临夏盆地巴谢河流域晚更新世以来滑坡发育历史重建

侯圣山，李 昂，陈 亮，王立朝，刘艺璇，朱玉晶，王惠生

(1.中国地质环境监测院(自然资源部地质灾害技术指导中心)，北京 100081；2.中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京 100083)

滑坡是斜坡物质重力运动的一种形式，也是外动力地质作用的一种重要类型。通过滑动，大量岩土体从海拔较高的位置移动到较低的位置，是地表夷平的一种重要途径。张永双等[1]对古滑坡复活进行了综述，对古滑坡的判识、发育规律、复活机理等问题进行了总结和展望。李晓等[2]通过研究三峡工程库区的大型古滑坡的空间和时间分布，提出新构造运动和第四纪气候变化的耦合作用是三峡库区发育多期大型古滑坡的重要诱因：地壳抬升、断层活动、地震等内动力作用直接或间接地影响着滑坡的形成和演化过程，而气候变化是一种重要的外动力作用，共同导致了三峡库区大型滑坡发育具有多期性和阶段性的特征。王令占等[3]通过研究三峡地区的滑坡灾害与新构造运动以及气候期的关系，发现断裂活跃峰期与滑坡活跃峰期相间分布，而且后者明显滞后于前者，提出断裂活跃期的构造活动为其后的滑坡发生提供了松散物质条件，而暖湿气候环境的强降水及地震活动则是触发滑坡大规模发生的主要因素。殷志强等[4]、周保等[5]通过对黄河上游特大古滑坡的研究，得出黄河上游特大型群发性滑坡有130～110 kaBP、50～30 kaBP、12～9 kaBP和 5～3 kaBP等4个多发时段，并将其构造及气候演变建立了联系。张泽林等[6]对兰州黄河阶地演变过程对滑坡的控制效应进行了专门研究，发现黄河河谷演化对滑坡发育的控制作用有时间上的阶段性和空间上的分带性，并提出阶地型滑坡的主要诱发因素为新构造运动的强烈抬升、河流快速下切及阶地形成时期的相对暖湿气候。

杨丽娟等[7]利用滑带土中残留的树根，对陕西省凤翔县五曲湾滑坡开展了14C年代学研究，测得滑坡年龄为462±45 aBP，与1556年华县大地震年龄非常接近。杜建军等[8]对陕西华县莲花寺滑坡开展了光释光测年研究，采集滑坡堆积物上覆黄土，测得此滑坡发生的年龄为至少在18.7万年前，并推测滑坡的发生与山前断裂活动导致的古地震活动有关。吴玮江等[9]对武都汉林沟流域的古滑坡开展了年代学研究，采集了滑坡及堰塞湖沉积物中掩埋的树木残留，并进行了14C年龄测定，测得古滑坡发生的事件为42.0～44.8 kaBP。魏昌利等[10]对岷江上游元坝子滑坡进行了分析，认为该滑坡是晚更新世地震引发的大型岩质滑坡，经历了斜坡裂缝、地震震动、河流下切、局部复活等阶段。

由此可见，14C、光释光等技术在晚更新世以来的滑坡测年方面有较好的应用效果。本文基于临夏盆地巴谢河流域的滑坡调查，采集了滑坡年代学样品，利用14C和光释光测年技术，获得了一批滑坡事件的年龄，分析了晚更新世以来滑坡集中发育时段，重建了本地区晚更新世以来的滑坡发育历史。

1 巴谢河流域地质环境条件及滑坡发育情况

临夏盆地位于青藏高原、秦岭山地和黄土高原的衔接地带，是由雷积山大断裂、秦岭北深大断裂和祁连山东延马衔山所围成的山前拗陷盆地(图1)。临夏盆地对地质变迁和环境变化极为敏感，晚更新世以来发育了大量滑坡，尤其是临夏盆地内的巴谢河流域，滑坡密集分布，不同期次滑坡相互叠置，为深入认识滑坡的发展规律和影响因素及过去环境变迁提供了丰富的素材。

图1 巴谢河流域位置及周边地貌Fig.1 Geological setting of the Baxie River Catchment

巴谢河是甘肃省临夏回族自治州东乡族自治县境内的一条季节性河流，发源于东乡县城附近，全长约44 km，流域面积约388 km2，属洮河二级支流，在广河县三甲集附近汇入广通河。巴谢河上游为近SN走向，到达板空附近折向东流，转为近EW走向。

