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雅鲁藏布江大拐弯地区作为印度-欧亚板块碰撞的最前缘,是青藏高原挤压隆升演化过程中地壳运动与构造变形最为强烈的地区,形成了巨大的地貌差异和复杂的构造格局。研究区强烈的构造运动和极端的气候变化,导致该区内外动力地质作用强烈交织与转化,塑造了“高陡、高寒、高烈度、高应力”的地质环境条件,决定了区内地质灾害孕育的地域性、复杂性和特殊性(张永双等,2022a)。滑坡作为地表侵蚀中最快速的方式之一,可以使地表物质瞬时发生搬运,在地貌演化中扮演着重要角色。区内滑坡以数量多、规模大、机理复杂、危害严重、防治难度高为特点,严重制约着公路、铁路和水电工程的规划建设。
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近年来,不少学者开始认识到青藏高原地质灾害的孕育演化与青藏高原的隆升、河谷深切及气候变化具有密切联系,认为特殊地质环境下的地质灾害的孕育演化必须从构造地貌演化的视角去研究(彭建兵等,2006,2020; 崔鹏等,2014,2017)。滑坡(含滑坡、冰-岩崩及其诱发的碎屑流)作为大拐弯地区危害最严重的灾种之一,其孕育演化与研究区快速隆升-剥蚀的动力地质背景密不可分。特别是川藏公路然乌—鲁朗段滑坡的密集发育与喜马拉雅东构造结的活动密切相关,且在雅鲁藏布江下游具有普遍性。目前,雅鲁藏布江大拐弯地区滑坡研究方面取得了一些成果,主要集中在重大滑坡成因机理与演化模式方面(Yin Yueping and Xing Aiguo,2012; 刘传正等,2019; Du Guoliang et al.,2021),鲜有对地貌演化与滑坡发育分布关系的研究。因此,在雅鲁藏布江大拐弯地区开展地貌演化与滑坡发育关系研究,摸清滑坡孕育的动力地质背景及发育分布规律,具有重要的理论意义和防灾应用价值。
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本文从构造、地貌对滑坡发育分布控制的视角出发,对雅鲁藏布江大拐弯地区滑坡的孕灾动力地质背景以及滑坡发育分布特征进行分析,并探讨了滑坡对地貌演化的响应,揭示了研究区滑坡的空间分布规律,为雅鲁藏布江大拐弯地区的工程规划建设及防灾减灾提供科学依据。
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1 地质背景
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雅鲁藏布江大拐弯地区位于青藏高原东南部,是印度洋板块向欧亚板块俯冲、楔入的最前缘(张进江等,2003),也是现今地球上构造活动最为强烈、地貌演化最为迅速的地区之一(郑来林等,2004)。地表的快速隆升-剥蚀,塑造了现今的高山峡谷地貌。其中,雅鲁藏布江围绕南迦巴瓦峰深切,形成了平均深度约5000 m的雅鲁藏布大峡谷,峡谷两岸岸坡陡峭,卸荷强烈,崩塌、滑坡、泥石流密布。大拐弯地区波密至墨脱一带以山地亚热带至寒温带季风气候为主,墨脱县南部则属喜马拉雅山东侧亚热带湿润气候区,具有典型的立体气候特征。受印度洋季风影响,来自印度洋的暖湿气流沿雅鲁藏布大峡谷进入并形成水汽通道,为该区带来丰沛的降水。大峡谷南部年降雨量高达4000 mm左右,北部在1500~2000 mm之间。大拐弯地区发育独特的海洋性冰川,受丰富降水补给影响,冰川活动性强。
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雅鲁藏布江大拐弯地区位于喜马拉雅造山带东构造结,可分为三大地质单元:外部的拉萨地体和侵入的岗底斯岩弧岩浆岩、内部的南迦巴瓦变质体和夹在两者之间的雅鲁藏布江缝合带(图1)。东构造结整体上为北东向倾斜的复式背形穹窿,其东、西边界分别由左旋走滑为主的东久-米林断裂和右旋走滑为主的阿尼桥-墨脱断裂限定,北边界主要受右旋走滑为主的嘉黎断裂限定(张进江,2003)。热年代数据显示东构造结具有多期次的隆升,3 Ma以来大拐弯地区围绕着东构造结东边界、西边界和北边界经历了快速的隆升剥露过程,其隆升剥露速率要显著高于外围的拉萨地体与岗底斯构造单元(丁林等,1995; Seward and Burg,2008; 康文君等,2016)。受地壳快速隆升影响,研究区构造活动强烈,活动断裂在第四纪的活动孕育了一系列的地震,据历史记载,研究区及其附近Ms≥4.7级破坏地震有100余次,最近发生的6级以上地震为2017年11月发生在迫龙-旁辛分支断裂的Ms 6.9级林米林地震和2019年4月墨脱县南部的6.3级地震。此外,1950年8月发生在阿帕龙断裂的Ms 8.6级察隅大地震也波及研究区。
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2 滑坡数据及分布特征
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本文在米林县、林芝市、波密县和墨脱县地质灾害详查资料收集整理、遥感解译和野外调查的基础上,对雅鲁藏布江大拐弯地区的滑坡进行编目,建立滑坡空间数据库,共获取滑坡2515处(图2、图3),滑坡以老滑坡和现代滑坡为主,类型以岩质滑坡和土质滑坡中的堆积层滑坡和残坡积层滑坡为主。区内滑坡空间分布特征总体上表现为:在拉萨板块与南迦巴瓦构造楔进地体拼接和加积的雅鲁藏布江缝合带内密集发育,沿雅鲁藏布江、帕隆藏布江和拉月曲呈条带状展布。在帕隆藏布通麦—扎曲段和雅鲁藏布江大拐弯顶端地段的滑坡发育密度非常大,该区段主要位于快速隆升剥露区内(图2),河流都为窄谷,河流下切侵蚀强烈。根据Larsen et al.(2010)提出的面积-体积公式,对研究区滑坡的体积进行估算。公式如下:
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式中,V为滑坡体积(m3),a为修正系数,A为滑坡面积(m2),γ为经验值,一般取1.332±0.5。本文取a=0.26,γ=1.36,估算得到区内1×105 m2以上滑坡1378处。
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滑坡面积-频率分布是表征滑坡自组织形态的方式之一,滑坡面积和概率密度之间符合逆伽马分布(Malamud et al.,2004)。通过对研究区滑坡面积-概率密度分布关系(图4)可以看出,研究区小型滑坡呈正幂律分布,而中大型滑坡呈负幂律分布,符合逆伽马分布特征,在拐点处具有最大概率密度的滑坡面积为0.006 km2,根据公式1,对应的最大概率密度的滑坡体积为3.57×105 m3。
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3 大拐弯地区地貌演化与滑坡发育关系
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3.1 地形变化与滑坡分布关系
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3.1.1 地形起伏度
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地形起伏度可以反映地表切割剥蚀的程度,表征区域构造活动强度的差异。地形起伏表示在一定区域内最高点与谷底之间差异值,反映了受河流和冰川侵蚀切割部分的形态,是构造作用与侵蚀作用相抗衡的产物,常被应用于造山带、高原山脉等发育演化特征的研究。在构造活跃的造山带,长时间、较大规模尺度下的局部地形起伏度与侵蚀速率之间存在较强的非线性正相关关系(Montgomery and Brandon,2002)。Korup et al.(2007)进一步证实了在构造活跃的造山带局部地形起伏度与滑坡侵蚀速率之间也存在非线性正相关关系。
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图1 雅鲁藏布江大拐弯地区区域地质背景
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Fig.1 Regional geological setting of the Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region
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1—第四系冲洪积物; 2—新近系; 3—白垩系; 4—三叠系—侏罗系; 5—三叠系; 6—古生界; 7—前寒武系片麻岩; 8—新元古界; 9—直白片麻岩; 10—派乡片麻岩; 11—南迦巴瓦岩群; 12—雅鲁藏布江缝合带; 13—古近纪花岗岩; 14—侏罗纪—白垩花岗岩; 15—正断层; 16—逆断层; 17—走滑断层
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1—Quaternary alluvium and diluvium; 2—Neogene sedimentary rocks; 3—Cretaceous sedimentary rocks; 4—Triassic-Jurassic sedimentary rocks; 5—Triassic sedimentary rocks; 6—Paleozoic sedimentary rocks; 7—Precambrian gneiss; 8—Neoproterozoic sedimentary rocks; 9—Zhibai gneiss; 10—Paixiang gneiss; 11—Nanjiabawa Group; 12—Yarlung Zangbo River suture zone; 13—Paleogene granite; 14—Jurassic-Cretaceous granite; 15—normal fault; 16—reverse fault; 17—strike-slip fault
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地形起伏度一般采用窗口分析法获取,选择合适大小的分析窗口对局部地形起伏度信息提取的有效性具有重要影响(刘新华等,2001)。窗口过大不能反映局部地形的微观特征,过小又难以找到宏观的地势特征。根据地形起伏度理论,存在一个高差变化率由大变小的拐点,即地形起伏度增加由快变缓的转换点,该拐点对应的就是最佳分析窗口。通过分析地形起伏度与不同窗口大小之间的关系,得到拟合关系(图5)。拟合方程为:
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其中,R2=0.9291,表明拟合度良好。拟合曲线显示,研究区平衡窗口大约在(800~2000)m ×(800~2000)m之间。为进一步确定最优稳定窗口的数值,本文通过平移平均趋势线与拟合曲线,得到的交点为高差变化率由大变小的拐点。通过上述方法分析得到,研究区1380 m×1380 m为地形起伏度最佳分析窗口。研究区地形起伏度如图6所示,区域平均地形起伏度为772.325 m,滑坡区的平均地形起伏度为910.925 m,滑坡区的平均地形起伏度大于区域平均起伏度。通过滑坡地形起伏度和研究区地形起伏度频率分布直方图(图7a),可以看出滑坡发生最大频率的地形起伏度也大于区域最大频率的地形起伏度。研究区地形起伏度大的区域主要位于深切河谷和大型冰川槽谷两岸(图6),滑坡面积(滑坡所占面积)随着起伏度的升高呈现先增加后减少的趋势,而滑坡面积比(滑坡面积与影响因素区间所占面积的比值)随着地形起伏度的增大而增大,研究区地形起伏度与滑坡发生存在非线性正相关关系(图7b)。
