青藏高原東部大渡河流域太平橋鄉古滑坡群復活特征多源遙感識別

曾 帥，馬志剛，趙 聰，楊 磊，張 肅，董繼紅，3，梁京濤，鄢圣武

(1.四川省國土空間生態修復與地質災害防治研究院，四川 成都 610081；2.四川省地質調查院稀有稀土戰略資源評價與利用四川省重點實驗室，四川 成都 610081；3.四川省智慧地質大數據公司，四川 成都 610081)

0 引 言

青藏高原東部的大渡河流域是全球古滑坡最為發育的地區之一[1]。近年來隨著人類工程活動大量展開和極端天氣不斷加劇，大渡河流域眾多的古滑坡發生不同程度的復活滑動跡象，造成沿岸交通線路、水利工程等重要設施損毀，甚至出現了人員傷亡事件[2]，例如2003年7月，四川省丹巴縣木積國滑坡和嘎拉巴加滑坡發生滑動，大量滑坡松散物質成為泥石流物源，導致邛山溝特大泥石流的暴發，造成51人死亡[3]。自20世紀90年代以來，丹巴縣城不斷擴張，由于建設用地不足開挖建設街滑坡前緣，誘使古滑坡復活，位移量最大達到50 mm/d，危及縣城數千人生命安全[4]。2020年6月，丹巴縣梅龍溝暴發大規模泥石流，泥石流堆積物堵塞小金川河道形成堰塞體，堰塞體自然潰決后，洪水沖刷引發阿娘寨古滑坡大面積復活，大量土石垮塌進入小金川河，進一步引發小金川河山洪(泥石流)，最終導致1人死亡，1人失蹤，2萬余人受災[5]。

古滑坡的復活是一個受地形地貌、地質構造和人類工程活動等因素共同作用的復雜地質過程[6-7]。近年來，由于古滑坡復活導致的災害風險日趨嚴峻，該問題受到國內外學者的廣泛重視，古滑坡復活機理、復活過程模擬分析以及早期識別等方面的研究被大量開展。前人研究表明，古滑坡復活失穩多以蠕滑型為主，降雨和人類工程活動是古滑坡復活的主要誘發因素[8-10]?；谖锢砟Ｐ驮囼?、數值模擬等手段，能夠再現極端降雨、人類工程活動等作用下古滑坡復活演化過程[11-12]。另外，在古滑坡復活的長時間演化過程中，可將高分辨率光學遙感影像、InSAR、LiDAR等遙感技術和GNSS等地面監測技術應用于古滑坡復活的早期識別研究[13-17]，綜合利用多期高分辨率光學遙感影像和長時序InSAR形變監測結果，必要時結合GNSS監測數據，研究古滑坡各階段復活特征及其演變趨勢。

2020年5月至6月，丹巴縣連續降雨近2個月之久，降雨量超過同期近20%，連續的降雨導致大渡河流域的眾多古滑坡呈現不同程度的變形復活跡象。本文以大渡河流域太平橋鄉古滑坡群中各洛寨村滑坡為例，采用無人機航空遙感影像和InSAR時序監測相結合的多源遙感技術手段，并綜合現場調查，總結分析大渡河流域典型古滑坡復活變形特征及復活機理，研究成果能夠為大渡河流域古滑坡復活的防災減災工作提供基礎資料和科技支撐。

1 太平橋鄉古滑坡群概況

1.1 地質環境條件

太平橋鄉古滑坡群位于四川省甘孜藏族自治州丹巴縣東部，小金川河北岸的支溝三岔溝內，屬于大渡河流域。古滑坡群周邊區域出露的地層主要為三疊系雜谷腦組(T2z)、侏倭組(T2zh)以及新都橋組(T3x)等。

古滑坡群所在的三岔溝位于小金弧形構造的西部，由一系列彼此協調緊密排列的弧頂朝西南的線狀弧形褶皺組成，三岔溝中下游主溝道地處中梁子背斜核部，主溝道左側為北東翼地層，其傾向70°、傾角76°，右側為南西翼地層，其傾向220°、傾角56°，主溝道中下游兩側斜坡的坡向均與巖層產狀相反，均屬于典型的逆向坡。此外，主溝道左側的三岔溝斷層(F1)呈北北西—南南東延伸，走向約330°，斷層通過部位巖層透鏡體化強，局部呈碎裂巖化，兩盤遠離中心部位發育有多組節理裂隙。

