2.6 滑带及牵引区软弱带形成年代

为了深入分析滑带和牵引区软弱带的成因及其相互关系，研究滑坡形成机制，本项研究中对滑坡区滑带和牵引区软弱带进行了测年分析。滑带和牵引区软弱带测年分析工作由本课题子项目承担单位中国地质大学（北京）完成，负责人为文宝萍教授。

2.6.1 测试方法与式样

（1）测试方法。

由于在滑带和牵引区软弱带内普遍含有方解石和石英，因此本项研究中选用分别适宜于方解石和石英矿物测年的热电离质谱铀系法（TIMS-U系法）和电子自旋共振方法。

1）热电离质谱铀系法（TIMS-U系法）。热电离质谱铀系法（Thermal ionization mass spectrometry，TIMS）是基于经分离纯化的试样在Re、Ta、Pt等高熔点的金属带表面上，通过高温加热产生热致电离的一门质谱技术。主要应用于地球化学、宇宙化学及地质年代学等领域的高精度同位素比值的测定。TIMS-U铀系法（简称U系法）测定地质年龄范围在数百年到50万年之间，其中第四纪碳酸盐质沉积物等是最适合的研究对象。

U系法测年的基本原理：在自然界的岩石和水体中，广泛分布着放射性元素铀。在天然水体中，铀与碳酸根形成铀酰络合阴离子［UO₂（CO₃）₃］^4-和［UO₂（CO₃）₃］^3-，它们容易溶于水并被水搬运。相反，Th⁴⁺则容易水解，沉淀或被吸附在其他物质上。形成沉淀的Th能被其他固体物质吸附，而不被水带走迁移。已有的研究证明，只有在pH值=3.5的情况下，Th才能与U一起迁移，天然环境中是极少具备这种条件的。这就是铀系不平衡测定碳酸盐年龄的基础。

铀系定年技术是利用铀的衰变系列中的母体和子体不平衡来定年的。U所产生的衰变系列包含许多不同的元素的放射性同位素。由于U的各子体地球化学性质不同，在自然界各种外力作用下，能把衰变链断开，每对断开后没有达到平衡的母子体都可用于定年。近年来，最广泛使用的U系定年法是²³⁸U^-234U^-230Th体系来定年。

²³⁸U^-234U^-230Th体系定年的基本公式为

公式中，（²³⁰Th/²³⁸U）和²³⁴U/²³⁸U是样品实测的放射性比值，1230和1234分别是²³⁰Th和²³⁴U衰变常数，t为样品年龄。

2）电子自旋共振（ESR）法。ESR或EPR（电子顺磁共振）是一种测量液体或固体中的顺磁中心浓度和自由基的非介入方法。

ESR测年的基本原理：第四纪沉积物在各种地质作用下最后一次被搬运、沉积的过程中，或挤压受力过程中有某些或者全部信号晒退回零。这一点就是测年的零点，沉积物的沉积年龄就从此算起直到现在为止。ESR是一种测试沉积物中矿物的原子中未成对电子的方法。ESR测年方法一般选用石英颗粒作为测年的对象。石英沉积之后，在自身和其所在的环境中放射性元素（U，Th，40K等）衰变所产生的α、β、γ以及其他射线（宇宙射线）的辐射下，形成空穴心（原子核）和自由电子，自由电子能被矿物颗粒中杂质（Ge心，Ti心，Al心）与晶格缺陷捕获而形成杂质心与缺陷中心。这些杂质心与空穴心都是顺磁性的，称为顺磁中心。这些顺磁中心的数目与沉积的时间长短成正比。通过对顺磁中心的个数进行测量从而达到测定沉积物年龄的目的。顺磁中心的数目与矿物颗粒自沉积以来所接受的总辐射剂量成正比关系，只要测出矿物自沉积以来的接受的总辐射剂量（TD），并测算出矿物颗粒所在环境中的年剂量率（D），就可以算出样品的年龄（T）。T=TD/D。

（2） 试样。

本项研究中从千将坪滑坡滑壁处有明显新老两组擦痕的方解石脉上采样两组用于TIMS-U系法测年。从滑坡上1号浅井、钻孔ZK1、ZK2内采集主滑带灰黑色、紫红色和黄绿色黏性土样各1组、从牵引区1号平洞、2号平洞、钻孔WK2、WK8内采集2组灰黑色黏性土样、紫红色黏性土和黄绿色黏性土软弱带土样各1组，用于电子自旋共振法测年。

2.6.2 测试结果

（1） TIMS-U系法测年结果。

采自滑坡后壁两组方解石脉试样的U系法测年结果如表2.10所示。由于试样QJP-2中铀含量太低，所测结果误差较大，已经没有严格的定量意义。样品QJP-1的测年结果显示，方解石脉的形成时间可能在5.5万～6.7万年之间。据此推测，方解石脉上记录的与滑坡新近滑动时间斜交的擦痕形成时间应在不足5.5万～6.7万年。