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图2 雅鲁藏布江大拐弯地区滑坡分布图(快速隆升剥露区,据Larsen and Montgomery,2012)
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Fig.2 Map showing landslide distribution of the Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region (rapid exhumation zone, after Larsen and Montgomery, 2012)
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图3 雅鲁藏布江大拐弯地区典型滑坡照片
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Fig.3 Photos of typical landslides in the Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region
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(a)—易贡滑坡;(b)—102滑坡
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(a) —Yigong landslide; (b) —102 landslide
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图4 雅鲁藏布江大拐弯地区滑坡面积-概率密度图
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Fig.4 Landslide area-probability density distribution of the Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region
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图5 不同面积统计窗口与局部地形起伏度的关系
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Fig.5 Relationship between different area statistical windows and local topographic relief
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3.1.2 坡度
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坡度能够反映地表高低变化的趋势,指示地貌发育的阶段和程度,对研究新构造运动和地貌发育具有重要的指示意义。坡度不仅影响斜坡表面松散物质的堆积厚度、植被覆盖度、地表水径流,而且影响着斜坡体内的应力分布、地下水的补给与排泄,进而控制着斜坡的稳定性。研究区坡度大于45°的陡坡区域主要位于雅鲁藏布江大拐弯、帕隆藏布、拉月曲等深切峡谷两岸和雪山刃脊两侧(图8),这与南迦巴瓦构造结快速隆升和河流、冰川强烈侵蚀下切有关,坡度的差异是由于侵蚀下切速率的差异造成,坡度陡峭的地区侵蚀下切速率大。Larsen and Montgomery(2012)认为当喜马拉雅东构造结地区平均坡角超过30°时,斜坡坡度小幅增加会转化为滑坡侵蚀的大幅增加。研究区内滑坡区的平均坡度为34.6°,高于区域的平均坡度27.8°。通过滑坡坡度和研究区坡度频率分布直方图(图9a),可以看出滑坡发生最大频率的坡度也大于区内出现频率最大的坡度。研究区随着坡度的增加,滑坡面积比增加,坡度与滑坡发生呈非线性正相关关系,且当斜坡坡度超过30°时滑坡发生频率也迅速增大,滑坡面积比快速增加,表明了研究区地貌通过增加斜坡陡度和滑坡率来适应区内地壳隆升和河流快速侵蚀下切(图9)。
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3.1.3 面积-高程积分
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沟谷地貌的面积高度积分是以二维的面积高度曲线来描述地表被外力剥蚀后相对剩余的三维体积的残存量,常被用于描述地貌演化的阶段,也被广泛应用于构造活动差异的研究中(Strahler,1952)。其物理意义为该汇水盆地范围内原始的地形面受到构造抬升后遭受河流侵蚀作用、滑坡作用、风化作用的剥蚀而残留在该地区的相对体积比例,可有效反应沟谷侵蚀程度。面积-高程积分(HI)的简易算法可表示为:
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式中,Hmean为流域平均高程(m),Hmax为流域最大高程(m),Hmin为流域最小高程(m)。根据Davis地貌演化论,当地表遭受地表侵蚀程度低时,地貌演化处于幼年期HI≥0.6;当构造抬升和地表侵蚀相互平衡的时候,流域属于壮年阶段0.35<HI<0.6;地表遭受地表侵蚀程度高,各个支流水系发育比较成熟,地貌演化处于老年期HI≤0.35。当然,HI受多种因素控制,如地壳抬升速率大的区域,由于河流剥蚀地表物质较快,可导致较小的HI值。
