构造作用对地质灾害分布的影响分析——以四川省马边县地质灾害为例

马 煜，李彩侠

(1.成都理工大学工程技术学院资源勘查与土木工程系，四川乐山 614000；2.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都 610059；3.成都理工大学工程技术学院国土空间应用研究中心，四川乐山 614000)

0 引言

地质灾害是在地壳演化过程中，由自然地质作用和人类活动产生的对人类生命财产和环境造成严重破坏的灾害事件，其中地质构造作用对地质灾害的发育有着重要的影响(王帅等，2002；彭建兵等，2004；涂美义等，2012；王雪辉等，2019)。地质构造作用通过地貌、断层，褶皱、地层岩性、河流等多方面影响着地质灾害的发育(冯希杰等，1990；钟秀梅等，2007；李瑞冬等，2012；贺小黑等，2017)。国内外学者对地质构造作用与地质灾害发育和分布的关系进行了相关研究，主要研究成果有：(1)涂美义等(2012)、李瑞冬等(2012)认为，地质构造控制地形地貌的发育，构造运动过程中形成高山陡坡深谷的地形地貌，地质灾害在地形地貌上的发育是对构造作用的一种响应。王帅等(2002)探讨了海拔对地质灾害分布的关系；钟秀梅等(2007)探讨了地壳的构造隆升作用产生地形相对高差对灾害发育的影响；焦廷朝(2010)提出构造隆升会产生坡体陡缓程度不同，提出了地形坡度对地质灾害的影响。(2)地质构造作用改变了地层岩性的完整性，尤其在断层、褶皱附近(冯希杰等，1990；钟秀梅等，2007；贺小黑等，2017)。钟秀梅等(2007)对公路沿线地质灾害调查和贺小黑等(2017)对安县地质灾害调查均发现断层破碎带附近地段是地质灾害集群发育地段。(3)构造作用决定了地层岩性的空间展布特征(王帅等，2002；焦廷朝，2010；李瑞冬等，2012)。李瑞冬等(2012)提出地质构造与地层岩性的关系，并讨论了地层岩性对地质灾害的发育影响；焦廷朝(2010)提出了不同的岩性为地质灾害的孕育提供了内部条件。总体上国内外学者针对不同区域或从不同角度对地质构造作用与地质灾害分布和发育影响因素进行了探讨，但以往研究大多基于定性分析，并没有全面考虑影响因子进行定量研究。

四川省马边县处于川滇南北向构造带与四川省盆地新华夏系沉降带交接地带，地质构造运动复杂，地质灾害非常发育。截止2021年1月5日，马边县历史上有记载的滑坡、崩塌、不稳定斜坡、泥石流和地裂缝等五类地质灾害(隐患)300余处。造成直接经济损失近500万元，死亡12人，影响人数近万人①。为分析马边县地质灾害与构造作用的关系，降低地质灾害对人类生命财产和环境的危害，本次研究在对马边县地质灾害野外调查和数据收集的基础上，基于GIS空间分析功能，结合DEM(12.5 m)、基础地质图(1:50 000)、地质构造图(1:250 000)和水系网等基础数据综合分析，分析该区地质灾害的分布规律与地形地貌、地层岩性、断层褶皱，地震等因素，探讨了马边县地质灾害的分布规律与构造作用的关系，为该区域地质灾害的预测和防治提供借鉴和参考。

1 地质灾害类型及分布特征

在野外调查和收集资料的基础上对马边县境内地质灾害进行统计，截止2021年1月5日，该县有滑坡、崩塌、不稳定斜坡、泥石流、地裂缝等五类地质灾害(隐患)300余处(含已核销点)，见图1。 数量上：滑坡169处，占总数的56.4%，崩塌75处(25.0%)，不稳定斜坡45处(15.0%)，泥石流10处(3.3%)，地裂缝1处(0.33%)(因数量仅有1处，下文不进行地裂缝分析)。规模上：中型的59处，占总数的19.6%，小型的241处，占总数的80.4%。历史上地质灾害共造成直接经济损失约500万元，死亡12人①(2001.7.28,黑麻沟泥石流造成3人死亡；2007.6.17，永红乡发生山洪泥石流造成2人死亡、4人失踪(李雪枫，2016))。2016年3月8日,省道103公路326 km+400 m处山体滑坡，造成7人死亡。目前现有潜在地质灾害威胁财产2.5亿元，影响人数近8359人。

