北川县位于绵阳市西北部, 山区占全县总面积的90%以上, 境内山高坡陡, 地质构造复杂, 岩体风化破碎。受“ 5· 12” 特大地震重创, 北川地质环境条件十分脆弱, 地质灾害频发^[1]。尽管自“ 5· 12” 震后我国防灾工作做出了突出成绩^[2], 但仍存在一些不足。在极端降雨情况下, 地质灾害发育数量仍然较多, 如2020年特大汛期后, 北川县内新增地质灾害600余处, 且不少新增灾害并未在前期调查工作中有效识别, 这类情况在我国其他省区也较为普遍^[3]。目前, 地质灾害预测预报能力仍较低, 究其原因, 除地质灾害的形成发育机理比较复杂、预测难度大外, 还因目前地质灾害防治工作的重点主要放在已发现的灾体上, 对地质灾害形成发育的本底— — “ 孕灾地质条件” 分析评价不足, 未能在发灾之前有效识别出潜在隐患。

自21世纪初, 我国地质灾害区划工作经历了1:10万县(市)地质灾害调查区划、1:5万地质灾害详查、地质灾害精细化调查和地质灾害风险调查等阶段^[3]。2013年以来, 调查工作更加注重孕灾地质条件, 从“ 救灾论灾” 的地质灾害调查转向地质灾害隐患(点)及孕灾地质条件(面)调查^[4]。同时, 国内外众多学者也进行了相关研究^{[5, 6, 7, 8, 9]}, 分析了不同地区的地质灾害发育与各类孕灾条件的相关关系, 初步归纳整理了地质灾害的孕灾条件及因子。

针对当前对地质灾害孕灾地质条件认识不足的情况, 本文以北川县为研究对象, 依托“ 四川省北川县地质灾害风险调查评价(1:5万)项目” , 在孕灾地质条件分析与野外调查的基础上, 系统分析了区内崩滑地质灾害与孕灾地质条件之间的关系, 定量揭示了区内崩滑地质灾害在各孕灾地质条件中的易发区间, 科学阐述了各孕灾因子对滑坡、崩塌地质灾害发育分布的控制作用, 旨在为地质灾害防治工作提供更明确的思路。

北川县位于四川盆地西北部边缘向川西高原的过渡地区, 属绵阳市所辖, 行政区面积约3 082.72 km²。大地构造位置处于青藏高原东部边缘的龙门山构造带内, 中央断裂带(北川断裂)从境内陈家坝— 曲山— 擂鼓贯穿而过。同时, 该地区也是四川盆地两大暴雨中心之一^[10]。区内受龙门山断裂和河流长期侵蚀切割的影响, 全境大部皆山, 沟壑纵横, 地形复杂, 地势北西高、南东低, 最大相对高差达4 229 m(图1)。境内出露的主要地层有古生界寒武系、志留系、泥盆系和石炭系, 中生界侏罗系和三叠系, 以及新生界第四系松散堆积层。其中, 变质岩分布面积最广, 以茂县群千枚岩和板岩为主, 是区内主要的易滑岩层。“ 5· 12” 地震对北川县地质环境已造成不同程度的“ 损伤” 及微改造, 目前仍处于震后地质灾害的活跃期, 震后效应尚未消散, 仍需较长一段时间, 地质条件才能恢复到震前水平^[11]。

图1

Fig.1

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	图1 研究区地理位置示意图Fig.1 Geographical location of the study area

经野外实地调查, 受2020年汛期特大暴雨影响, 截至2021年3月, 北川县共发育973处地质灾害, 其中滑坡780处、占比80.06%, 崩塌47处、占比4.90%, 泥石流146处、占比15.04%。

据野外调查, 北川县内地质灾害空间分布受地质环境条件、气候因素及人类工程经济活动共同作用的影响, 空间分布规律明显。首先, 具有地域上的分散性和地段上的相对集中性, 在空间分布上, 呈现出集中于某一河段的分布规律, 主要分布于青片河中段、白草河上游段、白草河— 玉溪河段、苏宝河— 都坝河— 湔江河段; 其次, 与构造带、地震活动带展布相一致。

