EVALUATION OF WATER SOLUBLE HELIUM RESOURCES IN WEIHE BASIN

0.   引言

盐津地区位于云贵高原和四川盆地构造结合部位，地处川滇经向构造体系之盐津－威信构造带上。盐津地区新构造运动强烈，地震活动频繁，河流深切，斜坡遍布，岩土体松散破碎，雨季时间长，地质灾害频发^[1-7]。地质灾害复杂多样，主要有滑坡、崩塌、泥石流等类型，并在一定条件下形成滑坡-泥石流、地震-崩塌等地质灾害链。盐津地区地质灾害主要受地质构造、地形地貌、坡体结构和岩土体工程地质岩组控制，同时受地震活动、降雨和人类工程活动诱发，严重威胁当地人民生命财产安全^[8-13]。在当前城镇化进程中，亟待开展地质灾害调查评价研究，为当地社会发展与经济建设活动提供地质环境保障。

本文在野外实地调查的基础上，总结地质灾害的分布发育特征，分析地质灾害的影响因素，结合典型实例剖析，为建立地质灾害气象预警系统提供基础数据，为新型城镇化建设提供场地选址规划依据，为地质灾害有效防灾减灾提供技术支持。

1.   盐津地区地质灾害发育分布特征

盐津地区自然地理和地质环境条件复杂，气候条件时空差异大，是地质灾害多发地区之一。据调查在盐津地区共发现地质灾害隐患点283个(见表 1，图 1)，其中滑坡217个、危岩崩塌63个、泥石流沟3条。盐津地区10个乡镇都受地质灾害威胁，其中普洱镇、豆沙镇、庙坝乡、柿子乡、兴隆乡和盐井镇为盐津地区地质灾害防灾减灾重点城镇。地质灾害发育点密度由高到低依次为庙坝乡、普洱镇、盐井镇、柿子乡、兴隆乡、豆沙镇、落雁乡、牛寨乡、中和乡、滩头乡。关河、白水江及其支流两岸为地质灾害高易发区，地质灾害种类多、灾点密度高、灾害频发。地质灾害发生时间主要集中在汛期(5－9月)。

表  1  盐津地区地质灾害分布

Table  1.  Geological hazard distribution in Yanjin district

乡(镇)	滑坡	崩塌	泥石流	合计
牛寨乡	11	2	0	13
滩头乡	7	2	0	9
落雁乡	15	3	0	18
中和乡	6	3	0	9
柿子乡	24	7	0	31
豆沙镇	19	10	0	29
兴隆乡	24	6	0	30
普洱镇	32	10	0	42
盐井镇	28	8	2	38
庙坝乡	51	12	1	64
合计	217	63	3	283

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图  1  盐津地区地质灾害点分布

Figure  1.  A distribution map of geological disasters in Yanjin district

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盐津地区滑坡主要为牵引式滑坡，多发生在渗透率高的松散坡积斜坡，滑体主要为坡积物，尤其在毁林开荒后的坡面上。在水的作用下，一方面潜滑动面上有效应力减小，造成抗滑力减小，另一方面水使松散堆积物的粘聚力及内摩擦角减小，导致抗滑力进一步减小。坡体受降雨影响变形比较明显，一般根据坡体特征和气象水文条件，可以实施监测预警。此外人类工程活动也诱发了大量的地质灾害，如切坡修路开挖坡脚，导致潜在滑动面临空，在坡体上耕种水田，水的下渗造成坡体抗滑力下降，均易诱发滑坡地质灾害。地震活动频繁，使得山体松动，岩体应力调整，岩石因较强烈的卸荷作用破碎，导致潜在滑动面上抗剪强度降低，滑坡崩塌频繁发生。

盐津地区崩塌多发生在灰岩与砂岩地层，突发性强，沿县内国道乡村公路分布，易造成交通中断、房屋损坏及人员伤亡。盐津地区崩塌发育特征明显，灰岩岩体高耸直立，地层层面和坡面形成反倾结构造成岩石块体悬空，在风化作用下卸荷裂隙逐渐拓展延伸，导致裂隙面与节理面联通，岩石块体崩塌坠落；砂岩崩塌多发生于上硬下软的二元坡体结构坡体上，一般上覆地层为砂岩，下伏地层为泥岩或页岩等，在雨季和地震时，泥岩与页岩容易变形破坏，使砂岩出现临空面而崩塌坠落。