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研究区处于喜马拉雅东构造结,研究区隆升速率大,区内雅鲁藏布、帕隆藏布和易贡藏布等大型河流两岸的HI≤0.35,该区侵蚀下切速率大于地表隆升速率;区内念青唐古拉山、岗日嘎布和喜马拉雅山的高山区以冰川侵蚀为主0.35<HI<0.6,该区抬升和地表侵蚀相互平衡;在林芝西部地形起伏不大的相对平缓区HI≥0.6,该区地表侵蚀程度低(图10)。从区内HI整体分布来看,研究区河流侵蚀下切速率大于冰川侵蚀下切速率,尤其是在雅鲁藏布江在大拐弯地区,河流快速下切形成了落差达5000 m 的世界第一大峡谷——雅鲁藏布江大峡谷。通过分析不同地貌演化阶段,滑坡发育分布的差异,可以得到随着地表侵蚀程度的增高,滑坡面积比、滑坡坡度的平均值和中位数值都逐渐增大,表明了研究区滑坡侵蚀在区内的快速侵蚀起着重要支撑作用(图11)。
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图6 雅鲁藏布江大拐弯地区局部地形起伏度分布图
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Fig.6 Map showing local topographic relief at the Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region
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图7 雅鲁藏布江大拐弯地区地形起伏与滑坡分布关系图
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Fig.7 Statistical relationship between topographic relief and landslide distribution of the Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region
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(a)—地形起伏与滑坡分布统计图;(b)—滑坡地形起伏和研究区地形起伏频率分布直方图
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(a) —statistical diagrams showing the relationship between topographic relief and landslide distribution; (b) —frequency histogram of landslide topographic relief and regional topographic relief distribution
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图8 雅鲁藏布江大拐弯地区坡度分布图
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Fig.8 Map showing slope gradient at the Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region
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图9 雅鲁藏布江大拐弯地区坡度与滑坡分布关系图
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Fig.9 Statistical relationship between slope gradient and landslide distribution of the Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region
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(a)—坡度与滑坡分布统计图;(b)—滑坡坡度和研究区坡度频率分布直方图
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(a) —statistical diagrams showing the relationship between slope gradient and landslide distribution; (b) —frequency histogram of landslide slope gradient and regional slope gradient distribution
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3.2 河流侵蚀与滑坡分布关系
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河流是地表形态的主要塑造者,以侵蚀和堆积的形式将地球的内能转化为地体地形势能。崩塌和滑坡在河流地貌演化中扮演着重要的角色,地壳快速隆升导致河流下切作用增强,当岸坡坡度超过临界坡度时,岩土体重力失稳,诱发崩滑灾害。河流下切会把重力势能转换为动力漩涡能,其在时间上的变化率为河流功率,研究区河流功率与滑坡分布存在一定的相关性,河流功率大于1000 W/m2的河段两岸滑坡密集发育,其中雅鲁藏布江大拐弯顶端的加拉—甘登段和帕隆藏布江排龙—扎曲段为河流功率最大,也为滑坡密度最大的河段(图12,图13)。河流纵剖面作为河流侵蚀能力的最直观表达,可以反映构造活动、岩石抗侵蚀能力和地形变化。研究区河流纵剖面在加拉附近的南迦巴瓦裂点下游出现陡降。南迦巴瓦巨型裂点位于快速隆升区西边界,受构造隆升控制(李晓峰等,2018)。裂点上游河道下切侵蚀速度减缓,河流由纵向演变为横向发展,河谷变宽、岸坡变缓,流域物质整体处于稳定状态;裂点下游河床的侵蚀基准面相对下降,河流侵蚀加剧,河谷变窄、岸坡变陡,河谷流域物质整体稳定性变差。如图12和图13所示,雅鲁藏布江在南迦巴瓦巨型裂点下游两岸滑坡密度开始迅速增大,其中在纵坡降最陡的加拉-金珠藏布口两岸密集发育。该段位于南迦巴瓦快速隆升核心区内,热年代学数据显示,8 Ma以来雅鲁藏布江下游墨脱段的平均地壳隆升剥露速率为0.25~0.51 km/Ma,明显小于上游的南迦巴瓦核心区(涂继耀等,2021a)。
