青藏科考

金沙江灾害链综合考察:多学科的融合,新思想的碰撞

文章来源 :
2020-03-27 15:16

2019年8月11日由中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所崔鹏院士、成都理工大学李渝生教授带领的第二次青藏高原综合科学考察任务九科考分队开始了为期十天的横断山区金沙江灾害链综合科学考察(图1)。考察队由多学科背景成员组成,除两位老师外,队伍分为五个小组:地质组、遥感组、岩土组、水文组和地貌组。

图1考察线路图

第一天,科考分队上午八时许从成都出发,一路往西,经雅安、康定、新都桥、八美镇最终到达道孚县。行进线路跨越岷江、大渡河等大河,穿越二郎山、折多山等高山,地形起伏较大,地质条件十分复杂。大山巍峨,大江汹涌,初次登上这片土地的青年队员不禁感慨祖国壮美的河山。但这显然满足不了已在川藏线上行走数十载的崔、李二位老师,这一天考察队可是有更为独特的考察对象——八美石林(图2)。说起八美石林可能大多数人都很陌生,由于石林是黑色的,它还有另一个更形象的名字叫墨石公园。此时喜欢观察,善于思考的队员就要问了,为什么石林是黑色的?它是怎么形成的?且听李渝生教授娓娓道来(图3),八美石林位于著名的鲜水河断裂核心地带,这是青藏高原东缘一条重要的左旋走滑断裂带,其现今活动十分强烈,地震沿带迁移活动并在某些地段重复发生,中强震的活动水平很高,这在世界上都是罕见的。石林旁侧岩石为黑色的炭质片岩、板岩,且在断裂构造活动过程中不断地挤压碾碎并胶结,形成一根根高耸的黑色石柱,即八美构造石林。原本只为赶路的一天,因为见到奇异的构造石林而显得并不那么单调。

图2八美构造石林景观

图3李渝生教授向考察队员讲解八美石林

8月12日依旧是从早到晚马不停蹄的赶路,道孚县到江达县仅有四百余公里,却是满满一天的路程。早上从道孚县城出发,顺着鲜水河往上游去,考察队线路始终沿着鲜水河断裂前进。一路上李渝生教授详细为大家介绍了鲜水河断裂发育特征及其活动性,其中线路所经的道孚-炉霍便是断裂带上活动性最强的一段,考察队也在途中见到了许多大型滑坡和泥石流等地质灾害。行至虾拉沱盆地,考察队近距离了解了地震局设在此处的监测台站(图4)。在炉霍县旦都乡附近,我们考察了1973年炉霍7.9级地震地裂缝遗迹,并根据地裂缝发育判断了地震断裂活动性质及同震位错等(图5)。基本完成了这一天的考察内容,继续前行便是美景欣赏时间,卡萨湖、新路海、雀儿山冰川接踵而至让大家暂时忘却旅途的疲惫(图6、7、8)。到江达县城已接近晚上八点,简单的吃过晚饭之后大家便聚在一起讨论明天的计划,我们想要去到白格滑坡后缘,但从县城开车单程需要四个小时,且路况较差。于是经过讨论,大家决定请当地熟悉情况的工作人员为向导带领我们进入后缘,出发时间定于次日早上7:30。

图4虾拉沱盆地地震局监测台站

图5炉霍地震地裂缝考察

图6卡萨湖

图7新路海

图8雀儿山冰川

2018年10月11日凌晨4时许,西藏昌都市江达县与四川省甘孜州白玉县相邻的波罗乡白格村发生特大型岩质滑坡,其后又发生二次滑动,两次总方量超过三千万方。滑坡体迅速阻断金沙江,形成堰塞湖,回水造成上游多条道路被淹,交通中断,其后堰塞坝又发生溃决,对甘孜州白玉、巴塘、得荣等以及云南部分地区沿江居民生命财产安全以及多级水电站造成极大威胁。我们此次考察的重点工作之一便是白格滑坡。2019年8月13日早上7:30从江达县城出发时天还不是太亮,在江达县自然资源局工作人员的引导下,我们向着白格滑坡后缘进发。白格堰塞湖使得原来沿江的道路完全损毁,可供考察队行驶的只剩下一条又窄又险的山路(图9),冒雨行车四个半小时让许多队员不太适应,不过总算平安到达。到达后缘,天已经放晴,更加幸运的是我们遇到了驻守在白格滑坡的中国地质调查局成都地质调查中心曹同学二人。曹同学已经在白格后缘待上几个月了,十分熟悉白格的情况,他耐心地跟考察队讲解了他们现在滑坡后缘做的一些钻探工作和监测工作,并带领我们到达白格滑坡K3监测区(图10)。由于来回路程较长,实际上留给我们的工作时间极其有限,怎么节省时间提高效率是我们必须面对的问题。因此,考察队兵分两路,一队由崔鹏院士、李渝生教授等8人组成,继续在K3区观察滑坡变形与结构特征(图11);一队则由王昊、刘定竺、李尧三人组成,在滑坡后缘进行无人机拍摄。出发之前根据区域地质资料,我们便知道白格滑坡地处金沙江缝合带西边界附近,寻找缝合带的证据便是我们今天工作的一个重点。因此,简单的午饭之后,所有人都来到滑坡后缘施工队工作区域,在这里我们有了重大发现。在滑坡后缘旁侧,我们发现了蛇绿岩出露(图12),这便证实了我们此前的关于滑坡与缝合带关系的猜测。而施工队刚开挖出来的一个剖面更是让大家惊喜,新鲜的断层碳化带让我们对坡体稳定性的构造影响有了更加深刻的认识(图13)。为了更清晰的了解滑坡的物质组成和坡体结构,王昊和刘定竺决定留下来第二天下到坡脚处进行考察,其他人便不得不赶紧往回返,回到江达县城已是接近晚上九点。这一天匆匆赶路,虽工作时间不长,但收获满满。