1.2 古滑坡群發育概況

如圖1所示，受區域地質構造、氣候環境等條件影響，太平橋鄉所在的三岔溝內共密集發育了7處古滑坡(表1)，其規模均以大型、特大型為主，并且眾多古滑坡所形成的平緩地形已成為太平橋鄉各村修建房屋、土地耕種等重要的生產生活場所。2020年6月，在丹巴縣連續降雨2個月之后，筆者對太平橋鄉古滑坡群進行現場調查發現，7處古滑坡均呈現不同程度的局部或整體復活變形跡象。

表1 太平橋鄉古滑坡群Table 1 Ancient landslide groups at Taipingqiao county

圖1 太平橋鄉古滑坡群分布Fig.1 Distribution of ancient landslide groups at Taipingqiao county

1.3 各洛寨村滑坡概況

本文重點闡述的各洛寨村滑坡(GHP03)為太平橋鄉古滑坡群中復活變形最為強烈的古滑坡之一。該滑坡地理位置坐標為102° 8′45.915″ E、31° 3′56.122″ N?；聟^后緣高程約3340 m，前緣坡腳處高程約2600 m，相對高差為740 m。該滑坡平面形態呈圈椅狀，剖面形態呈階梯形，平均坡度約30°，坡向為200°；滑坡體長1400 m，寬度為420～800 m，平均寬度約700 m，面積約83×104m2，滑體厚度10～30 m，滑坡體積約2000×104m3，屬于特大型規?；?。

2 各洛寨村滑坡的多源遙感識別

本文充分運用“空天地”一體化綜合遙感識別技術，從“空天地”三個維度進行識別，先利用無人機航測技術獲取滑坡區亞米級無人機影像，再利用InSAR技術開展長時間序列追蹤監測，最后進行人工地面核查，綜合多源遙感技術手段對各洛寨村滑坡復核變形特征及復活機理進行總結。

2.1 基于無人機航空遙感影像的復活變形特征分析

2021年6月23日，選取搭載E-CAM2000航測模塊的飛馬E2000無人機對各洛寨村滑坡進行無人機正射影像采集工作。該款無人機能夠實現精準的地形跟隨飛行，采用變高飛行模式，相對飛行高度設置為638 m，經photoscan軟件空三校正處理后，獲取了分辨率為0.1 m的無人機航空正射影像。采用2021年6月23日無人機航測影像對各洛寨村滑坡展開詳細解譯，并結合現場調查對滑坡復活變形進行綜合分析(圖2)。該滑坡變形要素特征主要為拉裂陡坎、拉張裂縫、剪切裂縫以及次級滑坡4類，依據地形特征和變形特征將滑坡劃分為后緣平臺、上部陡坡、中部平臺和前緣強變形區4個大區，具體情況如表2所示。

表2 各洛寨村滑坡分區變形要素特征Table 2 Characteristics of deformation elements of the Geluozhai landslide

圖2 各洛寨村滑坡無人機航空遙感解譯Fig.2 UAV aerial remote sensing interpretation of the Geluozhai landslide

2.2 基于InSAR時序監測的復活演化過程分析

獲取各洛寨村滑坡區域內的哨兵-1A降軌數據(2018年9月—2020年9月)，并采用SBAS-InSAR技術開展各洛寨村滑坡體的形變監測工作。圖3為基于SBAS-InSAR的各洛寨村滑坡形變速率圖，滑坡體與周邊斜坡形變速率存在明顯差異，并且滑坡體中部形變速率相對較大，形變速率值最大約40 mm/a，依據InSAR監測斜坡形變速率的差異，能夠有效圈定各洛寨滑坡邊界范圍。

圖3 各洛寨村滑坡InSAR監測形變速率Fig.3 InSAR monitoring deformation rate of the Geluozhailandslide

依據SBAS-InSAR形變速率監測結果，選取滑坡體中部形變速率較大位置，提取該點的降軌累計形變量(2018年9月—2020年9月)，如圖4所示，其中形變量正值代表靠近衛星方向，負值代表遠離衛星方向，由于滑坡主滑方向為北東向，因此降軌累計形變量表現為負值。InSAR時序監測結果表明，各洛寨滑坡于2020年7月之前均未發生明顯形變，在經歷了5月開始長達兩個月的強降雨之后，滑坡體開始發生明顯的持續變形，且半年累計變形量達到2～3 cm。

