王學良等-EG&RS：青藏高原構造內動力作用下淺地表巖體破裂規律與區域滑坡驅動機制
巖體強度是工程地質學中淺層地表巖體穩定性和地質災害時空預測的核心內容之一。基於巖體結構控制理論，巖體強度受巖體結構（結構體和結構面）的控制。其中，構造結構面是巖體結構面的重要型別。前人從構造地質學的角度對伴生斷層的構造結構面特徵等進行了相關研究。限於多尺度精細化分析技術和研究素材的限制，對構造內動力與淺地表巖體破裂的協同作用特徵，以及構造擠壓作用下斷裂-坡體強度-巖體結構-滑坡災害在空間上的協同發育規律尚缺乏精細化研究。同時，在構造活躍區，構造抬升/河流下切使得山體和溝谷的形貌邊界處於動態變化過程中，其與巖體強度等因素互動控制著滑坡災害的發生。在這種內外動力耦合作用下，構造活躍區斜坡侵蝕和滑坡災害的主導驅動因素及其驅動機制如何尚缺乏定量化的研究。而上述問題直接影響著構造活躍區重大工程的選址、防護和地質災害防災減災的科學決策和風險管控。
針對上述問題，中國科學院地質與地球物理研究所頁岩氣與地質工程院重點實驗室王學良副研究員與祁生文研究員、張路青研究員等合作者，基於青藏高原雅江縫合帶加查-波密段的構造擠壓和隆升背景，利用衛星遙感資料分析，無人機、LiDAR地表形貌特徵精細測量（圖1-圖2），巖體結構資訊自動化處理和坡體強度引數反分析等技術手段，從區域-山體-巖體多空間尺度，研究了構造擠壓作用下淺層地表坡體強度-巖體結構-滑坡災害與深部熱效應相協同的空間演化規律，區域滑坡的驅動機制及其空間分佈的智慧化識別方法等。
圖1 基於高精度三維地形資料（a坡度圖和b陰影圖）的滑坡災害識別及其幾何特徵提取
圖2 基於無人機低空獲取的精細坡體三維點雲資料（a，圖中紅框長寬為100 m）及巖體結構面產狀資訊自動提取（b）
研究發現：雅江斷裂帶的逆衝作用控制了巖體結構的發育、空間幾何和力學強度特徵。由斷裂帶核部到影響區邊界，伴生雅江斷裂帶的構造結構面逐漸消失。隨著構造作用的減弱，巖體結構面的密度不斷減低，並與斷層距離呈現出負指數的冪函式關係。上述巖體結構的空間演化也被歷史崩滑災害的分佈及其塊體大小的資料特徵所印證。在力學強度方面，構造擠壓作用的減弱導致斜坡巖體的力學強度引數（c和φ）與斷層距離呈現出正指數的冪函式關係；並且在影響區之外，斜坡的巖體強度呈現出不再受構造作用的影響特徵。對比前人在研究區對構造擠壓的熱效應研究結果，雅江斷裂帶逆衝擠壓作用下淺地表巖體破裂的空間演化邊界與其熱效應的作用邊界具有良好的一致性。綜合上述結果，釐定了研究區雅江斷裂帶逆衝作用造成淺地表巖體破裂的影響範圍為5.9±0.6km（圖3）。
圖3 雅江斷裂帶朗縣臥龍段典型剖面及巖體結構幾何、強度引數（c）值和災害點密度隨斷層帶距離的關係圖
在構造作用不強烈或相似背景條件區，低斜坡強度山體往往比高強度山體的滑坡災害更為頻發。然而，對比構造抬升/河流下切作用程度不同的地區（如雅江斷裂帶魯朗-通麥段和加查-朗縣段），其滑坡災害的發育程度與坡體強度卻呈現出正相關的關係。例如，計算發現，雅江斷裂帶魯朗-通麥段的坡體強度為420-770 kPa，朗縣段的為140-340 kPa；前者滑坡災害的發育密度約為後者的兩倍。研究認為，雅江斷裂帶斜坡的穩定性受控於巖體強度，但是其滑坡發生的主要驅動因素是構造抬升和河流下切（圖4）。另外，加查-朗縣段的滑坡災害也呈現出地震效應的影響特徵：即主要分佈在坡體中上部，且運動距離更遠；滑坡的發生時間具有聚集性和群發性特徵。
基於構造抬升/河流下切驅動斜坡形貌邊界的動態變化和滑坡發生的機制認識，構建了考慮地形雙指標（高度和坡度）臨界狀態的區域崩滑災害智慧化識別的方法和步驟，並在研究區進行了應用和預測效果檢驗。
圖4 基於庫爾曼模型的構造抬升/河流下切驅動區域滑坡機制圖
此項工作的研究意義在於：
（1）提出了構造作用下淺地表巖體結構幾何和強度特徵隨斷層帶距離變化的規律和函式模式，為構造內動力與淺地表巖體破裂的協同作用提供了關鍵證據和視窗。
（2）提出了構造活躍區構造抬升/河流下切對區域滑坡發生的驅動作用大於巖體強度降低作用的新認識，為完善基於巖體強度計算的滑坡易發性模型和地貌演化模型等提供依據。
（3）所提出的相關引數規律和量值等可為研究區重大工程（如川藏鐵路、電力聯網工程等）的選址、支護和防災減災等提供參考。
研究成果分別發表於國際工程地質學權威期刊Engineering Geology及Remote Sensing。研究受第二次青藏高原綜合科學考察研究、國家重點研發計劃和中國科學院戰略性先導專項（A類）等的聯合資助。
1. 王學良，Crosta G B，Clague J J，Stead D，孫娟娟，祁生文，劉海洋. Fault controls on spatial variation of fracture density and rockmass strength within the Yarlung Tsangpo Fault damage zone (southeastern Tibet)[J]. Engineering Geology, 2021，291：106238. DOI: 10.1016/j.enggeo.2021.106238.
2. 王學良，Clague J J，Crosta G B，孫娟娟，Stead D，祁生文，張路青. Relationship between the spatial distribution of landslides androck mass strength, and implications for the driving mechanism of landslides intectonically active mountain ranges[J]. Engineering Geology, 2021，292. 106281.DOI: 10.1016/j.enggeo.2021.106281.
3. 王學良，劉海洋，孫娟娟. A new approach for identification of potentialrockfall source areas controlled by rock mass strength at a regional scale[J].Remote Sensing, 2021,13: 938. DOI: 10.3390/rs13050 938.
