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第27章 泥石流的活动过程及其分期

一、泥石流的活动过程分析

泥石流形成因素一般归纳为具有丰富的地表松散固体物质、充沛的地表径流和合适的地貌条件。这三项泥石流形成因素中,丰富的地表松散固体物质是最基本的一项。小江流域丰富的地表松散固体物质主要来源于新构造活动。一次剧烈的新构造活动,如地震发生之后,一般都紧随着一次泥石流高潮的到来,这一事实已为实际观察所证实。小江流域内大桥河流域泥石流的形成与发展过程就是一个最好的客观实例(杜榕桓、康志成、陈循谦等,1985年)。1733年小江大地震,使大桥河两侧的山体开始大面积的滑动,谷坡沟床出现大量的松散岩土,在暴雨的激发下,强烈的坡面侵蚀形成的泥浆汇入主沟,冲刷、掏深、搅拌沟床内的岩土,形成粘稠的泥石流,由此进入泥石流活动的高潮。大桥河近代泥石流的发展已有200~300年的历史,自1919~1933年的泥石流暴发最盛期之后,近几十年以来泥石流的暴发频率和规模都有所减弱。这一实例清楚地说明,在小江流域内造成泥石流活动期出现的主导因素是新构造活动。根据我们所作的泥石流活动周期性同新构造活动过程具有很好的对应关系来看,新构造活动确实是引发小江流域泥石流活动期到来的主要成因。如果没有小江深大断裂强烈的新构造活动造成众多滑坡和松动的岩体,形成大量的松散岩土,即使在小江流域内有十分充沛的雨量也是难以形成如此规模的泥石流活动的。

二、泥石流过程的划分

关于泥石流活动期及其划分的问题,国内外的许多学者都对此进行过研究,提出了许多种不同时间尺度的泥石流活动周期(萨克夫、卡斯特尔斯姆、马克西英夫等)。我国的部分学者根据小江流域泥石流活动状况的初步研究,认为该流域内泥石流活动周期为300~500年(李材、陈琴德、康志成,1979年)。从目前小江流域内存在着大量的松散固体物质,以蒋家沟的实际情况为例,可以看出小江流域内泥石流活动期远远不止300~500年。现在蒋家沟流域内,滑坡区内储备的松散岩土达12.3亿m3,古泥石流堆积的松散物质达12亿m3,两项共计达24.3亿m3,而蒋家沟泥石流年径流总量变化于100~300万m3(吴积善、康志成、田连权,1990年),如果按泥石流年径流量为150万m3,其中输移的固体物按60%计算,蒋家沟泥石流仍可持续达2700年。显然,将小江流域泥石流活动周期简单地划分为300~500年是不够的。

由泥石流活动记录展示的实际情况,可见小江流域内的泥石流活动具有3种不同特征的活动过程,可以将这3种具有不同特征的泥石流活动过程称作泥石流活动期、泥石流活动高潮期和泥石流活动高峰期,并且我们认为,泥石流活动期、泥石流活动高潮期和泥石流活动高峰期是3个不同的概念。泥石流活动期是指一定的流域内从首次暴发泥石流开始,直到这个流域内的泥石流最后停息活动为止的这一段时间;泥石流高潮期是指泥石流活动期内出现的泥石流的强度明显大于泥石流活动平均状况的一个时期,因此,在一个泥石流活动周期内,可以出现数次泥石流高潮期。而泥石流活动高峰期则是指在泥石流发展过程中出现的一种泥石流活动强度剧烈,历时相对较为短暂的泥石流频繁暴发的时期。这3种不同的泥石流活动过程具有各自的特征和成因机制以及不同的时间尺度。对此,在下面的有关章节将结合客观的实际资料作出具体的分析。

根据小江流域内泥石流活动记录中呈现出的泥石流活动强度的周期性波动特征,可以将小江流域泥石流活动史划分为7个周期。在这7次泥石流活动周期中,每一活动期内,又包含着若干个泥石流活动高潮期这是因为T1为埋藏阶地,位于现代泥石流扇之下。这里需要指出的是,小江流域泥石流活动记录中包含着中更新世以来沿多照盆地后缘一带发展的泥石流活动信息,当地壳抬升、河谷下蚀发展的过程中,河谷中下游地段一般是处于地表物质的搬运与侵蚀作用。但是,与此同时的沟谷源地一带盆地中的堆积过程是存在的。如果将这部分泥石流活动信息删除,小江流域泥石流活动记录中泥石流堆积间断是存在的,泥石流活动周期也是完整的,可以清楚地看出。