2.3 現場核查特征

現場調查發現，滑坡體上部陡坡區和中部緩坡平臺區變形以橫向拉張裂縫為主，坡體拉張裂縫最大拉開寬度可達20～30 cm，裂縫外側坡體可見不同程度下錯跡象，最大下錯高度可達10～20 cm，多條拉張裂縫導致大量農戶房屋出現不同程度變形破壞，局部房屋甚至已成為危房無法居住(圖5)。于2019年新修的各洛寨村委會活動室位于中部緩坡平臺，籃球場地面并排分布三條拉張裂縫，最大拉開寬度10～20 cm，采用鋼筋混凝土修筑的村委會活動室，地面隆起高度可達20～30 cm，墻面分布多條裂縫，房門已無法正常打開(圖6)。據現場訪問，上部陡坡區一組較大規模的拉張裂縫于2021年1月測量時最大拉開寬度僅為15～20 cm，5月最大拉開寬度便達到了20～30 cm，拉張裂縫的變形不斷加劇表明滑坡目前仍處于活動變形階段。

圖6 滑坡中部平臺區變形特征Fig.6 Deformation characteristics of platform area in the middle of landslide(a)裂縫外側坡體下錯；(b)村委會籃球場地面裂縫并排發育

在變形最為強烈的滑坡前緣強變形區，其右側變形區(Ⅳ-1區)內可見4條較大規模的拉張裂縫，裂縫最大拉開寬度20～30 cm，裂縫外側坡體局部下錯10～20 cm，右側邊界兩處較大規模剪切裂縫導致盤山公路路面出現多處錯斷，路基沉降，最大下沉高度可達10～20 cm(圖7)；左側變形區(Ⅳ-2區)整體為一大型規模次級滑坡，在其中后部可見3條較大規模下錯陡坎發育，長度70～170 m不等，下錯高度3～5 m不等。此外，在次級滑坡中部陡坡與前部平緩堆積區交界處分布一條長約255 m的拉張裂縫，裂縫延伸方向基本與坡向垂直，幾乎橫向貫穿整個次級滑坡體，該條拉張裂縫最大拉開寬度可達30～50 cm，裂縫外側坡體下錯0.5～1 m。

圖7 前緣右側變形區變形特征Fig.7 Deformation characteristics on the right side of landslide front(a)坡體表部剪切裂縫；(b)公路路基下錯

該次級滑坡已發生整體滑動，同時坡體表部分布了大量較大規模的拉張裂縫、拉裂陡坎、淺表層溜滑等變形特征(圖8)，致使坡體表部鄉村公路及農戶房屋損毀較為嚴重，部分農戶房屋已成為危房，無法居住。目前，仍處于活動變形階段的前緣次級滑坡，將進一步影響整個各洛寨村滑坡的穩定性。

圖8 前緣左側次級滑動區變形特征Fig.8 Deformation characteristics on the left side of landslide front(a)前緣左側次級滑動區全貌；(b)房屋拉裂變形破壞

3 各洛寨村滑坡復活機理分析

3.1 古滑坡成因

正如前文所述，太平橋鄉三岔溝主溝道兩側多為逆向巖質斜坡，各洛寨村古滑坡的原始斜坡同樣也為一逆向坡，巖性主要為變質砂巖以及薄層狀板巖，受沿三岔溝主溝道發育的斷裂帶影響，巖體節理裂隙發育，其中一組節理裂隙陡傾坡外，同時原本巖層面反傾的變質砂巖及薄層狀板巖受斜坡重力影響，巖體逐漸向臨空面發生傾倒變形，導致巖體內部陡傾坡外的節理裂隙進一步產生、擴展，使得該組陡傾坡外的優勢結構面成為各洛寨村古滑坡的后緣控制界面(圖9)。在自身重力、地質構造運動、降雨等各種內外營力作用下，陡傾坡外的優勢結構面從上至下逐漸貫通，最終導致了各洛寨村古滑坡的形成。

3.2 滑坡復活與地質構造運動的關系

眾多學者研究表明，地質構造長期運動會導致斷裂帶及其兩側巖體的強度和整體性顯著降低，是控制大型滑坡形成與發展的基本因素[10，18-19]。太平橋鄉古滑坡群地處青藏滇緬印尼“歹”字形構造，川滇南北向構造與小金—金湯弧形構造和復合部位，區內新構造運動強烈，以頻繁的間歇性上升運動為主，兼有斷裂復活和新斷裂的產生。丹巴縣境內西側鮮水河斷裂帶為一地震頻發帶，近20年來先后發生的爐霍7.9級地震(1973年)、塔公5級地震(1978年)、道孚6.9級地震(1981年)、汶川“5·12”地震(2008年)、康定“11·22”地震(2014年)等多次強烈地震，均對太平橋鄉古滑坡群周邊地質環境條件造成了不同程度的影響，使得各洛寨村古滑坡堆積體變得更為松散，降低滑坡整體穩定性。

