贵州省印江县岩口堰塞湖形成机制研究*

刘渊钊，李宗发

(1贵州大学 资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550025；2贵州省地质环境监测院，贵州 贵阳 550081；3贵州省地质矿产勘查开发局111地质大队，贵州 贵阳 550081)

0 引言

滑坡型堰塞湖是在山间河谷地区，由地震、降雨以及人为影响等因素引起岸坡山体滑坡或崩塌，堵塞河道，造成上游水位上升而形成的。堰塞湖坝体是由滑坡产生的松散堆积体堆积而成，极不稳定，加之堵塞河道，上游水位迅速升高，极易发生失稳、溃坝，对下游人民群众生命及财产安全构成巨大威胁[1-2]。

1996年9月18日，贵州省铜仁市印江县岩口区域发生了特大型滑坡，该滑坡从印江河左岸高速下滑，滑坡堆积体堵断印江河河道，形成高达49.65 m、体积200×104m3的中间低的马鞍形堤坝堆积体，其长420 m，最大宽度308 m，最小宽度60 m，并形成库容量达6250×104m3的堰塞湖。滑床上42.22×104 m3残留体处于不稳定状态。该滑坡堆积体形成的“堤坝”阻断印江河，导致印江河水位上升淹没了上游的犀中洞电站、朗溪镇人民政府及所在地的3所中小学校、1所医院、4个行政村27个村民组216户居民房屋、3000亩耕地，直接受灾人口8655人，直接经济损失人民币1.57亿元以上；滑坡堆积体形成的“堤坝”一旦溃堤，将直接危及下游2公里处的印江县城及沿河两岸9万多人的生命财产安全[3-6]。

本文试图通过地质条件的分析，对贵州省印江县岩口特大型滑坡形成的堰塞湖的成因机制进行研究，客观分析了解堰塞湖的形成机理，为滑坡防治及形成的堰塞湖治理具有重要的意义，并为类似堰塞湖综合治理提供借鉴与参考[7-9]。

1 地质背景

1.1 地层岩性

印江县岩口堰塞湖两岸出露地层由下至上依次为二叠系上统合山组(P3h)，三叠系下统夜郎组砂堡湾段(T1y1)、玉龙山段(T1y2)、九级滩段(T1y3)及第四系残坡积物(Qel+pl)和冲积层(Qal)。

(1)合山组(P3h)下部为灰色、深灰色中厚层-厚层石灰岩，含大量燧石结核；中部为灰色中厚层含燧石灰岩，夹少量黏土岩；上部为灰色薄层硅质岩间夹硅质页岩。

(2)沙堡湾段(T1y1)为浅灰、黄灰色薄层钙质页岩、粘土页岩间夹灰色薄层状泥灰岩及泥质灰岩，岩体强度较低，质地较软。

(3)玉龙山段(T1y2)下部为浅灰、灰色薄层微、细晶石灰岩，偶夹薄层状钙质页岩；中部为浅灰色中层、厚层细晶石灰岩间夹白云岩及白云质灰岩；上部为浅灰色薄层状泥灰岩。

(4)九级滩段(T1y3)为紫红色薄层砂质页岩间夹紫红色薄层泥灰岩。

(5)第四系残坡积物(Qel+pl)，分布河谷两岸山顶上，为松散碎石粘土。冲积层(Qal)则分布于印江河河床，主要为卵石、砾石、细砂组成。

1.2 地质构造

印江岩口堰塞湖处于上扬子陆块鄂湘渝黔前陆褶皱带郎溪向斜北西翼[10]。堰塞湖左岸岩层倾向SE120°，倾角29°～33°，斜坡倾向NE，整体为斜向坡结构。受构造影响，坡体南侧岩壁有一断层发育，产状为倾向NW353°，倾角75°～81°，断层面较光滑，钙华较为发育。此外，玉龙山段(T1y2)岩层中层面裂隙发育，层间偶夹页岩薄层厚为0.2～0.5 cm。由陡崖与斜坡组成百余米高的台阶型坡体(图1、图2)。

图1 斜坡地质剖面图(横向)[12]Fig.1 Geological section of the slope(horizontal)

图2 斜坡南侧断层面Fig.2 Fault plane on the south side of the slope

1.3 水文地质条件

印江河是长江流域乌江水系支流，自东向西径流，主河道全长96 km，多年平均流量13.0 m3/s，流域面积1245 km2。堰塞湖所在地区地下水类型为碳酸盐岩溶水、基岩裂隙水以及松散岩类孔隙水，其中：

(1)碳酸盐岩岩溶水，主要分布于合山组(P3h)、玉龙山段(T1y2)石灰岩岩组中。为本区主要地下水类型，其主要来源为大气降水，通过裂隙或管道运移，在当地侵蚀基准面以泉水和暗河的形式泄出。

