藏东地区冻错曲流域崩塌发育特征与链式成灾模式研究.pdf
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1、第 50卷第 5期2023年 9月Vol.50 No.5Sep.2023:1-10钻探工程Drilling Engineering“地质灾害调查评价与监测预警专题地质灾害调查评价与监测预警专题”编者按编者按:开展地质灾害调查评价与监测预警,更好支撑服务国家重大工程建设和防灾减灾,钻探技术在其中发挥着重要作用。为此,中国地质科学院探矿工艺研究所与编辑部联合组织了“地质灾害调查评价与监测预警专题”,由罗宏保高级工程师担任客座编辑。本专题遴选 10篇论文发表,内容涵盖崩塌、滑坡、地面沉降等多种地质灾害的调查评价、监测预警、防治建议等,既有理论研究,也有具体的工程实践。藏东地区冻错曲流域崩塌发育特征与
2、链式成灾模式研究龚诚1,2,3,黄海*1,2,陈龙1,2,杨栋1,2,田尤1,2,李洪梁1,2,李元灵1,2,张佳佳1,2,高波1,2(1.中国地质科学院探矿工艺研究所,四川 成都 611734;2.自然资源部地质灾害风险防控工程技术创新中心,四川 成都 611734;3.中国地质大学(武汉)工程学院,湖北 武汉 430074)摘要:藏东地区川藏交通廊道冻错曲流域崩塌灾害多发,是经济活动中的重要地质安全风险源。通过野外调查,总结了研究区域内崩塌的分布规律和发育特征,分析了崩塌-碎屑流灾害链的形成机制和演化模式。结果表明:冻错曲流域崩塌在空间上沿河流和断层两侧呈条状分布,在较软-较坚硬岩层中集中
3、分布,崩塌的垂向分布主要受凸状折线型坡面形态和高程共同控制;斜坡结构的差异导致了崩塌的不同发育特征,形成了弯曲倾倒式、拉裂滑移式和复合式 3类崩塌失稳模式。流域内崩塌具有高位启动和远程运动致灾的特点,规模受崩源区的高程、高差及坡度影响显著,堆积体的粒径及运动距离与岩性关系密切。研究区崩塌灾害具有典型的崩塌-碎屑流-堵江的链式演进模式,其灾变和链生过程主要受冻融和地形等因素控制,其中巨型崩塌-碎屑流灾害链主要由地震触发。研究结果可为区内人类工程活动中的崩塌灾害风险防控提供参考。关键词:川藏交通廊道;崩塌;成灾模式;灾害链;分布规律中图分类号:P642.21 文献标识码:A 文章编号:2096-9
4、686(2023)05-0001-10Characteristics of collapse development and geohazard chain model in the Dongcuoqu Basin,eastern TibetGONG Cheng1,2,3,HUANG Hai*1,2,CHEN Long1,2,YANG Dong1,2,TIAN You1,2,LI Hongliang1,2,LI Yuanling1,2,ZHANG Jiajia1,2,GAO Bo1,2(1.Institute of Exploration Technology,CAGS,Chengdu Sic
5、huan 611734,China;2.Technology Innovation Center for Risk Prevention and Mitigation of Geohazard,MNR,Chengdu Sichuan 611734,China;3.Faculty of Engineering,China University of Geosciences,Wuhan Hubei 430074,China)收稿日期:2023-07-07;修回日期:2023-08-23 DOI:10.12143/j.ztgc.2023.05.001基金项目:中国地质调查局地质调查项目“青藏高原东南
6、缘及过渡带地质灾害调查与风险管”(编辑:DD20221741)、“藏东昌都地区城镇灾害地质调查”(编号:DD20190644);第二次青藏高原综合科学考察研究(编号:2019QZKK0902)第一作者:龚诚,男,汉族,1998 年生,硕士研究生,地质工程专业,主要从事地质灾害调查与风险评价工作,湖北省武汉市鲁磨路 388 号,。通信作者:黄海,男,汉族,1984年生,高级工程师,地质工程专业,博士,主要从事地质灾害调查研究工作,四川省成都市郫都区成都现代工业港港华路 139号,。引用格式:龚诚,黄海,陈龙,等.藏东地区冻错曲流域崩塌发育特征与链式成灾模式研究 J.钻探工程,2023,50(5)