图9到白格滑坡后缘道路

图10白格滑坡K3区监测仪器及钻探岩心

图11在K3区观察滑坡变形与结构特征

图12金沙江缝合带内部蛇绿岩

图13滑坡后缘断层碳化带

前一天长途的奔波使得身体还有些许疲惫,而丰硕的成果也需要花点时间来消化,因此考察第四天的安排相对轻松一些。今天的任务就是从江达转场至白玉,并顺路考察金沙江缝合带,趁此机会两位带队老师开启了授课模式,耐心地给年轻队员讲述各种野外知识(图14、15)。从江达出发,在矮拉山隧道口附近我们首先见到了金沙江缝合带西边界断裂露头(图16),断裂两侧岩石出露均为片岩,但有明显区别,其西侧为昌都-思茅地块陆相地层,东侧为缝合带内部海相地层。沿着国道317一路向东,我们穿越金沙江缝合带,对缝合带物质组成有了大致了解。自西往东我们见到了洋壳内部残存的玄武岩、火山集块岩(图17),挤压变形十分强烈的结晶灰岩、大理岩(图18),以及玄武岩深变质形成的绿片岩(图19)等。过了金沙江大桥,顺江而下往白玉方向,我们找到了金沙江缝合带东边界断裂露头(图20),泥质断面上清晰可见垂向擦痕,且有碳化现象,断层上盘有一烘烤带。继续往前,金沙江便不再顺着缝合带延伸,随之而来竟是一个个大大小小的泥石流堆积扇,目不暇接(图21)。

图14李渝生教授野外测量擦痕

图15崔鹏院士现场根据堆积体特征分析泥石流

图16金沙江缝合带西边界露头

图17缝合带内部火山集块岩

图18缝合带内部变形强烈的大理岩

图19缝合带内部绿片岩

图20金沙江缝合带东边界露头

图21金沙江沿岸泥石流堆积

8月15日,考察队驱车前往白格滑坡堆积体,由于考察任务较重,队伍再次进行分组活动:王昊与刘定竺对堰塞坝结构及物质组成进行调查,着重考察白格坝后沉积的沉积特征和溃口特性(图22)。李渝生教授则带领几位同学从坝体上观察整个白格滑坡的坡体与堆积结构和物质组成,可见滑坡体与堆积体具有明显分层性(图23)。崔鹏院士与伍纯昊去到坝体下游观察溃决洪水产生的地质地貌效应,坝体溃决过程中,溢口位置洪水侵蚀坝体,大量的松散物质脱离坝体区后在下游数公里的距离内沉积,该区域发育典型的溃坝沉积(图24)。李尧则在坝体顶部进行整个滑坡体3D扫描和坝体无人机拍摄(图25)。荒山野岭,自然是没有吃午饭的条件,工作紧张,也没有吃饭的时间,还好我们带着自热米饭和自热火锅,即便是最简单的午餐配着费尽心思的白格滑坡大家吃起来也津津有味(图26)。至此,对于白格滑坡的野外考察也就告一段落。

图22白格堰塞坝物质特征

图23处理后的堆积体边坡

图24下游溃决洪水痕迹

图25滑坡体3D扫描

图26对着滑坡的简单午餐

针对白格滑坡的考察暂时结束,但白格滑坡-堰塞湖-溃决洪水这一灾害链需要考察的内容远不止于此。尤其是白格堰塞湖溃决产生的溃决洪水,金沙江下游很长一段距离都受其影响。16日,我们便准备从白玉转战巴塘,这其间并没有路让我们顺金沙江而下,但盖玉乡附近的叶巴滩水电站却不失为考察溃决洪水影响的一个好地方。为方便考察,我们提前联系了水电站工作人员,在他们的引导下我们进入到了叶巴滩水电站坝区。华电金沙江上游水电开发有限公司工作人员详细为我们介绍了叶巴滩水电站的场地条件、坝体设计以及白格溃决洪水对水电站造成的影响等情况(图27、28)。这让我们对水电站的选址、设计、施工等有了更加直观的了解,也更清晰的认识到白格溃决洪水对金沙江下游生产生活的影响。离开叶巴滩水电站已是下午,继续往前便远离金沙江,再想沿江考察地质灾害十分困难,好在前方还有一个巴塘断裂典型露头等着大家。这个点是此前在金沙江缝合带考察时无意中发现的,断层错动地层证据充分,且断距等参数容易获取,作为活断层现场教学模板再好不过(图29)。