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图10 雅鲁藏布江大拐弯地区HI分布图
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Fig.10 Map showing HI at the Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region
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图11 雅鲁藏布江大拐弯地区HI和滑坡坡度关系图
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Fig.11 Statistical relationship between HI and landslide slope gradient of the Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region
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(a)—HI与滑坡分布统计图;(b)—HI与滑坡分布关系图
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(a) —statistical diagrams showing the relationship between HI and landslide; (b) —statistical relationship between HI and landslide distribution
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图12 雅鲁藏布江大拐弯地区河流功率与滑坡密度图(河流功率据Finnegan et al.,2008)
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Fig.12 River power and landslide density of the Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region (river power after Finnegan et al., 2008)
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图13 雅鲁藏布江干流河流纵剖面与滑坡发育密度
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Fig.13 Relationship between longitudinal profile of Yarlung Zangbo River and landslide density
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研究区大型滑坡堵江事件频发,大型滑坡堵江事件发生后,河流侵蚀(溃坝产生的洪水)是剥蚀速率增加的主要驱动力之一。对于搬运能力弱的河流,大型滑坡等造成堵江对河流向高原内部侵蚀切割起到暂时的抑制和延缓作用,例如脚不弄古滑坡,滑坡坝存在上千年抑制了河流对下游的侵蚀(Du Guoliang et al.,2021);对于搬运能力极强的河流,滑坡物质无法堆积,大量碎屑物质进入河流,成为河流侵蚀切割基岩的“工具”,反而加速了区域的侵蚀过程(Finnegan et al.,2008),例如则隆弄冰川-碎屑流-泥石流(1950年8月15日,1968年)、易贡滑坡(~1900年,2000年4月9日)、色东普崩滑-碎屑流(2017年12月21日,2018年10月17日,2018年10月29日)发生多次堵江事件,溃坝后形成的洪水夹杂着滑坡物质,对下游河道两岸斜坡坡脚的刮铲,诱发了大量的滑坡灾害,大型河流的频繁堵江事件加速了河流的侵蚀过程,并将侵蚀集中在滑坡坝以下河段。
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3.3 活动构造与滑坡分布关系
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在滑坡的发育过程中,构造条件特别是活动断裂,是影响滑坡稳定的重要因素,对滑坡的区域分布具有明显的控制作用(赵健,1992)。主要体现在以下几个方面:
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(1)活动断裂带构造变形复杂,断裂带周围的岩体节理、裂隙密集发育,岩体破碎,易风化,稳定条件差,为滑坡的发生提供了一定的物质和结构条件(张永双等,2011)。当活动断裂穿越滑坡体时,断裂蠕滑作用对滑坡体的稳定性产生影响(张永双等,2016)。如研究区林芝地区鲁朗至通麦一线,断裂、褶皱十分发育,岩体破碎,在该区段滑坡灾害丛生,著名的脚不弄巨型古滑坡、东久滑坡、拉月滑坡、104道班滑坡群均发生在该段(杜国梁,2017)。断裂密度是单位面积内断裂的长度,可以体现一个区域遭受构造作用改造的强度和构造的复杂程度,也可反映区域地表的破碎程度,研究区断裂密度大的区域滑坡密集发育,为滑坡强烈侵蚀区(图14),研究区随着断裂密度的增大,滑坡面积比增大(图15a),通过分析研究区滑坡分布与断裂距离之间的关系,可知研究区滑坡面积比随着与断裂距离的增加呈减少的趋势,表明了研究区断裂对滑坡有强烈的控制作用(图15b)。
