Research Status and Development Trend on the Mechanism of Mudflow Disasters in the Loess Plateau
-
摘要:
黄土泥流是黄土高原地区较为频发的地质灾害,具有超强的流动性、超远的运动距离及超大的冲击破坏力,时常造成重大灾难发生。科学的认识黄土高原泥流灾变机理对降低灾害风险、采取科学有效的减灾措施具有重要意义。笔者针对黄土泥流孕灾环境特征、流体性质、灾变机理以及监测预警等方面研究的最新进展进行了综述,分析了黄土泥流灾害研究方面所存在的关键科学问题,提出了针对黄土高原泥流灾害研究未来仍需以“野外调研–试验研究–理论分析–实践应用”为研究范式,并采用新理论、新方法、新技术和新设备,考虑黄土泥流多尺度、多时序和多阶段等视角,重点关注复杂孕灾环境下黄土泥流时空发育特征及其超前识别技术研究、黄土泥流演化机制与成灾机理的动力学模型构建、黄土泥流灾害实时监测预警模型及综合评价方法、黄土泥流韧性防控与应急救援综合技术体系等研究方向。
Abstract:Loess mudflow is a frequent geological hazard in the Loess Plateau region, characterized by strong mobility, long-distance movement, and massive impact and destructive force, often causing major disasters. A scientific understanding of the mechanism of mudflow disasters on the Loess Plateau is of great significance for reducing disaster risks and adopting scientifically effective disaster reduction measures. This article first reviews the latest progress in research on the environmental characteristics, fluid properties, disaster mechanisms, and monitoring and early warning of loess mudflow disasters. Then, it analyzes the key scientific issues in the research of loess mudflow disasters. Finally, it is proposed that the future research on mudflow disasters on the Loess Plateau should still take "field investigation - experimental research - theoretical analysis - practical application" as the research paradigm, and adopt new theories, new methods, new technologies and new equipment, and focus on the following research directions considering the multi-scale, multi-time series and multi-stage perspectives of mudflow on the loess Plateau: Study the temporal and spatial development characteristics of loess mudflow and its advanced identification technology under complex disaster-prone environment, build a dynamic model of loess mudflow evolution mechanism and disaster mechanism, establish a real-time monitoring and early warning model of loess mudflow disaster and a comprehensive evaluation method, and form a comprehensive technical system of loess mudflow toughness prevention and control and emergency rescue.
-
古玉器,华夏文明之瑰宝。穿越千年时光,承载深厚文化底蕴。从新石器时代初期开始,古人便开始对优质玉石料进行加工,用作日常礼器和装饰物。透闪石型玉石(软玉),作为中国古玉器中最主要的类型之一,其原料来源一直是众多学者研究和讨论的热点话题(廖任庆等,2005;刘飞等,2009;杨萍等,2009;钟友萍等,2013;于海燕等,2019;张跃峰等,2022)。龙溪玉矿(点)位于四川省汶川县龙溪乡马灯村附近。前人对该地的玉料开展了细致岩相学、矿物学、宝石学以及光谱学研究,认为其是“三星堆遗址”和“金沙遗址”古玉器玉料的重要产地(王春云,1989,1993;向芳等,2008a,2008b;王蔚宁等,2022;徐琳抒等,2022;白洞洲等,2022;付宛璐等,2023)。龙溪软玉颜色多样,主要有青色、青白色、青色、墨绿色等;主要矿物为透闪石,含少量方解石、白云石、滑石及磷灰石等次要矿物;品质不同,次要矿物含量也不同(王蔚宁等,2022;徐琳抒等,2022;白洞洲等,2022;付宛璐等,2023)。龙溪玉平均密度为2.95 g·cm−3,折射率为1.61~1.62,在长、短波紫外光下呈荧光惰性(王蔚宁等,2022;徐琳抒等,2022)。付宛璐等(2023)通过X射线荧光光谱和XRF微区面扫分析,认为V和Cr可能是青绿色龙溪玉的致色元素。对于龙溪玉的成因,王春云(1989,1993)最早提出龙溪玉含玉体是通过白云质大理岩与硅酸溶液相互作用,由白云石向透闪石转变而成。前人在综述国内外典型软玉产地玉石的特征时,将龙溪玉划归为变质热液型或区域变质型(刘飞等,2009;景云涛等,2022)。白洞洲等(2022)对龙溪玉样品进行化学成分分析,认为龙溪玉的化学成分与接触交代作用形成的透闪石玉类似,成玉过程很可能有岩浆热液的参与。先前的研究重点关注了龙溪玉的地质和宝石学特性,但在地球化学识别标志方面的研究尚显不足。然而,这方面的研究对于三星堆和金沙遗址玉器的产地溯源具有重要意义。因此,笔者在野外地质考察和室内岩相学观察的基础上,对典型龙溪玉样品开展了系统的X射线粉晶衍射、X射线荧光光谱、电子探针和电感耦合等离子体质谱分析,对比了龙溪玉与其他产地软玉的差别,探讨了龙溪玉与古蜀三星堆和金沙遗址的玉器矿料的可能联系。
1. 地质背景
研究区位于青藏高原东部的松潘–甘孜地体内。地体东西向延伸,东宽西窄,呈三角状。地体东南缘以龙门山断裂带为界,与扬子板块毗邻(Zhang et al.,1984;Chen et al.,1995,1996),西南缘以金沙江缝合带与羌塘–昌都地块相接,金沙江缝合带被认为是晚古生代俯冲带(Sengör,1985),北侧为东昆仑–西秦岭造山带(图1a)。
区内自西向东分别出露三叠纪西康群、石炭系+二叠系、泥盆系危关群和月里寨群、志留系茂县群、奥陶系以及震旦系地层。巨厚的(5~10 km)三叠系西康群复理石沉积整合覆盖于4~6 km厚震旦系-古生界系列之上;在松潘–甘孜地体东部龙门山断裂带附近出露有前震旦纪(太古代—中元古代)结晶基底(图1b)。印支期扬子、华北和羌塘3个块体之间的收敛使沉积盆地缩短、古特提斯闭合,形成松潘–甘孜造山带(Sengör,1985;Mattauer et al.,1992;Nie et al.,1994)。造山期,三叠系的沉积层向南推覆于扬子板块之上,同时震旦纪—古生代序列强烈变形,形成大规模滑脱构造,使地壳明显增厚(Mattauer et al.,1992)。三叠系的沉积经历了极低到低级的绿片岩相变质,但震旦纪—古生界序列(丹巴地区)经历了Barrovian型变质作用(Mattauer et al.,1992;Huang et al.,2003)。Huang等(2003)通过对松潘甘孜地体内丹巴变质地体的测年和变质作用温压条件分析,对比中生代花岗岩体形成时代的分布,认为中生代第一次变质作用主要发生于204~190 Ma,与扬子–华北两陆块碰撞造成的地壳加厚和缩短有关;第二次变质事件相对较弱,发生于165 Ma前后,被认为是局部热扰动的产物。松潘–甘孜地体内广泛出露花岗岩侵入体。这些花岗岩体的空间分布没有明显的规律性,其形成时代主要在三叠纪末到侏罗纪时期(197~230 Ma),与印支运动有关(Roger et al.,2004;胡健民等,2005;龚大兴等,2019)。
四川龙溪软玉矿(点)位于松潘–甘孜地体东部,靠近NE–SW走向的茂汶断裂(图1b)。在玉矿(点)西部的三叠纪西康群地层中出露印支晚期—燕山期的老君沟和孟通沟花岗岩体,东边靠近茂汶断裂出露晋宁–澄江第四期牟托黑云花岗岩,南部出露雪隆包斜长花岗岩(图1b)。龙溪软玉的含玉体产于志留系茂县群结晶灰岩夹透闪片岩、石榴角闪斜长变粒岩、透闪片岩、角闪黑云片岩之中,与下伏结晶灰岩平行不整合接触,同时被上覆变质火山岩所超复(图2a)。