图27工作人员讲解叶巴滩水电站情况

图28水电站坝址处白格溃决洪水痕迹

图29李渝生教授现场分析巴塘断裂露头

巴塘附近金沙江古灾害十分发育,且规模较大,仅从竹巴龙往下游几十公里范围内就分布了雪隆囊、苏洼龙、王大龙、索多西等大型古滑坡堰塞湖。到达巴塘后,考察队再次分为两组,一组沿竹巴龙往金沙江下游考察古滑坡堰塞湖,另一组则着重考察这一区域的地质构造背景。17日滑坡组主要在苏洼龙电站附近调查两个不同模式的典型滑坡,索多西滑坡(图30)和雪隆囊滑坡(图31),了解了滑坡的物质组成和结构特征。基本可以确定这两个滑坡的成因与动力作用无关,主要由于河流侧蚀坡脚改变了坡体稳定状态导致滑动。考察时发现,区域内存在大规模湖相沉积,而这是索多西和雪隆囊滑坡所不能形成的,因此考察队推测下游还有更大型的滑坡发生了堵江事件。18日一早,考察队向金沙江下游继续进发,果然在王大龙村附近发现巨型滑坡,明显可见该滑坡堵江痕迹,在下游溃决洪水沉积也较为典型,滑坡规模之大、堆积之高,实属罕见(图32、33)。构造组则重点考察区域内金沙江缝合带与巴塘断裂发育特征及其对周围岩体的影响。考察组首先选择过金沙江大桥进入海通沟寻找金沙江缝合带边界断裂露头以及进行区域岩体结构测量和强度测试(图34),然而事实是海通沟灾害较多,道路损毁严重,工作条件较差。不得已,考察组只能将重心放在巴塘断裂上,该断裂基本控制了竹巴龙到巴塘县城河谷地貌与地质灾害的发育分布,沿公路可见断层露头(图35)。此次考察不同专业背景的各个小组相互合作、相辅相成,对金沙江灾害链研究工作大有裨益。

图30索多西滑坡(房屋建在堆积体上)

图31雪隆囊滑坡

图32王大龙滑坡堆积到河流对岸

图33古堰塞湖溃决洪水沉积

图34金沙江缝合带区域岩体测试

图35巴塘断裂露头有碳化现象

接下来的两天便是返程,从巴塘出发一直到康定都在下雨,原计划在途中可以欣赏海子山和理塘草原等也因此泡汤。不过天公还算作美,在我们结束考察工作之后才开始下雨,一点没耽误考察任务,此次金沙江灾害链考察工作也算圆满结束。事实上,金沙江河谷地质灾害十分发育,除与河流侵蚀改变坡体结构有关外,也受复杂的区域地质构造影响。对于金沙江灾害链的初步考察工作暂时结束,但想要深入认识和研究该区域的地质灾害还任重道远,目前只能告一段落,未来可能还需进一步工作。

图36科考队员集体合影

科考感悟:

1.此次金沙江灾害链考察汇聚多个学科背景人员进行综合考察,有地质组、岩土组、遥感组、水文组和地貌组之分。虽然大家专业不同,但都可以从自己的角度对我们的考察对象进行观察分析,得到不同的认识。例如,对于白格滑坡堆积体黑色碳质物质,单纯研究滑坡的学者可能会认为这是滑坡过程中产生的,而研究构造地质的便会考虑这是否是原本构造作用形成的,我们在滑坡后缘的确找到了一些证据。此外,在考察雪隆囊滑坡和索多西滑坡时,在上游发现了大量湖相沉积,地质和岩土组会认为这便是这两个滑坡堵江的证据,而水文和地貌组则认为这两个滑坡的规模还不足以形成这么多湖相,下游可能还有更大的滑坡,事实上我们后来确实也在下游不远处找到了更大规模的王大龙滑坡。面对同一个现象,不同学科背景的成员可能有不同解读,并不存在谁是绝对的正确或错误,综合不同的看法可能会得到更贴近实际的结论。

2.考察队伍除了专业背景有所差异,年龄结构也较为特别。崔鹏院士和李渝生教授都已年过六旬,从事野外考察工作经历也有近四十载,经验十分丰富。其余队员则比较年轻,野外经历较为欠缺,面对很多复杂现象束手无策。因此,这次考察以老带新,大家针对现象在野外交流学习,不但能让年轻人学到许多知识和经验,也能碰撞出新的思想火花。并不是说经验丰富就一定对所有现象都会有更好的认识,有时天马行空的想象也会有不错的效果,甚至对某些现象有更新更客观的看法。