图1 四川省马边县地质灾害分布图Fig.1 Map showing distribution of geo-hazards in Mabian County of Sichuan Province1-滑坡；2-不稳定斜坡；3-崩塌；4-泥石流；5-地裂缝1-landslide；2-unstable slopes；3-collapses；4-debris flows；5-ground fissure

2 地质构造背景

研究区位于川滇南北向构造带与四川省盆地新华夏系沉降带交接地带，具体位于扬子准地台下级构造单元上扬子台褶带(Ⅱ6)中的凉山褶皱带(Ⅲ2)和四川台坳(Ⅱ7)中的川中台拱(Ⅲ6)的结合部(图2)。自中生代以来，该区经历了印支运动、喜马拉雅运动等多期次构造运动，先后形成了南北向构造体系和旋转构造体系，总体特征表现为该地带西部以挤压为主、东部以伸展为主的特征。

区内断裂构造复杂，断裂随区域构造线方向而变化，分南北向构造体系和旋转构造体系。南北向构造体系集中发育在西部，主要有苦竹坝-沙匡断层(1)、老河坝断层(2)、玛瑙断层(3)、利店断层(6)等。旋转构造体系发育在中部和北东部，主要有靛兰坝断层(4)、中都断层(5)等(图2)。

图2 马边县地质构造简图Fig.2 Map showing regional geological structures in Mabian County(1)-苦竹坝-沙匡断层；(2)-老河坝段层；(3)-玛瑙断层；(4)-靛兰坝断层；(5)-中都断层；(6)-利店断层；①-三河口向斜；②-小药子向斜；③-挖嘎背斜；④-挖黑口向斜；⑤-老河坝向斜；⑥-马边向斜；⑦-利店向斜；⑧-沐川背斜；⑨-靛兰坝向斜；⑩-走马坪背斜；-盖子坪背斜；Ⅱ6-上扬子台褶皱带；Ⅱ7-四川台坳；Ⅲ2-凉山褶皱束；Ⅲ6-川中台拱(1)-Kuzhuba-Shakuang fault；(2)-Laoheba fault；(3)-Manao fault；(4)-Dinglanba fault；(5)-Zhongdu fault；(6)-Lidian fault；①-Sanhekou syncline；②-Xiaoyaozi syncline；③-Waga anticline；④-Waheikou syncline；⑤-Laoheba syncline；⑥-Mabian syncline；⑦-Lidian syncline；⑧-Muchuan anticline；⑨-Dinglanba syncline；⑩-Zoumaping anticline；-Gaiziping anticline；Ⅱ6-Upper Yangtze fold belt；Ⅱ7-Sichuan platform depression；Ⅲ2-Liangshan fold belt；Ⅲ6-platform arch of Middle Sichuan

区内褶皱区域构造线方向而变化，近南北向主要发育有与断层方向一致的褶皱群(①～⑥)(图2)，位于研究区西部。南北向断层多断于背斜轴部或近轴部，系受压应力或压兼扭应力而成，断裂两侧岩层破碎，挤压严重，多表现为逆断层性质，少数表现为正断层性质。受旋转构造体系影响，发育的褶皱有近乎东西向的褶皱(⑦～⑨)，位于研究区东部，表现出弧形构造。整个工作区褶皱形态复杂，地层产状多变，次级褶皱及层间褶皱发育。

地层岩性在不同时期的分布受地质构造控制比较明显(王帅等，2002；杨志华等，2018)。区内震旦系到第四系均有出露。地层的特点是：四周地层老，中部地层新。上元古界出露震旦系，以海相碳酸盐和含磷灰岩沉积为主；古生界以滨-浅海相砂岩沉积为主；中生界出露三叠系和侏罗系，岩性为泥岩、砂岩类为主；新生界主要以第四系冲积物与残坡积物为主。

