摘要
藏东贡觉县高原浅丘红层区降雨条件有限,泥石流发生、发展主要受控于物源条件及沟道条件,属“物源控制型”泥石流。通过地质调查及统计分析的方法,详细分析了泥石流形成条件、形成机制及活动特征,得出了以下结论:流域面积<1.0 k
藏东地区地质条件复杂,据地形大体分为4类:高原山地区、中部盆地区、高原宽谷区、冻融和冰川地貌区。受地形及气候条件控制,高原山区与冻融冰川地貌区泥石流最为发育,最受学者关注。铁永波、潘蕾、刘建康、屈永平
研究区位于贡觉盆地,盆地长约275 km,宽约15 km,呈北北西向条带状展布,向斜边界受卡多拉多断层、文扎断层控制,属于早新生代沉积盆地。地貌上为高原浅丘区,海拔3500~4000 m,地形切割深度<500 m。出露地层为古近系贡觉组(Eg),岩性以紫红色砂岩、泥岩、砾岩为主。盆地内贡觉组地层整体上为一不对称复式向斜,岩性为杂色薄层状粉砂岩、砾岩、含膏岩,为典型的湖相沉积,域内受局部背斜、向斜等构造影响,破劈理发育、岩体表现杂乱、破碎。研究区属高原温带湿润、半湿润气候。年降雨量450~570 mm,降雨量偏少,24 h最大降雨量H24=33 mm,6 h最大降雨量H6=23 mm, 最大降雨量H1=12.5 mm,10 min最大降雨量H1/6=7.5 mm。作为泥石流的激发条件,区内降雨量较为匮乏。
泥石流主要沿马曲河两岸发育,支沟少量发育。野外调查发现,区内共发育泥石流31条(

图1 泥石流分布图
Fig.1 Distribution map of debris flow
根据泥石流冲出方量进行分类,其中大型泥石流4条、中型5条、小型22条,泥石流沟道最大纵比降500‰,最小纵比降66‰,最大流域面积约9.0 k
序号 | 冲出方量/1 | 纵比降/‰ | 流域面积/k | 容重/ (t· | 物源量/ (1 |
---|---|---|---|---|---|
1 | 1.32 | 230 | 0.327 | 2.3 | 10.41 |
2 | 2.19 | 230 | 0.322 | - | 9.30 |
3 | 0.32 | 212 | 0.281 | - | 6.959 |
4 | 0.14 | 194 | 0.34 | - | 8.82 |
5 | 0.11 | 212 | 0.93 | - | 7.32 |
6 | 2.41 | 212 | 0.08 | - | 4.63 |
7 | 6.17 | 194 | 0.376 | - | 8.700 |
8 | 0.94 | 194 | 0.366 | - | 8.80 |
9 | 0.5 | 150 | 0.55 | - | 9.24 |
10 | 1.32 | 130 | 1.2 | 2.3 | 6.04 |
11 | 0.84 | 130 | 1 | - | 5.51 |
12 | 0.12 | 231 | 0.46 | 2.2 | 5.07 |
13 | 0.2 | 227 | 0.75 | - | 4.23 |
14 | 0.4 | 181 | 0.82 | - | 5.80 |
15 | 0.16 | 251 | 2.83 | 1.82 | 2.37 |
16 | 0.03 | 275 | 1.13 | - | 3.41 |
17 | 0.16 | 320 | 3 | - | 2.30 |
18 | 0.11 | 245 | 0.635 | 2.2 | 6.27 |
19 | 23.3 | 152 | 0.63 | 6.35 | |
20 | 30.8 | 119 | 15.5 | 1.82 | 0.91 |
21 | 3.64 | 66 | 2.2 | 1.9 | 2.91 |
22 | 6.1 | 165 | 9 | 1.79 | 0.32 |
23 | 7.8 | 199 | 3.5 | 1.88 | 3.43 |
24 | 23.6 | 264 | 4.39 | - | 1.16 |
25 | 0.24 | 271 | 0.69 | - | 7.03 |
26 | 0.05 | 416 | 0.34 | 2.1 | 9.53 |
27 | 0.08 | 380 | 0.31 | - | 10.97 |
28 | 0.03 | 500 | 0.37 | - | 10.27 |
29 | 0. 5 | 472 | 0.33 | 2.26 | 8.31 |
30 | 0.6 | 120 | 0.95 | - | 2.95 |
31 | 0.66 | 158 | 0.96 | - | 2.96 |
泥石流的形成与地形、物源及水源3大条件密不可分,但某一泥石流的发生往往受其中一个或两个因素的影响较大,称其为主控因素。依据3大控制因素的影响程度将泥石流分为:输移控制型、松散固体物质控制
流域面积、沟谷长度和沟道比降等地貌要素对泥石流发育和形成具有一定的控制作

