研究区位于四川盆地西部, 居凉山彝族自治州北部, 北隔大渡河与汉源县相望, 西接石棉县与越西县, 东边为峨边县、金口河工农区, 南临美姑县, 距州府西昌市237 km, 素有“ 凉山北大门” 之称^{[2, 4, 5]}。研究区总体呈“ 拳头” 状, 最窄处约47 km, 最宽处约73 km, 区内面积约2 154 km²。大渡河由东向西在北端通过, 研究区位于大渡河下游及支流中、下游, 形成了以新市坝镇为中心的交通网, 成昆铁路及国道G245线南北贯穿县境(图1), 长约60 km, 境内设有8个火车站。

图1

Fig.1

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	图1 研究区位置及降雨量分布Fig.1 Location of the study area and the distribution of rainfall contour lines

研究区气侯属亚热带季风气侯, 降雨量、气温受海拔影响, 变化显著。多年平均气温为16.2 ℃, 最高为40.4 ℃, 最低为零下10.7 ℃, 冬季月平均气温达6 ℃以上, 无霜期326天。据统计, 多年平均降雨量为964.2 mm, 年降雨量最多达1 156.8 mm, 最少为1972年的621.4 mm。降雨主要分布在研究区西部及西南部, 北部降雨相对较少(图1)。域内河流均属大渡河水系, 纵观全境, 叶脉状河流密布, 其中, 流域面积大于100 km²的河流有7条, 接近100 km² 河流1条, 区内多数河流在县城附近注入尼日河, 形成不对称的向心状水系。

区内地层发育比较完整, 地层的特点为四周老, 中部新, 河流两岸最年轻。从老到新出露地层主要有古元古界峨边群(Pt₁eb)玄武岩, 下震旦统开建桥组(Z₁k)超基性-基性-中性-酸性侵入岩及火山岩, 上震旦统灯影组(Z₂d)灰白色硅质白云岩、白云质灰岩夹燧石层和观音崖组(Z₂g)灰色含砂质白云岩、泥灰岩及石英砂岩, 上二叠统(P₃β )基性-超基性岩、玄武岩, 上三叠统白果湾群(T₃bg)深灰、灰黑色砂岩夹少量粉砂岩及黑色页岩, 中侏罗统新村组(J₂x)灰绿和紫红色泥岩、粉砂岩、底部粗砂岩及含砾砂岩与益门组(J₂y)灰绿和紫红色泥岩、粉砂岩、底部粗砂岩及含砾砂岩, 上新统昔格达组(N₂x)下部以灰褐色块状致密砾岩或含砾砂岩为主, 上部为褐黄色的黏土岩、粉砂岩、砂岩, 以及更新统(Q_p)残坡积层等角砾混块碎石及粉黏粒组成(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 研究区地层简图 1.更新统; 2.上新统昔格达组; 3.中侏罗统新村组; 4.中侏罗统益门组; 5.上三叠统白果湾群; 6.上二叠统; 7.下二叠统; 8.上泥盆统; 9.中泥盆统; 10.下泥盆统; 11.中奥陶统大箐组; 12.中奥陶统— 下奥陶统巧家组; 13.下奥陶统红石崖组; 14.下寒武统; 15.上震旦统灯影组; 16.上震旦统观音崖组; 17.上震旦统列古六组; 18.下震旦统开建桥组; 19.下震旦统苏雄组; 20.古元古界峨边群Fig.2 Stratigraphic diagram of the study area

区内构造上属康滇古陆的一部分, 处于川滇经向构造体系和青藏滇缅印尼构造的交接、上并部位, 两者贯穿全区, 地质构造复杂, 褶皱、断层十分发育^{[2, 5, 6]}。主要褶皱构造有苏熊背斜、徐家山背斜等, 断层主要包括海棠大断层、阿巴而及断层等(图3), 其中: 海棠大断层从汉源经海棠、团结、嘎日, 直到斯觉, 其主要断层线皆在斯觉向斜西部, 断层面向NE倾斜, 倾角在70° 以上; 阿巴而及断层位于海棠大断层之西, 为NNW走向, 长约40 km, 断层倾角在60° 左右, 岩石挤压破碎, 是甘洛滑坡及泥石流发生的主要地区之一。断层多为高角度逆冲断层, 产状陡峻, 岩石破碎, 常发生滑坡及泥石流等灾害^{[3, 5]}。

