三峡库区万州区地貌特征及滑坡演化过程研究

【摘要】： 滑坡是斜坡破坏的一种典型模式,也是地貌演化过程的一种表现形式,滑坡的形成与地貌的演化过程密切相关。三峡库区具有典型的河谷型地貌特征,且层状地貌十分明显,库区内地貌的演化和区域构造背景和新构造运动密切相关,层状河谷地貌为库区滑坡的形成提供了基本条件。区内滑坡受地貌、地质构造等共同影响,具有区域集中、活跃期一致的特点。 万州区是三峡库区地质灾害防治的重点区域,集中分布了多个特大型近水平地层滑坡,很难通过力学平衡解释近水平地层滑坡的成因。普遍认为,岩层内原生的软弱夹层是滑坡滑带形成的介质,暴雨引起后缘拉裂缝充水,形成的静水压力是推动滑坡启滑的关键。在此过程中,河谷地貌的演化对近水平地层滑坡的作用不容忽视。万州区近水平地层滑坡具有相似的地貌、地质组合特征,根据高程分布,自上而下依次为,危岩陡崖、古滑坡和前缘松散堆积体,这种组合体现了河谷不同演化阶段的地质特征。 为了揭示万州区近水平地层滑坡的启滑机制,分析地貌演化和滑坡成因间的关系。首先,论文在总结前人研究成果的基础上,将区域地质背景和新构造活动特点相结合,分析了三峡库区典型河段河谷地貌的演化过程,将系统演化的基本模式用于地貌和滑坡形成过程分析。然后,总结了三峡库区万州区滑坡的特点,并系统地分析了滑坡区的地质环境和古气候环境,研究了万州区苎溪河古河道的变迁过程,进而探讨了万州区古滑坡与区内地质环境演化过程之间的关系。最后,以万州区山湾滑坡后缘拉裂槽钻孔资料为基础,将地质判别和数值模拟分析相结合,重建万州区河谷地貌的演化过程,探讨区内近水平地层滑坡的成因机制。论文取得了以下阶段性、创新性研究成果。 (1)根据三峡库区构造和地貌格局,以奉节为界,将库区地貌划分为东西两个单元。东段为三峡峡谷,西段为四川盆地东部的低山丘陵区,河谷地貌以宽谷为主。两大地貌单元分别受四川台坳和八面山台褶带两个大地构造单元影响。在新构造运动期,地壳阶段性隆升,形成了以高山峡谷兼多级夷平面和阶地为特点的河谷地貌,剖面图上层状地貌明显。 (2)库区内构造线通常控制着水系、山体的延伸。库首至巴东段地貌主要受黄陵背斜和秭归向斜影响,大的水系从向斜周边流经,如香溪河。沿向斜核部发育的水系,多呈枝状分布。巴东至奉节段受齐耀山断裂带和一系列紧密型褶皱影响,长江河谷与构造线多近于平行或斜交。奉节至重庆段属川东褶带,由一系列NE向的紧密背斜和宽缓向斜组成。 (3)新构造运动以来,阶地相对河床的抬升速度有所增加,库区内地壳隆升在空间上分布不均衡,奉节和巫山一带处于相对快速隆升区,这种相对快速隆升趋势自更新世即存在,全新世更加明显,使得阶地在奉节地区存在明显的拐点。同一地区阶地发展规律基本相似,均表现为时代新的阶地抬升速度快,老阶地抬升速度慢。现今地壳主压应力方向NEl2°～60°,地壳主压应力近似水平。 根据万州和巴东地区河谷地貌,认为前期坡体以下切运动为主,在侵蚀基准面下降后,岸坡表现为陡崖的不断崩塌后退或滑坡,后期则表现为水平的改造,总体上讲,河谷坡体演化过程均以水平下降为主。 (4)三峡库区河谷地貌演化过程受内部营力子系统、外动力子系统及地质体子系统的综合作用。前两者属于相对较活跃的子系统,容易发生物质和能量的变化。