图2 泥石流流域面积分布
Fig.2 Area distribution of debris flow basin
泥石流沟床纵比降普遍分布在100‰~300‰之间,共计25条,占泥石流总数的80.6%;比降<100‰的泥石流沟1条,占总数的3.2%;比降>300‰的沟道5条,占总数的16.2%(见

图3 泥石流沟道纵比降分布
Fig.3 Distribution of longitudinal gradient of debris flow gully
研究区位于高原面上,地形切割较浅、卸荷条件有限,滑坡、崩塌等重力地质灾害基本不发育,而受高寒高海拔区气候条件的影响,岩石风化强烈。因此,区内泥石流物质来源主要取决于斜坡表层残积层或强风化层,物源类型主要为坡面侵蚀物源,表现为点多面广的特征(

图4 泥石流物源特征
Fig.4 Characteristics of debris flow sources
物源条件是形成泥石流3大条件之一,而物源的形成又与地质条件有密切关
研究区主要出露古近系贡觉组砂岩、砾岩、局部含石膏岩,呈薄—中层状产出。岩石饱和单轴抗压强度14~30 MPa,属软—较软岩系列,石膏化学成分为CaSO4,CaSO4遇水发生化学反应(CaSO4 +2H2O=CaSO4·2H2O),体积膨胀30%~60
贡觉盆地边界由卡多拉多断层、文扎断层2条逆冲断层控制,断层破碎带宽度10~20 m,断层附近岩体相对破碎,此外,向斜核部为挤压强变形区,次级褶皱发育,岩层挤压弯曲、破碎,同时也是石膏岩普遍出露的位置(
泥石流形成区物源发育分布是决定泥石流是否发生的重要因素,如

图5 泥石流分区与构造关系
Fig.5 Relationship between debris flow zoning and structure
风化作用产生碎屑物质的过程也是泥石流物源的形成过程,在风化应力作用下,地表岩体完整性逐渐变差、强度降低,此过程积累到一定程度,在降雨等外动力作用下,风化松散岩土体剥落、脱离母体,进而参与泥石流活
研究区所属的藏东高原,气候寒冷干燥,空气稀薄,白天地面接收大量的太阳辐射能量,近地面层的气温上升迅速,晚上,地面散热极快,地面气温急剧下降,昼夜温差变化较大,最大温差可达20 ℃以上,因此研究区内岩石温差风化作用强烈。研究区当环境温度降至0 ℃以下时岩石中的水会冻结,水冰相变导致岩石膨胀产生冻胀力,使岩石内部产生新的裂隙;当温度升高至0 ℃以上时,岩石裂隙中的冰融化,雨雪带来的水分进一步进入裂隙,在下一次冻结过程中这部分水分再次冻结加剧了裂隙的发育。
物源的类型及赋存状态决定了其补给、起动模
(1) |
根据平衡方程,当水流推力达到一定量值,颗粒发生运动。
研究区多为裸露坡地,基本无覆盖层,主要表现为强风化层碎屑物质在降雨形成的地表径流作用下的冲刷侵蚀,与一定厚度覆盖层内侵蚀相比,侵蚀强度相对较弱、侵蚀厚度相对较小,该类坡面侵蚀物源一般不能直接形成泥石流,仅作为泥石流沟床物质的补给源,坡面侵蚀物源与沟床物质之间的关系表现为“零存整取”的特征。
受控于物源补给形式,泥石流形成和发生一般要经历坡面冲刷起动→沟床汇聚堆积→揭底侵蚀3个阶段(如

图6 泥石流形成过程
Fig.6 Schematic diagram of debris flow formation process
坡面松散体冲刷阶段:暴雨到达地表形成地表径流,在径流推力的作用下,不同粒径的斜坡松散颗粒物质起动,形成含砂水流向斜坡下方运移。
沟床汇聚堆积阶段:在降雨的冲刷或下渗作用下,斜坡松散物质运移至沟道或平缓区堆积,此过程并没有形成一定容重的泥石流流体,仅仅是坡面物质向沟道汇聚的过程。坡面松散物质到达沟道后一方面被沟道洪流携带走,被带走的部分也未能形成泥石流流体,以含砂水流的形式运移;另一方面残余堆积于沟道,在降雨持续作用下,沟道残余堆积量持续累计增加。
揭底起动阶段:当沟道累计的残余松散物质达到一定体量、一定厚度时,堆积体后缘沟道汇流形成的沟道流量达到一定数值,沟道堆积物在揭底侵蚀作用下形成相对高容重的泥石流流体,向下游运动,即“消防水管效应”。

