万里长江, 源于雪域高源, 汇集百川千湖, 以气吞山河之势奔来眼底, 又以雷霆万钧之力、大气磅礴之势冲出绝壁, 呼哮向东。《水经注》中记载:“自三峡七百里中, 两岸连山, 略无阙处。重岩叠嶂, 隐天蔽日, 自非停午夜分不风曦月。有时朝发白帝, 暮到江陵, 其间千二百里, 虽乘奔御风, 不以疾也。”可见长江三峡之险奇峻

《图1》

。

峡江两岸, 绝壁临空, 险峰对峙, 怪石嵯峨, 霞举云飞, 风景秀美。但在地质学家的眼里, 它是危岩易陨、崩塌频仍的地质灾害多发区。根据史料查证, 三峡地区历史上曾发生过各类崩滑事件100多次, 大型和特大型者40余处, 崩塌体积几十万至几千万m3不等, 引起阻塞长江、影响航运的至少有5次[1,2]。值得关注的是, 岩崩、滑坡、泥石流等物理地质现象并非孤立的地质事件, 它与区域断裂及地震活动具有不可分割的构造联系, 是区域地壳运动的不同表现形式。构造事件之间相互牵动、制约或触发, 致使灾害成丛或成链发生, 这是一种需要研究的基本规律。

《1 活动的滑坡带》

1 活动的滑坡带

《1.1峡区的滑坡灾害》

1.1峡区的滑坡灾害

三峡地区是我国严重地质灾害的多发区。史料记载:“江水历峡东迳新崩滩, 此山, 汉和帝永元十二年 (公元100年) 崩, 晋太元二年 (公元377年) 又崩, 当崩之日, 水逆流百余里, 涌起数十丈。今滩上有石, 或圆如箪, 或方似屋, 若此者甚众, 皆崩崖所陨, 致怒湍流, 故谓之新崩滩。余颓岩所余, 比之诸岭, 尚为辣桀”。 (《水经注卷三十四·江水》) 。随着三峡工程建设步伐的加快, 人为诱发的环境地质灾害也日趋凸现。

三峡工程大坝设计坝顶高程185 m, 正常蓄水位175 m, 总库容393×108 m3, 水库全长约667 km, 被淹没的陆地面积632 km2, 水库淹没范围涉及21个县市, 其中13座县城和16个集镇须全部搬迁, 根据动态人口变化到2008年须搬迁总人口113.38万人, 移民迁建以“就地后靠”为主, “异地外迁”为辅的原则[3,4,5,6,7,8]。由于库区地质条件和地理环境十分复杂, 缓坡地带多为古滑坡所形成, 所以在生存、建设和发展的压力下, 自然生态环境保护失衡, 大规模库区的人类工程活动的诱发, 使库区受到岩崩和滑坡的严重威胁。近年来不断发生的大规模崩滑现象, 导致了库区大量的生命和财产损失。以湖北省巴东县为例[9,10], 为适应城市建设发展和三峡工程的需要, 1979年10月决定将黄土坡作为新城址, 并于1984年5月开始新城建设。1986年长江三峡工程地质专家考察组提出:“巴东新城址的环境地质问题较多, 且较复杂, 虽已进行过较多的勘测与规划工作, 其重点是研究地质基础和城市的规模布局, 对环境地质问题考虑较少。”1989年原地矿部环境地质研究所也指出:“黄土坡新城址内存在两个老滑坡体, 巴东组第二段 (T2b2) 紫红色泥岩夹砂岩为不良的工程地质软弱的岩组, 发育很多滑坡, 对工程和建筑物已产生影响和危害, 属于易滑地层。”1991年8月6日特大暴雨诱发了崩塌、滑坡和泥石流对新城的冲击, 致使全城供电、供水、通讯、交通中断, 泥石流淤积23.5万m3, 城东大小街巷均被堵塞, 厚者达3.5 m以上, 致使县直89个单位和工矿企业受损, 街面110多家商店被淹, 损毁房屋2 591间, 3人死亡, 重伤78人, 轻伤893人, 200户居民无家可归。同时淹没仓库70座, 汽车14辆, 冲毁公路桥1座, 人行桥23座, 涵洞40处, 破坏供水管道5 650 m, 直接经济损失8 968万元。1991年之前巴东城区从未发生过地质灾害, 自此之后各种地质灾害接踵而至。1995年6月10日城区黄土坡滑坡, 县属7个单位, 4家企业受灾, 5人死亡, 6人重伤, 3人轻伤, 倒塌厂房、民舍2 057m2, 直接经济损失1 239万元。1995年10月29日城区青竹标滑坡, 5家企事业单位受灾, 倒塌建筑物13 566 m2, 101人无家可归, 码头受损, 港口瘫痪, 直接经济损失2 000余万元。1996年6—8月间发生大型滑坡20余处, 水毁公路6条计150 km, 公路塌方100多处, 桥涵80多座, 变压器15台, 煤矿井8口, 电站5座。同年9月18日一场暴雨, 诱发城区几条沟谷、大坪、白岩沟、黄土坡等大面积的滑坡并泥石流冲击。1998年6月28日暴雨使全城瘫痪数月, 对外交通、通讯全线中断, 路面全部被塌方、泥石流冲击物覆盖, 黄土坡、白岩沟、铜盆溪、红石梁、火焰石整体下滑, 碚坎和挡土墙呈弓形向下突出, 滑坡裂缝遍布, 造成的直接经济损失过亿元。

