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摘要:泥石流是一种灾害性的地质现象,是暴雨、洪水等将含有沙石等松软土质溶合并形成具有危害性的洪流。通过研究泥石流形成的条件以及沉积特征(泥石流体固相物质组成、泥石流流体性质、泥石流体松散固体物质补给来源、泥石流沉积特征、泥石流堆积体地貌特征等)来更好地预防泥石流。
关键词:泥石流;形成条件;沉积环境特征;危害;防治
1泥石流的基本介绍
泥石流是暴雨、洪水将含有沙石且松软的土质山体经饱和稀释后形成的洪流,它的面积、体积和流量都较大,而滑坡是经稀释土质山体小面积的区域,典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥浆组成。在适当的地形条件下,大量的水体浸透流水山坡或沟床中的固体堆积物质,使其稳定性降低,饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动,就形成了泥石流。泥石流是一种灾害性的地质现象。通常泥石流爆发突然、来势凶猛,可携带巨大的石块。因其高速前进,具有强大的能量,因而破坏性极大。
世界泥石流多发地带主要是环太平洋褶皱带(山系)、阿尔卑斯-喜马拉雅褶皱带、欧亚大陆内部的一些褶皱山区。世界上有近50多个国家存在泥石流的潜在威胁。其中比较严重的有哥伦比亚、秘鲁、瑞士、中国、日本。在中国,有泥石流沟1万多条,其中的大多数分布在西藏、四川、云南、甘肃。四川、云南多是雨水泥石流,青藏高原则多是冰雪泥石流。
泥石流的分类主要是以流域形态和物质状态区分的,按照流域形态分为三种:1•标准型泥石流,为典型的泥石流,流域呈扇形,面积较大,能明显的划分出形成区,流通区和堆积区;2•河谷型泥石流,流域呈有狭长条形,其形成区多为河流上游的沟谷,固体物质来源较分散,沟谷中有时常年有水,故水源较丰富,流通区与堆积区往往不能明显分出;,流域呈斗状,其面积一般小于1000川,无明显流通区,形成区与堆积区直接相连。按照物质状态分为两种:1•粘性泥石流,含大量粘性土的泥石流或泥流。其特征是:粘性大,固体物质占40-60%,最高达80%。其中的水不是搬运介质,而是组成物质,稠度大,石块呈悬浮状态,暴发突然,持续时间亦短,破坏力大;2•稀性泥石流,以水为主要成分,粘性土含量少,固体物质占10-40%,有很大分散性。水为搬运介质,石块以滚动或跃移方式前进,具有强烈的下切作用。其堆积物在堆积区呈扇状散流,停积后似“石海”。以上分类是中国最常见的两种分类。除此之外还有多种分类方法,如按泥石流的成因分类有:水川型泥石流,降雨型泥石流;按泥石流流域大小分类有:大型泥石流,中型泥石流和小型泥石流;按泥石流发展阶段分类有:发展期泥石流,旺盛期泥石流和衰退期泥石流等。
2泥石流的形成条件
根据泥石流活动与人类活动关系的密切程度,泥石流发育的环境与形成条件可分为自然条件和人类活动条件两种(谢洪等,2000)。