(2)基岩裂隙水，主要分布于砂堡湾段(T1y1)、九级滩段(T1y3)泥岩、泥灰岩、粘土页岩和砂质页岩岩组中。由大气降水入渗补给，此地层透水性弱，水量贫乏。

(3)松散岩类孔隙水，主要分布于河谷两岸和山间河谷盆地上。此地层富水性良好，地表水及大气降水对其直接补给。

1.4 工程地质

(1)硬质岩：合山组(P3h)厚层燧石灰岩；玉龙山段(T1y2)的中层-厚层石灰岩为强度较高的相对坚硬岩层。

(2)软质岩：沙堡湾段(T1y1)、九级滩段(T1y3)的泥岩、泥灰岩、粘土页岩和砂质页岩质地较软。

(3)松散岩组：主要为河谷两岸山顶上的第四系残坡积物(Qel+pl)与印江河河床的冲积层(Qal) 。

1.5 人类工程活动

堰塞湖所在地区原左岸有印江—松桃公路通过，高于河床30～35 m。公路内侧有砂石采场在合山组(P3h)地层中已开采多年，使采掘面以上灰岩山体中卸荷张裂隙十分发育，沿公路已形成多条鼓胀裂缝(见图3)。

图3 斜坡地质剖面图(纵向)[12]Fig.3 Geological section of the slope(longitudinal)

2 印江河岩口段河谷特征

印江县岩口堰塞湖位于贵州省印江县城东2.5 km处的印江河岩口河段，所在区域为溶蚀-侵蚀河谷地貌：在地表水的深切作用下逐渐生成“v”形河谷。河谷深切，岸坡陡峻，河谷狭窄，两岸为玉龙山段(T1y2)石灰岩形成的陡壁，岩层倾向上游，岸坡为斜向坡结构；两岸山顶为九级滩段(T1y3)薄层砂页岩夹薄层泥灰岩组成的缓坡，地形相对较缓，坡度25°～30°。印江河在岩口段河床较平坦，水力坡度较小(见图4)。

图4 印江岩口堰塞湖全貌Fig.4 Overview of Yankou barrier lake

3 滑坡堆积体特征

3.1 形态特征

堆积于河床上的堆积体呈马鞍形，右鞍侧山包高出河床67 m，左鞍侧山包高出河床88.5 m，鞍部高出河床约50 m，宽200 m，纵长约420 m，推测堆积体体积为200×104m2。左侧山包靠下游一侧形成高20 m的陡崖，靠岸坡一侧形成深陷凹坑(图5)。

图5 堆积体图片Fig.5 The accumulation body

3.2 物质组成

堰塞湖底层为合山组(P3h)厚层灰岩，燧石灰岩夹生物碎屑灰岩。堰塞湖坝体堆积体主要由玉龙山段(T1y2)灰岩的巨大块石及碎石堆积而成，约占堆积体的95%。块石之间相互嵌合，局部架空或空隙被碎石充填。巨大块石为玉龙山段(T1y2)灰白色中厚层灰岩，大小不等，最大约 20 m×10 m×10 m。砂、砾石、坡积土约占5%，主要分布在堆积体前缘及鞍部右侧。总体来说是混杂无序堆积。

4 印江岩口堰塞湖形成影响因素分析

岩口堰塞湖是由降雨引起印江河左岸原坡体高速下滑堵塞印江河形成的堆积体，滑坡是形成堰塞坝的前提，下面将对印江岩口堰塞湖形成的影响因素进行分析。

4.1 地形地貌

岩口滑坡所在地区坡体呈近东西向展布的长棱柱体，坡体南侧有一断层发育，断层造成坡体与母岩分离；南东侧为印江河侵蚀下切所形成的陡崖，坡体西北侧被侵蚀冲沟所切割。造成坡体的周围临空成为孤立体，仅靠底部沙堡湾段(T1y1)的软弱地层与坡脚的玉龙山段(T1y2)灰岩岩层所支撑。

4.2 地层岩性

岩口滑坡处原坡体：下覆地层，岩性为沙堡湾段(T1y1)的泥岩、泥灰岩和粘土页岩构成的软弱基座；上覆地层，岩性为玉龙山段(T1y2)的中层-厚层石灰岩组成强度较高的相对坚硬层。斜坡物质组成具有上硬下软的双层结构特征。

4.3 地质构造

岩口滑坡发生于玉龙山段、沙堡弯段地层中。由于构造运动的影响，岩层倾向与坡向大角度斜交，走向近北东向的断层斜切河谷，断层破碎带处充填黏土和钙华，是降雨垂直入渗的良好通道。地表水沿断层破碎带入渗至沙堡湾段(T1y1)的黏土页岩和泥灰岩层而形成静水压力，同时使黏土页岩和泥灰岩层遇水软化，在沙堡湾段(T1y1)地层中逐渐形成一个软弱面。同时坚硬且光滑的断层面也为滑坡提供了一个良好的滑面。

4.4 人类工程活动

砂石采场的开挖采石削弱了锁固段玉龙山段(T1y2)灰岩层的厚度，大大降低了锁固段岩体的抗滑力；同时开挖时的爆破震动不仅会造成斜坡前端岩体新的裂隙或裂纹产生，还会扩展原有的裂隙，并且开挖也会造成后缘出现拉裂缝，使其更利于地下水入渗。故开挖采石是滑坡形成的主要原因。