现在已经基本查清, 巴东新城黄土坡小区滑坡体积3 800万m3, 大坪小区红石包滑坡45万m3, 白土坡小区350.2万m3, 云沱小区5 150万m3, 西

《图2》

坡小区650万m3, 江北黄腊石4 000万m3, 总体13 995.2万m3。巴东新城黄土坡现存在地面大面积开裂现象[11,12,13], 建筑物遭到严重破坏和威胁 (图1) 。

《图3》

图1 黄土坡变形裂缝分布图[11]

图1 黄土坡变形裂缝分布图[11]  

Fig.1 Distribution of fractures in Huangtupo[11]

1—滑坡边界;2—白紫红色泥质粉砂岩 (T2b2) 组成的滑坡堆积与由土黄色泥质灰岩 (T2b3) 组成的滑坡堆积边界;3—地裂缝密集区边界;4—地裂缝

《1.2三峡滑坡的成带性》

1.2三峡滑坡的成带性

三峡库区滑坡、崩塌计有2 490处, 其中涉及135 m水位以下的有581处, 已采用工程防治的198处, 搬迁避让的232处, 监测预警的151处。

笔者曾对三峡地区的滑坡进行过大量调查、统计和分析, 在约55 000 km2的研究范围内, 计有滑坡250处, 平均面密度0.0045个/km2。这些滑坡主要成带分布, 在滑坡带上共有132处 (包括长江滑坡带) , 滑坡带总面积6 035 km2, 仅占总面积的11%, 而滑坡总数占73%。表1主要表现有两点:一是滑坡分布并非杂乱无章, 而是密集成带;二是滑坡的分布带与三峡地区的特定构造部位有关。其中, 高桥滑坡带与高桥断裂带 (黔江—恩施—巴东构造带的北延断裂) 重合, 滑坡面密度是平均面密度的11倍, 香溪滑坡带 (仙女山—香溪—兴山构造带的北延部分) 的滑坡面密度是区内平均值的9.45倍。值得注意的是, 三峡地区滑坡多系晚更新世以来所形成 (图2) , 且长江干流上的滑坡分布密度及线性构造系数密度在巴东新城出现高度集中现象 (图3) 。

表1 三峡地区滑坡带分布[14]

Table 1 Distribution of landslide zones in the Three Gorges[14]

《表1》

编号名称走向长度/km宽度/km面积/km2个数面密度/n· (km2) -1平均面密
度的倍数		构造部位
1高桥滑坡带NE45°65 8 520 26 0.05 11.11高桥断裂带

