麦积区图幅位于甘肃省东南天水市，行政区域涉及麦积区、清水县，部分涉及秦州区。图幅地理坐标：东经105°45′00″—106°00′00″，北纬34°30′00″—34°40′00″，面积440 km²。天水市及周边地质构造复杂，地质环境差，尤以黄土滑坡灾害最为多发。近年来，随着黄土地区经济的快速发展，黄土滑坡灾害发生频率呈明显增加趋势，严重威胁着当地人民的生命财产安全。自吴玮江等^[1]对甘肃省东部滑坡基本规律进行研究以来，国内学者在黄土滑坡的分类、诱发因素、形成机理和演化模式等方面取得了大量成果^[1~9]，积极推进了黄土滑坡的研究进程。与此同时，许多学者还开展了天水市灾害现状和防治对策的研究，并在其基础上分析了天水市所存在的环境地质问题，提出了相应的防治对策^[10~15]，对黄土高原区滑坡的防治起到了积极的作用。以往成果多集中于区域黄土滑坡的发育规律或单体黄土滑坡形成机理研究，而较少涉及秦岭北麓天水市麦积区黄土滑坡发育分布特征和孕灾因素的研究。本文基于麦积区幅内黄土滑坡的野外详细调查和测绘，以天水市麦积区幅为例，分析了黄土滑坡的时空分布特征及其孕灾因素，以期为黄土滑坡的防治预警、城市和新农村建设规划、重大工程选址等提供技术支撑。

1.   研究区地质背景

麦积区幅地处陇西黄土高原，南邻西秦岭山区，属渭河流域。地势上整体呈西高东低，最高点位于区内西南鸡木塄坎附近，海拔1923 m；最低点位于区内渭河东缘最下游，海拔1061 m，相对高差862 m。区内按岩土体性质可划分为黄土区和基岩区，其中黄土区地形坡度变化较大，坡顶至坡脚相对高差100~400 m；基岩区坡度多在30°以上，相对高差200~500 m。区内山脉走向以北西西向、北东向、近南北向为主，是渭河及其支流的分水岭，地貌上发育黄土塬、梁、峁、冲沟。

区内出露地层主要有第四系、新近系、古近系、下古生界牛头河群。第四系出露岩性主要为Q₄河流堆积物、泥石流堆积物、滑坡堆积物、残坡积物及风成黄土、Q₃马兰黄土、Q₂离石黄土。Q₄河流堆积物主要分布在渭河河床及其Ⅰ、Ⅱ级阶地，泥石流堆积物分布在渭河支流沟口，滑坡堆积物分布于全区，风成黄土则广泛分布于梁峁区，Q₃、Q₂黄土呈披覆式覆盖在新近系泥岩之上。新近系岩性为红色或杂色泥岩，主要出露于渭河以南马跑泉镇阮山村，渭河及其支流岸坡，产状近水平。古近系岩性为红色砂砾岩，区内仅零星出露。下古生界牛头河群岩性为中—细粒片岩、片麻岩，出露于渭河、牛头河两岸岸坡，地层厚度较大。区内局部见火成岩出露，主要为印支、燕山期黑云母斑状花岗岩和中粗—中细粒花岗岩，分布范围小。

天水地区构造上位于青藏高原东北缘近南北向构造带与秦岭构造带交汇区，发育西秦岭北缘断裂带(F_XQL)、礼县—罗家堡断裂(F_LL)(见图 1)。西秦岭北缘断裂是青藏高原东部一条重要的北西西向断裂，以往研究^[16~20]表明，该断裂由多条左旋左阶的次级断裂组成，具有较长的活动历史，形成于加里东期，在海西、燕山期有过强烈活动，是一条错断地壳、影响地幔的深大断裂。断裂早期本为压性断裂，大约自中更新世以来转变为以左旋走滑为主兼具正断分量性质，其断面呈高角度倾斜。幅内主要发育北西西向西秦岭北缘断裂带天水段(即凤凰山—天水断裂)，总体走向NWW285°，倾向北东，长约46 km，地貌上以一系列的断层陡崖、断层谷及沟脊的水平错断为特征，现今活动性强^[22]。