盐津地区泥石流主要与滑坡灾害相关，多分布于河谷两岸沟谷，物源一般来自于滑坡带来的堆积物与碎裂岩体。在雨季长时间大范围的降雨后，滑坡带来的堆积物与碎裂岩体阻塞了汇水路径，使得其含水量增高，从固体逐渐变成塑性流体，最终形成泥石流。

总体来看，盐津地区地质灾害主要分布于河流两岸，多发生在砂岩、页岩、泥岩和灰岩地层中，一般与地形地貌、降雨、人类工程活动和地震作用有关，绝大部分地质灾害发生于雨季和地震活动高发期。

2.   地质环境条件

2.1   地形地貌

盐津地区处于云贵高原乌蒙山北部，西南高，东北低。县境山脉属乌蒙山脉北支，以关河为界，可分为河东、河西两大山脉。县境内最高点位于中和乡大雪槽梁子，海拔2263 m；最低处位于滩头乡北甲村油厂，海拔330 m，相对高差1933 m，平均海拔1160 m。县境南北最大纵距62.5 km，东西最大横距46 km。由于受关河、白水江切割，将全县分为东北片区、南部片区和西北片区3大块，并形成了关河东岸和西岸两大山脉，造就出重峦叠嶂、山势陡峭、沟壑纵横、高山峡谷侵蚀与溶蚀低山－中山的地形地貌特征。

2.2   地层岩性

盐津地区地层除缺失古近系、新近系之外，其他地层都有分布。概述如下：寒武系为灰岩、白云岩夹杂少量页岩、砂岩、砂质页岩；奥陶系为灰岩、砂岩、砂质页岩；志留系为砂岩；泥盆系为页岩、砂岩、白云岩；石炭系为砂质页岩、煤层，缺失上统；二叠系为玄武岩、砂岩、灰岩、页岩；三叠系为砂岩、灰岩；侏罗系为砂岩、泥岩；白垩系为泥岩、页岩、砾岩；第四系为冲积层、砾石层。盐津地层岩性主要为砂岩、页岩及灰岩，且砂岩与页岩交替互层，此外页岩中常夹杂泥岩或泥质页岩，灰岩则成片分布。由于受到区内北东－南西向褶皱影响，区内地层除侏罗系集中出露于普洱、落雁、牛寨的大部分地区和中和乡天宁寺村的部分区域外，其余地层均呈条带状出露于县域内。

2.3   地质构造

盐津位于川黔经向构造体系之盐津－威信构造带，构造形迹以褶皱与断裂为主(见图 2)。规模较大的褶皱有中和场背斜、米滩子背斜、天宁寺向斜、大田坝向斜、罗场向斜、老鹰嘴向斜、贾村背斜。褶皱走向多呈北东－南西向，中和场背斜东段走向为南东－北西向，西段走向近东西向。褶皱两翼不对称，一般北翼陡、南翼缓，轴面向北倾斜。背斜短而紧密，向斜则长而宽展。断裂总体表现为数量少且规模小，主要断裂有杉木滩断裂、牛寨断裂、塘坝逆断裂、瓦窑嘴断裂、铜厂沟断裂。断层走向多呈东西向和北西－南东向，断层延伸长度20 km左右，在形成断裂与褶皱的同时，岩体中也形成了不同规模的节理裂隙，将岩体切割得支离破碎，破坏了岩体的完整性，为地质灾害的形成提供了物源条件。

图  2  盐津地区构造纲要

Figure  2.  Tectonic outline map of Yanjin district

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2.4   水文地质条件

盐津地区有关河、白水江、兴隆河3大水系，支流众多，溪水河流交织成网，呈南北向叶脉状分布，大体上从南往北流，最终汇入金沙江。据统计盐津地区有河流、溪涧5063条，其中常年不断流的78条，流域面积大于10 km²的26条，大于20 km²的19条，大于30 km²的17条。根据地下水赋存介质，可将地下水类型分为松散孔隙水、基岩裂隙水和盐酸盐岩岩溶水3大类型。

松散孔隙水赋存于山前坡积物、滑坡及崩塌堆积而成的松散堆积岩土中，含水岩组成分为黏性土和碎石土。富水性差异很大，黏性土富水性弱，碎石土富水性中－强。孔隙水主要接受大气降水补给，其次是农田灌溉下渗和基岩水的侧向补给，水位变化大。排泄以向附近沟谷、河流就地排泄为主。