2		高坪滑坡带NE25°25820050.0255.56向斜轴部

3		野三滑坡带NE30°4515675150.0224.94向斜轴部

4		下坪滑坡带NE25°25820050.0255.56下坪断裂

5		渔峡口滑坡带NE25°9510950250.0265.85褶皱转折带

6		铁炉滑坡带NE55°35828070.0255.56北东东向断裂

7		渔关滑坡带NE80°7512.5937.5190.0204.50近东西向断裂

8		香溪滑坡带354°4511.5517.5220.0439.45仙女山断裂北延

9		雾渡河滑坡带344°5513715150.0214.66雾渡河断裂带

10		庙前滑坡带340°65161040160.0153.42乐乡关地垒

《图4》

图2 三峡地区滑坡的形成年代[11]

图2 三峡地区滑坡的形成年代[11]  

Fig.2 Freqency histogram of landslides in the Three Corges[11]

《图5》

图3 三斗坪—巴东江段线性构造系数与滑坡分布[11]

图3 三斗坪—巴东江段线性构造系数与滑坡分布[11]  

Fig.3 Correlation of the landslide distribution and the lineament density from Sandouping to Badong[11] (滑坡分布中的线条粗细示滑坡规模的相对大小)

《2 活动的断裂带》

2 活动的断裂带

峡东地区 (巫峡—西陵峡) 现今存在两个主要的活动断裂系统:一是北东—北北东向断裂系, 二是北北西向断裂系。

北东—北北东向断裂系, 以黔江—恩施—巴东断裂带和新华断裂为代表。新华断裂带的走向北东20°, 倾向北西西, 倾角70°左右, 全长约50 km, 形成于燕山期。沿断裂带变形强烈, 各类构造岩和伴生褶皱发育, 在地貌上形成断层陡崖、断层谷, 并经常出现山崩和滑坡, 如北部的龙潭垭 (高百崖) 有近百年的山崩历史, 河流被堵塞形成龙潭, 而龙潭被塞形成淤积盆地。依据断裂带中的张性角砾岩及伴生的低序次结构面显示, 断裂早期为压性兼反扭, 后期为张性兼顺扭。黔江—恩施—巴东断裂带是由一组北东走向的断裂斜列组成, 控制了鄂西地区的断陷盆地和地震分布, 断裂带北延过江与高桥断裂相接。由于高桥断裂发现较晚, 现以笔者考察的记录为依据, 作如下描述:高桥断裂带走向N40°E, 倾向SE, 倾角70°左右, 全长约60 km, 形成于燕山期。据考察, 断裂北段为逆冲性质, 南段可能为正断性质。该断裂控制着秭归盆地的西北边界, 水平距1979年龙会观5.1级地震的震中3 km, 断层依地表产状向下延伸16 km与龙会观地震的微观震源深度 (16 km) 相交。2000年6月19日在原震区再次发生3.6级地震。高桥断裂的破裂宽度变化很大, 宽者可达100 m, 如老龚家桥兴山县城的新开公路两侧, 均为断裂的破碎物质, 垮塌现象十分严重, 经常影响正常的公路交通。

高桥 即现在的高桥乡所在地, 它的东侧路边就可以看到三迭纪嘉陵江组灰岩组成的20多m宽的破碎带, 交错穿织于破裂带中的方解石脉再次错开, 断裂带向东穿过河床, 河流的冲刷使断裂的挤压片理带显露无遗, 挤压片理带的走向北东东。

庙包 高桥东北约2 km, 这里出露的也是嘉陵江灰岩, 断层呈高角度逆冲, 断裂宽约5 m, 属高桥断裂带中的次级断裂 (图4) , 破裂面走向北东东。

《图6》

图4 高桥断裂中的次级构造素描

图4 高桥断裂中的次级构造素描  

Fig.4 Sketch map showing the subsidiary fracture of the Gaoqiao fault

象鼻子山 高桥西南约2 km, 这里原系向河中突出的微地貌现象, 尚未出现“离堆”, 后经人为开采, 河道分流取直, 构造形迹清晰, 与庙包剖面一致, 断裂呈逆冲运动, 断裂走向北东东 (图5) 。