图 2 龙溪玉地质剖面简图(a)(据王春云,1993修改)、龙溪玉野外露头照片(b~d)Figure 2. (a) The geological profile of Longxi nephrite, (b-d) the field photograph of Longxi nephrite软玉产于由灰白色中厚层状透闪石化大理岩夹透闪石岩(透闪片岩)组成的含玉体中,通常呈不规则透镜状或薄层状,发育于透闪片岩和白云质大理岩局部强烈变形处,与大理岩相互间为整合接触(图2)。依据龙溪软玉的颜色和矿物组成,大致可以将其分为黄绿色玉石、青灰色玉石、墨绿色玉石和黄绿色含放射状闪石矿物的玉石(图3),且玉石通常呈现墨绿色–黄绿色–浅绿色–青白色(白色)的对称色环,部分样品内核为透闪片岩或透闪石化白云质大理岩(图2d、图3i~图3k)。玉石中矿物主要为透闪石,其次为方解石、白云石,含少量磷灰石、金红石、滑石、黄铁矿、黄铜矿以及磁铁矿等(图4)。玉石具有典型的纤维交织结构和叶片交织结构(图4d~图4h),并可见方解石被透闪石交代形成的交代结构(图4c);部分玉石中透闪石和方解石等矿物具有定向排列特征(图4f)。
图 4 龙溪玉玉石及部分围岩样品镜下照片a. 石榴角闪黑云片岩中自形石榴子石;b. 大理岩中可见少量浸染状透闪石;c. 品质较差的玉石中见较多方解石;d. 透闪石化大理岩-黄绿色软玉-墨绿色软玉;e. 黄绿色软玉-墨绿色软玉;f. 墨绿色软玉中透闪石粒度较粗;g. 黄绿色玉石中透闪石颗粒细小;h. 黄绿色玉石中见粗粒透闪石+方解石脉;i. 青灰色玉石中见针柱状闪石矿物;j~l. 玉石中方解石与金红石、黄铜矿、黄铁矿以及方铅矿共生;m~n. 玉石中存在细粒金红石和磷灰石;Am. 角闪石;Bi. 黑云母;Grt. 石榴子石;Q. 石英;Tl. 透闪石;Cal. 方解石;Py. 黄铁矿;Ccp. 黄铜矿;Gn. 方铅矿;Rt. 金红石;Ap. 磷灰石;a~i. 正交偏光;j~k. 反射光;l~n. 背散射图像Figure 4. Mircophotos of Long nephrite and some host rocks samples2. 样品采集及分析方法
2.1 样品采集
本次研究共采集了49块样品,用于分析的样品共12件,其中有2件角闪黑云片岩、1件大理岩、9件龙溪玉样品。所有样品均采来自于四川汶川龙溪乡马灯村“龙溪玉”矿洞口(N31°35′9″;E103°33′22″)。样品详细描述见表1。测试前先对样品进行观察,按照颜色、光泽、透明度、质地等基本特征对样品进行分类。选择典型样品制备探针片,开展岩相学观察和电子探针(EPMA)分析。对部分样品进行碎样处理,把粗碎过的样品放入玛瑙钵中进行手工研磨,研磨至200目的粉末,随后进行X射线粉晶衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析。
表 1 四川龙溪玉及部分围岩样品的基本特征Table 1. Gemmological characteristics of nephrite and some host rocks samples from Longxi, Sichuan Province编号 岩性 描述 LX-1 角闪黑云片岩 深黑色,片状构造,主要矿物为角闪石、黑云母,呈定向排列。 LX-3 角闪黑云片岩 深黑色,片状构造,主要矿物为角闪石、黑云母以及少量石榴子石。 LX-4 大理岩 灰白色,具粒状变晶结构,块状构造。 LX-6 龙溪玉 黄绿色、品质优、质地纯、油脂光泽。 LX-7 龙溪玉 黄绿色、品质优、质地纯、油脂光泽,表皮为灰白色大理岩。 LX-10 龙溪玉 黄绿色、品质较优,表皮可见水草花状的深色物质。 LX-13 龙溪玉 青灰色、品质较差、质地较粗,丝绢-玻璃光泽。 LX-14 龙溪玉 青灰色、品质较差、质地较粗,丝绢-玻璃光泽。 LX-23 龙溪玉 青灰色、质地较粗,丝绢-玻璃光泽,可见针柱状矿物(直径可达0.8 cm)。 LX-24 龙溪玉 黄绿色、质地较细腻,油脂光泽,含较多针柱状矿物。 LX-40 龙溪玉 墨绿色、品质优,表皮为黄绿色玉石。 LX-45 龙溪玉 墨绿色,品质优,表皮为黄绿色玉石,中间夹淡黄色玉石和灰白色大理岩。 2.2 测试方法
X射线粉晶衍射分析和全岩主量元素分析测试在成都南达微构质检技术服务有限公司完成,电子探针实验在西南石油大学地球科学与技术学院电子探针实验室完成。
(1)X射线粉晶衍射分析(XRD):测试仪器为日本理学Rigaku X射线粉末衍射仪ULTIMA IV。测试条件:Cu靶,电压40 kV,电流40 mA,扫描范围(2θ)为5°~70°,步进扫描速度4°/min,步长为0.020°。采用MDI Jade 6 处理实验数据。
(2)X射线荧光光谱仪(XRF):采用Rigaku公司的日本理学ZSX Primus III+型波长色散X射线荧光光谱仪对不同样品进行主量元素含量分析。熔化无水四硼酸锂和偏硼酸锂作为试料,硝酸铵作氧化剂,氟化锂和少量溴化锂作助熔剂和脱模剂。试料∶熔剂(1∶10),在熔样机上熔融,制成玻璃样片。分析元素均用理论α系数校正元素间的吸收–增强效应,根据荧光强度计算主、次成分的量。
(3)电子探针(EPMA):采用型号为JEOL-JXA-8230,配备有4道波谱仪的电子探针显微分析仪(EPMA)对不同类型玉石进行分析。样品在上机测试之前先按照Zhang等(2016)提供的办法镀碳,将样品镀上厚度约20 nm的均匀碳膜。电子探针工作条件为:加速电压15 Kv,加速电流20 nA,束斑直径10 μm。所有测试数据均进行了ZAF校正处理。Na,Mg,K,Ca,Fe,Ti,Al,Si,Ni,Cr,Mn元素特征峰的测量时间为10s,上下背景测量时间为峰测量时间的一半。使用的国际SPI标样如下:Na(NaAlSi3O8)、Mg(MgCaSi2O6)、Al(NaAlSi3O8)、Si(NaAlSi3O8)、K(KAlSi3O8)、Ca(MgCaSi2O6)、Fe(FeCr2O4)、Cr(FeCr2O4)、Ti(TiO2)、Mn(CaMnSi2O6)、Ni(Fe, Ni)9S8。
(4)电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS):微量元素含量分析采用美国PerkinElmer公司的NexION 1000G 电感耦合等离子体质谱仪进行。随同试料进行双份空白试验,所用试剂相同。随同试料,对标准物质进行分析。向封闭溶样器的内罐中称取100 mg试料,随后加入1 ml氢氟酸和0.5 ml硝酸,并进行密封处理。将溶样器放入烘箱中,在185 ℃±5 ℃左右加热24 h。冷却后取出内罐,置于电热板上加热蒸干,再加入0.5 ml硝酸蒸发近干,重复操作此步骤一次。加入5 ml硝酸,再次密封,放入烘箱中,130 ℃加热3 h。冷却后取出内罐,将溶液定量转移至塑料瓶中。用蒸馏水稀释,定容至25 ml(或50 ml)。此溶液直接用于ICP-MS测定。
3. 分析结果
3.1 矿物成分
透闪石的主要谱峰位置为
9.0553 ~9.0707 Å(020)、8.4352 ~8.4500 Å(110)、3.1251 ~3.1271 Å(310)、2.7073 ~2.7089 Å(151)、1.6501 Å(461)(JCPDS标准卡片)。笔者共对9块龙溪玉样品开展了X射线粉末衍射实验。测试结果显示,所有玉石主要谱峰位置与强度几乎相同,与透闪石标准数据衍射谱线基本一致(图5,表2),说明龙溪玉的矿物组分较单一,主要由透闪石组成。所有样品中均存在白云石(2.8912 ),在部分样品(LX-6、LX-10、LX-13和LX-23)中还可见滑石(9.34)、方解石(3.0325 )以及云母(10.097)的特征谱线,说明龙溪玉中可能含少量滑石、方解石、白云石和云母,这与镜下观察及电子探针测试结果一致。从测试结果来看,一部分优质玉石样品(LX-6、LX-7、LX-23、LX-40和LX-45)的透闪石含量高(>80%),为典型透闪石玉;另外一部分品质较差的玉石(LX-10、LX-13、LX-14和LX-24)的透闪石含量较低(<80%),白云石含量在30%以上,属于白云石透闪石玉(表2)。表 2 四川龙溪玉XRD分析结果统计表(%)Table 2. The XRD analysis results from Longxi, Sichuan Province(%)样品编号 LX-6 LX-7 LX-10 LX-13 LX-14 LX-23 LX-24 LX-40 LX-45 白云石 1.18 7.15 30.33 34.20 39.69 14.82 44.32 4.93 13.05 方解石 0.00 0.00 0.00 26.91 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 云母 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.98 0.00 0.00 0.00 闪石 94.63 92.85 66.15 38.89 60.31 81.20 55.68 95.07 86.95 滑石 4.19 0.00 3.52 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.2 主量元素
角闪黑云片岩成分较为复杂,主要化学成分为SiO2(51.1%~51.2%)、Al2O3(14.5%~14.8%)、Fe2O3(14.0%~14.7%)、CaO(5.1%~5.6%)和Na2O(3.2%~4.0%)(表3)。矿体上盘大理岩的化学成分主要为CaO(33.1%)和MgO(18.5%),其烧失量大(LOI:44.5%)。龙溪玉不同样品的元素含量和烧失量略有差异。其中,黄绿色优质玉料(LX-6和LX-7)SiO2含量为55.2%~56.6%,MgO含量为23.4%~23.8%,CaO含量为13.5%~14.2%,烧失量为2.6%~3.2%。表皮见水草花状深色物质的黄绿色玉料(LX-10)SiO2含量为50.3%,MgO含量为23.3%,CaO含量为14.9%,烧失量为7.1%。青灰色玉料(LX-13和LX-14)SiO2含量为34.6%~42.0%,MgO含量为18.7%~22.1%,CaO含量为17.8%~23.7%,烧失量大(12.8%~17.7%),这与其中含较多碳酸盐矿物有关。含针柱状矿物的玉料(LX-23和LX-24)SiO2含量为45.5%~52.2%,MgO含量为22.4%~23.6%,CaO含量为14.4%~17.1%,烧失量为4.9%~9.9%。墨绿色玉料(LX-40和LX-45)SiO2含量为55.3%~55.4%,MgO含量为23.5%~23.7%,CaO含量为13.6%~13.9%,烧失量为3.1%~3.2%(表3)。