泥石流的发生、发展、衰老以至消亡,受到一系列自然因素,包括人类社会出现以后的人为因素的制约和影响。在小江流域内,泥石流的这一演变过程明显地受到新构造活动的控制。当新构造间歇性的抬升活动发生之后,地面流水迅速下切,为泥石流的形成开拓出合适的地形场所,而新构造活动中造成的大量松散岩土又为泥石流的发生准备了丰富的物质基础,在这种情况下,一旦出现具有一定强度的地面流水,泥石流活动便开始出现。泥石流活动开始出现之后,随着新构造的间歇性平静,地表起伏在流水的侵蚀作用下又会渐趋平缓,适宜泥石流发生的地形条件会逐渐消失,泥石流形成的必要的松散物质储备将会渐渐耗尽,这样泥石流的活动就会逐渐平息,泥石流的一个活动周期至此得以完结。因此,按新构造活动的间歇性特征划分泥石流的活动期是恰当的,与该地区的泥石流活动的基本波动状况是甚相吻合的。

泥石流活动记录上可以清楚地看见具有103年时间长度的泥石流活动过程的强度明显地凸起于泥石流活动期的平均状态之上,并且同第四纪气候在冰期-间冰期交替转换的变迁过程中出现的高温多雨的波动时段相对应。从泥石流形成的3个基本要素的综合作用随时间的变化过程来对此进行分析,可以得出这样的认识:在新构造间歇性抬升运动之后,迅速下切的地表流水将会快速地为泥石流的形成创造出适宜的地形空间,并且促使新构造活动过程中造成的大量松散岩土趋近于坡面物质稳定的临界状态,在这种地质-地貌过程的综合发展之中,泥石流活动强度就会随着大气降水量的增加,地表径流活动强度的增大而出现明显的增强,当第四纪气候在冰期-间冰期的交替转换的发展过程中出现高温多雨的波动时段时,便会在泥石流的活动期内形成具有103年时间尺度的活动强度明显大于其平均状况的泥石流活动高潮期。因此,泥石流活动高潮期必定出现于泥石流活动期之内,并且是由第四纪气候的冰期-间冰期交替发展过程中的具有103年时间尺度的高温多雨的波动过程所制约的。

除了以上两种具有不同时间长度的泥石流活动过程外,从泥石流活动史的记录上还可见另一种具有较短时间尺度的泥石流活动过程,这种过程的泥石流活动以顶端部分尖锐的峰值形状突出于泥石流的活动期和高潮期之中,显示该过程中的泥石流活动强度极大。根据我们的实际工作,由于对泥石流堆积地层的采样间距过大,对此类泥石流活动信息的捕获必定是不全面的,泥石流活动记录中出现的高峰期只能是其中的一部分,肯定还会有大量的同类信息被漏掉。另一方面,新构造活动史中短时段过程(102年时间尺度)至今还缺乏客观的实际证据和完善的方法来加以揭示,这就对泥石流活动过程中出现的众多短时段的高峰期的成因机制的分析解释造成极大的困难。但是,在对小江流域近代历史时期的泥石流的观测与研究工作中,已经有人根据强烈地震与泥石流活动状态的关系,提出了泥石流活动过程中具有102年时间尺度的强度极大,暴发十分频繁的泥石流活动周期(杜榕桓、李椷,1985年)。从小江流域近代历史时期的泥石流发展过程来看,自1733年、1833年和1964年的3次强烈地震之后,小江流域内都曾出现过泥石流活动十分强烈的高峰期,在经历了百余年的泥石流活动高峰之后,泥石流的活动便渐趋平缓,并开始趋近于一个与当时地貌条件、地表松散物质状况和地表径流特征综合作用下决定的平均状态。例如:小江流域内的大桥河地区,在1733年的大地震之后,泥石流经历了百多年的强烈活动,泥石流的堆积地层厚度达200余米(陈循谦等,1985年),至今已明显减弱,表明大桥河地区的泥石流活动高峰期自1733年的强震引发以来已经结束。这一实例一方面证明了102年时间尺度的泥石流活动高峰期是存在的,另一方面也清楚地显示在一次强烈的地震活动过后,高山深谷的地区内必定会出现大量的崩塌与滑坡,造成大面积的坡面松散物质处于失稳的临界状态之中,在这样的地形地貌与地表物质条件的基础上,即使在多年平均地面径流作用的状况下也会频繁暴发强烈的泥石流活动。因此,可以认为泥石流活动过程中存在着102年时间尺度的泥石流高峰期是符合客观实际的,其出现与消亡是由强烈的地震活动所引发和直接控制的。