《图7》

图5 高桥南西象鼻子山构造素描

图5 高桥南西象鼻子山构造素描  

Fig.5 Structure Sketch of the Xiangbizi hill in the SW of the Gaoqiao

瓦屋基 自象鼻子山向南西追踪, 在瓦屋基处见侏罗纪细砂岩地层产状出现相向现象, 近在咫尺, 产状立变, 又在负向地形中堆积了新的堆积物, 其断层性质表现为正断作用, 走向北东东 (图6) 。

《图8》

图6 瓦屋基断层剖面

图6 瓦屋基断层剖面  

Fig.6 Outcrop of the Gaoqiao fault at the Wawuji

柚子树 向南西, 在两河口南约500 m处, 河流迂回冲刷, 自然剖面上断层运动性质很清楚, 呈高角度正断作用, 断裂带宽约10 m。此处断层走向北东东 (图7) 。

《图9》

图7 柚子树断层剖面

图7 柚子树断层剖面  

Fig.7 Outcrop of the Gaoqiao fault at the Youzishu

高桥断裂带自西

《图10》

口过江, 断续延伸经由四川巫山地区的南部边界, 在断裂带延伸部位两侧夷平面高差400 m, 是由断层造成的夷平面局部解体现象。从剖面NW340°方向推断, 断层的走向为北东向 (图8) 。

《图11》

图8 贺家坪-光河构造地貌剖面[15]

图8 贺家坪-光河构造地貌剖面[15]  

Fig.8 Profile of Structure landform from the Hojiaping to the Guanghe [15]

断裂带越过长江与建始、恩施、黔江等一系列北东向断裂共同组成规模很大的断裂系, 控制着区域内的新构造运动格局和地震活动的总体水平。

北北西向断裂系, 以仙女山断裂带为代表。仙女山断裂带自北而南可分为香溪河断裂带 (北段) , 仙女山断裂和都镇湾断裂 (中段) , 桥沟断裂 (南段) 。从新构造角度分析, 仙女山断裂带中段除西侧主干断裂外, 还包括九湾溪断裂和黑龙潭断裂。九湾溪断裂和黑龙潭断裂 (又称路口子断裂) , 走向近南北, 倾向西, 倾角在50°～80°之间变化, 由一系列雁列式展布的张性兼右旋滑动的次级断裂组成。黑龙潭断裂自水田坝向南延入白垩纪地层中, 并将白垩纪石门组块状砾岩水平右旋错开1.6 km。九湾溪断裂自南向北倾角变大 (50°～80°) , 而黑龙潭断裂自北向南倾角变大 (60°～80°) , 沿断裂带出现狮子岩、梨子树垭、胡家岩和老林河四个现代滑坡体。短水准观测断层的垂直形变速度为0.108 mm/a, 活动显示为西盘上升。假定晚白垩世以来断裂右旋错开1.6 km, 那么它的水平向顺扭的年平均速率为0.016 mm/a。仙女山断裂带走向北西330°, 在青岗坪以北断层倾向南西, 以南倾向北东, 表现为枢纽性, 断层倾角70°左右, 全长约90 km。在北段荒口公路边, 见二迭纪灰岩高角度逆冲于红色砾岩之上, 可见50 cm厚透镜状灰绿色断层泥, 近1 m厚的红色片状岩, 砾石长轴与断面一致。据断面两期擦痕关系判断, 早期擦线俯角22°, 右旋逆冲型;晚期侧倾角18°, 主要表现为水平右旋滑动。仙女山 (峰顶高程1 584 m) 为夹于九湾溪断裂和仙女山断裂之间的白垩纪三角断块, 根据这两条断裂的力学性质和关系, 可以确定出仙女山断裂带中段的应力配置为北北东—南南西方向的主压应力作用。现代周坪台的形变观测结果表明断裂为顺扭运动, 速率0.137 mm/a, 垂直形变为0.066 mm/a, 断层西盘下降, 显示出张性正断性质。现代仪器地震记录, 1972年在周坪发生过3.6级地震, 2001年12月在香溪河至贾家店发生了4.1级地震, 并使房屋产生了破坏。断层物质最新活动年代测定表明, 该断裂带属于第四纪晚期以来具有较强孕震能力的活动构造带。