表 3 龙溪软玉及部分围岩样品XRF分析结果统计表(%)Table 3. The table of XRF results of Longxi nephrite and some host rock samples(%)样品编号 LX-1 LX-3 LX-4 LX-6 LX-7 LX-10 LX-13 LX-14 LX-23 LX-24 LX-40 LX-45 名称 角闪黑
云片岩角闪黑
云片岩大理岩 黄绿色
龙溪玉黄绿色
龙溪玉黄绿色
龙溪玉青灰色
龙溪玉青灰色
龙溪玉青灰色
龙溪玉黄绿色
龙溪玉墨绿色
龙溪玉墨绿色
龙溪玉Na2O 4.01 3.17 0.07 0.25 0.28 0.23 0.24 0.26 0.29 0.30 0.23 0.21 MgO 3.70 3.74 18.52 23.87 23.44 23.63 18.68 22.05 23.58 22.40 23.52 23.68 Al2O3 14.76 14.49 0.77 1.46 2.01 1.76 1.44 1.80 2.56 2.19 1.72 1.17 SiO2 51.10 51.27 1.08 56.59 55.18 50.30 34.63 42.00 52.17 45.52 55.32 55.37 P2O5 0.86 1.20 0.51 0.23 0.19 0.25 0.70 0.32 0.25 0.63 0.05 0.20 SO3 0.41 0.05 0.07 0.03 0.04 0.04 0.03 0.04 0.04 0.05 0.04 0.04 K2O 1.51 2.30 0.01 0.05 0.05 0.04 0.04 0.03 0.29 0.07 0.03 0.04 CaO 5.56 5.11 33.08 13.51 14.24 14.91 23.74 17.76 14.37 17.01 13.60 13.95 TiO2 2.20 2.30 0.00 0.01 0.02 0.03 0.05 0.15 0.02 0.06 0.00 0.00 MnO 0.26 0.31 1.56 0.23 0.13 0.64 0.20 0.44 0.30 0.41 0.32 0.12 Fe2O3 13.95 14.72 0.22 0.67 0.69 0.28 0.38 0.47 0.60 0.52 0.38 0.46 LOI 1.06 0.38 44.52 2.60 3.22 7.08 17.77 12.81 4.89 9.93 3.08 3.24 3.3 矿物主量元素
所有样品的主要成分为MgO、CaO、SiO2,其次为Na2O、K2O、P2O5、FeO和Al2O3等(表4,图6)。墨绿色(粗粒透闪石)、墨绿色(细粒透闪石)、黄绿色–青灰色(粗粒透闪石)、青灰色(细粒透闪石)玉石环带MgO含量分别为23.27%~23.95%、23.21%~24.14%、22.94%~23.91%、22.76%~24.17%和23.21%~23.96%;CaO含量分别为13.24%~13.80%、13.02%~13.75%、12.79%~13.75%、13.32%~13.72%和12.96%~13.61%;SiO2含量分别为58.09%~59.14%、57.26%~59.48%、55.66%~59.42%、56.37%~59.38%和57.4%~59.19%。墨绿色、黄绿色、青灰色玉石的FeO含量逐渐减少,而MnO含量逐渐升高,其余的成分(如Na2O、Al2O3、SiO2、P2O5和TiO2等)则无明显变化(图6)。
表 4 龙溪软玉电子探针分析结果统计表(%)Table 4. The table of EPMA results of Longxi nephrite(%)颜色 样品编号 Na2O MgO K2O CaO P2O5 FeO SiO2 Al2O3 MnO Cr2O3 TiO2 Total 墨绿色 LX-8-1-1 0.24 23.50 0.05 13.51 0.04 0.52 58.60 1.20 0.07 0.00 0.04 97.76 墨绿色 LX-8-1-2 0.13 23.78 0.05 13.72 0.03 0.50 58.80 0.45 0.08 0.01 0.00 97.55 墨绿色 LX-8-1-3 0.11 23.75 0.06 13.61 0.00 0.47 59.08 0.53 0.09 0.03 0.04 97.77 墨绿色 LX-8-1-4 0.18 23.52 0.05 13.50 0.01 0.55 58.65 1.10 0.09 0.03 0.00 97.68 墨绿色 LX-8-1-5 0.13 23.95 0.05 13.56 0.02 0.45 59.14 0.63 0.11 0.00 0.03 98.06 墨绿色 LX-8-1-6 0.29 23.54 0.06 13.51 0.01 0.51 58.13 1.60 0.10 0.00 0.01 97.75 墨绿色 LX-8-1-7 0.20 23.53 0.05 13.32 0.00 0.51 58.70 0.92 0.09 0.01 0.00 97.34 墨绿色 LX-8-1-8 0.25 23.52 0.05 13.24 0.02 0.52 58.46 1.30 0.12 0.05 0.05 97.57 墨绿色 LX-8-1-9 0.18 23.79 0.05 13.80 0.00 0.54 58.36 1.04 0.09 0.00 0.04 97.88 墨绿色 LX-8-1-10 0.26 23.27 0.02 13.35 0.06 0.55 58.45 1.45 0.09 0.00 0.00 97.50 墨绿色 LX-8-3-1 0.09 24.08 0.05 13.47 0.02 0.53 59.20 0.22 0.12 0.00 0.00 97.78 墨绿色 LX-8-3-2 0.10 23.99 0.06 13.59 0.01 0.47 59.36 0.28 0.14 0.00 0.00 98.00 墨绿色 LX-8-3-3 0.06 23.80 0.01 13.75 0.00 0.42 59.21 0.31 0.06 0.00 0.01 97.63 墨绿色 LX-8-3-4 0.16 23.74 0.06 13.59 0.00 0.51 58.62 0.64 0.11 0.02 0.00 97.45 墨绿色 LX-8-3-5 0.11 23.91 0.04 13.60 0.02 0.43 58.98 0.45 0.10 0.02 0.00 97.64 墨绿色 LX-8-3-6 0.11 23.85 0.03 13.56 0.02 0.47 58.69 0.42 0.09 0.00 0.00 97.26 墨绿色 LX-8-3-7 0.16 23.92 0.02 13.12 0.01 0.53 58.92 0.93 0.11 0.00 0.03 97.72 墨绿色 LX-8-3-8 0.07 24.02 0.06 13.65 0.00 0.50 59.48 0.19 0.13 0.00 0.01 98.11 墨绿色 LX-8-3-9 0.14 23.67 0.04 13.60 0.07 0.52 59.04 0.54 0.10 0.00 0.03 97.75 墨绿色 LX-8-3-10 0.27 23.21 0.07 13.21 0.02 0.50 57.26 1.43 0.11 0.00 0.04 96.13 黄绿色 LX-24-2-1 0.07 23.92 0.03 13.75 0.02 0.43 59.42 0.17 0.24 0.00 0.00 98.05 黄绿色 LX-24-2-2 0.22 23.35 0.05 13.33 0.00 0.58 58.50 1.50 0.25 0.05 0.00 97.82 黄绿色 LX-24-2-3 0.39 22.99 0.03 13.36 0.00 0.53 57.57 2.52 0.24 0.14 0.01 97.86 黄绿色 LX-24-2-4 0.13 23.44 0.02 13.43 0.00 0.41 58.31 0.73 0.27 0.04 0.04 96.81 黄绿色 LX-24-2-5 0.03 23.78 0.01 13.72 0.00 0.34 58.94 0.04 0.16 0.01 0.01 97.03 黄绿色 LX-24-2-6 0.18 23.74 0.05 13.33 0.00 0.44 58.50 0.89 0.22 0.00 0.01 97.37 黄绿色 LX-24-2-7 0.10 23.86 0.02 13.41 0.01 0.38 59.20 0.25 0.21 0.01 0.00 97.45 黄绿色 LX-24-2-8 0.08 23.90 0.02 13.59 0.02 0.36 59.12 0.13 0.25 0.04 0.02 97.51 黄绿色 LX-24-2-9 0.30 22.94 0.02 12.79 0.02 0.44 55.66 3.38 0.23 0.06 0.02 95.86 黄绿色 LX-24-2-10 0.06 23.80 0.04 13.53 0.01 0.38 58.97 0.32 0.23 0.00 0.01 97.34 青灰色 LX-18-1-1 0.02 24.17 0.03 13.64 0.02 0.27 59.38 0.01 0.22 0.00 0.00 97.77 青灰色 LX-18-1-2 0.11 23.45 0.02 13.50 0.13 0.37 58.79 0.44 0.21 0.01 0.01 97.04 青灰色 LX-18-1-3 0.10 23.88 0.00 13.39 0.00 0.38 58.52 0.52 0.22 0.01 0.02 97.03 青灰色 LX-18-1-4 0.13 23.90 0.03 13.52 0.03 0.38 58.92 0.56 0.26 0.00 0.00 97.72 青灰色 LX-18-1-5 0.08 23.83 0.03 13.51 0.00 0.49 