图  1  天水地区主要活动断裂及地震分布图(据文献[21]修编)

Figure  1.  Main active faults and earthquakes in Tianshui area

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天水市地处六盘山南北地震带中段天水—武都地震带与秦岭北缘东西地震带中部天水—兰州地震带的交汇复合部位，历史地震频繁。沿西秦岭北缘断裂带历史上曾多次发生过6.5级以上地震(见图 1)，如公元143年甘谷7级地震、734年天水西南7级地震、1654年天水南8级地震、1920年海原8.5级地震等。地震活动造成严重的人员伤亡和经济损失，并诱发了大量滑坡、泥石流灾害。1920-12-16海原8.5级大地震时形成了我国最大规模的黄土滑坡群，据不完全统计，仅海原、固原、西吉三县Ⅸ度区内，严重的地震滑坡面积就达3800 km^2[23]。

研究区属大陆半湿润季风气候，多年平均气温10.5 ℃。降雨以暴雨和连阴雨形式为主，且主要集中在7—9月。据麦积区气象站降水资料(1998—2013年)统计，多年平均降水量525.2 mm，最大817.3 mm(2013年)，最小347.7 mm(2004年)。研究区主要河流为渭河及其支流籍河、牛头河、颍川河、东柯河等。渭河年平均径流量12.7×10⁸ m³，流量随季节性变化明显。藉河是渭河流域最大的一级支流，自西向东径流至麦积区西汇入渭河。

2.   黄土滑坡发育类型与分布特征

2.1   黄土滑坡发育类型

2.1.1   滑坡物质组成分类

吴玮江等^[2]提出广义黄土滑坡系指发生在黄土地区的主要由黄土或黄土与下伏中、新生界泥岩组成的滑坡。根据滑坡体物质组成及滑面的发育位置，依据文献[2]提出的黄土滑坡分类方案，将广义黄土滑坡进一步划分为黄土层内滑坡、黄土-泥岩接触面滑坡、黄土-泥岩顺层滑坡和黄土-泥岩切层滑坡4种基本类型。结合野外调查结果，对区内438处体积大于1×10⁴ m³的黄土滑坡进行统计(见图 2a)，从中可以看出，研究区以黄土-泥岩接触面滑坡为主，占黄土滑坡总数的57.8%；其次为黄土-泥岩顺层滑坡，占20.3%；黄土层内滑坡与黄土-泥岩切层滑坡共占21.9%。

图  2  麦积区幅黄土滑坡发育类型统计

Figure  2.  Different kinds of loess landslide in MaiJi mappable unit

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2.1.2   滑坡体积大小分类

依据滑坡体积大小对区内发育的滑坡进行统计分析，结果见图 2b。由图 2b可见，研究区滑坡以大型滑坡为主，占53.2%；其次为中型滑坡，占30.6%；巨型滑坡占10.3%；而小型滑坡仅占5.9%。

野外调查和室内分析结果表明，对不同类型、不同体积的黄土滑坡来说，不同物质组成的滑坡在体积上具有差异性与相关性，表现为黄土层内滑坡多为小型—中型滑坡，黄土-泥岩接触面滑坡多为中型—大型滑坡，黄土-泥岩顺层滑坡多为大型—巨型滑坡，而黄土-泥岩切层滑坡规模变化大。

2.2   滑坡发育分布特征

麦积区幅黄土滑坡发育，特点明显，各滑坡发育分布见图 3。

图  3  麦积区幅黄土滑坡灾害发育分布图

Figure  3.  Distribution of loess landslide in MaiJi mappale unit

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2.2.1   空间发育分布特征

2.2.1.1   区域上滑坡发育分布不均匀

麦积区幅内黄土滑坡发育数量多，密度大，分布范围广。主要发育于籍河与渭河之间、渭河以北至金家坪—郝头—窑店—张家山一带，约占全区滑坡总量的50%；而区内水家沟左岸、药泉—上湾村一线西南和牛头河右岸岸坡等区域，滑坡发育数量相对较少。总体体现出研究区滑坡分布具不均匀性特征，具体表现在以下几个方面：