3.3滑坡復活與降雨的關系

經訪問當地農戶，各洛寨村滑坡曾于20世紀80年代發生過一次較大規?；瑒?，其上部陡坡區高達2～3 m的下錯陡坎即為早期滑動跡象，此后30余年間，未見大規模變形跡象，可推斷滑坡此前處于基本穩定狀態。丹巴縣歷年降雨多集中在5至9月，2020年5月進入雨季以來，丹巴縣開始了持續近兩個月的降雨，降雨量超同期近20%，6月17日發生的強降雨，各洛寨村滑坡周邊9個監測點達到暴雨標準，其下游處的半扇門鎮3小時降雨量高達38.90 mm，此次極端強降雨天氣導致梅龍溝泥石流和阿娘寨滑坡的發生，造成了較為嚴重的經濟財產損失[20]。

在持續近兩個月的連續強降雨過程中，由InSAR時序監測結果可知，各洛寨村滑坡并未立即發生大規模整體滑動，然而持續的暴雨除對滑坡表部土體不停沖刷外，大量雨水通過坡體表部原有裂隙滲入以碎塊石土為主的古滑坡堆積體內部，提高土體含水率，大大增加了土體自重，同時由于雨水的潤滑，持續軟化潛在滑動面，導致巖土體的抗剪強度等力學性質降低，使得滑坡體表部從2020年6月下旬開始逐漸出現大量拉張裂縫，并不斷加寬加深，誘發了前緣左側的大規模次級滑坡(Ⅳ-2區)，導致各洛寨村滑坡在前緣次級滑坡的牽引作用下，呈現整體復活跡象。因此，持續的降雨為該滑坡復活的主要誘發因素。

3.4 滑坡復活與河流侵蝕的關系

該滑坡位于高山峽谷地帶，其前緣長期受河流侵蝕，形成高約200 m以上，坡度約35°的較為陡峭臨空面，為滑坡的失穩提高了良好的臨空條件(圖10)。特別是在2020年5月以來，持續近兩個月的強降雨導致河流長期處于流量大，流速快的狀態，河流攜帶和侵蝕能力顯著增強，在河流強烈的沖刷作用下，滑坡前緣出現4處小規?？逅?、溜滑跡象，并且前緣左側發生大規模次級滑坡。前緣次級滑坡帶動各洛寨村滑坡整體復活變形的牽引式破壞機制也進一步證明了河流的不斷侵蝕是該滑坡復活的重要因素。

圖10 各洛寨村滑坡典型剖面Fig.10 Typical profile of the Geluozhai landslide

3.5 滑坡復活與人類工程活動

隨著國家扶貧政策的實施，近年來各洛寨村滑坡體表部修建了大量的鄉村公路和農戶房屋等，再加之耕地灌溉等人類工程活動，進一步降低了各洛寨村古滑坡堆積體的穩定性，并最終在降雨誘發下復活。

4 結 論

本文以大渡河流域太平橋鄉古滑坡群中的各洛寨村滑坡作為研究對象，綜合運用無人機航空遙感、InSAR時序監測以及現場調查等技術手段，對古滑坡復活變形特征以及復活機理進行了深入的分析研究，得到如下認識：

(1)三岔溝主溝道中下游兩側的原始斜坡多為逆向巖質斜坡，受地質構造作用影響，發育陡傾坡外的優勢結構面，并形成各個斜坡的后緣控制結構面。在各種內外營力作用下，陡傾坡外的優勢結構面逐漸貫通，最終導致了太平橋鄉古滑坡群的形成。2020年5月至6月持續強降雨之后，太平橋鄉古滑坡群均出現不同程度的復活變形跡象，持續的降雨是古滑坡復活的主要誘發因素。

(2)各洛寨村滑坡上部陡坡區和中部平臺處兩組近乎橫向貫穿滑坡體的拉張裂縫，以及前緣左側大型規模的次級滑坡均表現為宏觀的整體變形特征，且InSAR時序監測表明目前仍處于持續變形，從而判斷各洛寨村滑坡呈現整體復活跡象，處于潛在不穩定狀態。在強降雨或者地震等條件下，前緣左側次級滑坡可能進一步下滑，甚至引發各洛寨村滑坡整體失穩滑動。

(3)在古滑坡密集發育的大渡河流域，利用無人機航空遙感數據能夠有效識別古滑坡表部不同規模的拉張裂縫、剪切裂縫、陡坎、次級滑坡等變形特征，依據變形特征發育時間、規模以及所分布區域，能夠判斷古滑坡是否處于局部或整體復活狀態；基于InSAR技術能夠監測古滑坡復活演化過程，依據滑坡體各部位的形變速率變化趨勢，可用于古滑坡復活機理以及穩定性的分析。綜合運用多源遙感技術能夠為大渡河流域古滑坡復活的防災減災工作提供有效支撐。