7、:1-10.GONG Cheng,HUANG Hai,CHEN Long,et al.Characteristics of collapse development and geohazard chain model in the Dongcuoqu Basin,eastern Tibet J.Drilling Engineering,2023,50(5):1-10.2023年 9月钻探工程Abstract:Collapse hazards are frequent in the SichuanTibet Transportation Corridor of Dongcuoqu Basin w
8、hich is a significant geological risk source for the construction and safe operation of major projects in eastern Tibet.Based on field investigations,the distribution patterns and developmental characteristics of collapse disasters in the study area were summarized,and the formation mechanisms and e
9、volution model of the collapsedebris flow hazard chains were analyzed.The results show that the collapse disasters in the Dongcuoqu Basin has a banding distribution along both sides of the river and faults in space,and concentrately distributed in the lighter and harder strata.The vertical distribut
10、ion of the collapse is mainly controlled by the convex folded slope morphology and elevation.The development characteristics of collapse are caused by the slope structure,which led to 3 collapse models namely bendingtopplingtype,pullingslidingtype and compositetype.The collapse in the region is feat
11、ured of highaltitude initiation and remote movement,and the scale of the collapse is significantly influenced by the elevation,height difference and gradient of the collapse source area,while the grain size and movement distance of the deposits are closely related to the lithology.The collapse disas
12、ters in the area have a typical chaintype evolution process of collapsedebris flowriver blocking,and the disaster and chain generation process is mainly controlled by factors such as freezethaw and topography,among which the giant collapsedebris flow hazard chain is mainly triggered by earthquakes.T