图3

Fig.3

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	图3 研究区断裂构造分布 (1).俄落断层; (2).特克断层; (3).马拉哈断层; (4).田坝断层; (5).海棠大断层; (6).阿巴而及断层; ①.苏熊背斜; ②.徐家山背斜; ③.马鞍山背斜; ④.马拉哈背斜; ⑤.斯足断裂Fig.3 Distribution of fault structures in the study area

人类工程活动是人类工程建设的总称, 仅有峡谷沟口扇形地、坡度较缓的平台与沿河斜坡地等少量区域可供人类居住及生产、生活。这些区域也常常为人类工程活动密集区, 当地居民生产生活迹象明显, 如矿山采掘、修路开挖、切坡建房、水利与能源工程高边坡、采伐林木或药材、过度放牧、坡地农田灌溉、岩土或废矿堆载、水库水位变动和建筑荷载等, 这些活动都会诱发地质灾害^{[2, 3, 7]}。

区内地质灾害的发生受降雨作用影响明显。降雨是影响泥石流灾害发灾的重要因素之一^{[8, 9]}。主要体现在两个方面: 一是水动力作用, 降雨通过地表汇流、侵蚀、揭底(刨蚀)等途径, 导致土体启动形成泥石流; 二是降水作为泥石流体的重要组成成分之一, 是泥石流暴发不可缺少的条件之一^{[4, 10, 11, 12]}。研究区泥石流灾害的发生与气象降雨呈现极强的关联性, 特别是季节性的持续降雨与短时强降雨等极端情况。本文所用地质灾害点数据主要为自然资源部门台账点与遥感解译新增隐患点, 其中新增隐患点采用PIE-Basic 6.3软件及PIE-Engine Factory遥感云服务平台完成。从地质灾害点分析结果来看, 区内近60 a来, 在汛期(4— 9月)共有泥石流灾害88处, 其中分布较多的月份为8月(41处)、9月(24处)和7月(12处), 以上3个月发生灾害的数量占全年发生灾害数量的近九成。灾害发生频率与同期区内降雨分布趋势一致(图4)。

图4

Fig.4

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	图4 泥石流灾害数量与月均降雨量关系Fig.4 Relationship between the number of debris flow disasters and monthly average rainfall

另从区内崩滑灾害(滑坡、崩塌)发灾情况分析, 区内崩滑灾害发灾数量较多的月份依次为7月(104处)、6月(50处)和8月(48处), 以上3个月发生灾害数量占全年发生灾害数量的的七成多, 结果表明崩滑等地质灾害的形变成灾分布与同期气象降雨趋势关系紧密, 呈现较强的相关性与一致性(图5)。

图5

Fig.5

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	图5 崩滑灾害数量与月均降雨量关系Fig.5 Relationship between the number of landslide disasters and monthly average rainfall

结合前述对泥石流、崩滑灾害发灾与气象降雨时间分布的相关性分析, 结果表明区内泥石流发灾的季节性同汛期强降雨时间一致。在汛期(5— 9月), 当月均降雨量超过68 mm后, 开始发生地质灾害, 当月均降雨量超过179 mm后, 灾害发生场次显著增加(7月为12处), 到8月降雨量仍超过163 mm, 灾害发生次数达最多(41处)。虽然8月相比7月降雨有所下降, 但灾害发生次数增加明显, 推测为灾害发生较之降雨有一定延迟。崩滑类地质灾害的发灾时间同汛期强降雨时间一致, 主要为6— 8月。因此, 降雨是地质灾害发生的最主要诱发因素。

(1)沿河流呈带状分布。区内地质灾害点的空间分布差异明显, 总体表现为沿主要河流呈带状集中分布, 可分为甘洛河沿岸集中带、田坝河沿岸集中带、尼日河沿岸集中带, 沿河流两岸发育的地质灾害数量(269处)占区内灾害总数量的71.4%, 灾害点密度高达36.2处/km²(表1)。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 灾害集中带灾害点密度统计 Tab.1 Disaster site density in the disaster concentration areas 灾害集中带 灾害数量/处 带内面 积/km2 灾害点密度/ (处· km-2) 崩塌 滑坡 泥石流 合计 甘洛河沿岸集中带 13 45 28 86 329.24 26.1 田坝河沿岸集中带 5 38 26 69 128.27 53.8 尼日河沿岸集中带 25 63 26 114 285.30 40.0 总计 43 146 80 269 742.81 36.2