巴谢河流域总体上西高东低，分水岭海拔从西部的2 423 m向东逐渐降为2 321 m，汇入广通河的河口处海拔1 837 m。巴谢河河谷上游较窄，宽仅230～270 m，向下游渐宽，到那勒寺一带河谷宽度约1 400 m。

流域内地貌类型可以分为河谷地区和黄土丘陵区。新近系临夏组构成本区的基本骨架，由河湖相粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等组成，以红色为主，产状近水平，倾角2°～5°，倾向NE。上更新统马兰黄土呈披覆状堆积在临夏组及老阶地沉积物之上，为浅黄色粉砂质黏土，松散、具大孔隙、易湿陷、垂直节理发育、多落水洞，厚10～80 m，东部厚度大于西部。上更新统至全新统冲积物构成巴谢河各级阶地，具有砾石层与砂层的二元结构，构成巴谢河河谷平台。上更新统至全新统古(老)滑坡堆积物，多为泥岩、黄土及砾石层的混杂堆积，部分保留了原地层的结构。

巴谢河流域的大地构造位置处于祁吕贺山字型构造和陇西旋卷构造体系的结合部位，临夏盆地内部。晚更新世以来的构造运动以升降运动为主，地壳阶段性抬升造成了巴谢河下切，形成了四级阶地。抬升运动空间上南西部幅度大于北东部，因此巴谢河北岸侵蚀强烈，地形陡峭，滑坡多发[11～15]。

晚更新世以来，地壳隆升、河流下切、滑坡频发、黄土堆积等事件在本区同时进行，塑造了现今的地貌格局。在巴谢河左(北)岸，古滑坡、老滑坡、新滑坡相互叠置，连片分布(图2)，在从陈家集经达板空至上正约37 km的斜坡上，密集分布着67个滑坡，形成一个近东西向展布的带状滑坡群[11]。从滑坡结构和失稳模式上看，巴谢河流域滑坡主要可以分为压裂型深层黄土-泥岩滑坡、滑移型深层黄土-泥岩滑坡、蠕变型中浅层黄土-泥岩滑坡和塌滑型黄土滑坡四种主要类型(图4)。巴谢河下游红庄村上正滑坡属于第一种类型，表现为滑坡体积巨大、滑动距离中等，多期次滑动形成多级平台；1983年发生的著名的洒勒山滑坡则属于第二种类型，表现为滑坡体积大、滑动速度快、运动距离远；巴谢河中游的祖祖滑坡属于第三种类型，特征是体积中等、多期次滑动、速度较慢；第四种类型则广泛分布于沟谷高处的黄土陡崖，特征是体积较小。

2 巴谢河流域滑坡年代学样品采集

通过对巴谢河流域梁家寺至巴谢河汇入广通河河口约30 km的岸坡进行调查；并在Google Earth高清遥感影像图上对多期次滑坡进行滑动范围圈定和初步信息提取，识别出滑坡宏观特征；选取巴谢河北岸的上正、陈何村、洒勒山、巴峰山、石拉泉、罗家、那勒寺、郭泥沟、努拉芒、板土等滑坡开展了重点调查，在野外实地观察滑坡微观形态和特征，针对有滑动时间指示意义的滑坡伴生沉积物进行取样，通过光释光和14C年代学测试确定滑坡发生的年代。共采集14C样品18个(表1)、光释光样品39个(表2)，采样点分布见图2。

图3 巴谢河北岸滑坡主要类型示意图Fig.3 Main types of landslide in the north bank of the Baxie River

从滑坡宏观形态看，不同期次的滑坡相互叠加，年代较老的滑坡面积和体积较大，新发的滑坡多在之前滑坡区范围内发生，破坏原来的滑坡堆积地貌，形成新的滑坡堆积地貌。巴谢河北岸滑坡保留了不同期次的滑坡作用形成的数级滑坡平台，从上到下依次排列，有较明显的多期次滑坡指示意义，为滑坡年代学研究工作和滑坡历史重建工作提供了良好素材。通过对上正滑坡的初步研究已识别出约33 kaBP、5～7 kaBP、160 aBP和2015 AD四个阶段的滑动[13-14]。