58.33 0.29 0.20 0.03 0.00 96.79 青灰色 LX-18-1-6 0.47 22.76 0.06 13.32 0.05 0.42 56.37 3.01 0.27 0.02 0.02 96.76 青灰色 LX-18-1-7 0.08 23.56 0.05 13.57 0.00 0.45 58.70 0.36 0.27 0.00 0.00 97.05 青灰色 LX-18-1-8 0.02 23.81 0.00 13.40 0.00 0.31 59.27 0.03 0.20 0.00 0.02 97.06 青灰色 LX-18-1-9 0.04 23.94 0.01 13.72 0.00 0.35 59.32 0.05 0.22 0.00 0.03 97.68 青灰色 LX-18-1-10 0.05 23.92 0.01 13.71 0.00 0.27 59.24 0.07 0.22 0.00 0.02 97.50 青灰色 LX-18-2-1 0.22 23.52 0.02 12.96 0.00 0.41 58.31 1.22 0.26 0.00 0.03 96.94 青灰色 LX-18-2-2 0.21 23.48 0.02 13.29 0.04 0.33 58.47 1.35 0.25 0.00 0.02 97.46 青灰色 LX-18-2-3 0.21 23.35 0.04 13.21 0.03 0.43 57.88 1.33 0.28 0.01 0.02 96.79 青灰色 LX-18-2-4 0.22 23.46 0.07 13.04 0.00 0.40 58.26 1.48 0.29 0.01 0.03 97.25 青灰色 LX-18-2-5 0.10 23.62 0.02 13.38 0.00 0.28 58.58 0.47 0.23 0.01 0.03 96.71 青灰色 LX-18-2-6 0.16 23.72 0.05 13.36 0.00 0.43 58.49 0.77 0.22 0.00 0.02 97.22 青灰色 LX-18-2-7 0.25 23.21 0.06 13.02 0.00 0.35 58.12 1.42 0.24 0.00 0.02 96.72 青灰色 LX-18-2-8 0.03 23.96 0.00 13.61 0.00 0.23 59.19 0.05 0.18 0.00 0.01 97.26 青灰色 LX-18-2-9 0.23 23.38 0.02 13.19 0.00 0.37 58.15 1.29 0.26 0.02 0.02 96.97 青灰色 LX-18-2-10 0.22 23.53 0.02 13.34 0.02 0.33 58.37 1.43 0.23 0.00 0.00 97.47 3.4 全岩微量元素(稀土元素)
3.4.1 微量元素特征
玉石及围岩微量元素测试结果(表5)显示,角闪黑云片岩中Ba(
1500.2 ×10−6~2997.1 ×10−6)、Ce(105.6×10−6~143.39×10−6)、Nd(70.6×10−6~87.8×10−6)、Sr(362.5×10−6~369.9×10−6)、Zn(159.0×10−6~244.1×10−6)和V(41.8×10−6~56.5×10−6)等微量元素含量高;大理岩中Ba(18.4×10−6)、Pb(41.3×10−6)、Sr(463.2×10−6)、Zn(13.7×10−6)和Ni(19.8×10−6)等微量元素含量较高;玉石样品中Ba(6.4×10−6~156.2×10−6)、Pb(1.98×10−6~70.25×10−6)、Sr(27.8×10−6~278.8×10−6)、Zn(84.6×10−6~302.8×10−6)、V(75.9×10−6~291.9×10−6)、Ni(19.0×10−6~103.5×10−6)和Cr(19.9×10−6~357.2×10−6)等微量元素含量较高。表 5 龙溪软玉及部分围岩样品的微量元素质量分数统计表(10−6)Table 5. Trace elements mass fraction of Longxi nephrite and some host rocks samples(10−6)编号 LX-1 LX-3 LX-4 LX-6 LX-7 LX-10 LX-13 LX-14 LX-23 LX-24 LX-40 LX-45 名称 角闪黑
云片岩角闪黑
云片岩大理岩 黄绿色
龙溪玉黄绿色
龙溪玉黄绿色
龙溪玉青灰色
龙溪玉青灰色
龙溪玉青灰色
龙溪玉黄绿色
龙溪玉墨绿色
龙溪玉墨绿色
龙溪玉Ba 1500.24 2997.06 18.38 13.24 9.95 14.57 12.32 6.43 156.20 34.78 12.84 8.23 Be 4.63 3.76 0.15 1.02 0.88 1.22 1.00 1.23 1.07 1.39 1.01 0.76 Bi 0.15 1.10 0.59 0.23 0.16 0.29 0.18 0.24 0.12 0.14 0.12 0.14 Cd 0.23 0.19 0.29 1.79 1.37 3.92 2.48 4.32 2.42 9.33 2.90 0.89 Cs 2.60 3.85 0.12 0.07 0.05 0.05 0.04 0.03 0.26 0.11 0.07 0.04 Cu 18.62 9.25 7.65 13.16 14.38 15.33 19.43 16.01 3.34 16.10 5.31 9.74 Ga 29.70 26.38 1.08 2.00 2.14 2.79 1.93 2.70 3.15 3.71 2.61 1.54 Hf 1.39 1.00 0.19 0.22 0.25 0.24 0.21 0.45 1.72 0.74 0.17 0.16 In 0.32 0.12 0.01 0.00 0.00 0.01 0.00 0.01 0.01 0.02 0.01 0.01 Li 33.53 43.06 1.57 1.78 3.07 3.46 3.34 2.97 7.45 7.26 3.95 2.81 Mo 2.63 0.49 2.57 0.38 7.10 15.21 0.98 1.79 6.72 7.99 0.72 0.34 Nb 43.82 46.28 0.77 0.56 0.84 0.53 1.99 5.88 4.51 3.59 0.42 0.41 Pb 5.54 6.89 41.26 5.83 1.98 70.25 20.81 46.35 46.54 37.51 16.78 2.45 Rb 43.50 60.20 1.49 1.50 1.03 0.76 0.75 0.67 5.58 2.04 0.57 0.65 Sc 45.65 19.47 0.43 1.06 1.01 1.47 1.21 1.69 3.04 2.49 0.46 0.36 Sr 362.47 369.91 463.24 34.83 30.91 89.00 278.82 187.93 62.33 165.12 27.83 28.96 Ta 2.73 2.93 0.35 0.24 0.64 0.12 0.22 1.48 0.80 0.74 0.36 0.34 Th 5.65 7.59 0.21 0.32 0.30 0.61 0.83 1.02 1.08 2.55 0.23 0.20 Tl 0.25 0.46 0.05 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.06 0.02 0.00 0.00 U 1.45 1.36 4.13 2.33 2.78 3.19 2.21 6.16 1.66 8.93 1.04 0.69 W 2.20 1.08 0.56 0.32 0.29 0.35 0.27 0.23 0.55 0.47 0.43 0.63 Y 88.19 75.91 8.95 20.40 16.78 15.46 28.50 32.23 13.94 26.85 6.10 3.81 Yb 9.80 6.25 0.65 1.90 1.28 1.38 1.83 2.00 0.96 1.59 0.40 0.18 Zn 159.00 244.10 13.72 128.73 148.11 174.96 91.00 186.43 146.87 302.82 207.65 84.56 Zr 20.54 12.81 5.16 3.22 3.95 3.83 3.62 9.18 16.14 6.60 3.44 3.31 V 56.50 41.82 13.00 193.57 170.44 132.94 226.71 274.18 75.85 291.90 146.75 111.60 Co 13.00 25.48 0.60 1.67 2.19 2.72 1.64 3.86 1.60 3.80 1.69 1.73 Ni 11.40 22.64 19.78 57.24 34.52 35.12 58.43 86.15 19.35 103.47 95.40 18.97 As 2.07 1.68 1.27 1.00 1.22 1.80 1.77 1.58 0.72 1.47 0.55 2.11 Cr 14.73 12.01 5.80 42.76 85.11 144.68 298.16 208.41 43.29 357.24 39.72 19.89 3.4.2 稀土元素特征
玉石及部分围岩微量元素测试结果(表6,图7)显示,2件角闪黑云片岩的稀土元素总量(ΣREE)较高,介于322.27×10−6~400.72×10−6之间,轻重稀土分异较为明显,其中轻稀土元素(LREE)为263.35×10−6~347.41×10−6,重稀土元素(HREE)为53.31×10−6~58.91×10−6;LREE/HREE=4.47~6.52,(La/Yb)N=3.97~8.21,δEu=0.89~0.95,δCe =0.88~0.91,Eu、Ce均无异常趋势(图7a)。