(1)泥石流发育的自然环境与形成条件:包括泥石流流域的地貌、地质、气候、土壤、植被等条件。①地貌条件:为反映泥石流流域地貌特征的各种数据。主要为流域特征值(流域面积、沟床比降、主沟长度、流域出口海拔高度、流域最高点海拔高度、流域相对高度、流域周界长度、流域相对切割程度、山坡平均坡度等)及泥石流流域分区(清水汇流区、泥石流形成区、流通区、堆积区)及其特征值。②地质条件:即反映泥石流流域地质背景的各种参数与定性描述的特征。主要包括流域内出露地层及岩性,所处地质构造部位(构造复合带,或断层带,或褶曲轴部,或褶曲翼部等),历史地震发生状况及地震区划烈度,主要不良物理地质现
象(崩塌、滑坡等)发育状况。③气候条件:反映泥石流发育区气候特征的各种数据。主要包括气温(年平均温度、年较差、极端最高温度、极端最低温度、极端较差、年最高气温出现的日期等),降水量(年均降水量、一日最大降水量、夏半年降水量、冬半年降水量),年降水日数,暴雨、大暴雨、特大暴雨及其发生日数与频率以及冻土深度等。④土壤条件:用于反映泥石流流域土壤特征的数据及特征描述。主要包括土壤类型及其分布高度、发育程度、土层厚度、土壤肥力状况、适生性等。⑤植被条件:为反映泥石流流域植被状况的数据与特征描述。主要包括植被覆盖类型(森林、灌丛、草地等)、植被覆盖度(森林覆盖度、灌丛覆盖度等)、森林林型(自然林或人工林、原始森林或次生林、针叶林或阔叶林或针阔混交林等)、优势树种等。
(2)泥石流发育的人类活动背景与形成条件:主要包括人类活动对泥石流发育的影响等特征信息,如森林采伐程度(规模或零星)、毁林开荒(规模或零星)、陡坡耕作(规模或零星)、工业及建设弃渣(规模或零星)、水利水电设施(标准与质量高低及是否曾失事)、是否发生或有无可能发生人为泥石流(如矿山泥石流、水库或水渠溃决泥石流)等。
3泥石流的沉积环境特征
泥石流的沉积环境特征主要从泥石流体固相物质组成、泥石流流体性质、泥石流体松散固体物质补给来源、泥石流沉积特征、泥石流堆积体地貌特征等方面出发去研究的。
(1)泥石流体固相物质组成:主要反映泥石流体中固相物质的组成成份,其对泥石流的流体性质有直接影响。泥石流的固相物质组成主要是岩石风化后遗留下的碎屑物质,包括岩浆岩(火山碎屑岩、火山凝灰岩等)、变质岩(碎屑片麻岩、千枚岩等)、沉积岩(砾岩、砂岩、泥岩、碳酸岩、粘土、黄土等)。泥石流沉积物主要由粗粒的泥沙组成,有的由泥沙和大小石块组成,大石块的直径常达数米(图1)。它的特征是分选性差,层次不明显,整个剖面仍保持泥石流流动时的结构,大石块主要停积在堆积体的前缘或两侧。在不少大石块上可见擦痕,擦痕形体粗大毛糙,多呈斑状或纺锤状,排列方向也不一致,这是与冰川擦痕不同的特征。在沉积物中还可见泥包砾或泥球现象。泥石流沉积物常形成扇形堆积体,或形成平行于流动方向的舌状、堤状、岛状泥砾堆,加上泥石流强烈的下切侵蚀作用,使得整个堆积区崎岖不平,这与由一般洪水或冰水作用形成的山麓堆积扇有显著不同。
图1泥石流沉积物野外露头
(2)泥石流流体性质:按流体性质划分,泥石流体有黏性、稀性、过渡性和高容重低黏度4类。稀性泥石流由水和少量黏性结合成浆体,以紊流形式运移,其中的砂和砾石靠紊动悬浮搬运或沿底床跃移或拖移。过渡性泥石流常表现为扰动流,由于底床不规则或内部缓慢运动的粗大碎屑的阻挡,整个流体会出现扰动。黏性泥石流常以层流、塞流或滑动流的方式运动,但在沟床突然变化处亦可出现扰动。高容重黏性泥石流由于流体强度大,运动时可以滑动的方式进行,部分表现为刚性特征,出现塞流(刘耕年等,2003)。