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图14 雅鲁藏布江大拐弯地区断裂和断裂密度分布图
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Fig.14 Map showing faults and fault density in the Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region
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(2)断裂的强烈活动往往伴有地震发生,诱发地震滑坡,成为构造活动控制区域地表剥蚀的重要因素(张永双等,2023)。1950察隅Ms 8.6级大地震在研究区诱发大量滑坡灾害,滑坡堆积物方量约为47×109 m3,相当于2.5×104 km2的地表破裂范围内地表被侵蚀降低约2 m(Mathur,1953)。2017年11月18日,林芝米林县发生Ms 6.9级地震,地震对雅鲁藏布江周边的山体造成了巨大的影响,诱发了1127处同震滑坡,滑坡侵蚀面积约47.7 km2。地震震级与滑坡总面积的对数呈线性关系(Keefer,1984; Fan Xuanmei et al.,2018)(图16),米林地震滑坡总面积大于拟合线对应的面积,同时也大于青藏高原地区Ms 7.0九寨沟地震(8.11 km2)(Fan Xuanmei et al.,2018)、Ms 7.0庐山地震(18.88 km2)(Xu Chong et al.,2015)和Ms 7.1级玉树地震(1.194 km2)(Xu Chong et al.,2013)诱发的地震滑坡面积,这与研究区强烈隆升和快速下切形成的高陡地貌密切相关,从短期来看米林地震诱发的大量同震滑坡是偶然强侵蚀事件,但从长期地貌演化来看它是平衡研究区内地壳抬升和河流快速下切的必然结果。
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(3)此外,活动断裂带往往是沟通深层地热场向地表循环的通道,还是地下水富集带和强径流带(许学汉,1990)。大型构造缝合带,经历长期构造演化,地层岩性极其复杂,常呈层状碎裂结构,在热液作用下常常形成黏土化蚀变岩,不利于斜坡稳定(张永双等,2022b),在研究区雅鲁藏布江构造缝合带内滑坡密集发育。
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4 讨论
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4.1 滑坡剥蚀与构造-气候的关系
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地貌是构造、气候和时间的函数,是构造(构造、地震、应力等)主导的内动力地质作用和气候(降水、风化、冻融等)主导的外动力地质作用耦合的结果。地表侵蚀与构造-气候的相互作用的时间尺度从数小时到数百万年,在地貌演化过程中,气候作用和构造作用谁占主导作用,仍旧存在很大的争议(刘静等,2018)。尽管滑坡根据促发因素的不同也可划分为构造诱发和气候诱发,但是滑坡的孕育演化是在构造-气候耦合作用下形成的,主要体现在:构造-气候耦合作用下,侵蚀下切导致地形高差变大,沟谷与岸坡间重力势差增大,为斜坡体的演变创造了基本的地形条件;构造运动及其诱发的地震,气候变化导致降水、冻融、风化,以及侵蚀下切卸荷,加速了结构面的形成和岩体的破碎,为斜坡失稳提供了有利的物质和结构条件;并在构造(构造、地震等)或气候(降水、冰雪融水等)促发因素的激发下形成。大拐弯地区的脚不弄滑坡、易贡滑坡、102滑坡、东久滑坡等滑坡都是构造-气候耦合作用下长时间尺度地貌演化的产物,同时也是区内构造-气候耦合改造地貌的重要媒介。
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图15 雅鲁藏布江大拐弯地区断裂距离和滑坡分布关系图
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Fig.15 Diagram of relationship between fault distance and landslide distribution of the Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region
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(a)—断裂与滑坡关系统计图;(b)—断裂密度与滑坡分布关系图
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(a) —statistical diagrams showing the relationship between fault and landslide; (b) —diagram of relationship between fault density and landslide distribution