表 6 龙溪软玉及部分围岩样品的稀土元素质量分数统计表(10−6)Table 6. Rare earth elements mass fraction of Longxi nephrite and some host rocks samples(10−6)编号 LX-1 LX-3 LX-4 LX-6 LX-7 LX-10 LX-13 LX-14 LX-23 LX-24 LX-40 LX-45 名称 角闪黑
云片岩角闪黑
云片岩大理岩 黄绿色
龙溪玉黄绿色
龙溪玉黄绿色
龙溪玉青灰色
龙溪玉青灰色
龙溪玉青灰色
龙溪玉黄绿色
龙溪玉墨绿色
龙溪玉墨绿色
龙溪玉La 54.17 71.49 6.40 0.74 0.76 2.03 15.26 1.75 0.61 15.15 0.80 0.93 Ce 105.62 143.39 3.48 0.91 0.94 1.88 7.06 2.98 0.78 13.74 1.04 0.83 Pr 15.49 20.49 1.10 0.36 0.48 0.85 3.01 1.50 0.29 3.63 0.33 0.30 Nd 70.64 87.84 4.78 2.39 3.15 4.42 12.31 9.40 2.04 15.98 1.71 1.33 Sm 13.44 18.56 0.70 0.87 1.13 1.22 2.25 2.89 0.83 2.62 0.43 0.36 Eu 3.99 5.64 0.19 0.18 0.18 0.20 0.45 0.40 0.14 0.34 0.09 0.08 Gd 13.80 17.05 0.80 1.33 1.49 1.51 2.67 3.32 1.06 2.94 0.50 0.38 Tb 2.55 2.91 0.19 0.34 0.34 0.33 0.48 0.67 0.23 0.53 0.10 0.08 Dy 16.70 14.95 0.89 2.45 2.33 2.17 3.44 4.35 1.52 3.48 0.68 0.47 Ho 3.43 2.90 0.23 0.57 0.51 0.49 0.78 0.91 0.37 0.74 0.15 0.12 Er 9.68 7.22 0.62 1.63 1.29 1.39 2.19 2.40 1.03 1.91 0.43 0.27 Tm 1.48 1.06 0.10 0.29 0.22 0.21 0.30 0.37 0.16 0.28 0.07 0.04 Yb 9.80 6.25 0.65 1.90 1.28 1.38 1.83 2.00 0.96 1.59 0.40 0.18 Lu 1.47 0.97 0.14 0.31 0.20 0.23 0.29 0.24 0.14 0.22 0.06 0.02 大理岩的ΣREE=20.26×10−6,轻重稀土分异不明显,LREE=16.64×10−6,HREE=3.62×10−6,LREE/HREE=4.59,(La/Yb)N=7.01,δEu=0.77,δCe=0.29,具明显Eu负异常和Ce负异常(图7a)。
软玉样品的稀土元素总量差异比较大,介于5.39×10−6~63.14×10−6之间,品质差的玉料ΣREE要略高于品质好的玉料,黄绿色玉料(LX-6和LX-7)ΣREE要略高于墨绿色玉料(LX-40和LX-45)。总的来说,玉石的轻重稀土分异不明显,其中轻稀土元素(LREE)为3.83×10−6~51.45×10−6,重稀土元素(HREE)为1.57×10−6~14.26×10−6,LREE/HREE=0.62~4.40,(La/Yb)N=0.28~6.85,δEu=0.39~0.69,δCe=0.24~0.49,Eu、Ce均具明显负异常到轻微负异常特征(图7a),与大理岩的稀土元素配分模式图具有相似性。在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图7b)中,角闪黑云片岩的曲线呈右倾型,相对富集Ba和Sm,相对亏损高场强元素K、Th、Sr、Zr和Ti。大理岩样品和软玉样品具有相似的特征,曲线呈右倾型,相对富集U、La、Sr、P,相对亏损K、Nb、Cs、Zr、Ti。
4. 讨论
4.1 龙溪玉地球化学识别标志
4.1.1 主量元素特征
软玉是一种以透闪石矿物为主的矿物集合体,软玉中常存在各类元素间的类质同象替代现象。不同产地的软玉,由于成玉条件不同,各元素间的类质同象替代作用也存在差异。本次研究对比了不同产地软玉的电子探针(EPMA)数据,发现新疆和田、青海、广西大化等地的软玉FeOT含量变化较大;江苏溧阳、黑龙江铁力、贵州罗甸、河南栾川、辽宁岫岩以及四川龙溪等地软玉FeOT数据点较为集中;其中辽宁岫岩和河南栾川软玉FeOT含量总体较高;四川龙溪、贵州罗甸以及黑龙江铁力软玉FeOT含量较为接近;江苏溧阳FeOT含量则总体较低(图8a、图8b)。所有产地FeOT+MgO和CaO+Na2O+K2O含量无明显差别,其中新疆和田和广西大化软玉FeOT+MgO含量变化大,贵州罗甸玉FeOT+MgO含量较高,江苏溧阳CaO+Na2O+K2O含量略微较高(图8a、图8b)。在图8c中可明显发现龙溪玉的P2O5和MnO明显高于其余产地,尤其MnO含量平均值达到了0.2%;除广西大化MnO含量平均值可达到0.1%以外,其余产地均小于0.1%。综上所述,本文认为高P2O5和MnO含量可以作为龙溪软玉的地球化学标型特征之一。
图 8 中国典型软玉产地玉石主量元素特征对比图数据引自刘晶,2002;阴江宁,2006;李红军,2008;凌潇潇等,2008;韩磊,2009;Liu et al.,2010;秦瑶,2013;高诗佳,2014;吴之瑛等,2014;朴庭贤,2014;徐立国等,2014;杜季明,2015;李晶,2016;于海燕,2016;郝爽,2016;张小冲,2016;李晶,2016;吴璘洁,2016;陈慕雨,2017;申晓萍,2017;韩冬等,2018;贾玉衡,2018;刘喜锋等,2019;郑奋等,2019;姜颖,2020;黄倩心,2021;徐琳抒等,2022;王蔚宁等,2022;赵素鹏等,2023Figure 8. Characteristic comparison of main element characteristics of nephrite from different areas in China4.1.2 微量元素特征
在地球化学研究过程中,不同微量元素常具有不同的性质,其可作为地球化学指示剂、示踪剂等(赵振华,2016)。笔者对中国不同产地软玉的全岩微量元素数据(ICP-MS)进行收集,不同产地软玉微量元素存在较为明显的差异(图9)。
新疆和田玉Zn含量较高,Sr和U含量较低,且Rb/Sr和Nb/Ta值较大,在Sr-Rb图解中集中分布于两个区域;青海软玉数据点总体变化较大,且Sr含量低,在Sr-Rb和Sr-V图解中具有较好的区分度;广西大化软玉Cr、Ni、Sr含量均较高,Cu含量以及Rb/Sr比值较低;贵州罗甸玉Co、Ni和Cr含量较低,在Ni-Co和Cr-Co图解中数据点较为集中,且具有较好的区分度;辽宁岫岩软玉Cr、Co、Ni和U含量较低,Cu含量较高,在Cr-Co、Cr-Ni和Zn-Cu图解中,可明显与其他产地的玉石相区别;四川龙溪软玉Ni、Cr、V和U含量高,在Ni-Co、Cr-Ni、Sr-V以及U-Th图解中均能很好的与其他产地软玉数据相区别。通过上述总结,本文认为高V、Cr和Ni含量可以作为龙溪软玉的地球化学标型特征之一,其他微量元素也可以较好的区别不同产地玉石。
4.1.3 稀土元素特征
稀土元素是一组特殊的微量元素,拥有独特的4f电子轨道。由于所有稀土元素均形成稳定的三价阳离子、且离子半径相近,因此他们具有非常相似的物理和化学特征,在任何地质体中都倾向于成组出现(张宏飞等,2012)。笔者对中国不同产地软玉的稀土元素数据进行了收集,并绘制了稀土元素配分模式图和散点图。
不同产地软玉的稀土元素配分模式图具有明显不同的特征(图10)。新疆和田软玉呈现轻稀土元素富集特征,Ce无明显异常,Eu具明显负异常,稀土元素配分曲线基本呈海鸥状(图10a);江苏溧阳软玉呈现轻稀土元素富集特征,Ce和Eu无明显异常特征,稀土元素配分曲线基本呈右倾的曲线(图10b);广西大化软玉具明显Ce、Eu负异常特征,稀土元素配分曲线较为平缓(图10c);青海软玉呈现轻稀土元素轻微富集特征,Ce、Eu无明显异常特征,稀土元素配分曲线呈轻微右倾的曲线(图10d);黑龙江铁力软玉呈现轻稀土元素富集特征,Ce具明显正异常、Eu无明显异常特征,稀土元素配分曲线呈明显右倾的曲线(图10e);辽宁岫岩软玉Ce无明显异常、Eu具明显负异常特征,稀土元素配分曲线呈海鸥状,且轻稀土段曲线较为陡立,重稀土段曲线较为平缓(图10f);四川龙溪软玉具明显Ce、Eu负异常特征,稀土元素配分曲线较平缓(图10g);贵州罗甸软玉具明显Ce、Eu负异常特征,稀土元素配分曲线呈右倾的曲线(图10h);河南栾川软玉无明显Ce和Eu异常特征,稀土元素配分曲线呈右倾的曲线(图10i)。通过对比可知,仅有广西大化软玉与弄溪软玉具有相识特征,其他产地的软玉和龙溪玉均有较大差别。
图 10 中国软玉稀土元素配分模式图数据引自阴江宁,2006;王时麒,2007;向芳等,2008a,2008b;程军等,2000;李晶等,2010;Liu et al.,2011a,2011b;杨林等,2012;高诗佳,2014;张亚东,2015;吴璘洁,2016;雷成,2016;张勇,2018;于海燕,2018;贾玉衡,2018;刘喜锋等,2019;郑奋等,2019;姜颖,2020;尹作为,2021;蓝叶,2022;陆俐合等,2023Figure 10. Chondrite-normalized REE patterns of nephrite from different areas in China对不同产地软玉的稀土元素进行投图,不同产地的点相对分散,有较好的区分度。新疆和田玉、江苏溧阳和辽宁岫岩等地软玉的δCe接近于1,垂向上具有直线分布特征;青海软玉和黑龙江铁力软玉δCe大于1,且青海软玉数据点相对分散、黑龙江铁力软玉则相对集中;四川龙溪、贵州罗甸以及广西大化等地软玉的δCe明显小于1,且数据点较为集中(图11)。各地区软玉ΣREE变化均较小,贵州罗甸ΣREE相对较高,青海软玉相对较低。龙溪软玉数据点与贵州罗甸玉和广西大化软玉的数据点难以区分(图11a、图11b)。龙溪软玉LREE/HREE值主要集中分布于1附近,明显区别于其他产地(图11c、图11d)。各地区软玉的LREE和HREE、LaN/YbN和LREE/HREE均具有明显的正相关性,龙溪软玉HREE含量最高,青海软玉HREE含量最低,其余产地较为集中,无明显区分度。综上所述,低δCe值,高HREE含量,LREE/HREE比值接近1,稀土元素配分曲线呈海鸥状,具明显Ce、Eu负异常特征可以作为龙溪软玉的地球化学标型特征之一。