通过资料收集及野外调查分析, 发现区内地质灾害, 从时间轴线来看(图2, 图3), 总体呈现出以下特点: 受降雨的控制作用越来越明显; 震前区内崩滑灾害与泥石流的比例大概为12:1, 震后比率主要维持在3:1至5:1间; 崩滑地质灾害常年保持在较高发育水平, 但遇超强降雨则呈明显的爆发式增长。

图2

Fig.2

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	图2 2006-2021年地质灾害数量变化Fig.2 Changes in the numbers of geological disasters from 2006 to 2021

图3

Fig.3

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	图3 2006-2021年崩滑灾害数量与泥石流灾害数量比率变化Fig.3 Changes in the ratios of collapse and landslide numbers to debris flow from 2006 to 2021

孕灾地质条件野外调查、地质分析及数理统计结果表明, 北川县内地质灾害形成发育具有明显的分带性, 不同地区地质灾害孕灾条件及发育特征是不同的, 由此对北川县地质灾害进行了孕灾条件分区。

北川县受龙门山断裂和河流长期侵蚀切割的影响, 总体呈现出沟深谷狭、脊坡陡峭、相对高差大等特点。地貌上呈现高山、中山、低山等多种地貌单元, 地形上沟壑纵横, 但不同地区的沟道切割深度及沟道流域面积大大不同。从发育地质灾害的情况来看, 中小起伏山地的地质灾害点密度较大, 中起伏山地的地质灾害点密度最大, 平原地质灾害少。在高程方面, 地质灾害点密度随海拔高度的增加先增加后减小, 在海拔较低和海拔较高的区域, 地质灾害点密度较小。

地层岩性的分布也有较大差异: 在北西片口、青片一带, 主要分布泥盆系危观群组的千枚岩与变质砂岩互层较软岩; 小坝、坝底、开坪中间一带, 分布大面积的碎裂状千枚岩, 易发育岩质滑坡; 桂溪、陈家坝、通泉一带, 分布块状和厚层状灰岩、砂岩, 更易发育崩塌; 永昌、擂鼓一带, 则分布红层砂泥岩。

北川县孕灾地质条件首先要考虑龙门山断裂带的影响, 龙门山断裂构造由NE至SE贯穿全境, 老县城曲山镇处于前龙门山褶皱带与后龙门山褶皱带的界线上, 该断层是一条现今仍然活动的逆冲断层, 复杂的地质构造和剧烈的新构造运动导致区内地层岩体破碎, 各斜坡岩土体发育节理裂隙。

综合研究区内地质环境条件和对各灾种的详细阐述, 考虑北川县内地形地貌、地层岩性条件及工程地质岩组等主要孕灾条件, 将北川县孕灾地质条件分为5大孕灾地质条件区(图6)。

图6

Fig.6

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	图6 北川县孕灾地质条件分区Fig.6 Disaster-pregnancy geological conditions zoning in Beichuan County

I区分布于青片及片口局部地区, 即青片河上游及百草河上游地带。该区地层岩性以泥盆系危观群千枚岩与变质石英砂岩互层为主, 部分地区为三叠系杂谷脑组、三叠系侏倭组千枚岩与变质石英砂岩互层, 整体岩性较软, 岩体结构大多呈层状-碎裂结构, 其出露的千枚岩较志留系的千枚岩岩性更硬。该区地势起伏度也是北川县内最大的, 最高海拔点亦位于该区内。区内沟壑密度较小, 最大为0.6 km/km²。由以上地形地貌指标可以看出, 地势起伏度大而沟壑密度小, 说明区内山体多表现为高且大, 这样的地形地貌对地质灾害发育的贡献不大。区内地质构造发育较少, 主要受龙门山后山断裂及片口地区发育断层影响。从野外调查的情况来看, 区内发育的地质灾害规模大多较小, 以滑坡为主, 几乎无崩塌发育, 泥石流也是多以坡面泥石流为主, 即使沟壑丛生, 也很难形成一定规模的沟道泥石流。

