工程地质学学期论文

工程地质学学期论文：汶川地震的地质背景与地震次生地质灾害作者：杜金龙学号：1153312摘要2008年5月12日14时27分，四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县发生里氏8.0级地震，造成大量人员财产损失。汶川地震触发了15000多处滑坡、崩塌、泥石流，地质灾害隐患点达10000余多处,以崩塌体增加最为显著,反映出地震对山区高陡斜坡的影响差异性非常大,在山顶上的放大作用非常显著。本文综合地震重灾区11县市的构造背景，研究了汶川地震中主要的次生地质灾害类型。关键字汶川地震地质背景地质灾害一、引言四川汶川八级地震发生于青藏高原东部边缘的龙门山构造带。龙门山构造带经受青藏高原与四川盆地强烈的挤压,迄今仍处于活动状态,多次发生强烈地震,是我国乃至全球山脉中地形陡度最大区带之一,在100km的范围内,高差可达5000多米,形成高山峡谷,是长江上游多条河流分布区。与我国其他强烈地震明显不同,汶川地震触发了大量的滑坡、崩塌、碎屑流,伴随暴雨,在岷江等流域多处形成泥石流,造成了惨重的人员伤亡和巨大财产损失。前人在地震次生灾害，尤其是地震次生斜坡灾害有比较丰富的研究。李天池等(1979)通过对四川松潘、平武两县交界的3次地震的调查发现,坡形对地震次生斜坡灾害的形成有重要影响,直线型的斜坡很少发生崩滑,凹坡和凸坡容易产生崩滑,而且均在变坡点附近,并且统计发现90%的地震滑坡发生在30~50°的斜坡上,崩塌则发生在50b以上的斜坡。胡广韬等人(1997)通过对若干震区滑坡的考察资料分析,发现地震烈度、发震构造、岩性、地下水、地貌形态对地震滑坡的形成有较明显的控制作用。祁生文等人(2004)论述了地质背景、岩性组合、岩体结构、地形地貌以及水文地质条件分别对边坡稳定性的影响,并结合边坡动力响应的分析,给出了地震斜坡位移、速度、加速度三量响应在坡面上的分布规律,发现边坡在坡面上具有垂直向和水平向的波动放大效应。本文旨在研究了解强震触发斜坡失稳的特点及其控制性因素,积累人类关于地震触发斜坡失稳的经验,为在山岳地震带的区划、防震、抗震设防提供参考依据。二、研究区域及其地质背景1.研究区域汶川地震的重灾区共有11县市，包括汶川、北川、青川、安县、平武、茂县、江油、彭州、什邡、绵竹、理县等市县【1】。在地图上如下所示。2.研究区地形地貌研究区主要包括龙门山区和成都平原两个地貌单元,地形上处于我国第一梯级青藏高原向第二梯级四川盆地过渡地段,地形变化剧烈,东北接摩天岭,西南止岷江边。以龙门山一线为界,西部山高谷深,犹如屏障拔地而起,东部则为平坦的成都平原,地貌反差极其强烈。整个地形是西南部高,而东北部低。【2】根据相关数据，可将研究区之高程分为以下五组【3】，括号中为所占百分比。小于800（14.93%），800-1200（12.14%），1200-2000（23.00%），2000-3000（21.13%），大于3000（28.80%）。高程地形如下图所示。把研究区坡度分为5级，分别为0°-10°，11°-20°，21°-30°，31°-45°和大于45°，其面积百分比分别为16.06%，5.31%，27.07%，41.69%，9.87%。研究区坡度情况如下图示。3.研究区构造背景研究区位于我国著名的活动断裂带——龙门山断裂带上,活动构造发育。龙门山断裂带由一系列压性、压扭性断裂及褶皱组成,断裂总体走向NE40°左右,倾向NW,倾角N50~80°。本区著名的活动断裂有江油——都江堰断裂(龙门山前山断裂)、映秀)——北川断裂(龙门山中央断裂)、茂汶断裂(龙门山后山断裂)、雪山)——青川断裂等。历史地震频发,有地震记载以来,震中附近200km范围内发生7级以上地震8次,最大的当属1933年四川叠溪7.5级地震。【4】震中区附近的历史地震以主震余震型和孤立型为主。龙门山断裂带位于重力梯度带上,也是地壳厚度的分界线,其西侧地壳厚度为60~70km,东侧在50km以内。