（2）电子自旋共振（ESR）测年结果。

ESR测年结果见表2.11。根据测试结果，滑坡中不同类型主滑带的形成时间不同，灰黑色、黄绿色、紫红色滑带的形成时间可能分别为9.1万～10.9万年、7.5万～11万年、24.7万～31.3万年。

牵引区不同类型的软弱带形成时间也不相同，并且与对应成因滑带的形成时间也不一致，牵引区不同部位同一层灰黑色黏性土软弱带测得6.1万～7.5万年（1号平洞部位）和11.4万～15.6万年（WK2钻孔部位）两个形成时间，黄绿色软弱带的形成时间12万～13.4万年，牵引区前缘反倾坡内紫红色软弱带的形成时间可能为7.8万～9.3万年。

2.6.3 基于测年结果的滑带、牵引区软弱带成因及滑坡性质

（1） 灰黑色黏性土滑带和牵引区软弱带。

由于U系法测年的方解石脉试样和ESR测年的灰黑色滑带土样均位于灰黑色页岩层上，但是，测年结果显示，前者记录的构造活动时间（5.5万～6.7万年）晚于后者（9.1万～10.9万年）。以此推测，滑坡区灰黑色页岩层间至少可能经历了至少两次变形破坏过程。后一次显然与滑坡无关，前一次是否与滑坡有关，仅仅根据测年结果尚无法判断。但是，测年结果至少证实了在滑坡的新近活动（2003年7月13日）之前，滑坡区的灰黑色滑带为已经存在的软弱带，并非新近形成的滑带。

同样，位于牵引区同一层灰黑色页岩上两个不同部位的灰黑色黏性土软弱带的两个不同测年结果表明，该层软弱带也可能经历了至少两次变形破坏过程（6.1万～7.5万年，11.4万～15.6万年）。1号平洞中灰黑色软弱带下部发育的方解石脉表明发育的斜向擦痕说明，牵引区页岩层间也至少经历过一次构造变形过程，而软弱带表面和方解石脉上顺向擦痕是否与顺层斜坡变形破坏有关，还是与构造错动有关，根据测年结果尚难以判断。

对比滑带和牵引区软弱带的测年结果，发生在滑坡后壁方解石脉上的早期层间错动与牵引区1号平洞F4断层处的方解石脉斜向擦痕记录的层间错动很可能属于同一次构造运动，其活动时间可能在5.5万～7.5万年之间。根据钻孔和平洞揭露的牵引区页岩层的发育位置及其产状判断，滑坡区和牵引区的页岩层应为同一岩层，则发育页岩层上的滑坡区灰黑色滑带和牵引区灰黑色软弱带亦应为同一层。综合灰黑色黏性土样的测年结果，可以初步判断，千将坪斜坡区的页岩层面很可能为层间剪切错动面，该层面至少经历了3次变形破坏过程。其中至少有1次与岩层倾向斜交的构造错动，发生在5.5万～7.5万年之间，其余两次以上更早时间的层间错动是否与顺层斜坡运动有关，目前难以判断。

（2）紫红色黏性土滑带和牵引区软弱带。

根据测年结果，滑坡区紫红色主滑带形成时间可能为24.7万～31.3万年。这一结果早于灰黑色滑带的形成时间。说明该层滑带也为滑坡新近活动前已经存在的层间剪切带。

滑坡牵引区前缘发育的缓倾坡内的紫红色软弱带的形成时间为7.8万～9.3万年，不同于滑坡区顺层滑带和牵引区层间软弱带的形成时间。显示千将坪斜坡区除经历了数次层间错动变形破坏外，还经历了切层变形破坏过程。但是，目前尚无证据判断，该类切层错动带的形成与构造作用有关，还是历史上的斜坡变形破坏有关。

（3）黄绿色黏性土滑带和牵引区软弱带。

根据测年结果，滑坡区前部黄绿色主滑带也为一层在滑坡新近活动之前已经存在的层间软弱带，其活动时间可能为7.5万～11.1万年。

滑坡牵引区黄绿色软弱带测年结果则显示，其构造活动时间可能为12万～13.4万年。如果滑坡区、牵引区内，该层软弱带为同一层，该层可能至少经历了两次层间错动。

（4）滑坡性质。

根据测年结果，千将坪三类主滑带中，滑坡中后部和前部的灰黑色（6.1万～7.5万年，11.4万～15.6万年）黏性土滑带、黄绿色黏性土滑带（7.5万～11.1万年，12万～13.4万年）似乎具有相近的活动时间，但是滑坡中前部的紫红色黏性土主滑带（24.7万～34.3万年）则与前两类滑带活动时间不同。如果千将坪滑坡为巨型古滑坡，滑坡新近活动沿老滑带滑动，则老滑带应该具有相近的活动时间。然而，测年结果反映的滑坡主滑带活动时间不一致性，说明新近活动滑坡的主滑带可能并非老滑带滑坡，可能是滑坡前岩层内已经存在的层间错动带，因此，千将坪滑坡可能并非复活型老滑坡，而是沿层间错动带发育的新滑坡。