图 11 中国软玉稀土元素散点图数据引自阴江宁,2006;王时麒,2007;向芳等,2008a,2008b;程军等,2000;李晶等,2010;Liu et al.,2011a,2011b;杨林等,2012;高诗佳,2014;张亚东,2015;吴璘洁,2016;雷成,2016;张勇,2018;于海燕,2018;贾玉衡,2018;刘喜锋等,2019;郑奋等,2019;姜颖,2020;尹作为,2021;蓝叶,2022;陆俐合等,2023Figure 11. Scatter diagram of rare earth elements of nephrite from different areas in China4.2 三星堆和金沙玉器软玉矿料溯源
我国著名的三星堆遗址和金沙遗址出土了大量玉石器,玉料以闪石玉(软玉)为主,属于狭义的“玉石”;其他玉料包括蛇纹石玉、红色玛瑙、大理岩、石英岩等,属于广义的“玉石”;另外还有少量砂岩、灰岩、斑岩等“石质”材料(朱章义等,2002,2004;鲁昊等,2021)。关于三星堆遗址和金沙遗址玉器的玉料来源众说纷纭(陈显丹,2007;向芳等,2008a,2008b;杨骊等,2015;鲁昊等,2021),主要观点有:①距三星堆不远的西部地区;②新疆和田玉;③江苏溧阳小梅岭玉矿;④外地直接输入;⑤岷江上游的“龙溪玉”或“珉玉”。由于三星堆和金沙玉器具有强烈的地域性色彩,因此目前大多学者认为玉器应该是就地取材加工而成的作品(陈显丹,2007;向芳等,2008a,2008b;杨骊等,2015;鲁昊等,2021)。
金沙文化(距今3200~2600年)晚于三星堆文化(距今4500~3000年),时代上有所重叠,二者不管是青铜器还是玉石器的造型和成分均具有一致性,差别在于金沙遗址玉器个体较小、数量更多、造型更加丰富、制作更为精良。金沙玉器的制作工艺仍沿袭了三星堆时期的加工技术,但整体水平更加精湛娴熟,器物的形制更为规整,钻孔后对孔眼等细节的处理亦越发细致,打磨抛光也是非常细腻。装饰方面,金沙玉器沿袭了三星堆玉器崇尚简单、朴素的传统风格,流行在器身外侧雕琢凸起牙饰和在器身上加刻线纹,体现出对三星堆玉器的继承和发展关系(朱章义等,2002,2004)。尤其是金沙遗址中出土的一件玉神人头像,造型风格与三星堆二号坑铜神坛第三层山形座旁边的侧面人头像几乎完全相同,与二号坑出土的大型铜兽面具也有相似之处,同样表明了金沙遗址与三星堆之间有极其紧密的关系(干福熹等,2017)。因此,大部分学者认为金沙文化是三星堆文化的延续,它们的玉石器很可能具有一致来源(向芳等,2008a,2008b;杨骊等,2015)。
前人对三星堆玉器(软玉)的外观研究表明,虽经过次生变化难以辨别玉材原本的颜色,但从器物细节处可见玉材颜色多为青黑色、青绿色和暗绿色等,半透明-不透明,具油脂光泽(鲁昊等,2021)。在金沙遗址,多数玉器(软玉)表现为不透明,材料疏松,多孔缝隙,表面硬度很低,在显微特征上表现为鳞片状滑石与柱状或细粒状透闪石组成的集合体(向芳等,2008a,2008b)。这些特征与龙溪软玉的外观特征很接近。龙溪软玉以墨绿色、黄绿色、浅绿色为主,有少量龙溪软玉样品局部显示为白色-青白色,玉石质地较软,裂纹较发育,主要为半透明—不透明,具油脂光泽或蜡状光泽。其矿物组合主要为透闪石,其次为方解石、白云石和滑石。品质较好的玉石主要为毛毡状交织结构、纤维定向结构等;品质差的玉石主要为纤维定向结构、叶片状定向结构。大部分样品中透闪石矿物均匀分布(图4g、图4h),部分样品中透闪石具定向分布特征(图4d~图4f)。这种定向排列的特征在其他产地软玉中较为罕见。另外,龙溪软玉和三星堆古玉的拉曼光谱相似,均具有674 cm−1主峰(鲁昊等,2021;徐琳抒等,2022)。
软玉的稀土元素在不同产地间的差异远远大于同一产地由于实验条件不同而产生的误差,这种不同产地软玉之间的差别,对物源示踪具有一定指示意义(程军等,2000,2005;王时麒,2007;向芳等,2008a,2008b;李晶等,2010;Liu et al.,2011a,2011b;钟友萍等,2013)。金沙遗址软玉的ΣREE平均值为8.21,轻(平均值为5.85)、重稀土元素(平均值为2.28)分异不明显,LREE/HREE值平均为2.57,具明显Ce、Eu负异常特征,稀土元素配分曲线呈海鸥状(图12a~图12d)。将金沙玉器与不同产地和遗址中软玉的稀土元素进行对比,不难发现,金沙遗址出土玉器的稀土配分模式图与贵州罗甸玉、广西大化玉以及四川龙溪玉具有相似性,均表现图明显的Ce、Eu负异常特征(图10;图12)。另外,金沙遗址软玉的δCe平均值为0.14,明显小于1。仅有贵州罗甸,广西大化以及四川龙溪软玉的δCe值符合这一特征(图10)。由于贵州罗甸玉轻重稀土分馏明显,这一特征明显不同于金沙玉器。因此,相比之下,仅有四川龙溪以及广西大化软玉的稀土元素配分模式与金沙遗址软玉最为相似(图10、图12)。
金沙遗址和三星堆遗址出土的玉石器除了透闪石玉以外,还有部分蛇纹石玉、红色玛瑙、大理岩、石英岩等。金沙遗址和三星堆遗址北西汶川一带(图12e)出产“龙溪玉”(软玉),其围岩发育蛇纹岩、大理岩、石英岩、砂岩等,与两地遗址出土玉石器材质组合极为类似。从地理位置上来说,四川龙溪玉矿与两地遗址距离较近,且之间均有河流连通,据《续汉书·郡国志》记载:“有玉垒山,出璧玉,湔水所出”。因此,该地很可能为金沙遗址和三星堆遗址玉石器提供原料来源。综上所述,对于三星堆与金沙遗址的软玉玉器材质可能的来源,本研究倾向于四川龙门山地区汶川–茂县一带。
5. 结论
(1)龙溪软玉的颜色以墨绿色、黄绿色、浅绿色为主,少量为白色-青灰色,通常呈现墨绿色-黄绿色-浅绿色-青灰色环带。
(2)龙溪软玉具有高P、Mn、V、Cr、Ni、U含量和低δCe值(>1),LREE/HREE值接近1,稀土元素配分曲线呈海鸥状,具明显Ce、Eu负异常特征,可以作为龙溪软玉的地球化学识别标志。
(3)三星堆与金沙遗址的软玉玉器材质可能均来源于四川龙门山地区汶川–茂县一带。
-
图 3 黄土高原泥流灾害与年均降雨量空间分布图(a)、2003~2020年年均降雨量与泥流灾害次数对应关系图(b)
Figure 3. (a) Spatial distribution of mudflow hazards and annual average rainfall on the Loess Plateau, (b) the corresponding relationship between the average annual rainfall and the number of mudflow disasters in the Loess Plateau from 2003 to 2020
图 4 黄土泥流起动演化示意图 (据马鹏辉等,2022修改)
Figure 4. Schematic diagram of loess mudflow start-up evolution
图 5 黄土泥流起动力学机理分析(Wang et al., 2024a)
Figure 5. Analysis of dynamic mechanism of loess mudflow
图 6 屈服应力与塑性粘度关系特征图(据Phillips等, 1991;Major等, 1992;Coussot等, 1995;Ilstad等,2004;Kaitna等, 2007;Sosio等, 2007;Parsons等, 2001;Boniello等, 2010;Jeong等, 2010;史泽华, 2020修改)
Figure 6. Distribution of characteristics of the relationship between yield stress and plastic viscosity
图 7 剪切和静置下土体絮凝结构的解聚示意图 (王裕宜等,2002)
Figure 7. Schematic diagram of depolymerization of soil flocculation structure under shear and static
图 8 泥流灾害I-D临界模型对比图(据Caine, 1980;王万忠等, 1984;Jibson,1989;王家鼎等, 1997;雷祥义等, 2000;赵之旭, 2005;Chen等, 2005,2013;马超, 2014;Zhou等, 2014修改)
Figure 8. Comparison of I-D critical models for mudflow disasters
图 11 黄土泥流研究实施路径图(据辜超颖等,2024,修改)
Figure 11. Path map of loess mudflow research implementation
-
陈海霞, 王家鼎. 延安地区降雨引发黄土泥流的试验研究[J]. 水土保持通报, 2013, 33(2): 39−42. CHEN Haixia, WANG Jiading. Experimental study on loess mudflow induced by rainfall in Yan'an area[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2013,33(2):39−42.
费祥俊. 高浓度浑水的宾汉极限剪应力[J]. 泥沙研究, 1981(3): 21−30. FEI Xiangjun. Bingham limit shear stress in high concentration muddy water[J]. Journal of Sediment Research,1981(3):21−30.