II区为北川县大部, 广泛分布于片口、小坝、开坪、禹里、白坭、马槽、白什地区, 即青片河中游、下游, 百草河中游、下游及通口河中游一带。该区地层岩性以志留系茂县群千枚岩、片岩及板岩为主, 为易滑地层, 整体岩性软, 节理裂隙发育, 岩体结构以碎裂结构-层状结构为主。区内地势起伏度处于北川县内中等水平, 200~500 m间分布, 以开坪(后园沟)、马槽及坝底较高, 都贯、白坭及漩坪的地势起伏度最低。就沟壑密度而言, 该区沟壑密度最大, 其中以白坭、漩坪及禹里地区最大(1.0 km/km²)。由以上地形地貌指标可以看出, 该区地质灾害发育密度应为最高。从野外调查情况来看, 该区地质灾害发育密度极高, 大多规模中等, 以滑坡为主, 滑坡的模式主要有土质滑坡、顺层滑动、视倾向滑动以及中陡倾岩层内的倾倒变形, 泥石流也较为发育, 但规模较小, 崩塌发育很少。

III区分布于桂溪— 陈家坝— 曲山— 擂鼓一线, 沿龙门山断裂两侧, 都坝河一带。该区地层岩性以奥陶系、寒武系及震旦系灰岩为主, 局部地区为志留系千枚岩、板岩及页岩等, 整体岩性坚硬, 岩体结构呈块状。地质构造上, 受龙门山断裂带影响最为显著。在分区中, 结合龙门山断裂带的影响距离, 及5· 12 汶川地震引发的同震地质灾害分布规律, 综合划定了III区的边界。该区地势起伏度与沟壑密度与II区类似, 同样是地质灾害的高发区。从野外调查情况及5· 12汶川地震引发的同震地质灾害分布规律来看, 地质灾害及不良地质现象发育密度高, 滑坡、崩塌及泥石流均有发育, 其中泥石流的规模之最, 区内魏家沟、樱桃沟、青林沟及杨家沟等泥石流沟每年都在发生泥石流活动。受地震影响, 区内发育部分大型滑坡、崩塌, 如景家山崩塌、王家岩滑坡。

IV区分布于北川县东北部桂溪、通泉及永安一带。该区地层岩性以泥盆系及三叠系砂岩、灰岩为主, 整体岩性较坚硬, 岩体结构以层状-块状为主, 节理裂隙发育, 地质灾害发育主要以崩塌为主, 滑坡次之, 几乎无泥石流发育。

V区分布于北川新县城永昌附近, 安昌河下游一带。该区地层岩性以红层砂泥岩为主, 河谷地带分布第四系松散堆积物, 整体岩性较软, 岩体结构以层状为主。该区地势较为平坦, 地势起伏度很低, 但沿安昌河一线沟壑密度较大。该区地质灾害发育主要以崩塌为主, 少部分滑坡。

(1)北川县目前共发育973处地质灾害。境内地质灾害空间分布受地质环境条件、气候因素及人类工程经济活动共同作用的影响, 时空分布具有明显的分区特征。

(2)地质构造、土地利用类型、斜坡结构、坡度及剖面曲率是孕育滑坡最主要的地质条件; 崩塌则受控于工程地质岩组条件, 与距河流距离及地震烈度也有一定关系。

(3)结合研究区内地质环境条件, 综合考虑北川县内地形地貌、地层岩性及工程地质岩组等主要孕灾条件, 将北川县分为5大孕灾地质条件区, 并详细阐述了不同孕灾区内地质环境条件、地质灾害发育特征及主控孕灾条件等。本研究有助于地方防灾减灾体系的提升, 也可为其他地质灾害风险调查评价项目提供一定的参考。

(责任编辑: 刘丹)