川、甘、陕交界处，地势西北高南东低，以侵蚀构造中山以及侵 蚀构造中低山为主，山地占总面积的 88.3%以上。如图 2-3 所示，最高处为大草 坪海拔 3837.1m，最低为 491m。山区沟谷深切，地形崎岖，按地貌成因可分为 侵蚀堆积河谷和侵蚀构造地形。窝铅滑坡位于青川县西南角的马公乡。 第 2 章 自然地理及地质环境条件 9 （据青川地质灾害调查与区划报告（唐川） ） 图 2 - 3图 2 - 3 青川县数值高程模型 青川县历年月平均降雨量柱状图 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 123456789 1 0 1 1 1 2 ( 月) （毫米） 图 2 - 2 图 2 - 2 青川县历年月平均降雨量直方图 成都理工大学硕士学位论文 10 2.2.2 研究区地层岩性 研究区出露地层为第四系松散堆积层（q4） ，寒武纪早世邱家河组的炭硅质 板岩夹硅质岩，震旦纪晚世水晶组第一段的硅质白云岩，灰岩，以及震旦纪早世 蜈蚣口组的千枚岩夹变砂岩。现由新至老分述如下： （1 ）第四系松散堆积层（q 4） 第四系全新统崩坡积层（q4col+dl）:主要分布于滑坡区两侧的斜坡地带以及溪 谷两侧的缓坡带，岩性为灰黄色板岩碎石土，碎石的平均粒径约 3cm，其中夹杂 少量灰岩的块石，一般厚度为 25m。 第四系全新统残坡积层（q4el+dl）:分布于滑坡两侧斜坡的山顶地带，主要为 灰岩风化后形成的红色粘土，厚度较薄，厚约 0.21m。 滑坡堆积层（q4del）:分布于滑坡下的沟谷中，为滑坡滑动解体后形成的，主 要为大的灰岩碎块石，平均粒径 2m，其中夹杂少量板岩，千枚岩的碎石以及覆 盖土，该堆积层的平均厚度约 25m，总体上从滑源区到滑坡堆积区前缘，块石的 粒径逐渐减小，而滑源区有一些特别大的房石，个别体积最大达到 4000 方。 （2 ）寒武纪早世邱家河组 该地层为整合于油房组变砂岩或渭门组碎屑岩之下， 整合或平行不整合于水 晶组白云岩之上的黑色岩系。 该地层大面积分布于石坝-平溪一带，组成岩性为深灰色炭、硅质板岩夹硅 质岩及白云岩扁豆体，含铁、锰矿。区内的邱家河组岩性稳定，是重要的含矿层 及填图标志层，但厚度有所变化，西侧黑水沟至坝子乡一带，仅厚几 m 至 30m， 高庄以东，则增厚至 300 余 m，并且含多层硅质岩，它与水晶组是以一套白云岩 消失作为该组的底部。 该段为滑坡的滑床部分，不是滑坡体的物质来源。该段在滑坡剪出口以下的 山体直至溪谷中都有出露。 （3 ）震旦纪晚世水晶组 该地层为整合覆于蜈蚣口组之上， 与上覆地层为平行不整合或微角度不整合 接触的一套碳酸盐岩。 本地层层位及岩性总体稳定，由于后期构造的改造，使其保存不完整；在轿 子顶背斜转折端的唐家沟坝子乡一带，厚度不足 100m，并且明显呈透镜状延 伸，在冒冒水则全部断失，下伏蜈蚣口组千枚岩直接与茂县群组千枚岩接触；在 马鞍石、湖石沟一带，岩性自下而上十分清楚，第一、三段均为硅质白云岩，第 二段为薄板状结晶灰岩夹千枚岩，二、三段间有顺层滑脱构造。水晶组地层总厚 近 400m，它与下伏蜈蚣口组多为断层接触。 滑坡区出露的为第一段，该段一般在山体的中上部出露，为滑坡体物质的最 主要组成部分。 第 2 章 自然地理及地质环境条件 11 （4 ）震旦纪早世蜈蚣口组 该地层为平行不整合或超覆不整合于木座组或碧口群之上， 整合伏于水晶组 之下的一套泥质岩。 