① 麦积区幅内滑坡主要发育于黄土区。黄土区发育滑坡共438处，占全区97.1%，数量多，类型丰富。基岩区发育滑坡13处，占全区2.9%，数量少，类型单一，常以小型—中型滑坡为主。

② 渭河支流中，走向近南北向沟谷较走向近东西向沟谷滑坡发育程度更高。研究区广泛发育的南北向沟谷，如东柯河、董家河，水家沟等，作为渭河的一级或二级支流，下切深度较大，沿沟谷两岸滑坡发育彻底，数量多，类型丰富；而区内东西向沟谷，如塬引河、稠泥河、秋树沟等，集中分布在研究区东部渭河支流颍川河、东柯河和牛头河附近，多为渭河的三级支流，其下切深度较渭河一、二级支流下切深度浅，进而沿沟谷岸坡滑坡发育数量较少，类型单一，多以中—小型滑坡为主。

③ 沟谷两侧滑坡分布不对称。渭河的一、二级支流岸坡是研究区黄土滑坡分布的主要地段，滑坡在沟谷两侧岸坡发育不均。受幅内总体西高东低地势影响，走向近南北向的沟谷一般东岸受河流侧蚀作用较强烈，地形较陡，滑坡发生的频率较西岸高，规模亦大。如东柯河右岸发育滑坡10处，且规模以大—中型为主；左岸发育滑坡5处，以中型为主。与此不同的是，在走向近东西向的沟谷，因其受整体地形影响较小，常在沟谷两侧斜坡对应发育数量相近的滑坡，但两岸滑坡的规模却存在明显的不对称性。如稠泥河左岸发育滑坡6处，滑坡规模以巨型—大型为主；右岸发育滑坡8处，规模以大型—中型为主。

2.2.1.2   以流域为单元，滑坡成群或成带发育特征明显

研究区黄土滑坡以流域为单元集中发育，形成平面上呈带状分布的滑坡密集区。滑坡总体上沿西秦岭北缘断裂两侧呈NW320°和NW300°密集发育，多集中在渭河一、二级支流中下游；且沿沟谷岸坡，滑坡成群发育特征明显。规模上，滑坡群内的单体滑坡一方面表现为浅表层滑坡、溜坡为主，如后沟右岸滑坡群(见图 4)、曲沟左右岸滑坡群等，是季节性降雨作用的结果；另一方面则表现为以大型—巨型滑坡为主，如孙家沟沟口滑坡群、田家下滑坡群等，多为历史地震诱发所致。

图  4  后沟右岸滑坡群(镜向SE)及其平面图

Figure  4.  Landslide group on the right bank of Hougou

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2.2.1.3   各区域滑坡体平均厚度差异大

在不论体积进行所有滑坡的平均厚度对比的基础上，进一步对滑坡中发育最广泛的大型滑坡进行平均厚度对比，以降低区域上不同体积滑坡分布的不均衡带来的统计误差影响。采用对研究区的滑坡体平均厚度、滑坡体厚度离差系数(表示标准差相对于平均数大小的相对量)同时统计的方式，对渭河以北与渭河以南、牛头河以东与牛头河以西、牛头河西部各区域以及籍河—渭河一线以南的各区域进行对比，结果如图 5所示。

图  5  麦积区幅内各区域黄土滑坡滑坡体平均厚度对比

Figure  5.  Average loess landslides thickness comparison of different area in MaiJi mappable unit

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由图 5可以看出：

① 渭河以北滑坡体平均厚度较渭河以南大，且渭河以北滑坡体厚度变化较大(见图 5a)。

② 牛头河东部区域滑坡体平均厚度较牛头河西部小，且东部区域滑坡体厚度变化较小(见图 5b)。

③ 牛头河以西区域，沿垂直北东向冲沟方向，由南东至北西方向(依次发育柳沟、杨湾沟、孙家沟、曹家沟)滑坡体平均厚度逐渐减小，以柳沟—杨湾沟区域滑坡体厚度变化最大(见图 5c)。