傅伯杰, 刘彦随, 曹智, 等. 黄土高原生态保护和高质量发展现状、问题与建议[J]. 中国科学院院刊, 2023, 38(8): 1110−1117. FU Bojie, LIU Yansui, CAO Zhi, et al. Status quo, problems and suggestions of ecological protection and high-quality development in the Loess Plateau[J]. Proceedings of the Chinese Academy of Sciences,2023,38(8):1110−1117.
辜超颖, 王新刚. 基于CiteSpace可视化分析的滑坡滑带土研究现状与发展趋势[J/OL]. 中国地质灾害与防治学报, 2024: 1−18. GU Chaoying, WANG Xinguang. Research status and development trend of landslide slip zone soil based on CiteSpace visual analysis [J/OL]. Chinese Journal of Geological Hazards and Prevention, 2024: 1−18.
郭正堂, 丁仲礼, 刘东生. 黄土中的沉积-成壤事件与第四纪气候旋回[J]. 科学通报, 1996, 41(1): 56−59. GUO Zhengtang,DING Zhongli,LIU Dongsheng. Sedimentary pedogenesis events and Quaternary climatic cycles in loess[J]. Chinese Science Bulletin,1996,41(1):56−59.
韩金良, 吴树仁, 汪华斌. 地质灾害链[J]. 地学前缘, 2007, 14(6): 11−23. doi: 10.1016/S1872-5791(08)60001-9 HAN Jinliang, WU Shuren, WANG Huabin. Geological hazard chain[J]. Earth Science Frontiers,2007,14(6):11−23. doi: 10.1016/S1872-5791(08)60001-9
胡华, 顾恒星, 俞登荣. 淤泥质软土动态流变特性与流变参数研究[J]. 岩土力学, 2008, 29(3): 696−700. HU Hua, GU Xingxing, YU Dengrong. Study on dynamic rheological properties and parameters of silty soft soil[J]. Rock and Soil Mechanics,2008,29(3):696−700.
华山, 贾晓丹, 张霞. 拦挡作用对黄土坡面泥流动力过程影响机制[J]. 西北地质, 2024, 57(3): 285−292. HUA Shan, JIA Xiaodan, ZHANG Xia. Mechanism of barrier effect on mudflow dynamic process on loess slope[J]. Northwestern Geology,2024,57(3):285−292.
黄玉华, 武文英, 冯卫, 等. 陕北延安“7.3暴雨”诱发地质灾害主要类型与特征[J]. 西北地质, 2014, 47(3): 140−146. HUANG Yuhua, WU Wenying, FENG Wei, et al. Main types and characteristics of geological disasters induced by "7.3 rainstorm" in Yan'an, northern Shaanxi[J]. Northwestern Geology,2014,47(3):140−146.
姜程, 霍艾迪, 朱兴华, 等. 黄土水力侵蚀-滑坡-泥流灾害链的研究现状[J]. 自然灾害学报, 2019, 28(1): 38−43. JIANG Cheng, HUO Aidi, ZHU Xinghua, et al. Research status of disaster chain of hydraulic erosion-landslide-mudflow in loess[J]. Journal of Natural Disasters,2019,28(1):38−43.
兰恒星, 彭建兵, 祝艳波, 等. 黄河流域地质地表过程与重大灾害效应研究与展望[J]. 中国科学: 地球科学, 2022, 52(2): 199−221. LAN Xing, PENG Jianbing, Zhu Yanbo, et al. Geological surface processes and major disaster effects in the Yellow River Basin[J]. Science China Earth Sciences,2022,52(2):199−221.
郎煜华, 曾思伟, 张又安. 天水市柿沟泥流及其防治[J]. 环境研究与监测, 1989(1): 40−42. LANG Yuhua, ZENG Siwei, ZHANG Youan. Mudflow and its control in Shizigou, Tianshui City[J]. Environmental Research and Monitoring,1989(1):40−42.
雷祥义, 黄玉华, 王卫. 黄土高原的泥流灾害与人类活动[J]. 陕西地质, 2000, 18(1): 28−39. doi: 10.3969/j.issn.1001-6996.2000.01.006 LEI Xiangyi, HUANG Yuhua, WANG Wei. Mudflow hazards and human activities in the Loess Plateau[J]. Shaanxi Geology,2000,18(1):28−39. doi: 10.3969/j.issn.1001-6996.2000.01.006
李昭淑. 陕西省泥石流灾害与防治[M]. 西安: 西安地图出版社, 2002. LI Zhaosu. Debris flow disaster and Prevention in Shaanxi Province [M]. Xi'an: Xi'an Map Publishing House, 2002.
李学曾. 黄土高原是中华民族的摇篮和古文化的发祥地[J]. 西北大学学报(自然科学版), 1985, 47(2): 92−96. LI Xueceng. The Loess Plateau is the cradle of the Chinese nation and the birthplace of ancient culture[J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition),1985,47(2):92−96.
蔺晓燕. 甘肃黑方台灌区黄土滑坡一泥流形成机理研究[D]. 西安: 长安大学, 2013. LIN Xiaoyan. Study on formation mechanism of mud flow in loess landslide in Heifangtai Irrigation District, Gansu Province [D]. Xi'an: Chang'an University, 2013.
刘东生, 孙继敏, 吴文祥. 中国黄土研究的历史、现状和未来──一次事实与故事相结合的讨论[J]. 第四纪研究, 2001, 21(3): 185−207. LIU Dongsheng, SUN Jimin, WU Wenxiang. The history, present situation and Future of Loess Research in China: a discussion combining facts and stories[J]. Quaternary Sciences,2001,21(3):185−207.
刘传正, 陈春利. 中国地质灾害防治成效与问题对策[J]. 工程地质学报, 2020, 28(2): 375−383. LIU Chuanzheng, CHEN Chunli. Effects and countermeasures of geological disaster prevention in China[J]. Journal of Engineering Geology,2020,28(2):375−383.
刘青泉, 陈力, 李家春. 坡度对坡面土壤侵蚀的影响分析[J]. 应用数学和力学, 2001, 22(5): 449−457. LIU Qingquan, CHEN Li, LI Jiachun. Effect of slope on soil erosion on slope[J]. Applied Mathematics and Mechanics,2001,22(5):449−457.
刘忠义. 咸阳地区黄土高原泥流形成的主要因素及规律[J]. 中国水土保持, 1987(3): 19−21+65. LIU Zhongyi. Main factors and rules of mudflow formation in Loess Plateau of Xianyang area[J]. Soil and Water Conservation in China,1987(3):19−21+65.
马超. 基于土体含水量和实时降雨的泥石流预警指标研究[D]. 北京: 中国科学院大学, 2014. MA Chao. Research on debris flow warning index based on soil moisture content and real-time rainfall [D]. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences, 2014.
马东涛, 崔鹏, 张金山, 等. 黄土高原泥流灾害成因及特征[J]. 干旱区地理, 2005, 28(4): 19−24. MA Dongtao, CUI Peng, ZHANG Jinshan, et al. Causes and characteristics of mudflow disasters in the Loess Plateau[J]. Arid Land Geography,2005,28(4):19−24.
马东涛, 祁龙, 邓晓峰. 甘肃环县东山黄土泥流综合治理[J]. 山地学报, 2000, 18(3): 217−220. MA Dongtao, QI Long, DENG Xiaofeng. Comprehensive mudflow management of Dongshan loess in Huan County, Gansu Province[J]. Journal of Mountain Science,2000,18(3):217−220.
马鹏辉, 彭建兵. 论黄土地质灾害链(二)[J]. 自然灾害学报, 2022, 31(3): 15−24. MA Penghui, PENG Jianbing. On loess geological hazard chain (II)[J]. Journal of Natural Hazards,2022,31(3):15−24.
彭建兵, 王启耀, 庄建琦, 等. 黄土高原滑坡灾害形成动力学机制[J]. 地质力学学报, 2020, 26(5): 714−730. PENG Jianbing, WANG Qiyao, ZHUANG Jianqi, et al. Dynamic mechanism of landslide hazard formation in Loess Plateau[J]. Chinese Journal of Geomechanics,2020,26(5):714−730.
史泽华. 黄土流变特性试验研究[D]. 兰州: 兰州大学, 2020. SHI Zehua. Experimental study on rheological properties of loess [D]. Lanzhou: Lanzhou University, 2020.
孙萍萍, 张茂省, 贾俊, 等. 中国西部黄土区地质灾害调查研究进展[J]. 西北地质, 2022, 55(3): 96−107. SUN Pingping, ZHANG Maosheng, JIA Jun, et al. Progress of geological hazard investigation in loess areas of western China[J]. Northwestern Geology,2022,55(3):96−107.
唐邦兴, 周必凡, 吴积善, 等. 中国泥石流[M]. 北京: 商务印书馆, 2000. TANG Bangxing, ZHOU Bifan, WU Jishan, et al. Debris flow in China [M]. Beijing: The Commercial Press, 2000.
唐益群, 袁斌, 李军鹏. 基于正交试验的黄土泥流运动分析[J]. 水利学报, 2015, 46(2): 183−189. TANG Yiqun, YUAN Bin, LI Junpeng. Analysis of mud flow in loess based on orthogonal test[J]. Journal of Hydraulic Engineering,2015,46(2):183−189.
王家鼎, 王靖泰, 黄海国. 饱和土蠕(滑)动液化的研究[J]. 现代地质, 1993, 7(1): 102−108. WANG Jiading, WANG Jingtai, HUANG Haiguo. Study on creep (slip) dynamic liquefaction of saturated soil[J]. Geoscience,1993,7(1):102−108.