13、he research results can provide reference for the prevention and control of landslide disaster risks in human engineering activities in the area.Key words:SichuanTibet Transportation Corridor;collapse disaster;desaster model;distrubution law0引言冻错曲流域属川藏交通廊道怒江大桥至伯舒拉岭隧道段,地处藏东南怒江峡谷西侧,强烈的构造隆升作用和冰川活动塑造了流域
14、山高坡陡、沟谷深切的地貌格局1。受构造活动及冰川风化剥蚀作用,区内岩体结构极其破碎,在地震、降雨等因素触发下,高位危岩体易以滑动、倾倒、坠落等方式脱离源区母体,形成大规模的崩塌地质灾害2。前人针对藏东南区域频发的崩塌地质灾害已开展了系列研究,在崩塌的发育特征、触发因素和运动模式等方面取得了共识3。李秀珍等4指出川藏交通廊道昌都至林芝段崩塌、滑坡灾害集中分布,直接威胁路基桥梁及隧道进出口安全,且极易转化为洪水、泥石流等灾害链危害廊道工程设施。张永双等5指出藏东南地区的高位崩塌灾害多为复合成因形成,兼具内外动力交替触发。李洪梁等6基于藏东昌都地区灰岩地层中崩塌形成机理研究,指出崩塌是区内构造、气候
15、、人类活动共同耦合形成的产物。代欣然等7指出区域内高位崩塌历史上可能受断裂、冻融及地震的共同作用,滑体崩落后具有高速远程运动的特征。此外高位崩塌失稳后形成的次生灾害链进一步放大了灾害规模。何兴祥等8认为冻错曲流域上游冰湖为崩塌-碎屑流堵江灾害链。Lai等9结合堆积体岩心分析及模拟结果认为察达崩塌曾经堵塞冻错曲。这些研究结果均指出区域内的崩塌孕灾背景复杂,触发因素多样,灾害特征明显,以高位崩塌-碎屑流为典型的地质灾害成为影响该区域交通廊道建设安全及运营稳定的关键风险源之一。然而针对冻错曲流域的地质灾害研究多集中于区内第四纪堆积体特征10、泥石流群发特征11和冰湖溃决危险性评价12等方面,流域内崩
16、塌灾害的分析研究较少。近年来,流域内人类工程活动日益频繁,崩塌灾害的危险性大大提高。鉴于此,通过精细化地质调查及高精度遥感解译,系统分析了流域内崩塌灾害的发育特征和分布规律,深入总结了区内崩塌的成灾模式和崩塌-碎屑流的形成机制。研究结果有助于进一步理解高位崩塌-碎屑流的灾变过程,为区域防灾减灾提供参考。1研究区概况冻错曲地处三江并流区北段,地貌格局总体为高山峡谷和冰川作用形成的 U 型谷,地形上呈现“上游狭窄下游宽缓”的特征(见图 1)。流域面积399.10 km2,地势西高东低,最高海拔 5210 m,最低海拔 3600 m,主沟总体顺直,纵长 39.90 km,宽约350700 m,沟道平
17、均纵坡降 40.35(见图 2)。研究区属高原温带半干旱气候,干湿季节分明,降水量集中,气候垂直变化明显,雪线海拔约 4500 m。高山峡谷区受冰雪冻融风化作用强烈,岩体结构较破碎。2第 50卷第 5期龚诚等:藏东地区冻错曲流域崩塌发育特征与链式成灾模式研究区内大面积出露第四系至侏罗系地层,主要由砾岩、砂岩、灰岩、板岩、花岗岩和第四系松散堆积物组成;按照岩体工程性质可将流域内岩组分为 4类,分别为松散-稍密堆积物岩组、较软-较坚硬板岩岩组、较坚硬厚层状砾岩岩组和坚硬块状岩浆岩岩组。受印度洋板块向北持续俯冲作用,区内新构造运动活跃,发育巴曲-东村断裂、信本断裂、察达-巴曲断裂等多条断裂13。区内
18、活动断层多发育有宽100200 m 的挤压破碎带,断裂面整体倾向南西,倾角 6070,均为南西-北东逆冲的逆断层(参DFE$NFKB130F3,4.,34.&34(,48LK,4K8548LK54K8+4F+4(0M$E z2K d1C P l21hg?gd?gdJhgJ252.557.510km0EQ000K$0KE1图 1冻错曲流域概况Fig.1Overview of the Dongcuoqu BasineeeeeD/PhgJC2P1lgdJhgKPP4 K?OEhg JhgKgdJC2P1l)e53K835.&354M(8LKK8,3K8538LK#P#P图 2冻错曲沟床纵剖面工程地质
19、简图Fig.2Engineering geological section map of Dongcuoqu gully32023年 9月钻探工程见图 2)5。区内人类工程活动体现在建房、筑路过程中对边坡的开挖与填埋,以及不合理耕种、放牧对固坡植被的破坏,降低了原始坡体的稳定性;随着交通廊道的规划建设,流域内大规模的工程活动将日渐频繁,岩土体的工程扰动也将显著增加。活跃的地质构造、陡峻的地形、高寒的气候环境和不断加剧的人类工程活动,都会导致岩土体灾变过程。2崩塌发育特征2.1崩塌类型冻错曲流域内共发育崩塌灾害 47处,全部为大中型灾害,其中规模50104 m3的有 6 处。受构造、岩性、地形地