④ 籍河—渭河一线以南区域，垂直南北向冲沟方向，由东至西(依次发育东柯河、颍川河、九峪沟、张家河)滑坡体厚度逐渐减小，以东柯河东部区域滑坡体厚度变化最大(见图 5d)。

由此可知，图幅范围内由西向东、由南向北滑坡体平均厚度呈逐渐增大之势，但滑坡体的厚度变化未见明显规律。区内滑坡体平均厚度离差系数在牛头河以西区域最大，反映牛头河以西的区域滑坡形成机理和成灾模式较复杂，受滑坡孕灾因素影响也较复杂。

2.2.1.4   滑坡多发生于坡角为10°—30°的斜坡上

采用ArcGIS软件表面分析功能和DEM数据获得地形坡度，将麦积区幅内分布的滑坡按斜坡坡度5°的间隔分级统计(见图 6)可知，发生在坡度小于10°斜坡上的滑坡有22处，占5%；10°—15°斜坡上的滑坡有58处，占13%；15°—20°斜坡上的滑坡有137处，占31%；20°—25°斜坡上的滑坡有110处，占25%；25°—30°斜坡上的滑坡有69处，占16%；30°—35°斜坡上的滑坡有20处，占5%；35°—40°斜坡上的滑坡有17处，占4%；大于40°斜坡上的滑坡仅有5处，占1%。研究区发生在15°—30°斜坡上的滑坡占全部滑坡的72%，反映了麦积区幅内坡角为15°—30°的斜坡易发生大型黄土滑坡，常形成滑坡密集区。

图  6  研究区地形坡度与滑坡的关系

Figure  6.  Relationship between topographic slope with loess landslides

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2.2.2   时间上的发育特点

2.2.2.1   滑坡形成期次

已有资料^[10~15]和野外调查结果表明，麦积区幅内发育不同期次的滑坡。依据滑坡要素保存的完整性及滑坡特点，可初步判断滑坡形成的先后顺序，进而将区内黄土滑坡划分为3个期次(见图 7)。

图  7  麦积区幅内第一、二、三期次滑坡

Figure  7.  Landslides in Maiji mappable unit formed in three different times

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第一期次滑坡：滑坡总体具圈椅状地貌，但形态遭改造特别严重，滑坡要素极不完全。这类滑坡发育最早，遭后期改造严重，通常只有巨型—大型滑坡保存，中型—小型滑坡已不复存在，滑坡现今稳定，如录树坪滑坡、金集北滑坡、红湾滑坡(见图 7a)等。

第二期次滑坡：滑坡具圈椅状地貌明显，后壁和侧壁形态保存较完整，滑坡要素基本保存齐全，少见或未见滑坡体。这类滑坡的形成年代较第一期次滑坡晚，以大型—中型滑坡为主，是研究区主要滑坡类型，多为历史地震滑坡，如瓦寨村滑坡、杨郝村东南滑坡、税湾滑坡、张家山梁背后滑坡(见图 7b)等。

第三期次滑坡：滑坡形态保存完整，滑坡要素完全，通常滑坡体变形强烈，滑动迹象明显(如后壁陡坎完整，滑坡体上剪张裂缝发育，后壁发育拉张裂缝，滑坡体上发育醉汉林等)。这类滑坡多为近年来降雨滑坡，以中型—小型滑坡为主，现今稳定性差，如窑店村南滑坡(见图 7c)、桑寨村南滑坡、槐树湾北滑坡等。

2.2.2.2   较晚形成的滑坡切割改造较早形成的滑坡

相邻的滑坡在形成过程中，通常表现为较后形成的滑坡破坏早先形成的滑坡基本要素。如窑店村西1号滑坡与窑店村西2号滑坡相邻且同属于第二期次滑坡，但窑店村西2号滑坡在形成过程中将窑店村1号滑坡西侧壁切割(见图 8)，据此可知窑店村西2号滑坡形成的时间要较窑店村西1号滑坡稍晚。

图  8  窑店村西不同期次的滑坡切割及嵌套(镜向NW)