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图16 米林地震震级与滑坡面积关系特征
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Fig.16 Characteristics of the total landslide area induced by the Milin event compared to other earthquake
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4.2 滑坡对区域快速隆升剥露的响应
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根据低温热年代学数据(黑云母40Ar/39Ar、锆石(U-Th)/He和磷灰石裂变径)表明8 Ma以来大拐弯地区围绕着东构造结东边界、西边界和北边界进入快速隆升剥露阶段,且快速隆升剥露区由南向北逐渐迁移,早期(>3 Ma)隆升剥露中心位于多雄拉区域,现今隆升剥露中心位于南迦巴瓦峰、加拉白垒峰及更北侧帕隆藏布江下游区域(康文君等,2016; 涂继耀等,2021b)。3 Ma以来东构造结南迦巴瓦核心区进入了异常快速的隆升阶段,核心区隆升剥露速率可达2.5~4 mm/a,剥露厚度估算约7.5~12 km(康文君等,2016)。Larsen and Montgomery(2012)基于热年代学数据圈定了研究区强烈隆升剥露区,该区集中了本区最高峰南迦巴瓦峰、第二高峰加拉白垒峰以及雅鲁藏布江切割最深的大拐弯顶端(图2)。
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大拐弯地区现今地貌是长时间尺度隆升剥露的累计效应,快速隆升剥露速率区地貌特征与外围区域有明显的差异。对比研究区强烈隆升剥露区、地貌特征和滑坡发育关系,三者在空间上具有很好的耦合性。研究区强烈隆升剥露区区内起伏度和坡度最大,河流的纵坡降和功率最大、宽度最窄,断裂密度最大的区域,也是滑坡发育最密集的区域,表明滑坡发育分布与隆升剥露主导的地貌演变有直接的关系,也表明滑坡是区域地表剥露的主要方式之一。当然,滑坡导致的地表快速剥露可以带来重力均衡隆升,但其对区域隆升的贡献量有多大,在一定时间尺度内是否足以维持侵蚀平衡,仍有待于进一步研究。
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4.3 高山峡谷区防灾减灾建议
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滑坡的形成演化是在内外动力耦合作用的结果,是地貌“削高填低”的一种表现。位于欧亚板块与印度板块碰撞的最前缘,研究区内外动力地质作用极其强烈,滑坡孕育和发生具有复杂性、隐蔽性和突发性的特点。近些年来,随着研究区铁路、公路、水电开发等工程的相继规划建设,人类工程活动面临的地质灾害问题更加突出。研究区工程的规划建设应尽量避开坡度、地形起伏度大,河流功率大的窄谷以及断裂密集分布的区域,对于必须要穿越的,应加强拟建或在建工程及其附近边坡体变形的监测,特别是工程顶部山体的变形监测,并做好相应的防护措施。此外,研究区河流深切,河道狭窄,谷坡陡峻,极易发生滑坡堵江事件,堰塞湖淹没区、溃坝后的洪水及所造成的次生地质灾害,对上下游的工程设施都会造成破坏,应考虑堰塞湖、洪水以及次生灾害对工程及临辅设施的影响,例如上下游道路、桥梁等设计需要考虑可能的堰塞湖水位和溃坝洪水位影响,下游桥梁还需要考虑桥墩的抗巨石冲击的能力等。
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5 结论
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雅鲁藏布江大拐弯地区在地壳快速隆升主导下,地形地貌和地质环境发生了巨大变化。滑坡作为地貌剥蚀最快速的方式之一,可以使地表物质瞬时发生搬运,在地貌演化中扮演着重要角色。滑坡的孕育演化与大拐弯地区快速隆升剥露的地质环境条件密切相关,是构造-气候耦合作用的产物。通过对大拐弯地区滑坡分布与地形地貌、河流侵蚀和构造活动相关关系分析,获得以下主要认识:
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(1)地形地貌方面,研究区局部地形起伏度、坡度与滑坡发生存在非线性正相关关系,随着地表侵蚀程度的增高,滑坡发生概率逐渐增大,滑坡侵蚀在区内的地貌快速侵蚀起着重要支撑作用。
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(2)河流对研究区滑坡发育起着控制作用,受地壳隆升影响,区内雅鲁藏布江在南迦巴瓦巨型裂点下游处出现陡降,河流侵蚀加剧,滑坡在纵坡降较陡、河流功率大的河段密集发育;区内大型滑坡堵江事件频发,滑坡坝溃决产生的洪水诱发斜坡失稳是剥蚀增加的重要驱动力。
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(3)断裂对研究区滑坡具有明显的控制作用,滑坡在断裂密度大的区域密集发育,且随着与断裂距离的增加,滑坡面密度呈减少趋势,区内断裂强烈运动诱发地震滑坡灾害,地震诱发大量的滑坡灾害是平衡研究区内地壳抬升和河流快速下切的必然结果。
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摘要