该地层大量出露于轿子顶背斜南翼及转折端的黑水沟弥陀坝一带， 组成岩 性为灰色、绿灰色绢云千枚岩、石英千枚岩，夹砂岩条带，岩石的风化面绝大部 分显褐黄色。 该地层在滑坡后缘所在山顶部位有少量出露。 2.2.3 地质构造 （1 ）龙门山冲断带简述 龙门山冲断带位于四川盆地的西缘， 处于松潘甘孜造山带与扬子准地台的 结合部位， 既是青藏高原的东界， 又是现今龙门山前陆盆地 （成都盆地） 的西界， 属松潘甘孜造山带前缘冲断带 【4 4 】 。它北起广元，南至天全，长约 500 公里， 宽约 30 公里，呈北东南西向展布，北东与大巴山造山带相交，南西与锦屏山 造山带相连， 系由一系列大致平行的叠瓦状冲断带构成， 以前山断裂、 中央断裂、 后山断裂为主滑面构成大规模、多级次的叠加式冲断推覆构造带，具典型的推覆 构造特征，如图 2-4。区内地层构成复杂，为一个独立的地层复合体，既有不同 于西侧的松潘甘孜造山带，也不同于扬子区，是一个复杂的构造拼贴体。区内 构造十分发育， 褶皱断裂十分复杂， 尤以冲断推覆构造占主导地位， 已闻名中外。 从西向东依次由茂汶青川韧性褶皱推覆构造带、 映秀北川脆韧性冲断推覆构 造带和彭灌江油脆性冲断推覆构造带组成， 也有人将其划分为龙门山逆冲推覆 构造带（以彭灌杂岩推覆体为代表）和龙门山前陆滑脱带。沿彭灌江油脆性冲 断推覆构造带或前陆滑脱带分布有一系列的飞来峰群，它们形成于 10ma 左右， 在盆地内甚至可见飞来峰滑覆至第四系之上。中新世以来，龙门山逆冲推覆构造 带至少有 56km 的地层被剥蚀掉，上升速率约达 0.6mma。近年的地形变化 资料表明，该构造带的九顶山地区正以 0.30.4 mma 的速度持续上升；而前 陆滑脱带，60ma 以来隆升幅度达 1470m，隆升速率为 24.7mma。晚新生代以 来龙门山断裂带具有明显的右行走滑特征。 龙门山断裂带主要由茂汶-汶川断裂（龙门山后山断裂） 、北川-映秀断裂（龙 门山主中央断裂） 、彭县-灌县断裂（龙门山主边界断裂）以及龙门山山前断裂组 成，详情见图 2-4。 成都理工大学硕士学位论文 12 图图 2-4 龙门山断裂构造纲要图龙门山断裂构造纲要图 另外，龙门山断裂带除了前人大都突出的大型逆冲推覆作用外，还有与造山 带平行的走滑作用，即龙门山冲断带具走滑逆冲复合作用。 （2 ）青川区域地质 如图 2-5 所示， 区内分属三个不同的构造区， 其间以两条横贯全境的大断裂， 北为呈北东向的乔庄大断裂，南为呈北东向之茶坝大断裂。乔庄大断裂以北属扬 子准地台之摩天岭台隆；茶坝大断裂以南属扬子准地台之龙门山-大巴山台缘褶 断带之龙门山褶断束；两条断裂之间属松潘-甘孜地槽褶皱系之后龙门山冒地槽 褶皱带。 褶皱： 境内有两个不同体系， 一为摩天岭构造带， 是一系列紧密残状褶皱， 挤压强烈， 结构面向北西倾斜， 来自北西向挤压力强， 主为鸭包咀复背斜和平武、 青川复向斜组成，其翼部次级褶皱发育，伴有高角冲断裂，使褶皱更加复杂，组 成地层古生代浅-中度变质的塑性千枚岩、片岩为主。二为龙门山构造带呈北东- 南西向之狭长条带状，横贯南部，以短轴状的复式褶皱为主，带内线海相碳酸盐 第 2 章 自然地理及地质环境条件 13 图图 2-5 青川县构造纲要图青川县构造纲要图 岩构造，广泛发育，碳酸盐岩主要分布于背斜两翼、倾伏端与向斜核部一带。褶 皱核部及其附近纵张裂隙发育，且常有断裂发生。 断裂：主要断裂有三条，皆近于平行的自东向西横贯全境，乔庄断裂走向 北东，东倾向北北西，倾角 60-80的逆断层构成，来自陕西省经刘家场、天 隍院、上马坊、孔溪、乔庄、三锅石、桥楼坝、青溪、马转关走向平武境；茶坝 断裂走向北东，倾向北西，倾向 60左右，断裂两盘变质强烈不同，属渐变过 渡。