Figure  8.  Cut and containment relation of landslide in West Yaodian

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2.2.2.3   先期形成的滑坡常受后期改造，形成多期次复合型滑坡

在先期形成的滑坡体前缘，松散滑坡堆积体遭受到切坡或是流水侵蚀形成较大临空面时，滑坡发生蠕滑变形，常在滑坡前缘形成次级小滑坡(见图 8)。通常小滑坡形态清楚，滑坡要素保存完全。如窑店村西一号滑坡前缘的小滑坡为村民修建通村公路切破所致。

3.   黄土滑坡形成的孕灾因素

麦积区幅内黄土滑坡是在内、外动力地质作用下形成的，它既受环境地质条件制约，又受地震、降雨、人类工程活动等因素控制，其中地震和降雨是该区黄土滑坡的主要诱发因素。

3.1   地质构造条件

以往研究表明，构造条件特别是活动断裂是影响滑坡稳定的重要因子，活动断裂对滑坡区域上的空间分布具有明显的控制作用，断裂活动性越强，断裂影响范围内的地质灾害越发育且分布越密集^{[20, 22~25]}。凤凰山—天水断裂属全新世活动断裂，自第四纪以来，断裂平均以0.54~0.72 mm/a的速率发生垂直位错^[24]，在空间上控制黄土滑坡沿断裂走向成条带状分布。断层性质也影响着滑坡的空间分布，相较于同等规模、震级的其他性质断层，逆冲断层所诱发的滑坡数量多、分布范围广，并且逆冲断裂触发的滑坡大部分分布在断裂上盘，具有明显的上盘效应。研究区籍河以北—渭河以南区域可见大型、特大型滑坡的密集分布，且主要位于断裂上盘(见图 3)，突出反映了凤凰山—天水断裂对滑坡发育分布的控制作用。

3.2   地形和地貌条件

受区域新构造运动影响，第四纪以来，本区抬升强烈，地形破碎，河流下切多形成边坡高陡的黄土梁、冲沟地貌，为滑坡的形成提供了基本空间条件。在地壳间歇性抬升的同时，区内风成黄土也在不断沉积加厚，古地形低洼处形成厚度较大的黄土沉积，而黄土的堆积厚度直接影响着黄土滑坡主滑面的切割深度。相同条件下，不同的古地形也控制着滑坡的分布和形成规模。古地形高差越大的区域，滑坡越发育，规模也越大。研究区古地形总体西高东低、南高北低，使得黄土沉积厚度东部较西部、南部较北部薄，呈现黄土滑坡滑坡体平均厚度变化为由南至北、由东向西逐渐减小(见图 5)的基本格局。

3.3   地层岩性条件

麦积区幅内与滑坡有关的地层主要为第四系Q₄堆积物、Q_2-3黄土及新近系泥岩。第四系黄土通常呈披覆式覆盖在新近系泥岩之上，构成了特殊的黄土-泥岩二元结构边坡(见图 9)。上覆黄土因垂直节理裂隙发育，且具有较高的渗透性，通常可作为降雨条件下水的下渗通道，而接触面下伏新近系泥岩又具有隔水性特征，进而在黄土-泥岩接触面附近形成滞水区。新近系泥岩表层的强风化带遇长时间水的作用，泥岩中膨胀性黏土矿物(如伊利石/蒙脱石混层矿物)吸水膨胀，易发生软化、泥化作用，抗剪强度急剧降低；同时，遇水后上覆黄土重度增加，沿黄土-泥岩接触面方向上产生的剪应力增大，一旦剪应力超过接触面抗剪强度，上覆黄土将沿土-岩力学性质差异面下滑，形成滑坡。该类黄土滑坡是区内分布最广的滑坡类型，其运动过程通常沿黄土-泥岩接触面呈解体式块体滑移，同时伴随沿黄土内部的局部滑移，其变形特征主要受制于坡形、黄土结构和性质，尤其是受控于黄土-泥岩接触面产状和性质，通常产状倾角越小，斜坡越稳定。幅内分布的锻压机床厂滑坡、半山村滑坡、高何滑坡等均为这一类型滑坡，规模通常以中—大型为主。