4.研究区岩性特征根据《工程岩体分级标准》(GB50218-94)【5】,可以把研究区的地层岩性划分为5个岩组,即坚硬岩组、较坚硬岩组、较软岩组、软岩组及极软岩组。坚硬岩组主要是火成岩,包括二叠纪石英闪长岩、古元古代辉长岩、康定岩群(包括咱里岩组、冷竹关岩组岩性)、三叠纪二长花岗岩、三叠纪花岗闪长岩、三叠纪普通花岗岩、三叠纪石英闪长岩、三叠纪石英正长岩等;较坚硬岩组主要是灰岩、白云岩、白云质灰岩、灰质白云岩以及峨眉山玄武岩组等,包括宝塔组、长岩窝组、石喇嘛组并层、大关山组、大冶组、嘉陵江组、峨眉山玄武岩组、桂花桥沟组、沙窝子组等;较软岩组主要是板岩、砂岩、泥质灰岩等,包括白龙组、白田坝组、千佛岩组、宝顶组、碧口群(包括大沙坝组、桂花桥沟组、阴平组)、菠茨沟组、长江沟组、磨刀垭组、大石包组、菠茨沟组、铜街子组、甘溪组、观雾山组、灯影组、雷口坡组等;软岩组主要包括页岩、千枚岩、泥岩、蛇绿岩等,包括灌口组、莲花口组、茂县群、茂县群上岩组、茂县群、七曲寺组、沙溪庙组、遂宁组、危关组、蜈蚣口组、新都桥组、新田沟组、阳坝岩组、油房组、中元古代蛇纹岩、自流井组;极软岩是指更新统(阶地砾石、砂土、粘土层,冰川、湖河沉积,时夹泥煤)以及全新统地层【6】。其分布如下图示。三、汶川地震及相关地质灾害情况1.地震地质灾害分布宏观上看,地震发生后,地质灾害隐患点增加了237%(表1),其中,以崩塌体增加最为显著,达到617%,远远超过其他灾种,随后为不稳定斜坡(480%),泥石流(152%)和滑(123%)。反映出地震对山区高陡斜坡的影响差异性非常大,在山顶上的放大作用非常显著,导致了崩塌灾害的大量发生。如果从灾种占总隐患点的比例上看,在震前滑坡占到了61%,而崩塌、泥石流和不稳定斜坡各占13%;在震后新增的隐患点中,崩塌占的比例最高,34%,随后为滑坡(31%),不稳定斜坡(27%),泥石流(4%)。但是,在总的隐患点中,滑坡所占比例仍最高,达到40%,崩塌仅占27%。统计数据如下图所示。【7】北川县城是遭受地震地质灾害最惨烈的城市,县城区面积不足2.0km2,坐落在湔江河发育形成的狭长河谷阶地上,汶川地震发震断裂自西南向北东切穿老城和新城,沿断裂带形成强烈逆冲变形带,致使带上或两侧建筑物倒塌和严重毁坏。老县城几乎一半被城西滑坡摧毁,新城南部遭受景家山崩塌的摧毁,崩塌由巨石组成,最大可达数百立方米,破坏力巨大,摧毁了数十幢房屋和县城主干道,人员死亡惨重。北川新中滑坡为古滑坡和危岩体的复合,据20世纪90年代初中国水文地质工程地质勘查院909队的调查资料,该区为乱石窖滑坡区。滑坡母岩为上泥盆系和下石炭系厚层灰岩构成,滑坡长650m,宽200m,平均厚度20m,最厚达40m,前后缘高差达300m,体积约240万m3。滑坡具有崩塌特征,以块(巨)石为主,巨石单体体积可达1000m3,产生巨大冲击力,导致北川中学新区三层高的一排教学楼和临近建筑物被毁覆,近500人死亡。在滑坡堆积体前缘,沿原主街道地面出现鼓胀,估计与地震构造形成的逆冲破裂相关。2.地震成因的堰塞湖龙门山地区水系密集,主要有岷江水系、沱江水系、嘉陵江水系,均为山区河流,坡陡谷深,相对高差最高达5000m。汶川地震触发了大量滑坡、崩塌和泥石流堵塞河道。自北东向西南,形成堰塞湖的支流主要有清江河、涪江上游、通口河、湔江、秀水河、白水河、绵远河、石亭江、岷江、西河等。【8】堰塞湖的分布与龙门山地震断裂关系非常密切,其中,有22处堰塞湖分布在此次地震的发震断裂带上,占总数的1/3,特别是在湔江、绵远河和石亭江等,堰塞湖的发育沿主中央断裂带展布。当然,堰塞湖形成的必要条件是滑坡形成横贯河道的坝体,同时,必须有足够的河水,但是,可以肯定,沿发震断裂滑坡体的体积和滑动距离要比其他地段大,成为堰塞湖的易发地段。堰塞湖的分布如下所示。最大堰塞湖为位于湔江北川上游约5km处唐家山滑坡所形成的堰塞湖。【9】唐家山滑坡由中-强风化的片岩、板岩夹砂组成,顺层滑动,前后缘高差达650m,水平距离约1250m。