(3)泥石流体松散固体物质补给来源:主要从补给方式(崩塌、滑坡、面蚀、沟床物质搬运、人工弃渣等)、补给位置(流域上游、中游或下游)和松散固体物质储量等方面出发。崩塌是陡坡上大块的多裂隙的岩体在地震力或重力作用下突然崩落的现象;滑坡是斜坡上不稳定的土体(或岩体)在地震力或重力作用下沿一定的滑动面(滑动带)整体向下滑动的现象。崩塌和滑坡产生的固体物质在流体的搬运下较容易形成了泥石流。松散固体物质的补给位置和储量也在一定程度上决定了泥石流的规模。
(4)泥石流沉积特征:包括沉积环境与沉积部位(陆地上沉积或水下沉积,沟口内、沟口外或山坡坡脚沉积)、沉积体序列与层分异特征(粗砾层、细砾层、表泥层、冲刷层、底泥层、泥层发育状况)、沉积构造(流线构造、石线构造、载荷构造)等(表1)。
陆相泥石流:常出现在干热气候条件下,地壳升降运动较强烈、剥蚀作用剧烈陆地地区,常形成洪积扇形式的泥石流。泥石流经常发育在扇体的根部和中部,其最大的特点是砾、砂、泥混杂,分选极差,大者为可达数吨的漂砾,小至粉砂、粘土,但总体是以后者占优势,一般不发育层理。粘度大的泥石流,其粗碎屑分布均匀,呈块状层理构造;粘度不大者可具粒序层理,扁平状砾石呈水平或叠瓦状排列,甚至直立状(图2)。在形态上,泥石流呈舌状或叶斑状,具陡、厚而清晰的边缘。
过渡相泥石流:主要以扇三角洲为主,主要形成于构造运动较强烈的地区(活动大陆边缘、岛弧体系边缘、断陷湖盆陡坡边缘),在这些地区,短而坡度大的河流从附近的物源区流出,携带大量的粗粒沉积物在海(湖)盆边缘快速堆积。泥石流经常发生在扇三角洲平原和前缘部位,以砾岩和砾状砂岩为主要岩性混杂堆积,成熟度低,分选差至
中等,无递变层理。可形成冲刷面、干图2叠瓦一直立构造(A、C、E、G、I为冲刷层)裂、雨痕,块状构造不清楚,有交错层理。
图
3反向粒级层
海相泥石流:发育在海底坡度大于1°的山麓处,也可分布在深水地区。泥石流多呈厚层块状,单个泥石流沉积厚度为几米到几十米,粒级范围变化大,杂基多,颗粒分选磨圆差,砾石直立和悬浮在杂基之中,结构混杂,沉积物呈块状,颗粒长轴平行流向并有叠瓦构造,近底部具有反向递变层理(图3)。
表1泥石流沉积相沉积特征对比
发育位置
堆积形态
沉积岩性和杂基
沉积结构
沉积构造
陆相泥石流
常出现在干热气候条件下,地壳升降运动较强烈、剥蚀作用剧烈陆地地区
洪积扇
砾、砂、泥混杂,分选极差,大者为可达数吨的漂砾,小至粉砂、粘土,但总体是以后者占优势
砾、砂、泥混杂,分选极差
粘度大的泥石流,其粗碎屑分布均匀,呈块状层理构造;粘度不人者可具粒序层理,扁平状砾石呈水平或叠瓦状排列,甚至直立状
过渡相泥石流
主要形成于构造运动较强烈的地区
(活动大陆边缘、岛弧体系边缘、断陷湖盆陡坡边缘)
扇三角洲
以砾岩和砾状砂岩为主要岩性
混杂堆积,成熟度低,分选差至中等
可形成冲刷面、干裂、雨痕,块状构造不清楚,有交错层理
海相泥石流
发育在海底坡度大于1°的山麓处,也可分布在深水地区
海底冲
积扇
多呈厚层块状,单个泥石流沉积厚度为几米到几十米,粒级范围变化大,杂基多,
颗粒分选磨圆差,砾石直立和悬浮在杂基之中,结构混杂
沉积物呈块状,颗粒长轴平行流向并有叠瓦构造,近底部具有反向递变层理