表1 灾害集中带灾害点密度统计 Tab.1 Disaster site density in the disaster concentration areas

地质灾害呈现前述分布特征的原因为: 一是河流的流水冲蚀或侵蚀了沿河两侧地质体, 破坏了岩石体构造裂隙等结构面, 降低了岩体的稳定性, 形成了滑坡、崩塌等的有效临空; 二是滑坡等灾害点致灾成灾区与人类居住、生产、生活等经济活动集中区关系紧密, 多数沿河流分布; 三是地质灾害点形成的重要物源, 受河流流体搬运等外在动力作用, 多沿河道及两侧区域堆积; 四是地质灾害点的发生频率与规模, 受地表流水与地下水侵蚀河流河床基准面影响较大。

(2)沿断层呈带状分布。研究区地质灾害的发育同断层带空间分布基本一致, 区域地质构造线呈NW、SE向展布, 主要受控于田坝断层及马拉哈断层。断层1 km范围内地灾点处量为143处, 占到了地质灾害总数的39.4%, 如: 田坝断层分布地质灾害点38处, 占到了灾害总数的10.5%, 成为了区内地质灾害分布最为集中的断层影响地区; 马拉哈断层分布地质灾害点32处, 占到了灾害总数的8.8%; 苏熊背斜分布地质灾害点25处, 占到了灾害总数的6.9%。

区域断裂构造及地震带对区内滑坡灾害呈现较强控制作用, 如断裂构造影响了区内河流走向、山脉展布等地形地貌, 间接控制了区内滑坡灾害的发育规律^{[11, 13]}。研究区内滑坡发育受SN向川滇构造带与NW— SE向龙门山构造带共同影响, 特别是尼日河与甘洛河沿岸区域。同时, 在地震活动带上, 地震破坏了岩土体结构, 导致裂隙空间增大, 导水性变强, 稳定性变差, 遇极端强降雨容易形成滑坡、崩塌等灾害, 同时, 由于区内断裂构造裂隙现象的存在, 在降雨作用下加剧岩土体裂缝, 易形成不稳定地质单元体, 发生崩塌、滑坡及泥石流等灾害。

(3)与易滑地层分布一致。区内易滑地层主要有上新统昔格达组(N₂x)、上三叠统白果湾组(T₃bg)、中侏罗统新村组(J₂x)和益门组(J₂y)地层。该易滑地层总共发育滑坡138处, 占全部滑坡数量的62.2%。行政区划上主要分布于田坝镇、新市坝镇、团结乡、玉田镇、普昌镇、新茶乡、吉米镇等。滑坡频发与区内基底地层岩性和上覆土体的物理、水理性质关系密切。区内地层岩性为泥(页)岩、砂岩组成的韵律层, 局部含煤, 泥(页)岩抗风化能力弱, 具失水风化崩解脱落遇水易软化特征。斜坡带上覆土体结构松散, 可为各类水体下渗提供通道, 而下伏岩体中泥(页)岩相对隔水, 地表水入渗后滞留于此, 长期软化岩土体。同时, 在岩土界面形成含水率高的软弱层进而构成潜在滑面, 在不利工况组合条件下易产生滑坡。第四系更新统(Q_p)分布于河岸局部地带, 上新统昔格达组(N₂x)主要分布于新市坝镇县城附近一带, 其岩性中以黏性土比例较高, 土体呈软塑或半成岩状, 含、透水性极差, 同时由于黏性土及半成岩遇水易饱水软化, 从而易产生滑坡。

(4)与人类工程活动区域高度重叠。区内受高山峡谷地貌地形影响, 人类工程活动区主要沿河谷集中分布, 构成了地质灾害的承灾体。另外, 人类开展的开山筑路及搭桥建屋等活动, 造成了山体的不合理切坡, 产生扰动, 破坏了斜坡的平衡, 产生了新的临空面, 加速了地质灾害发生^{[2, 8, 14]}。因此人类工程活动是引发地质灾害的重要因素。