《3 活动的地震带》

3 活动的地震带

三峡及邻区在公元前143年就有地震记载[16], 公元1600年至1900年属于5级以上地震记载的可信时域。1959年以来, 三峡地区逐步建立并完善了地震监测台网, 台网监测精度一般可达到ML2.0级。

峡区地震的分布规律 (图9) 显示, 地震震级越小其离散性越大, 往往成片、成丛分布;震级越大, 则呈现高度收敛的条带性, 区内4.0级以上地震主要分布在2条交叉的地震带上, 一条是黔江—巴东—南阳地震带, 走向北东45°。带内代表性的破坏地震有:公元46年南阳6.5级地震;1856年咸丰大路坝6.25级地震, 1931年黄金洞5.0级地震及1979年秭归龙会观5.1级地震。另一条是安康—房县—钟祥地震线, 走向北西305°, 带内代表性的破坏地震有:788年平利6.5级地震, 1407年钟祥5.5级地震, 1569年安康5级地震, 1742年房县5级地震 (带内4.75级以上地震10余次) 。还有一条北东40°～50°的地震线 (常德—钟祥) 延伸不长。地震分布大致还以东经112°为界, 可以清楚地分辩出豫西、鄂西、湘西山地与南襄盆地、江汉平原和洞庭湖区的南北分野。

《图12》

图9 三峡及邻区地震震中分布图[17]

图9 三峡及邻区地震震中分布图[17]  

Fig.9 Distribution of seismic epicenters in the Three-Gorges and its adjacent area[17]

地震震级:1—1.0～1.9;2—2.0～2.9;3—3.0～3.9;4—4.0～4.9;5—5.0～5.9;6—6.0～6.9 (图中:内圈线距坝址50 km;中圈线距坝址100 km;外圈线距坝址200 km)

《4 地震与滑坡的关系》

4 地震与滑坡的关系

大量强震的调查已经证明, 一次破坏性地震将可能诱发大规模岩崩和滑坡的产生, 崩滑体的规模大小和单位密度与震级大小和震中距离存在一定对应关系。甚至崩滑体的滑线方向与地面的运动方式也可找到某种联系。峡东地区最为醒目的就是北东向的黔江—恩施—巴东带, 它们不仅是构造活动、滑坡活动和地震活动的复合带 (图10) , 而且是山原期夷平面 (海拔400～1 200 m) 的分布带, 东西两侧为鄂西期夷平面 (海拔1 300 m以上) 所夹持 (图11) 。正是由于这些综合因素导致峡区地壳不稳定性的分区也呈北东向分布 (图12) 。

《图13》

图10 高桥断裂带分布图

图10 高桥断裂带分布图  

Fig.10 Distribution of the Gaoqiao fault zone

除此之外, 峡区断裂活动与滑坡活动的时间周期和强度也相吻合, 只是滑坡的活动时期略有提前 (图13) 。地震事件与滑坡事件在时间上也有同步关系, 二者之间的平静期和活跃期完全一致 (图14) 。这说明, 断裂活动、地震活动和滑坡活动有其共同的构造背景, 这种一致性代表了区内地壳运动的不同侧面以及构造运动的时序进程。

三峡地区属于中强地震活动 (4.75～6.5级) 地区, 历史上已有地震触发大规模灾难性岩崩和滑坡事件的震例。以湖北咸丰大路坝1856年地震为例, 此次地震导致山崩10余里, 由许家湾、板桥溪抵蛇盘溪30余里成湖, 压毙300余家。近年来还有两次震例, 如1988年重庆江北连续发生5.2级和5.4级两次地震, 震中V11度区面积近30km2, 并造成岩崩、滑坡、地震塌陷面和地震破裂现象;另一次是1979年秭归龙会观5.1级地震, 震中V11度区长15 km, 短轴6 km, 面积达80 km2, 而地震波及面积影响达1 200 km2。巴东新城位于V度区范围, 地震时龙会观主峰北侧悬崖崩塌, 崖下窜起数十米高烟尘经久不散, 震后调查在红岩脑壳基岩中发育一条走向北东30°的地裂缝, 并将树根左旋错断1 cm, 地裂缝长170 m, 宽可达3 m。值得注意的是, 此次地震还诱发了巴东新城大坪古滑坡的普遍裂缝和局部下陷, 1983年的暴雨沿地震裂缝渗入而诱使滑坡复活[19,20]。这使我们有理由提出, 在滑坡的治理工程中要高度重视地震活动对滑坡的动力学影响。