纵长610m,顺河宽800m,坝高80~120m,体积约2000万m3。由于滑坡体撞击左岸山体,在滑坡坝体北部堆积了厚达30~50m的破碎堆积体,为撞击折返区。在高程800m下,山体中分布有小型向斜和柔皱,因此,滑坡堆积体中存在大量层状柔曲岩体,估计是由于原有构造作用和此次滑坡滑坡中强大的下滑力两种因素所致。堰塞湖最大库容2.4亿立方,回水长度10km。3.地质灾害空间分布汇总对研究区次生斜坡灾害进行统计*,发现崩塌灾害1573处,面积约65.50km2;碎屑流灾害1703处,面积180.17km2,滑坡共671处,面积约34.04km2,泥石流共61处,面积3.99km2,堰塞湖88个,所占面积6.50km2。以灾害分布面积来排序,汶川县灾害面积最大,为131.55km2,其次为北川县,为45.57km2,其余9个县(市)灾害面积相差不大,均介于6~17km2,其中理县灾害面积最小,为6.25km2。各灾种的发育在不同地段发育的规模、频率差别较大。例如青川县、平武灾种主要为滑坡,而汶川县、茂县、安县、理县灾种主要表现崩塌转化的碎屑流,北川的主要灾种则为碎屑流,其次为滑坡,而什邡、彭州、绵竹、江油主要灾种为崩塌。研究区各县统计如下表。空间分布如下图。四、地质背景与地质灾害的关系1.龙门山构造带的控制作用研究表明,地震次生斜坡灾害的展布明显受活动构造控制,沿北川——映秀断裂、茂汶断裂以及江油——都江堰断裂两侧呈线性带状展布。从下图可以推断,本次地震除龙门山中央断裂北川——映秀断裂发生错动外,其前山断裂(江油——都江堰断裂)、后山断裂(茂汶断裂)也发生了错动。2.岩性控制作用灾害的分布与岩性关系密切,岩性不仅对灾害的展布有一定影响,而且对灾害种类的分布有决定性的控制作用。研究发现,灾害主要发育在较软岩组和坚硬岩组中。极软岩地区由于地形平坦,几乎无山地灾害分布。如下所示。岩性对灾害种类的展布有决定性控制作用。为了分析不同岩性中不同灾害出现的频率,引入面积发育率概念:即:令研究区总面积为A,某岩组i(i=极软岩组,软岩组,较软岩组,较坚硬岩组以及坚硬岩组)在研究区出露面积为Ai,某灾种j(j=崩塌、滑坡、碎屑流、泥石流)在研究区发育总面积为DA,灾种j在岩组i中的发育面积为DAji,则灾种j在岩组i中的面积发育率Rji定义为:【10】如果Rji为1,表明岩组i对于本区灾种j面积的贡献与该岩组在本区出露的面积是相称的。3.地形地貌的控制作用研究表明,地形地貌对地震次生斜坡灾害的发育有重要影响。统计表明,崩塌、碎屑流以及泥石流在1200~2000m坡段范围内发育率最高,其次为800~1200m坡段,在其他坡段范内发育率低;而滑坡则在800~1200m坡段范围发育率最高,其他坡段范围内发育率较低。对坡度而言,除11~20坡度范围外,崩塌和碎屑流的发育率总体具有随坡度增高而增大的特点(11~20范围内崩塌和碎屑流的发育率较高与该坡度范围岩性的叠加影响有关);而滑坡和泥石流的发育率呈现典型的单峰特征,在11~20范围内发育率最大。坡向对地震次生斜坡灾害的发育影响不如坡度、坡高明显,统计结果显示SE向、NE向山体崩塌、滑坡、碎屑流发育率略高,而NW向的泥石流发育率则高一些,规律性不大明显。具体情况如下所示。与高程关系。五、结论研究了地质背景与灾害分布规律之间的关系,发现:1.地震次生斜坡灾害的展布明显受活动构造控制,沿北川——映秀断裂、茂汶断裂以及江油)都江堰断裂两侧呈线性带状展布,并且从次生斜坡灾害的展布可以推断,本次地震除龙门山中央断裂北川——映秀断裂发生错动外,其前山断裂(江油——都江堰断裂)、后山断裂(茂汶断裂)也发生了错动。2.岩性对灾害种类的展布有决定性控制作用。统计发现,岩性越坚硬,崩塌、碎屑流发育率越高,而滑坡则在软岩地区、较软岩地区和较坚硬区发育率最高,泥石流则在软岩地区最为发育。3.地形地貌对地震次生斜坡灾害的发育有重要影响。统计表明,崩塌、碎屑流以及泥石流在1200~2000m坡段范围