地质灾害的发生常常受到多种因素共同影响, 且各个因素对灾害发生的影响程度也不同, 本文采用层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)分析研究区地质灾害各因素(指标因子)权重参数。根据野外调查及资料分析, 选取7个影响甘洛县地质灾害发生的因素: 地层岩性、与道路距离、与断层距离、与河流距离、地形地貌、海拔高度、植被覆盖度, 进行两两比较分析。通过建立判断矩阵的方法确定各指标因子权重(表2), 其中地形地貌权重为0.32, 是区内地质灾害发生的最主要控制因素, 影响地质灾害的发生频率、规模及危害程度; 地层岩性、与断层距离权重分别为为0.17和0.14, 是区内地质灾害发生的重要控制因素。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 各因素权重计算表 Tab.2 Weight calculation table for each factor 指标因子 按行相乘 开n次方 权重 地层岩性 108 1.982 0 0.17 与道路距离 0.266 7 0.827 9 0.11 与断层距离 4.5 1.239 7 0.14 与河流距离 0.044 4 0.641 0 0.09 地形地貌 5 625 3.433 5 0.32 海拔高度 0.016 7 0.557 2 0.07 植被覆盖度 0.001 9 0.407 1 0.10

表2 各因素权重计算表 Tab.2 Weight calculation table for each factor

综合考虑区内地质构造条件、地质灾害发育程度及灾害因素权重分析结果等因素, 将全区分为新市坝— 玉田— 新茶— 普昌片区、乌史大桥— 苏雄片区、吉米片区、海棠片区和沙岱片区5个片区, 分别对其开展地质灾害主控因素分析, 为开展后续综合治理和监测预警管控提供重要决策支持依据。

新市坝— 玉田— 新茶— 普昌片区主控因素为地形地貌, 其次为地层岩性。片区坡度在30° 以上的土质斜坡易发生滑坡, 坡度在50° 以上的“ 红层” 地区易发生崩塌。在坡度50° 以上、断层影响范围内为崩塌易发区, 其中, 昔格达组地层为灾害易发区。地层岩性主要为上二叠统(P₃β )玄武岩夹凝灰岩(坚硬岩类), 中、下部夹灰岩及砂页岩, 上三叠统白果湾群(T₃bg)包含砂岩、页岩、炭质页岩(半坚硬岩类), 下二叠统石灰岩含燧石条带夹白云岩、黏土岩(坚硬岩类)。片区内分布大量该类“ 红层” , 该套地层易风化, 滑坡分布数量最多, 片区两侧受构造影响灾害密度明显增加。此外, 昔格达组(N₂x)地层多零星孤立分布于较高的谷坡阶地上, 在新市坝及县城区附近呈零星状分布, 为一套半胶结的河湖相粉砂岩、砂质黏土岩及砂砾岩(松散岩组), 下部以灰褐色块状致密砾岩或含砾砂岩为主, 间夹深灰色粉砂岩, 上部为褐黄色的黏土岩、粉砂岩、砂岩, 层理清晰, 该套地层是灾害高易发区, 内发育滑坡灾害9处, 灾害密度达到0.9处/km²。

乌史大桥— 苏雄片区、吉米片区与海棠片区主控因素为地形地貌, 其次为与断层距离。区内地形为深切割中山“ V” 字型峡谷地貌, 海拔高度较高, 山体切割深度大, 多形成悬崖峭壁, 沟谷纵坡降大, 流域面积大, 支流众多, 植被覆盖率低, 同时强烈的构造抬升作用为崩滑或泥石流灾害的发生提供了充足的运动势能, 且随着常年累月对域内岩石土体的切割剥蚀, 在重力、坡面流水作用下极易形成松散堆积物成为泥石流的物源。片区主要发育马拉哈断层与特克断层:前者总体走向为NNW, 长约50 km, 北起两河乡, 经沙岱、胜利、前进、苏雄、新市坝、普昌、阿尔、波波诸乡镇, 南达阿嘎乡东北部, 总体走向为NW向; 后者走向为NNW, 长度大于20 km, 起于资勒, 入牛日河后呈NW向延伸。由于多条区域性断层穿过本区, 断层活动易造成岩体破碎, 可为泥石流提供充足物源, 且与断层距离越近, 情况越严重, 因此与断层距离是泥石流发育的重要影响因素。

沙岱片区主控因素为地形地貌, 其中坡度是最主要的因子。区内地质灾害均为滑坡, 分布在20° 以上的斜坡, 斜坡土体以粉质黏土(夹碎石)为主, 人类工程活动开挖边坡易导致斜坡土体失稳滑动。区内断裂对滑坡的影响相对较小。