(5)泥石流堆积体地貌特征:包括堆积形态:垄岗,龙头,阶地,侧积,舌状堆积,堆积扇或堆积锥,多个堆积扇(锥)连在一起而成的扇裙与扇(锥)体。
4泥石流的危害及防治
(1)泥石流的危害:泥石流常常具有暴发突然、来势凶猛、迅速之特点。并兼有崩塌、滑坡和洪水破坏的双重作用,其危害程度比单一的崩塌、滑坡和洪水的危害更为广泛和严重。它对人类的危害具体表现在如下四个方面:①对居民点的危害:泥石流最常见的危害之一,是冲进乡村、城镇,摧毁房屋、工厂、企事业单位及其他场所设施。淹没人畜、毁坏土地,甚至造成村毁人亡的灾难。②对公路、铁路的危害:泥石流可直接埋没车站,铁路、公路,摧毁路基、桥涵等设施,致使交通中断,还可引起正在运行的火车、汽车颠覆,造成重大的人身伤亡事故。有时泥石流汇入河道,引起河道大幅度变迁,间接毁坏公路、铁路及其它构筑物,甚至迫使道路改线,造成巨大的经济损失。③对水利、水电工程的危害:主要是冲毁水电站、引水渠道及过沟建筑物,淤埋水电站尾水渠,并淤积水库、磨蚀坝面等。④对矿山的危害:主要是摧毁矿山及其设施,淤埋矿山坑道、伤害矿山人员、造成停工停产,甚至使矿山报废。
(2)泥石流防治:①房屋不要建在沟口和沟道上:受自然条件限制,很多村庄建在山麓扇形地上。山麓扇形地是历史泥石流活动的见证,从长远的观点看,绝大多数沟谷都有发生泥石流的可能。因此,在村庄选址和规划建设过程中,房屋不能占据泄水沟道,也不宜离沟岸过近;已经占据沟道的房屋应迁移到安全地带。在沟道两侧修筑防护堤和营造防护林,
可以避免或减轻因泥石流溢出沟槽而对两岸居民造成的伤害。②不能把冲沟当作垃圾排放场:在冲沟中随意弃土、弃渣、堆放垃圾,将给泥石流的发生提供固体物源、促进泥石流的活动;当弃土、弃渣量很大时,可能在沟谷中形成堆积坝,堆积坝溃决时必然发生泥石流。
因此,在雨季到来之前,最好能主动清除沟道中的障碍物,保证沟道有良好的泄洪能力。③保护和改善山区生态环境:泥石流的产生和活动程度与生态环境质量有密切关系。一般来说,生态环境好的区域,泥石流发生的频度低、影响范围小;生态环境差的区域,泥石流发生频度高、危害范围大。提高小流域植被覆盖率,在村庄附近营造一定规模的防护林,不仅可以抑制泥石流形成、降低泥石流发生频率,而且即使发生泥石流,也多了一道保护生命财产安全的屏障。④泥石流监测预警:监测流域的降雨过程和降雨量(或接收当地天气预报信息),根据经验判断降雨激发泥石流的可能性;监测沟岸滑坡活动情况和沟谷中松散土石堆积情况,分析滑坡堵河及引发溃决型泥石流的危险性,下游河水突然断流,可能是上游有滑坡堵河、溃决型泥石流即将发生的前兆;在泥石流形成区设置观测点,发现上游形成泥石流后,及时向下游发出预警信号。对城镇、村庄、厂矿上游的水库和尾矿库经常进行巡查,发现坝体不稳时,要及时采取避灾措施,防止坝体溃决引发泥石流灾害。
5总结
了解并研究泥石流具有十分重要的意义。这样不仅具有科学意义,而且具有一定的经济意义。在科学意义上,泥石流所引发的沉积特征可以很好的揭示典型的沉积作用,使人们更好的理解地球历史上的一系列大的沉积作用;在经济意义上,泥石流所带来的危害,造成了巨大的损失,只有了解泥石流并预防泥石流,就可以避免大的经济损失。
参考文献
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