三、泥石流活动期、高潮期与高峰期的时间尺度

关于泥石流活动期的时间尺度问题。对泥石流活动期的时间长度有多种认识,有数年、十年、百年、千年乃至万年(达40800年)的时间尺度(李鸿瑶等,1989年;潭万沛,1979年,张林源、史正涛,1990年,李椷等,1985年)。这些泥石流活动期的不同时间长度的提出,都各有其根据。但是从小江流域泥石流活动过程的实际情况分析,其泥石流活动期应该具有万年时间尺度。这是因为导致小江流域泥石流活动演变过程的主导因素是新构造运动。当然,对一个新构造活动较长时期处于平静的地区来说,泥石流活动期的长短主要是取决于地表径流对松散固体物质的搬运速率。但是,如果一次新构造活动本身就持续了一个相当长的地质时,并在这个时期内通过强烈的地震活动源源不断地提供大量的松散岩土,并且这一过程又占据了泥石流活动周期的主体部分,那么,决定此类泥石流活动期时间尺度的主导成因就不是外营力,而应该是内营力。因此,以新构造活动为主导因素的泥石流活动周期的时间尺度较长是必然的。

全新世以来,小江流域内的泥石流活动已经经历了近万年的发展过程。目前,小江深大断裂带两侧仍存有大量的松散岩土以供泥石流的形成,只要具有一定强度的地表径流,泥石流就会发生。根据蒋家沟流域的实际计算,该流域内的泥石流还可持续达数千年之久。如果再考虑到第四纪气候变化的规律性,随着全新世间冰期的逐渐结束,气温的降低,降水量的减少,必然导致该流域内的泥石流活动强度会有所减弱,这样泥石流活动的持续时间就还会有一定的延长。

泥石流活动强度会随着时间发生变化,会在泥石流活动周期内出现强度较大的泥石流高潮期,小江流域的第四纪泥石流活动也不例外,在泥石流活动的记录中就显示着在每一活动周期内存在着数个泥石流活动的高潮期(峰值区)。根据小江流域近代泥石流活动状况的观察研究,如果地面存在着大量的松散固体物质,随着降水的增强,泥石流的活动强度必然会随着降水的增强而增大。由此得出,泥石流高潮期的出现及其历时的长短主要取决于高温多雨期的来临与延续的时间长度,第四纪气候具有冷(冰期)、暖(间冰期)的变化规律。全新世气候变迁过程的研究已经证实。在温暖的间冰期,降水量会随着温度的上升而增加,因此间冰期内泥石流的活动会有所增强。同时,由于间冰期中存在着1000年时间尺度的高温多雨时段,与此相应的泥石流活动便会具有同样时间长度的高潮期。小江流域内的某些泥石流沟的泥石流高潮期结束得早些(如大桥河流域),但现在仍有许多泥石流沟还处于泥石流活动的高潮期之中(如蒋家沟等)。根据间冰期气候的演变规律,随着全新世期间由人类活动引发的超级间冰期的过去,小江流域泥石流活动的平均强度在继续维持约几百年的高潮期之后,估计会逐渐转入一个较低的活动状况。据此可见,小江流域泥石流活动的高潮期具有103年时间尺度的历时周期。

在泥石流的活动期和高潮期内,泥石流的活动强度也同样会随着时间而发生变化。当强烈的地震活动发生之后,常常在高山深谷的泥石流地区造成大量的崩塌和滑坡,并使大面积的坡面松散物质处于失稳的临界状态之中。在地表径流的作用下,崩塌和滑坡表面的松散物质便会在流水作用的起动下以极强的速率随水迁移,形成频繁的、强度极大的泥石流活动,并快速地促使崩塌和滑坡地貌表面的松散物质向着较为稳定的状态发展。因此,强震之后出现的泥石流活动高峰期一般不会历时太长。从小江流域内泥石流活动状况的发展过程来看,最近的几次强烈地震之后出现的泥石流高峰期在经历了102年的活动历程之后,大都逐渐地转入了一个较为稳定的活动状态,例如大桥河地区。因此,泥石流活动的高峰期具有102年的时间尺度是符合客观实际的。

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