本研究用于14C年代学测试的样品主要从两类物质中采集。第I类是滑坡埋压的动植物残骸，此类样品包括BX012、BX029、BX032、BX702、BX704、BX705、BX706、BX709、BX711和BX712，共10个(表1)；埋压直接导致动植物死亡并被滑坡堆积物封存，在滑坡前缘可以见到此类物质出露，另外在滑坡区域钻探所得岩芯中也发现部分动植物残骸；14C测年法可以测定动植物的死亡年龄，即可指示滑坡事件的年龄。第II类样品来自于滑坡滑动造成的水体中的有机物残留，包括BX006、BX028、BX033、BX034、BX040、BX042、BX701、BX703和BX707，共9个(表1)；此类水体主要由滑坡洼地积水形成，规模较小，和滑坡有直接关系，沉积物中的有机质来源于洪水冲刷带周边的动植物体。现场调查发现，此类水体范围小且缺乏持续性的补给，滑坡洼地水体基本上呈季节性，雨季有水而旱季干涸，且很快就淤满。通过对那勒寺、板土等滑坡洼地水体及沉积物的现场调查，发现此类水体存续时间一般在数十年，因此滑坡洼地水体沉积物中有机物的14C年龄虽比滑坡事件晚，但在误差范围内可以近似指示滑坡事件的年龄。

用于光释光测年的样品主要从四类物质中采集。第I类来自于滑坡混杂堆积物，在滑坡堆积体前缘、中部或后缘可以看到黄土、泥岩、砂砾石等不同物质的混杂堆积，从野外可以判断混杂堆积由滑坡的滑移、倾倒、铲刮、掩埋等作用形成，是滑坡伴生的沉积物。因此光释光技术测得的混杂堆积物埋藏年龄可以直接指示滑坡事件的年龄，此类样品有BXT01、BXT13、BXT14、BXT703、BXT704、BXT705、BXT706、BXT709、BXT710、BXT711、BXT712、BXT713、BXT716、BXT719、BXT722、BXT723、BXT724和BXT725，共计18个。第II类物质是和滑坡洼地短时水体淤积有关的沉积物，形成于滑坡后的短暂时期，其光释光年龄也可以指示滑坡事件的年龄，此类样品有BXT02、BXT03、BXT05、BXT06、BXT07、BXT08、BXT09、BXT10、BXT11、BXT12、BXT701、BXT702、BXT714、BXT715、BXT717、BXT720和BXT721，共计17个。第III类物质来自滑坡堆积体的底部，光释光年龄指示埋藏年龄，也就是滑坡发生的年龄，此类样品有BXT707、BXT708和BXT718，共计3个。第IV类样品来自滑坡滑动过程对滑带物质进行碾磨而成的滑带土，滑坡滑面摩擦产生高温也能将滑带土中石英、长石矿物积累的信号清零，适合光释光测年，光释光年龄直接指示滑坡事件发生的年龄，此类样品仅有BXT04一个(表2)。光释光样品采集在避光条件下进行，剥除表面物质后，利用内径20～30 cm的金属管贯入采集。

表1 巴谢河流域14C测年结果Table 1 14C dating results in the Baxiehe River Catchment

表2 巴谢河流域光释光测年结果Table 2 OSL dating results in the Baxiehe River Catchment

3 巴谢河流域滑坡年代学测试及结果

3.1 14C测年

14C测年在位于美国佛罗里达州的BETA实验室用加速器质谱(AMS)完成。对于不同测年物质用不同的前处理方法提取出所要测试的碳元素，并将其转化成二氧化碳，干燥后用液氮降温收集，在钴催化剂的作用下制成石墨靶；然后用加速器质谱测定碳元素同位素比值。加速器质谱同时测定样品中的δ14C和δ13C，利用δ13C进行同位素分馏校正，并使用INTCAL13数据库进行年龄校正[15]。