基岩裂隙水多赋存于砂岩、泥质砂岩、页岩、玄武岩的构造裂隙和风化裂隙中，主要接受大气降水补给，水位变化大、不稳定。排泄多沿层面或裂隙向沟谷或低洼地带以泉或散流形式溢出，但一般流量不大，沟谷中常年有流水。基岩裂隙水的富水性与地层、地质构造、地形地貌、植被关系密切。在构造裂隙发育、赋水性好的构造区域，如罗场向斜，其富水性较好；砂岩地层比泥岩、玄武岩地层的富水性好；地形平缓、植被茂盛的地方，富水性好。

碳酸盐岩岩溶水主要赋存于白云岩、白云灰岩和灰岩地层中。受褶皱构造和强烈的侵蚀下切作用而形成高山峡谷，大部分可溶岩呈条带状夹于非可溶岩间，岩溶发育变化大。在碳酸盐岩组成的含水层岩组中，岩性主要为灰岩、白云岩，岩溶发育强烈，地表多见洼地，溶洞和漏斗、地下暗河、伏流发育，富水性强。在碳酸盐岩与碎屑岩互层的含水层岩组中，岩性主要为砂岩与白云岩互层，岩溶发育较弱，仅有岩溶裂隙，富水性中等。岩溶水主要接受大气降水和地表水体的补给，其次是上伏含水层的垂直越流补给，地下水沿着地下溶洞、暗河、岩溶裂隙流动，最后以泉水或暗河的形式集中排泄，排泄流量变化较大。

3.   地质灾害影响因素

3.1   控制因素

3.1.1   地质构造

区内地质构造对地质灾害的控制影响主要表现为地层的强烈挤压使得地层产状陡峭，在褶皱核部附近岩体结构面异常发育、岩体破碎，因此在褶皱区域的地质灾害异常发育，如老鹰嘴向斜、米摊子背斜、天宁寺向斜等，都是地质灾害高易发区。断层附近地质体结构破碎，片理、节理等结构面十分发育，造成岩体完整性变差，强度降低。活动断层附近的岩体常常发生卸荷作用，为地质灾害形成提供了一定的动力条件^[14-16]。

受地质构造作用影响，灰岩区岩溶作用十分强烈，岩体受到严重侵蚀，岩体内部孔洞十分发育，导致岩体完整性与力学性能变差。部分灰岩区发育大型溶洞和地下暗河，如豆沙关长胜溶洞、庙坝乡莲花溶洞、柿子乡三股水溶洞。豆沙关长胜溶洞发育在关河西河岸岩体中，岩溶作用十分强烈，岩体高耸直立，在地震作用下可能发生岩体崩塌坠落堵塞关河，形成堰塞湖。

3.1.2   地形地貌

盐津地区构造强烈活动与河流侵蚀使得盐津境内重峦叠嶂、山势陡峭、沟壑纵横、斜坡遍布。斜坡坡度越陡、高差越大，就越容易产生地质灾害。盐津地区关河、白水江河谷两岸高差显著，部分地区形成直立高耸岩体(见图 3)，极易发生崩塌灾害。高耸岩体由于风化作用在坡脚堆积大量崩积物或坡积物，形成凸形坡。当汇水面积较大时，地表水体汇积下渗降低斜坡岩土体力学强度，形成潜在的软弱滑动面，产生滑坡灾害。这种特殊的地形地貌为地质灾害的发生提供了几何边界条件。

图  3  庙坝过车坪直立灰岩陡崖

Figure  3.  Vertical limestone cliffs in Guocheping, Miaoba township

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3.1.3   工程地质岩组

不同地层岩性具有不同的力学特性和渗透性，并可能形成特定的地质灾害。盐津地区典型的工程地质岩组有：砂岩+泥质页岩，砂岩+泥岩，第四纪坡积物+页岩，灰岩。砂岩+泥质页岩与砂岩+泥岩多为上硬下软的二元层状结构，在差异化风化作用下，下部页岩或泥质页岩等岩体逐渐风化破碎，使得岩体形成内凹形坡体，上部砂岩则会临空形成危岩体，在人工开挖、地震活动、降雨作用下经常发生崩塌。第四纪坡积物+页岩由于深部页岩渗透性较差，而浅部松散土石体的坡积物渗透率较高，这样使得坡体松散堆积物成为一个天然的蓄水层，在岩土分界面形成滑动面，一旦降水充足，下渗水流具有动水渗透压力，并且由于滑动面上抗滑力减小，极易形成滑坡灾害。区内灰岩多形成反倾层状结构，人工切坡修路时形成下部内凹的危岩体或高陡斜坡，在长期的自重作用下和地震活动时发生崩塌坠落，形成崩塌灾害^[17-21]。