地貌演化通常表现为系统的缓变过程,而滑坡则是系统的突变过程。 将地貌和滑坡看作开放系统,采用信息熵理论对区域斜坡危险性进行预测,选择地形地貌、地表岩组、松散堆积层厚度、不良地质现象、库岸再造、土地利用类型和治理加固工程等指标对万州区斜坡危险性进行了预测。 (5)万州城区斜坡具有明显的“上崩下滑”特点。斜坡后缘普遍存在陡崖,以崩塌为主,陡崖逐渐后退；斜坡中部为近水平古滑坡体,古滑体后缘普遍发育拉裂槽,裂槽底部连接深部滑面,滑面由岩层原生软弱夹层形成。斜坡前缘发育崩滑堆积体,堆积体地表和底面均呈现为多级台阶状,是区内主要的变形体。目前,城区滑坡的危害主要来自前缘的崩滑堆积体变形。 (6)受河流的侧蚀和下切作用,苎溪河岸坡临空,在暴雨时,发生大面积的崩滑,迫使河道持续变化,总体呈由南向北变迁的趋势。 河流阶地是万州区滑坡形成的基础,七大古滑坡除草街子和太白岩滑坡滑面平均高程较低(滑面高程为191m和186m),对应于万州河谷Ⅲ级阶地高程,其他的古滑坡滑面高程均分布在215-240m高程范围内,对应着万州地区Ⅳ级阶地高程,即Q22～Q23(第四纪中更新世中、晚期)的产物。岩层间原生软弱夹层以蒙脱石等亲水矿物为主,遇水易软化形成滑带。古滑坡形成时期均处于全球气候暖期,降雨在岸坡后缘裂缝内形成静水压力,具备发生平推式滑坡的条件。 万州红层的互层结构岩体,在水位变动带易崩解,随着河流持续下切,古滑坡前缘形成崩塌堆积体。在此过程中也存在河流的沉积,形成了与阶地高程对应的混杂松散堆积体基座平台。 苎溪河南岸前缘堆积体滑坡均与二级阶地形成时间相当或在二级阶地形成后发生。局部边缘地带在T1时期发生滑动,如草街子滑坡东侧,和平广场滑坡前缘松散体。松散堆积体表现为多级滑动的模式。 (7)山湾滑坡拉裂槽钻孔资料显示,沉积物白下而上分布为：完整基岩、碎裂岩、碎石土(块石)和粉质粘土(淤泥),其中碎石土和粉质粘土来自崩塌堆积物和山湾堰塘沉积。崩塌堆积物具有明显的崩塌旋回特征,松散堆积物测年显示,形成时代自下而上依次变新,最底层层堆积物对应于万州区Ⅲ级阶地的形成时期。 山湾滑坡典型剖面的拉裂槽内,松散堆积物共有10次崩塌旋回,在崩塌旋回6以前的平均崩塌堆积速率为44.43m2/ka,崩塌旋回7-10的平均崩塌堆积速率为36.92m2/ka。根据典型剖面推测,单次崩塌旋回堆积物厚度平均值为3.2m,滑坡后缘陡崖的后退速率约0.31～0.37m/ka。 根据阶地的高程和测年结果,将滑坡区河谷看作五次的分期下切,通过数值模拟分析了河谷下切和山湾古滑坡的形成的关系。由于万州区原生沉积的软弱夹层中含蒙脱石和伊利石等亲水粘土矿物,在河谷下切初期的卸荷回弹作用下,沿软弱夹层首先发生塑性变形。河谷下切至T3阶地时,夹层临空,在上覆坡体的自重压力作用下向临空方向发生塑性挤压,沿软弱夹层形成剪张破裂区。之后,后缘坡面拉裂区和内部软弱夹层拉裂区共同扩展,致使后缘拉裂缝贯通。在暴雨期,后缘拉裂缝充水,形成较大的静水压力,推动山湾滑坡启动。随之,形成后缘拉裂槽,水头迅速降低,滑体也很快制动。在后期,由于降雨无法再形成高的水头,古滑坡处于稳定状态。目前,河谷斜坡的破坏区主要分布在河谷前缘的崩滑堆积体分布区。