5 印江岩口堰塞湖形成机制分析

岩口堰塞湖是由于暴雨引起岩口坡体失稳破坏，高速下滑堵塞印江河河谷而形成的。从之前的分析可知，原岩口斜坡为顺层岩质边坡，上硬下软的地层结构，不利的地质构造，加之砂石采场对锁固段岩体的破坏，在暴雨的触发下造成山体滑坡。

根据野外勘探调查和以往资料分析岩口滑坡属于高速滑坡，岩口原坡体在暴雨的触发下，打破了坡体的临界平衡，使斜坡前端锁固段岩体遭受破坏解体。滑坡体沿断层面高速下滑切入河中，河床中的沙、砾石以及原公路上的物质，在滑坡高速下滑过程中同滑坡的前缘物质一起被飞铲至对岸，造成一条高度为80 m左右的爬高线，最终受到右岸山体阻挡而停止。岩口堰塞湖坝体是由高速短程滑坡堆积体形成，由于滑坡下滑速度快、方量巨大、滑移距离较短、形成的天然堆石坝物质在河谷中受到强烈撞击夯实，能很好地抵抗库水推力和渗透力，所以滑坡体在滑入印江河堆积形成堰塞坝后并没有被河水冲走，最终阻断了印江河，上游水流在堰塞坝体后方汇聚，形成的岩口堰塞湖。

根据上面分析可知，岩口堰塞湖形成可以分为以下五个阶段：

1)高陡斜坡坡体变形。地表水沿断层破碎带入渗至沙堡湾段(T1y1)岩层，使其静水压力增大，泥灰岩层遇水软化，同时砂石采场对斜坡坡脚开挖采石削弱的锁固段岩体的抗滑力，在上部坡体的推力作用下，斜坡坡体向下滑移变形。

2)滑坡启动沿断层面滑动。长时间降雨沿断层破碎带入渗和沿裂隙渗入坡体，使静水压力加大，沙堡湾段(T1y1)泥岩遇水软化。坡脚砂石采场开挖采石削弱的锁固段岩体遭受破坏，最终形成贯通面，滑体快速启动。

3)滑坡堆积体阻断印江河。滑体剧烈启动后，沿滑面迅速加速下滑，滑坡体在下滑过程中并不解体，而是沿着断层面整体向下滑动。在滑动过程中，滑体的高势能逐渐转化为动能，滑动速度急剧加大。滑体前缘物质(原公路位置的坡体)首先冲入河谷，铲掉河谷中部分沙、砾石，再冲到河谷对岸，剧烈撞击岸壁并爬高约80 m。

4)河水水位快速上升。滑坡体刨蚀河床造成速度有所降低，加上河谷对岸阻挡，最终停止滑动，并堆积形成岩口堰塞湖坝体，使得印江河水位快速上升。

5)堰塞湖形成。印江河水位上升淹没了上游朗溪镇，形成堰塞湖。

堰塞湖形成过程各阶段示意见图6。

图6 堰塞湖形成机制图Fig.6 Formation mechanism of the barrier lake

综上所述，堰塞湖的形成机制大体可以概括为：高陡斜坡坡体变形—滑坡启动沿断层面滑动—滑坡堆积体阻断印江河—河流水位快速上升—堰塞湖形成。

6 综合治理措施

岩口堰塞湖水库库容量可达6250×104m3(至滑坡堆积体鞍部)，一旦库中水位漫过鞍部极易导致溃坝，经对堆积体溃决洪水的计算，得出当岩口堰塞湖全部溃决时，是印江县城危急水位流量的7～16倍，水位高于县城危急水位6～10 m，洪波将以12～20 m/s传播速度推进，将直接危及下游2公里处的印江县城及沿河两岸9万多人的生命财产安全[11-12]。

根据地质灾害防治的指导思想与防治原则，并结合地质灾害的发生条件、活动特点、危害状况及印江岩口堰塞湖自身的特点和规律，本文提出了如下建议方案：

采用堆积体加固，迎水面和背水面斜坡进行夯实和放坡处理。两岸分别采用上部泄洪洞和下部两侧采用导流洞，将水库积水排除。加固坝体后恢复公路等措施进行综合治理，并将堰塞湖作为水库成为印江县县城备用水源地，从而变害为利。同时将淹没的朗溪镇进行整体搬迁。

7 结语

1)岩口滑坡为大型高速岩质滑坡，坡体南侧的断层提供了地表水入渗侵蚀沙堡湾段黏土页岩和泥灰岩的通道，同时断层面成为滑坡产生的滑面。砂石采场的人工开挖大大地削弱了锁固段岩体的厚度，是滑坡形成的主要原因，高强度暴雨是滑坡发生的触发因素。

2)岩口堰塞湖的形成机制为：高陡斜坡坡体变形—滑坡启动沿断层面滑动—滑坡堆积体阻断印江河—河流水位快速上升—堰塞湖形成。