图  9  研究区上覆黄土与基座泥岩构成的特殊二元结构

Figure  9.  Overlying loess and basement mudstone double layered structure in the study area

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3.4   地震

地震是诱发滑坡形成的重要因素，5~6级地震即可产生地震滑坡，地震滑坡范围可达到数十甚至上百平方千米，常具规模大、滑速高、滑距远等特点^{[8, 26~29]}。区内主要受公元143年甘谷西7级地震、734年天水西南7.0级地震、1654年天水8.0级地震和1936年天水6.0级地震直接影响，滑坡具成群成带分布特征明显，同时控制了研究区大量斜坡坡角为10°—30°的大型—巨型滑坡的形成。David^[30]、许强等^[31]对地震滑坡的背面坡效应研究成果表明，地震波传播的背坡面一侧的滑坡发育密度明显大于迎坡面一侧。野外调查结果显示，研究区地震诱发黄土滑坡具有类似特点。天水地区影响研究区黄土滑坡的地震主要集中在研究区的南部和西部附近，地震波主要由南向北、自西向东方向传播，斜坡坡向北与坡向东为地震波传播背坡面。区内金集—录树坪以北系列大—巨型滑坡、张山村—窑店村北东系列滑坡及税柳村附近系列大滑坡等均是发育在地震波传播的背坡面一侧；而与之对应的地震波迎面坡，仅发育数量较少且规模不大的滑坡。上述区域地震波背面坡滑坡发育数量明显多于迎面坡，且地震波背面坡多以大型—巨型滑坡为主。

3.5   降雨

降雨是诱发黄土滑坡的直接因素，黄土滑坡空间上多发生在降雨量高的区域，时间上多集中在雨季。据统计，区内2013年7月的强降雨新增大小滑坡就达20余处。一方面，雨水沿黄土的垂直节理裂隙下渗至黄土-泥岩接触面，雨水软化了接触带岩土体，加速了坡体的失稳，是区内大部分黄土-泥岩接触面滑坡的诱因；另一方面，黄土渗透能力强，多发的连阴雨使其渗透至黄土层中下部，在长时间作用下，土体软化且重度增大，强度降低，进而触发数量多、但规模不大的浅层黄土滑坡，如桑寨村南滑坡、槐树湾北滑坡(见图 10)。

图  10  天水市麦积区降雨诱发浅层滑坡

Figure  10.  Rainfall-induced landslide in MaiJi mappable unit

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此外，研究区多发的强降雨常使雨水沿沟谷迅速聚集，水动力急剧增大，不断侵蚀沟谷两侧坡脚，使坡体前缘临空面增大，坡体稳定性降低，最终失稳下滑。该类滑坡沿沟谷且以沟口处最为发育，常以中型—小型滑坡为主，如曲沟左、右岸滑坡群、陈湾村南滑坡群等。

4.   结论

野外调查结果表明，天水市麦积区黄土滑坡类型丰富，黄土层内滑坡、黄土-泥岩接触面滑坡、黄土-泥岩顺层滑坡和黄土-泥岩切层滑坡均有分布，以黄土-泥岩接触面滑坡和黄土-泥岩顺层滑坡为主，规模上主要表现为大型—中型滑坡。

麦积区幅黄土滑坡密度大，具有明显的时空分布特征。空间上表现为区域发育不均匀，滑坡体平均厚度呈现由北至南、由西至东逐渐减小，且多沿沟谷成群成带分布，在坡角为15°—30°的斜坡区内易发生中—大型滑坡的特点，时间上则具有多期活动性。

区内黄土滑坡是在地质构造、地形地貌、地层岩性、地震和降雨等诸多因素的综合影响下形成。地形地貌提供了滑坡形成的空间条件，地质构造和地层岩性控制着滑坡的分布，而地震、降雨是黄土滑坡发生的主要诱发因素。研究区黄土滑坡孕灾条件复杂，成因机理多样，定性研究滑坡的影响因素还远远不够，还需要进一步开展定量化研究，探索不同成因的黄土滑坡机理和成灾模式。