14C测年结果示于表1。结果显示：14C年龄最小的样品约为170 aBP(BX029)，最老的样品年龄约为41 kaBP(BX707)；18个样品中，有7个年龄在距今数千年的年龄区间，5个样品的年龄在距今1万至2万年，有5个样品的年龄在距今2万至5万年，1个样品年龄约距今170年。除约170年的样品之外，常规年龄误差范围均在1%以内。本研究的样品均在14C测年的优势年龄范围之内，数据质量较高。

3.2 光释光(OSL)测年

光释光测试在中国地质大学(武汉)完成，测试方法见文献[17]。样品取小于300 μm的部分，加清水搅拌沉淀，去碳酸盐、有机质后，用氢氟酸浸泡提取石英，或选取石英长石混合矿物，用于等效剂量(De)的测试。

等效剂量(De)的测试在Risø TL/OSL-DA-20 热释光/光释光两用仪上完成，采用的辐照源为(90Sr/90Y)β源，并选择强度为90%的蓝光发光二极管(λ=470 nm±20 nm)激发；经预热坪测试，测试参数设置为：Preheat 260 ℃，10 s；Cut-heat 220 ℃，10 s；采用的测试方法为SAR+SGC法,即单片再生+标准生长曲线法。

采用中子活化法(NAA)测定样品的U、Th、K含量，据此计算得到剂量率(D)。光释光测年结果由样品的等效剂量(De)和剂量率(D)通过公式Age=De/D计算得到。

光释光测年结果见表2。结果显示:39个样品中等效剂量最小为2.57±0.28 Gy(BXT725)，最大为>460 Gy(BXT703和BXT706)，样品剂量率在0.98±0.07 Gy/ka至4.11±0.29 Gy/ka之间，由样品等效剂量和剂量率计算出的年龄值在0.73±0.09 kaBP至290 000±26 kaBP之间，89.7%的样品年龄在1万年至10万年之间，在光释光测年的优势范围内。

图4 巴谢河流域滑坡发育年龄分布统计Fig.4 Accumulating percentage of landslide occurrence since the late Pleistocene

通过对本研究14C和光释光测年结果进行分析，可以得到巴谢河流域滑坡活动性的时间序列(图4)。从图中可以看出，晚更新世以来，巴谢河流域滑坡活动性明显呈阶段性，高活动性时段和低活动性时段相间分布。滑坡高发的时段明显有五个期次，年龄分别为100～63 kaBP、45.2～41.5 kaBP、33.3～28.2 kaBP、22.5～15.2 kaBP和10.4～0.2 kaBP。在上述五个滑坡高发时段，滑坡事件累计次数随距今年代的关系明显呈线性，线性拟合系数(R2)均在0.88以上。在图4中，线性拟合表达式中X的系数可以指示滑坡发育强度，X系数绝对值和发育强度呈反比，由此可以看出，在上述五个滑坡高发时段中，45.2～41.5 kaBP和10.4～0.2 kaBP两个时段的滑坡活动性最强，33.3～28.2 kaBP和22.5～15.2 kaBP两个时段次之，而100～63 kaBP滑坡活动性最弱。

4 结论

(1)巴谢河流域密集分布的滑坡堆积，保留了晚更新世以来的多期次滑坡事件。地壳阶段性不均匀抬升，巴谢河向北岸侵蚀加剧，在洒勒山—巴峰山—红庄一带发生了一系列古滑坡；古滑坡堆积物继续遭受侵蚀，形成了高陡斜坡，并发育了密集的纵向侵蚀沟谷和宽广的临空面，为滑坡的继续发展提供了基础地形条件。

(2)巴谢河北岸，古滑坡、老滑坡、新滑坡相互叠置，连片分布；主要可以分为压裂型深层黄土-泥岩滑坡、滑移型深层黄土-泥岩滑坡、蠕变型中浅层黄土-泥岩滑坡和塌滑型黄土滑坡四种主要类型。

(3)14C和光释光测年结果显示：晚更新世以来巴谢河流域存在五个滑坡多发的时段：100～63 kaBP、45.2～41.5 kaBP、33.3～28.2 kaBP、22.5～15.2 kaBP和10.4～0.2 kaBP，其中，45.2～41.5 kaBP和10.4～0.2 kaBP两个时段的滑坡活动性最强，33.3～28.2 kaBP和22.5～15.2 kaBP两个时段次之，而100～63 kaBP滑坡活动性最弱。