雅鲁藏布江大拐弯地区位于青藏高原东南部,是世界上地壳隆升和地貌演化最快的区域之一。在内外动力耦合作用下,区内滑坡灾害极其发育,严重制约着公路、铁路和水电工程的规划建设。本文以滑坡对地貌演化的响应为切入点,剖析了地形地貌、河流侵蚀、构造活动与滑坡分布的关系。研究表明:滑坡在地貌演化中扮演着重要角色,区内局部地形起伏度和坡度与滑坡发生呈非线性正相关关系,沟谷地貌通过增加斜坡陡度和滑坡率来适应的区域地壳隆升和河流快速下切;分析不同地貌演化阶段的面积-高程积分,随着地表侵蚀程度的增高,滑坡的面积比、滑坡坡度的平均值和中位数值都逐渐增大,表明滑坡侵蚀在区内快速侵蚀中起着重要支撑作用;河流侵蚀对滑坡的控制作用明显,雅鲁藏布江大拐弯在纵坡降较陡、河流功率大的加拉-金珠藏布口滑坡密集分布;滑坡发育与断裂密度呈正相关关系,与断裂距离呈负相关关系,区内断裂剧烈活动诱发的地震滑坡也是造成地貌侵蚀的重要媒介。研究结果有利于加深对雅鲁藏布江大拐弯地区滑坡孕灾背景的认识,也可为研究区的工程规划建设和防灾减灾提供科学依据。
Abstract
The Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region, located in the southeastern region of the Tibetan Plateau, is one of the fastest-uplifting and geomorphic evolution regions on earth. The combined forces of internal and external dynamics result in frequent landslides, posing significant challenges to the planning and construction of infrastructure projects such as highways, railways, and hydropower facilities. This article aims to delve into the impact of landslides on the evolution of landforms by examining the interconnectedness between topography, river erosion, tectonic activity, and landslide distribution. Our study reveals that landslides play an important role in the evolution of landforms in the area. We find that the local topographic relief and slope gradient exhibit a nonlinear positive correlation with the occurrence of landslides. As a response to regional crustal uplift and rapid river incision, the landforms in this region adapt by increasing slope steepness and the rate of landslide occurrence. Through a hypsometric integral analysis of different geomorphic evolution stages, we observe that as surface erosion intensity increases, the ratio of landslide area, as well as the average and median values of landslide slope gradient, also increase. This indicates the significant contribution of landslide erosion to rapid erosion processes. Furthermore, we note that river incision exerts noticeable control over landslides. Specifically, the Jiala-Jinzhuzangbo section of the Yarlung Zangbo River, characterized by steep longitudinal slopes and high river power, exhibits a high density of landslides. Additionally, we find a positive correlation between the development of landslides and fault density, while the distance to faults shows a negative correlation. Seismic landslides induced by intense fault activity also make a significant contribution to geomorphic erosion in the region. The findings of this study enhance our understanding of landslide development and provide significant insights for engineering planning and construction, as well as disaster prevention and mitigation efforts in the Grand Bend of the Yarlung Zangbo River region.