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揭秘活动断裂带的滑坡灾害形成机制与危害

2020-12-8 8:18:44 来源:中国矿业报 作者:郭长宝 袁浩 倪嘉伟 杨志华 吴中康

活动断裂又称活动断层,一般是指晚更新世(12.6万年)以来曾经活动过,或现今正在活动,并且在将来一段时间仍有可能活动的断裂。活动断裂往往沿一个方向组成带状延伸发育,构成活动断裂带,大型活动断裂带一般宽5千米~10千米,延伸几百千米以上,世界上最长的断裂带是东非大裂谷,它由板块张裂形成,绵延近6000千米,长度约为地球周长的1/7,最大宽度可达几十千米至二百千米,从卫星照片上看犹如地球的一道巨大伤疤。活动断裂带在我国也密集分布,如著名的龙门山断裂带、红河断裂带、郯庐断裂带和鲜水河断裂带等。

活动断裂带往往是不同板块、不同地块的结合带,是地壳的相对薄弱带,而且活动断裂带内应力场复杂,除了诱发极为严重的地震灾害、断错建设于其上的建筑外,活动断裂带也是崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的集中发育带。据统计,我国已查明的近30万处滑坡灾害隐患点中,约有接近一半位于活动断裂密集发育的西南高山峡谷区。

滑坡是一种破坏性极强的外动力地质灾害,主要是指斜坡上的岩土体在降雨、人类工程扰动、地震等作用下发生快速下滑的一种自然现象,往往造成人员伤亡、田地毁坏、房屋掩埋、河流堵塞等严重灾难,而沿着断裂带发育的滑坡灾害,更具有规模大、速度快、复发频繁等特点。如2000年5月,沿嘉黎-察隅断裂带发生举世闻名的易贡高位远程滑坡,堵塞易贡藏布江,并在一个月后溃坝摧毁了下游20多座桥梁,造成100多人死亡,5000多人无家可归的重大灾害;2008年,沿龙门山断裂发生的汶川8级强震,诱发滑坡2万余处,诱发的大光包滑坡体积达11亿立方米,整个山头发生了约1.7千米的高速滑动,为我国有史料记载以来规模最大的滑坡,也是目前世界上已知为数不多的几个超大规模滑坡之一;2018年10月和11月先后两次发生滑动的西藏白格滑坡也位于金沙江断裂带内,其造成了近百亿元的经济损失,最大影响范围到达白格滑坡下游700余千米的云南虎跳峡一带。这些地质灾害实例表明,活动断裂带内滑坡灾害发育密集且危害严重,已经给人类生命财产安全造成极大威胁。

为什么沿活动断裂带滑坡灾害极为发育、危害如此严重呢?

首先,活动断裂带内历史构造活动频繁,在构造挤压和走滑等作用下,断裂带内岩体极为破碎,为滑坡灾害的发生提供了基本岩体条件。

地球的形成经历了极其漫长复杂的过程,形成了不同类型的岩浆岩、沉积岩和变质岩。在未受外界条件扰动之前,花岗岩、砂岩等岩体完整性好、力学强度极高,而在断裂活动、地震扰动后,其岩体力学强度发生急剧变化,多为原岩强度的1/3~1/5,所以沿活动断裂带也成为了地质灾害高易发区。地质工作者开展了地质灾害高易发区的1∶5万地质灾害调查与填图,建立了地质灾害数据库,研究发现在鲜水河活动断裂带、巴塘活动断裂带等活动性较强的活动断裂带内,滑坡灾害在越靠近断裂的地方发育越密集,如鲜水河断裂带两侧各10千米的调查范围内,约有80%的滑坡灾害发生在距断裂带3千米范围内,同时约有1/3的地质灾害发育于距断裂带500米范围内,鲜水河断裂带直接穿越并控制着55道班滑坡、呷拉宗滑坡等目前正在强烈变形的滑坡。钻探表明,组成这些滑坡灾害的岩体结构极为破碎,已失去原岩结构,部分岩体的强度仅为粘性土的程度。在降雨、地下水渗流活动作用下,其强度会降至更低,为滑坡的形成和发育提供了内在因素。因此活动断裂带区域内一旦受降雨入渗、河流侵蚀、人类活动扰动、地震等作用,便容易触发大规模的滑坡灾害,造成极大损失。

其次,活动断裂的蠕滑造成斜坡应力场复杂,导致斜坡失稳破坏形成滑坡灾害。

根据断裂的活动方式差异,活动断裂主要有蠕滑活动和粘滑活动两种类型,我们常见的地震即是在断裂粘滑作用下形成的灾害。

断裂蠕滑是指断裂带的两盘以微小的速率发生相反方向的位错,如浑河断裂每年平均活动距离约为1毫米,仅为2根头发丝的宽度;鲜水河断裂带蠕滑速率平均为每年7毫米~10毫米,仅为小拇指的宽度。虽然蠕滑型断裂的活动速率通常较小,但是它会导致穿越于其中的斜坡应力场发生转变,在长时间作用下会引起斜坡的失稳变形破坏。在安宁河断裂每年约6.5毫米的活动作用下,引起了沿断裂带5千米内的应力场异常、岩体结构破碎,地质灾害极为发育,沿断裂带发育泥石流沟144条、滑坡45个;2018年7月29日,雅西高速公路石棉县境内发生两次山体滑坡,导致西昌至成都方向交通两度中断,这些滑坡都位于安宁河断裂带内。由此可见,断裂蠕滑作用虽然非常缓慢,但经过长时间累加,其引起的地质灾害却不可忽视。

第三,活动断裂粘滑主要是指在地壳遭受长期挤压作用下,沿断裂带积蓄的能量超过岩石破裂极限时,沿断裂带发生长距离错动形成地震,故粘滑型断裂又称“地震断裂”。在地震的同时会诱发大量崩塌、滑坡、地裂缝等地质灾害,并且其造成的损失往往大于地震本身,2008年四川汶川8级强震诱发了20000余处崩塌、滑坡等斜坡地质灾害,地震滑坡灾害沿龙门山断裂呈带状分布,其中地震加速度越大、地震烈度越大、越靠近断裂的区域,滑坡地质灾害发育越密集,地震滑坡造成了重大的人员伤亡和经济损失。

地震滑坡具有触发时间短、体积大、破坏性强等特点,特别是地震诱发的高位远程滑坡极为发育,该类型的高位远程滑坡形成过程主要分为地震抛掷-撞击崩裂-高速滑流三个阶段,如北川县城城西滑坡,在地震的作用下,启动时约200万立方米的岩土体斜向上高位抛出,飞速下滑撞击下部基岩并铲刮滑动,形成的滑坡体总体积约480万立方米,滑坡体掩埋了滑坡下方数百间房屋和1600余人,是汶川地震触发的最严重的滑坡灾难,举世罕见。唐家山滑坡下滑时间仅30秒就堵塞河流,形成库容1.45亿立方米的唐家坝堰塞湖,其水量相当于10个杭州西湖,一旦发生溃坝,形成的洪水及涌浪将对下游造成毁灭性的影响。

我国活动断裂带密集分布,沿断裂带地质灾害多发、频发,对城镇安全、国家铁路、公路、水利水电等工程建筑设施危害严重。活动断裂带地质灾害具有成灾机理复杂、隐蔽性强、突发性显著等特点,因此,为科学促进防灾减灾,特别是对于高山峡谷区活动断裂带重大地质灾害防治,需要加强活动断裂带发育特征与活动性调查、地质灾害成灾机理调查与监测预警,做好活动性强的地质灾害技术防治和群测群防。

(作者单位:中国地质科学院地质力学研究所)

网站编辑:宫莉

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