地质构造控制着地貌和河流的形成(马秋红，2011)。研究区地处川滇地轴与四川台拗之间的上扬子台褶皱带构造，地貌严格受上述构造控制，山川水系与构造线近乎一致，多呈南北向展布。地貌上，地处横断山脉东部、四川盆地和云贵高原的过渡地带，地势西高东低，东西两侧主要是中高山区，中间为低山河谷区，山脉多近于南北走向，属侵蚀构造中山峡谷地貌；河流上，马边河系岷江下游右岸一级支流，长度118.0 km，流域面积2039 km2，多年平均流量25.18 m3/s，较大支流有挖黑河、三河口河、雪口山河、大竹堡河、洋溪河、大院子河、白家湾河、中都河、玛瑙河等。

第四纪以来，在喜山期新构造运动的作用下,研究区整体处在隆升运动中，隆升具有整体性、差异性和阶段性特征。整体性表现在该区域整体上属于隆升期，但不同区域隆升高度不同，中部和北部海拔较低，500 m以下，南部海拔在500～1000 m左右，西部基本都在1000 m以上。新构造运动为现代地形地貌提供了内动力，为地质灾害的发育提供了必要的地形条件。地震活动频繁，属中、强震区的震群型地震，据记载以来，研究区共发生Ms≥4.7级地震33次，其中5.0～5.9级22次，6.0～6.8级4次，4.7～4.9级7次。地震的活动频繁为诱发崩塌、滑坡、斜坡失稳等地质灾害的重要因素之一。

3 构造作用对地质灾害分布的影响

地质构造作用通过地貌、断层、褶皱、地层岩性、河流等多方面影响着地质灾害的发育(冯希杰等，1990；钟秀梅等，2007；李瑞冬等，2012；贺小黑等，2017)。笔者主要从以下因子讨论地质灾害与其敏感性关系。

3.1 地形地貌因子

地形地貌的形成、发育和演化过程都受到地质构造作用的制约，而地质灾害的发育是地形地貌对地质构造运动的响应(马秋红，2011；苏琦等，2015；李瑞冬等，2012；贺小黑等，2017)。地形地貌是孕育地质灾害的决定性因素。对地质灾害发育有影响的地形条件主要包括坡度、坡向、地形起伏度和坡型。坡度反映了地表岩土体运动与动势能转换的规模，同等坡高情况下，坡度越大，坡体向下的动能越大，越利于地质灾害的发生，特别是滑坡和不稳定斜坡的发生(Hennrich and Crozier,2004)；坡向决定了日照、植被发育和水热气候等条件的不同，进而影响岩体的风化程度和稳定性，因此坡向对地质灾害的影响不容忽视(李惠民等,2017)。地形起伏度是坡体的相对高差，表征区域内地形的切割深度和地表破碎程度(杨志华等,2018)。剖面曲率即为坡度随高程变化的变化率，其在一定程度上反映了地表坡体的陡缓程度。通过曲率值的正负，表示该处的地表坡型为凸型坡、平面坡和凹型坡。曲率的绝对值越大，说明该地表处越陡峻(姜建伟等，2018；周静静等，2019)。坡度、坡向、地形起伏度和坡型与地质灾害分布图如图3a～d所示。

图3 地质灾害点与地形坡度(a)、坡向(b)、地形起伏度(c)和坡型(d)分布图Fig.3 Relationship of topographic factors of slope (a),aspect (b),relief (c) and curvature (d) with distribution of geological hazards

图4a显示地质灾害在10°～35°坡度区间内发育最多，共有252个，平均点密度为0.174个/km2，约占灾害总数的84.0%。其20°～30°区间地质灾害最为发育,共有125个，平均点密度为0.186个/km2。这与较多国内外学者的结论基本一致，即坡度范围位于20°～50°，由于不同地区具体条件不同应略有差异，区别在于上、下限值的细微差别(朱云波，2015)。图4b显示灾害在坡向上分布较均匀，说明坡向对区内地质灾害发育分布影响不大，相对较多的主要分布在东、东南坡向区间内，有94处，约占灾害总数的31.3%，由于研究区内地形西高东低且山脉多近于南北走向，所以坡向主要为东西坡向且东向坡向较西向坡向接收日照要多。图4c显示地质灾害在≥60 m/km2地形起伏度区间发育最多，共有275个，点密度为0.198个/km2，约占灾害总数的91.6%。图4d显示凸型坡体孕育地质灾害的数量和百分比与凹型坡体相比要相对较高很多。凸型坡上部较缓，下部较陡，坡度在垂直方向逐渐增大，坡下部相对于上部有临空面存在，因此稳定性较凹型和平面型要差一些，从点密度上来说平面型的要高于凸型的，这主要是由于该区域内的地质构造形成的单面山顺层滑坡。