来自广元县境，经武家山、龙洞河、殷家山、三元、茶坝、凉水、樟河、马 公去平武境；关庄北东断裂，自贾壳山经龙池坪、毛坝、关庄、石坝、箭竹垭向 平武境延伸。除上述断裂外，还有酒家垭断裂、曲河-房石断裂、大深豁垭断裂、 姚渡断裂、唐家河断裂等。各断裂间及两侧岩层褶皱剧烈发育，有走向与断裂近 乎平行的各式向斜和背斜。 （3 ）研究区地质构造 滑坡位于后龙门山推覆岩带中的南坝至马公之间的水观岩片， 本岩片由蜈蚣 口组、水晶组、邱家河组和油房租组成，前缘推覆断层为南坝断层，内部褶皱构 造丰富，而滑坡所在区域及临近区域的主要构造如下： 1.前缘推覆断层南坝断裂 成都理工大学硕士学位论文 14 该断裂为北川-映秀断裂的一部分，区内经过南坝平溪一带，断层走向北 东南西，呈舒缓波状延伸，断面倾向北西，倾角 3040，上盘为油房组， 下盘为韩家店组。断裂带宽 200500m，主要由粘滞型石英脉布丁体、应变滑劈 理带和（灰岩）构造透镜体组成，局部见 s-c 组构和糜棱岩；尚见有脆性活动标 志，如破劈理带和炭化泥砾带；在何家坝被南北向反扭走滑断层破坏。本断层早 期为韧脆性，见布丁体尚残存有拉张性质；晚期活动为脆性，大部分被改造的布 丁体排列显示逆冲性质。 2.石坎断层 该断层分布于南坝、石坎一带，向北东经箭竹垭进入雁门坝，南端与关帝庙 断层归并。 断层由两条次级断层分支复合形成， 断面总体呈北东走向， 倾向北西， 倾角大于 60。北西上盘为水晶组、邱家河组，南东下盘主要为油房组，少量 邱家河组，分支断层之间夹邱家河组。分支断裂带宽 1015m，由破劈理，构造 透镜体和炭质泥砾组成。根据地层、构造透镜体的叠置关系，以及牵引褶皱的特 征判别，本断层为顺扭走滑逆冲断层。 3.青包山平卧向斜 该向斜位于水观岩片北缘， 轴迹近东西向延伸， 分别在堰头坪和青包山扬起， 长约 6 公里。向斜轴面倾向北北西，倾角 2030，属平卧向斜。由核部到 两翼分别为水晶组第一、二、三段，南翼为正常翼，北翼地层产状倒转。水晶组 白云岩与下伏蜈蚣口组千枚岩、砂板岩之间为顺层韧性滑脱面，其北侧上白岩水 晶组白云岩为一个平卧背斜剥蚀残留体。 4.红马公平卧背斜 该背斜分布于青包山平卧向斜南侧，位于河祖寺、马鞍石至红马公一带，轴 迹走向北东东，长约 15 公里。轴面总体倾向北北西，倾角 2030。该背斜 的变形面为蜈蚣口组与水晶组之间的顺层韧性滑脱面组成， 变形建造为蜈蚣口组 合水晶组两个褶叠层经滑覆叠置而形成反复重叠的“三明治”构造。背斜两翼为 水晶组，核部主要为蜈蚣口组，但在与北西向湖石沟背形横跨交汇处见蜈蚣口组 之下出现由水晶组和蜈蚣口组形成的构造窗。 5.土地梁倒转残破向斜 该向斜位于土地梁、三硐水，至南坝南西扬起。轴迹走向北东，轴面倾向北 西，倾角 6070，属倒转向斜。核部地层为油房组。北翼产状平缓，由邱 家河组、水晶组组成，在梁背后、馥子坪发育次级同轴倒转向斜的地段尚残存茂 县群。南翼被南坝断层破坏断失。 第 2 章 自然地理及地质环境条件 15 2.2.4 新构造运动及地震 龙门山构造带的四条主干断裂晚第四纪以来均显示由北西向南东的逆冲运 动，并具有显著地右旋走滑分量。其中，彭县-灌县断裂、北川-映秀断裂和茂汶 -汶川断裂的单条断裂平均垂直滑动速率均在 1mma， 水平位移量与垂直位错量 大致相当。龙门山山前断裂的平均垂直滑动速率为 0.130.24 mma。