图7 多洛沟泥石流堆积体的反向砾级层理构造
Fig.7 Reverse gravel bedding structure of debris flow accumulation in Duoluo gully
容重是衡量流体性质的主要指标,按容重大小可将泥石流划分为稀性泥石流、粘性泥石流及过渡型泥石流3种类
(2) |
式中:P05——小于0.05 mm的细颗粒的百分含量;P2——大于2 mm的粗颗粒的百分含量;——粘性泥石流的容重下限值,取2.0 t/
计算结果表明:11条泥石流中有7条属于粘性泥石流、4条为过渡型泥石流。由于样本数量有限,代表性不全面,但在一定程度上说明了研究区泥石流流体的性质较单一、容重较大、以粘性泥石流为主的特点。
物源的物质组成一定程度上决定了泥石流流体的性质。如前所述,区内泥石流物源主要以坡面侵蚀为主,松散物质来源主要为泥岩、砂砾岩风化产物,泥岩、砂砾岩风化物粘粒含量相对较高。粘性泥石流因为运动中无沉积分选,因此粗细颗粒和粘粒的百分含量始终与物源区保持一
颗粒 | 粒径/mm | 物源区含量/% | 堆积区含量/% |
---|---|---|---|
卵/碎石 | 60 | - | 30.6 |
20 | - | 7.4 | |
砾 | 2.0 | 64.3 | 31.1 |
砂粒 | 0.5 | 15.1 | 3.5 |
0.25 | 2.2 | 1.5 | |
0.075 | 3.0 | 8.2 | |
粉粒 | 0.005 | 8.9 | 11.0 |
粘粒 | <0.005 | 6.4 | 6.7 |
物源的活跃程度与泥石流容重呈明显的正相

图8 泥石流物源与容重相关性
Fig.8 Correlation between debris flow provenance and bulk density
从泥石流堆积体特征分析,研究区20条沟道在历史上均至少发生过2次以上的泥石流,其中哈加乡泥石流(29号)甚至发生了5次。新发泥石流规模虽然较小,但是老泥石流堆积规模较大,从地貌特征及沉积构造上来看,这些老泥石流堆积体并不是经过一次泥石流形成。如

图9 哈加乡泥石流堆积扇平面特征
Fig.9 Plane characteristics of debris flow accumulation fan in Hajia Township

图10 哈加乡泥石流堆积扇断面特征
Fig.10 Section characteristics of debris flow accumulation fan in hajia Township
泥石流期次 | 堆积扇完整性/% | 堆积扇面积/ | 堆积扇厚度/m | 堆积方量/ |
---|---|---|---|---|
1期 | 40 | 4500 | 7 | 31500 |
2期 | 50 | 5200 | 4 | 22000 |
3期 | 65 | 6000 | 3.5 | 21000 |
4期 | 100 | 8400 | 2 | 16000 |
5期 | 100 | 6800 | 1 | 6800 |
由于相连两期泥石流之间具有一定的时间间隔,一次泥石流形成之后,在清水冲刷作用下,下切老泥石流堆积体,造成泥石流堆积区沟道纵比降增大,不利于泥石流体的停滞,新泥石流暴发后往往进一步下切老堆积体后继续运动至老堆积上前缘更低处,在空间上形成“前进前积式”组合形
综上所述,研究区泥石流具有多期次性、暴发频率较低、暴发规模较小的特点。
通过对藏东贡觉县浅丘红层区泥石流地形条件、物源条件、流体性质及活动性等发育特征分析,得出以下结论。
(1)研究区降雨条件有限,泥石流发生、发展主要受控于物源条件及沟道条件,属“物源控制型”泥石流,流域面积<1.0 k
(2)受构造及含石膏岩的影响,泥石流物源相对丰富,物源类型以坡面侵蚀为主,具有“点多面广”的分布特征,补给形式表现为“零存整取”的特征。
(3)受控于物源补给形式,泥石流形成主要包括:坡面冲刷起动→沟床汇聚堆积→揭底侵蚀3个阶段。
(4)受物质来源的影响,区内泥石流流体性质以粘性-过渡型为主,且流域物源量越大,流体容重值越大;泥石流具有多期次、中低频率、单次泥石流规模较小的活动特征。
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