图4 地形因子地质灾害分布关系图(坡度(a)、坡向(b)、地形起伏度(c)和坡型(d))Fig.4 Statistics between topographic factors and distribution of geological hazards(a. slope,b. aspect,c. relief,d. curvature)

3.2 构造因子

构造因子对地质灾害的形成起着非常重要的作用，主要通过地层岩性、断层、褶皱、地震和水系等直接或间接地影响着地质灾害的孕育(冯希杰等，1990；钟秀梅等，2007；李瑞冬等，2012；贺小黑等，2017)。地层岩性条件为地质灾害发生提供物质基础，地质灾害活动与岩土体类型存在密切关系。马边县境内出露地层较多，岩石类型多样。断裂带的控制效应主要从褶皱和断层来讨论，断层错动会使岩土体结构破裂，强度及稳定性降低,容易风化或产生崩滑积物为泥石流发育提供了物源条件。褶皱核部和两翼的升降挤压拉伸等作用会导致岩层间错动越强烈，地质灾害也越发育；一次破坏性地震会破坏岩土体的完整性和稳定性。研究认为,土质滑坡需要地震烈度为Ⅵ度,岩质滑坡为Ⅶ度(钟秀梅等，2017)。河流水系主要通过对两岸斜坡的下切和侧蚀作用和不同时期水位高低升降对岩体体影响等降低岩土体稳定性(杨志华等，2018)。地层、断层和褶皱、地震、水系与地质灾害分布图如图5a～d所示。

图5 地质灾害点与地层(a)、水系(b)、断层褶皱(c)和地震(d)分布图Fig.5 Relationship between neotectonics factors and distribution of geological hazards(a. stratum,b. river systems,c.faults,d. earthquake)1-白垩系；2-侏罗系；3-三叠系；4-二叠系；5-志留系；6-奥陶系；7-震旦系；8-寒武系；9-断层；10-向斜；11-背斜1-Cretaceous；2-Jurassic；3-Triassic；4-Permian；5-Silurian；6-Ordovician；7-Sinian；8-Cambrian；9-fault；10-syncline;11-anticline

图6 地质灾害点与地层(a)、水系(b)、断层褶皱(c)和地震(d)关系图Fig.6 Statistical between neotectonics factors and distribution of geological hazards(a. stratum,b. river systems,c. faults,d. earthquake)

4 结论

马边县属于构造作用强烈的地区，区域内断层、褶皱、地层岩性、构造地形等发育复杂，从地质灾害分布规律来看，与地质构造作用有很大的相关性。主要表现在：

(1)马边县有记录以来的地质灾害(隐患)点共计300余处。有滑坡、崩塌、不稳定斜坡、泥石流、地裂缝五类，在时空上分布具有不均匀性。

(2)在构造地貌因子上，坡度、地形起伏度、坡型对地质灾害具有较明显的控制作用。敏感区间为：坡度为20°～30°之间，地形起伏度为≥60 m/km2，坡型以凸型坡为主。坡向对灾害分布敏感性不强，在每个坡向灾害分布较均匀。

(3)在构造地质因子上，岩性、断层(含褶皱)、水系和地震对地质灾害具有较明显的控制作用。地层以泥岩和砂岩为主的软弱-半坚硬岩组的侏罗系和白垩纪为主，断层(含褶皱)以距离0～0.5 km为主，地震以距震中0～1 km为主，水系以距河道0～0.5 km为主。

[注 释]

① 四川省峨眉山四零三建设工程公司.2015.四川省马边县1:50000地质灾害详细调查报告[R].