根据现已 掌握的古地震资料，彭县-灌县断裂、北川-映秀断裂和茂汶-汶川断裂上均具有史 前强震活动的历史。虽然目前的资料尚不足以直接判定古地震震级的大小，但根 据中国西部地区产生地震地表破裂和位错的地震震级一般都在 6.7 级以上的事 实，可以大致判定这三条主干断裂皆具备发生七级左右地震的能力。相对较低的 单条断裂滑动速率所导致的较长时间强震复发间隔， 也许是这三条主干断裂没有 7 级左右强震历史记载的重要原因。据彭县-灌县断裂青石坪探槽场地的研究结 果，其最晚一次强震的发生时间在（3830200）a 后不远的时间，以及成都地 区两千余年的历史地震记载资料可以判定， 这三条断裂的单条断裂上的强震复发 间隔至少应在 20003000a 之间。 龙门山区域历史上自公元 638 年有历史地震资料记载以来， 东缘地区共发生 过 ms4.7 级地震 66 次。这些破坏性地震皆集中于岷山断块和龙门山构造带南 段，而龙门山构造带北段尚未有破坏性地震的记载。龙门山构造带中南段发生过 1657 年汶川 6.5 级、1958 年北川 6.2 级和 1970 年大邑 6.2 级三次 6 级以上强震 和 19 次 4.75.9 级地震。ml=2.04.6 级小震亦沿龙门山构造带南段密集成带 分布，形成一条北东向的小地震密集活动条带，而龙门山构造带北段小地震活动 相对稀疏。 在龙门山主边界断裂上，自公元 1800 年以来先后发生过 4 次中强地震，最 大一次是 1970 年发生在大邑西边的 6.2 级地震。在龙门山后山断裂上，自 1597 年以来共发生过 4 级以上地震 13 次，最大的 2 次分别是 1657 年的汶川 6.5 级地 震和 1958 年的汶川 6.2 级地震。在龙门山主中央断裂上，自 1168 年以来只发生 过 12 次 4 级地震，最大的一次为北川的 6.2 级地震。 从历史地震的分布来看， 该地区的强震和大地震往往发生在活动断裂带的转 弯处、两组断裂的交汇处,其中以隐伏逆断层尤为危险。映秀一带的龙门山主中 央断裂一直很平静(断层处于闭锁状态)，直到 2008 年 5 月 12 日下午 14 点 28 分 突然发生了 8.0 级特大地震。本文所研究的窝铅滑坡所在地则正好处于龙门山主 中央断裂附近，而且正是本次汶川地震所诱发的。 在滑坡区小区域，自喜马拉雅晚期以来，区内弥陀坝、石坎、南坝和文昌宫 等北东向断层发生反扭走滑活动，形成宽大的炭化泥砾带和擦痕。由于各岩片的 差异性抬升，涪江水系沿关帝坪、文昌宫等前缘推（滑）覆断层及石坎活动断裂 成都理工大学硕士学位论文 16 带强烈冲蚀，加之差异风化作用，使该区域形成以碓窝梁、高庄、三柱香、松光 咀等构造岩片为基础的块断山和“v”字型河谷。 2.2.5 水文地质条件 区域水文地质条件与地质环境有关，且受水文、气象因素影响。在不同的地 貌单元、不同的岩性条件和不同的构造部位，各含水体的富水程度差别很大，且 循环交替程度不一，因而具有分区性。 区内出露地层较齐全，就岩性而言，存在易溶的灰岩地层和难溶的炭硅质板 岩地层， 页岩， 千枚岩地层。 炭硅质板岩地层透水性相对较强， 而页岩相对隔水， 灰岩的富水程度则取决于岩溶化程度。不同的构造部位，裂隙发育程度不一，富 水程度差别很大，张应力集中的背斜轴部裂隙发育，富水性较好。总体上看，区 内水文地质条件复杂，根据地下水的赋存条件、水理性质和水动力特征可划分为 基岩裂隙水、碳酸盐岩溶洞裂隙水、碎屑岩裂隙孔隙水、松散岩类孔隙水四大类 型。 松散岩类孔隙水分布零星、 赋存于第四系冲、 洪