3.1.4   坡体结构

二元结构斜坡比土质或岩质单一结构斜坡产生地质灾害的概率大。顺向斜坡和斜向斜坡容易产生滑坡；反向斜坡和横向斜坡容易产生危岩崩塌；碎裂状斜坡容易发生地质灾害。

单一结构斜坡由于内部没有天然的介质分界面，只有在顺向或斜向坡时才容易形成贯通性的结构滑动面。二元结构斜坡中，岩石和土体的力学性质和渗透性有显著差异，使岩土分界面容易变成潜在的滑动面，导致滑坡崩塌的发生。顺向坡或斜向坡的地层倾向与坡面平行或小角度相交，容易顺层滑动或切层滑动；反向坡或横向坡则由于重力卸荷作用易形成崩塌灾害，如：盐井镇黄家坪危岩的斜坡结构类型为横向斜坡，普洱集镇危岩带发育在缓倾反向斜坡之上。

3.2   诱发因素

3.2.1   地震活动

区内地震活动十分强烈，仅在近几十年内，该区域及相邻区域发生数次地震，如：1974年5月11日大关7.1级、8月29日大关4.7级2次地震；2006年7月22日盐津5.1级、2010年10月18日盐津4.6级地震；2012年9月7日彝良5.7级地震，2013年2月7日豆沙关4.2级地震，2014年8月3日鲁甸6.5级地震。由此可见盐津地区地震活动虽然震级较小，但异常频繁。频繁的地震活动一方面导致岩土体松散破碎，并且形成片理或节理，使得岩体强度降低，成为地质体中的软弱结构面，为崩塌、滑坡、泥石流的发生提供了物质条件，导致崩塌、滑坡、泥石流灾害的发生；另一方面地震活动使地质体和岩石的应力状态发生调整，斜坡岩体发生卸荷作用，成为斜坡失稳的主要动力，为地质灾害的发生提供了动力条件^[22-25]。地震波传播到崩塌危岩体时，已经具有拉张裂隙的危岩体猛烈碰击破裂面或者直接逃逸飞离所在坡体，造成严重的崩塌灾害，如2006年7月22日盐津5.1级地震，震中豆沙关直接诱发了严重的崩塌滚石灾害，砸断了成昆铁路铁轨，多人被崩落巨石砸死砸伤。此外，地震活动往往导致一些不稳定斜坡直接发生崩塌滑坡地质灾害等，形成滑坡崩塌-堰塞湖-泥石流地质灾害链^[26]。

3.2.2   降雨

区内的密集水系及时间较长的雨季，使得水的作用十分明显，全面影响着崩塌滑坡泥石流的发生，是导致地质灾害发生的主要诱发因素。水使岩土体强度降低，直接使浅表层的三叠纪泥岩、泥页岩发生崩解泥化，导致岩体结构发生破坏，使斜坡稳定性显著降低。强降雨时水流湍急，水流的冲刷作用十分强烈，特别是在河流岸坡处，长时间降雨，河水上涨急速冲刷岸坡坡脚，使得潜在滑动面临空。在水电站库坝蓄水后，库水位上涨，岸坡受静水压力作用，水使土体的有效应力减小，并且软化岸坡岩土体，抗剪强度降低，进一步降低岸坡稳定性。此外强降雨致使高耸岩体的张裂隙充水，非常不利于高耸岩质斜坡的稳定性；在强降雨条件下，斜坡面上汇水下渗，对斜坡产生渗透压力，不利于斜坡稳定。

因此，降雨是诱发盐津地区地质灾害发生的主要因素，长时期干旱后或连续降雨后再下大雨或暴雨，极易诱发地质灾害。例如2002年8月1日至12日连续降雨，造成县域内10个乡镇均不同程度地发生了规模不一的地质灾害。