《图14》

图11 三峡地区夷平面分布图[18]

图11 三峡地区夷平面分布图[18]  

Fig.11 Distribution of planation surface in the Three Gorges area[18]

1—鄂西期夷平面;2—山原期夷平面;3—夷平面分界线

《5 结论与建议》

5 结论与建议

在大量的实地调查和研究基础上, 对峡东地区的地震 (不包括水库地震) 、构造和滑坡之间的关系提出了一些新的认识, 包括:

《图15》

Fig.12 Crust stability subarea map of the Three Gorges area[18]

1—不稳定区;2—基本稳定区;3—稳定区2—ⅠA—黄陵稳定区;ⅠB—五峰稳定区;ⅠC—双江镇稳定区;ⅡA—东部基本稳定区;ⅡB—东西部基本稳定区;ⅢA—兴山—黔江次不稳定区;ⅢB—大巴次不稳定区;Ⅲc—钟祥—仙女山次不稳定区

《图16》

图13 断层活跃期与滑坡活跃期之间的对应关系图[11]

图13 断层活跃期与滑坡活跃期之间的对应关系图[11]  

Fig.13 Correlation between the activity of fault and landsliding in the Three Gorges area[11]

《图17》

图14 新滩江段崩滑事件与区域地震活动周期对比图[11]

图14 新滩江段崩滑事件与区域地震活动周期对比图[11]  

Fig.14 Correlation between the activity of earthq- uake and landslide events in the Xintan[11]

1) 三峡地区存在严重的山地灾害现象, 已经调查核实的库区崩滑危险点2 490处, 总体积30多亿m3。近年来, 滑坡和泥石流在湖北巴东黄土坡多次造成重大的人员伤亡和财产损失。

2) 峡区滑坡分布有成带现象, 其中巴东—高桥滑坡带的滑坡平均面密度是区域平均值的11.11倍, 而仙女山断裂北延之香溪河滑坡带为平均值的9.45倍。

3) 峡东存在两条主要的强震发生带, 黔江—恩施—巴东带呈北东40°方向展布, 带内以1856年6.25级地震, 1931年5.0级地震和1979年5.1级地震为代表;仙女山—香溪—兴山带走向由北北西转为近南北向, 带内小震活动频繁, 仪器观测到的地震有1972年周坪3.6级和2001年香溪4.1级地震。这两条强震发生带是区内最主要的潜在强震危险源。

4) 4级以上地震的活动规律呈现良好的条带性, 而小震则分区成片分布。较为突出的地震带为:黔江—巴东—南阳带, 安康—房县—钟祥带以及常德—钟祥带。

5) 地震带、滑坡带和断裂带具有内在的构造联系, 在空间分布上重迭一致, 并使山原期夷平面和区域地壳稳定性分区也呈条带性重合。

6) 地震活动、断裂活动和滑坡活动的时间周期存在吻合关系。在黔江—恩施—巴东强震带上由地震导致的灾难性滑坡事件, 如1856年大路坝地震产生的大规模山崩与滑坡, 1979年龙会观地震对巴东新城大坪诱发的滑坡。

鉴于以上认识, 笔者进一步建议:在三峡地区开展地质灾害治理时, 应充分考虑地震对岩崩与滑坡的影响[21,22,23]。涉及地震因素的动力学过程和崩滑体的响应, 在动力学抗滑设计中是一项重大的前沿课题, 我们相信完全可以在理论上取得突破, 在实践中取得进展。