20、貌及风化作用影响,区内崩塌危岩体大多处于欠稳定-不稳定状态,下部坡体受多次崩塌作用形成大规模崩塌堆积物。崩塌的分布与崩源区高程及坡度存在一定的关联性,其主要分布于高程 40005000 m,坡度 2045斜坡之间,高差集中在 5001400 m。崩塌沿冻错曲南北两侧呈条状密集分布,以板岩、灰岩和花岗岩地层中为主,在碎裂-块体结构和层状结构逆向坡中崩塌最发育,而顺向坡和横向坡中崩塌发育较少。研究区崩塌整体特征见表 1。2.2崩塌分布特征2.2.1凸状折线型坡面形态控制崩塌的垂向地带性分布受冰川活动及河流下切作用,冻错曲两岸斜坡形态呈现上缓下陡的二元结构(参见图 1c),表现为斜坡上部在冰川作用下
21、形成宽缓“U”型河谷,平均坡度多在 30以下,下部受青藏高原隆升和河流下切作用下形成陡峭斜坡,坡度多在 3545。这种凸状折线型地形的突变点分布于海拔 45004800 m段,而这个海拔高度同时是冻融作用和大气降雨分布带的叠加区。在由地形导致的差异性分布的应力场和外营力的共同耦合作用下,地形转折段极有利于卸荷裂隙的发育6。受边界条件和裂隙扩展动力两方面的控制,冻错曲流域内 70.21%的崩塌灾害均发育于地形拐点,这种集中分布规律显著反映了区内地形的控灾效应。此外,崩塌灾害还具有高势能特征,82.79%的崩塌集中于 5001400 m 高差之间(见图 3);其中中型崩塌平均高差 797 m,大型
22、崩塌平均高差 876 m。同时在上部极高山区形成的汇流作用下,斜坡多发育冲沟,为高位崩塌物质输移提供通道。2.2.2断层、岩性与崩塌发育关系受多次逆冲断层挤压作用,流域内岩体结构较破碎,在降雨入渗作用下,加剧了岩体风化破裂,因此区内崩塌灾害空间分布具有一定的断层距离效应表 1冻错曲崩塌特征统计Table1Classification of collapse characteristics of Dongcuoqu Basin类型分类崩塌规模/(104 m3)高差/m坡度/()出露地层岩体结构发育类型大型(10100)中型(110)14008001400500800453545253525来姑组
23、板岩、灰岩、变质砂岩(C2P1l)砾岩(E2z)白垩纪二长花岗岩(J)层状结构碎裂-块状结构顺向坡逆向坡横向坡数量/处321541821452313632213617321比例/%68.0931.918.5138.3044.688.5110.6348.9427.6612.7768.094.2627.6612.7736.176.3844.68QPe?图 3崩塌沿斜坡高差、坡度分布规律Fig.3Distribution pattern of collapse along the slope height and gradient4第 50卷第 5期龚诚等:藏东地区冻错曲流域崩塌发育特征与链式成灾模
24、式研究(见图 4),尤其是大型崩塌,均位于断层核心影响区,如察达-巴曲断裂直接穿过区内最大的察达崩塌中部,且崩塌距离信本断裂也不足 500 m。相比于断层,岩性与崩塌发育程度的关系更为密切。冻错曲流域以板岩、砾岩、灰岩等为代表的地层受构造活动及风化剥蚀作用影响显著,岩体发育较高密度的节理裂隙,成为流域内典型的崩塌易发地层(参见表 1)。调查结果显示,共有 32 处崩塌发育在板岩、砾岩及灰岩地层中,占崩塌总数量的68.09%。花岗岩地层中崩塌主要受冻融风化侵蚀控制,岩体的破裂形式较为恒定,碎裂的块状岩体失稳后不断沿斜坡崩落形成大规模堆积倒石锥。2.2.3斜坡结构对崩塌发育的控制按照流域内出露岩体
25、的结构可将斜坡分为碎裂-块状结构斜坡和层状结构斜坡,层状结构斜坡又可细分为顺向坡、横向坡、和逆向坡(见图 5)。根据崩塌发育密度差异,不同斜坡结构的灾害活跃度依次为层状结构逆向坡、层状结构顺向坡、碎裂-块状结构斜坡和层状结构横向坡。崩塌最为活跃的层状结构逆向坡发育灾害的点密度达到 22.25 处/100 km2,该类崩塌多位于冻错曲南岸陡倾的层状结构斜坡中(图 5)。受凸起折线型斜坡形态影响,岩体在自重弯矩作用下,于前缘开始向临空方向作悬臂梁弯曲,并逐渐向坡内发展。弯曲的岩层之间互相错动并伴有拉裂,岩层后缘出现拉裂缝,形成平行于走向的反坡台阶和沟槽;弯曲剧烈部位往往产生横切折断现象,造成岩体沿
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