3.2.3   人类活动

除去自然因素，人为因素对盐津地质灾害也起了很大作用。由于人类陡坡耕种、毁林开荒，引发水土流失，在基础设施建设和城镇发展过程中，削坡过陡或弃土乱倒，矿山的乱采滥挖等，这些人类工程活动已远远超出地质环境的承受能力，大大加剧了地质灾害的形成、发展和发生速度。因此，当前地质灾害频繁发生，规模也空前加剧，与人类经济建设是相关的。盐津地区建设用土地偏少，当地人民往往沿河岸开挖坡脚修路建房，如：盐津新区黄葛槽，政府机关多设在黄葛槽新区，办公楼修建在一个天然岸坡上，所处位置高出河面近100 m，岸坡坡体长约200 m；目前正在修建的新区人民广场，将靠河岸的坡脚部分全部开挖修平，虽然做了锚桩固定处理，但是关河下游不远处修建有撒鱼砣电站，在长期的静水压力及水的软化作用下，强降雨时依然有发生滑动的可能；213国道线沿着关河切坡修建而成，沿线坡体由于切坡而高耸，常见崩塌滚石灾害阻断道路；当地含煤地层丰富，泥煤、褐煤、无烟煤都有产出，2009年关闭整顿小煤矿之前，大量小煤矿无序开采，在矿山附近随意堆放矿渣，为泥石流提供物源；在一些斜坡上，由于农田灌溉，特别是水田灌溉，水的下渗导致岩土体的内聚力与内摩擦角降低，斜坡内部形成软弱结构面，造成斜坡的不稳定，特别是当上部为粘性土、下部为透水性弱的基岩时，在土层与基岩接触带极易形成软弱滑动带，引发滑坡地质灾害，如豆沙镇石门村锣锅田，地处关河东岸斜坡，坡上主要为水田，下伏基岩为志留纪灰岩，坡体2011年已发生过小规模滑动。因此，人类工程活动也是地质灾害频发不可忽视的诱发因素^[27~30]。

4.   盐津地区典型地质灾害剖析

4.1   柿子乡柿子村两河口滑坡

柿子乡两河口滑坡位于柿子乡两河口村柿凤公路与成昆铁路交叉口，滑坡体坐标：北纬27°59′43.7″，东经104°11′1.6″。滑坡体长约360 m，前缘宽约450 m，厚约8 m，面积约16.2×10⁴ m²，体积约129.6×10⁴ m³，属大型滑坡(见图 4)。滑坡平面呈半圆形，剖面呈凸型，滑坡体坡度26°，主滑动方向190°，控滑结构面为岩土分界面(见图 5)。滑坡体由第四系松散含砾石黏土组成，结构松散，滑床岩体为中志留统(S₂)粉砂岩、粉砂质页岩泥岩互层。1995年7月滑坡体后缘产生拉张裂缝，在强降雨作用下，发生小规模滑动；2001年7月滑坡体前缘发生二次滑坡，2002年8月发生第三次滑坡，致使213国道堵塞，堵塞时间长达5天。

图  4  柿子乡柿子村两河口滑坡滑床岩性与全景图

Figure  4.  Slide bed lithology and panorama of Lianghekou landslide in Shizi village Shizi township

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图  5  柿子乡柿子村两河口滑坡

Figure  5.  Lianghekou landslide at Shizi village of Shizi township

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该滑坡的主要影响因素为降雨。降雨导致滑动面上有效应力降低，抗滑力减小，还使土岩的粘聚力与内摩擦角减小，进一步减小抗滑力，此外强降雨条件下，水流渗透流速较大具有动水压力，不利于滑坡稳定性。目前该滑坡仍处于变形阶段，未来可能会发生滑坡灾害。

4.2   兴隆乡石板圹崩塌

兴隆乡石板圹崩塌位于兴隆乡石板圹北部，坐标：北纬28°18′19.2″，东经104°23′18.4″。崩塌体地层为上三叠统－下侏罗统(T₃－J₁x)，上部为黄灰色中－厚层状石英砂岩，下部为紫红色泥岩，地层产状85°∠11°。该斜坡体长约125 m，平均坡度近65°，坡向SE 125°，顶部沿层面有反倾现象(见图 6)。坡体在兴隆西河岸岸坡中部，因修路进行了人工切坡，加剧了崩塌发生的可能性。由于坡体为上部砂岩下部碎裂状泥岩的软硬二元结构，下部泥岩内凹而上部砂岩临空，下部泥岩在重力作用或地震动作用下会发生剪切破坏，在雨水溶胀作用下会发生崩解，都容易导致崩塌灾害。

图  6  兴隆乡石板圹崩塌

Figure  6.  Collapse at Shibankuang of Xinglong township

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5.   结论与建议

盐津地区地质灾害包括滑坡、崩塌、泥石流，其中以滑坡和崩塌为主；地质灾害主要分布于河流两岸，多发生在砂岩、页岩、泥岩、灰岩地层中；地质灾害形成的主要控制因素是地质构造、地形地貌、坡体结构和岩土体工程地质岩组，主要诱发因素是新构造运动与地震活动、降水和人类工程活动。

盐津地区处于川黔经向构造体系之盐津－威信构造带，构造形迹主要表现为褶皱与断裂，地震频发，新构造运动强烈，建议进一步开展新构造运动对地质灾害的控制作用研究；地质灾害与气象水文条件密切相关，建议加强地质灾害气象预警研究。