王家鼎. 高速黄土滑坡的一种机理-饱和黄土蠕动液化[J]. 地质论评, 1992, 38(6): 532−539. doi: 10.3321/j.issn:0371-5736.1992.06.011 WANG Jiading. A mechanism of high-speed loess landslide - creep liquefaction of saturated loess[J]. Geological Review,1992,38(6):532−539. doi: 10.3321/j.issn:0371-5736.1992.06.011
王家鼎. 中国黄土山城“依山造居”的几个灾害问题讨论(Ⅳ)-黄土泥流分析[J]. 西北大学学报(自然科学版), 1997, 27(5): 78−82. WANG Jiading. Discussion on several disaster problems of "settlement by mountain" in loess Mountain City in China (Ⅳ) -Analysis of mud flow in loess[J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition),1997,27(5):78−82.
王兰民, 柴少峰, 薄景山, 等. 黄土地震滑坡的触发类型、特征与成灾机制[J]. 岩土工程学报, 2023, 45(8): 1543−1554. doi: 10.11779/CJGE20220531 WANG Lanmin, CHAI Shaofeng, BO Jingshan, et al. Triggering types, characteristics and disaster mechanism of loess earthquake landslide[J]. Journal of Rock and Soil Engineering,2023,45(8):1543−1554. doi: 10.11779/CJGE20220531
王万忠. 黄土沟道小流域的泥流特征和防治[J]. 水土保持通报, 1984(1): 19−23. WANG Wanzhong. Mudflow characteristics and control of loess gully watershed[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,1984(1):19−23.
王新刚, 谷天峰, 王家鼎. 基质吸力控制下的非饱和黄土三轴蠕变试验研究[J]. 水文地质工程地质, 2017, 44(4): 57−61+70. WANG Xinguang, GU Tianfeng, WANG Jiading. Experimental study on triaxial creep of unsaturated loess under matric suction control[J]. Hydrogeology and Engineering Geology,2017,44(4):57−61+70.
王新刚, 刘凯, 连宝琴, 等. 黄土卸荷蠕变特性与典型开挖型黄土滑坡机理研究[J]. 工程地质学报, 2024, 32(2): 513−521. WANG Xinguang, LIU Kai, LIAN Baoqin, et al. Study on unloading creep characteristics of loess and mechanism of typical excavated loess landslide[J]. Chinese Journal of Engineering Geology,2024,32(2):513−521.
王新刚, 刘凯, 王友林, 等. 典型黄土滑坡滑带土不同含水率下蠕变特性试验研究[J]. 水文地质工程地质, 2022, 49(5): 137−143. WANG Xinguang, LIU Kai, WANG Youlin, et al. Experimental study on creep characteristics of soil in typical loess landslide slip zone with different water content[J]. Hydrogeology and Engineering Geology,2022,49(5):137−143.
王新刚, 余宏明, 胡斌, 等. 节理控制的降雨入渗通道对黄土开挖边坡稳定性的影响[J]. 山地学报, 2013, 31(4): 413−417. doi: 10.3969/j.issn.1008-2786.2013.04.005 WANG Xinguang, YU Hongming, HU Bin, et al. Effect of joint-controlled rainfall infiltration channel on stability of excavated loess slope[J]. Journal of Mountain Science,2013,31(4):413−417. doi: 10.3969/j.issn.1008-2786.2013.04.005
王裕宜, 詹钱登, 李昌志, 等. 粘性泥石流应力应变特征的初步试验研究[J]. 山地学报, 2002, 20(1): 42−46. doi: 10.3969/j.issn.1008-2786.2002.01.007 WANG Yuyi, ZHAN Qiandeng, LI Changzhi, et al. Preliminary experimental study on stress-strain characteristics of viscous debris flow[J]. Acta Geographica Sinica,2002,20(1):42−46. doi: 10.3969/j.issn.1008-2786.2002.01.007
王占礼, 常庆瑞. 黄土高原降雨因素对土壤侵蚀的影响[J]. 西北农业大学学报, 1998, 26(4): 106−110. WANG Zhanli, CHANG Qingrui. Effects of rainfall factors on soil erosion in Loess Plateau[J]. Journal of Northwest Agricultural University,1998,26(4):106−110.
王兆印. 高含沙水流运动力学及其应用[M]. 北京: 清华大学, 2002. WANG Zhaoyin. High sediment content flow dynamics and its application [M]. Beijing: Tsinghua University, 2002.
王学礼, 刘世德, 赵良成. 吕二沟泥石流的形成及特性[J]. 水土保持, 1981, (2): 30−35. WANG Xueli, LIU Shide, ZHAO Liangcheng. Formation and characteristics of debris flow in Luergou[J]. Soil and Water Conservation in China,1981,(2):30−35.
吴玮江, 王国亚, 任路滨, 等. 泥流型黄土滑坡的特征与成因[J]. 冰川冻土, 2015, 37(1): 138−146. WU Weijiang, WANG Guoya, REN Lubin, et al. Characteristics and genesis of mudflow type loess landslide[J]. Journal of Glaciology and Geocryology,2015,37(1):138−146.
辛鹏, 吴树仁, 石菊松, 等. 降雨诱发浅层黄土泥流的研究进展, 存在问题与对策思考[J]. 地质论评, 2015, 61(3): 485−493. XIN Peng, WU Shuren, SHI Jusong, et al. Research progress, existing problems and countermeasures of rain-induced mud flow in shallow loess[J]. Geological Review,2015,61(3):485−493.
许强, 彭大雷, 范宣梅, 等. 甘肃积石山6.2级地震触发青海中川乡液化型滑坡-泥流特征与成因机理[J/OL]. 武汉大学学报(信息科学版), 2024: 1−18. XU Qiang, PENG Dalei, Fan Xuanmei, et al. Characteristics and mechanism of liquefaction landslide-mudflow in Zhongchuan Township, Qinghai Province triggered by the Jishishan M6.2 earthquake [J/OL]. Journal of Wuhan University (Information Science Edition), 2024: 1−18.
闫蕊鑫. 饱和黄土静态液化力学行为及启滑机制[D]. 西安: 长安大学, 2020. YAN Ruixin. Static liquefaction mechanical behavior and sliding mechanism of saturated loess [D]. Xi'an: Chang'an University, 2020.
殷跃平, 高少华. 高位远程地质灾害研究: 回顾与展望[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2024, 35(1): 1−21. YIN Yueping, GAO Shaohua. Research on high altitude remote geological hazards: Review and prospect[J]. Chinese Journal of Geological Hazards and Prevention,2024,35(1):1−21.
张宗祜. 我国黄土类土显微结构的研究[J]. 地质学报, 1964(3): 357−369+375. ZHANG Zonghu. Study on microstructure of loess soil in China[J]. Acta Geologica Sinica,1964(3):357−369+375.
张仲福. 陇东黄土高原泥流灾害临界雨量研究[J]. 地质灾害与环境保护, 2020, 31(3): 18−24. ZHANG Zhongfu. The research on the critical rainfall ofmudflow disaster in the loess plateau of east gansu[J]. Journal of Geological Hazards and Environment Preservation,2020,31(3):18−24.
张茂省, 胡炜, 孙萍萍, 等. 黄土水敏性及水致黄土滑坡研究现状与展望[J]. 地球环境学报, 2016, 7(4): 323−334. doi: 10.7515/JEE201604001 ZHANG Maosheng, HU Wei, SUN Pingping, et al. Research status and prospect of water sensitivity and water-induced landslide in loess[J]. Journal of Earth Environment,2016,7(4):323−334. doi: 10.7515/JEE201604001
赵之旭, 聂福彪, 张万福. 黄土塬区沟道流域泥流的形成因素与防治对策[J]. 防护林科技, 2005, 67(4): 33−35. doi: 10.3969/j.issn.1005-5215.2005.04.013 ZHAO Zhixu, NIE Fubiao, ZHANG Wanfu. Formation factors and control measures of mudflow in gully watershed of Loess Tableland[J]. Shelterbelt Science and Technology,2005,67(4):33−35. doi: 10.3969/j.issn.1005-5215.2005.04.013
周明. 咸阳黄土高原泥流的形成因素及土壤侵蚀类型[J]. 人民黄河, 1996(2): 31−33. ZHOU Ming. Formation factors and soil erosion types of mudflow in Xianyang Loess Plateau[J]. Yellow River,1996(2):31−33.
朱兴华, 彭建兵, 同霄, 等. 黄土地区地质灾害链研究初探[J]. 工程地质学报, 2017, 25(1): 117−122. ZHU Xinghua, PENG Jianbing, TONG Xiao, et al. Study on geological hazard chain in loess area[J]. Journal of Engineering Geology,2017,25(1):117−122.
Baum R L, Godt J W. Early warning of rainfall-induced shallow landslides and debris flows in the USA[J]. Landslides,2010,7(3):259−272. doi: 10.1007/s10346-009-0177-0
Berti M, Bernard M, Gregoretti C, et al. Physical interpretation of rainfall thresholds for runoff-generated debris flows[J]. Journal of Geophysical Research: Earth Surface,2020,125(6):e2019JF005513. doi: 10.1029/2019JF005513
Bogaard T, Greco R. Invited perspectives: Hydrological perspectives on precipitation intensity-duration thresholds for landslide initiation: proposing hydro-meteorological thresholds[J]. Natural Hazards and Earth System Sciences,2018,18(1):31−39. doi: 10.5194/nhess-18-31-2018
Boniello M A, Calligaris C, Lapasin R, et al. Rheological investigation and simulation of a debris-flow event in the Fella watershed[J]. Natural Hazards and Earth System Sciences,2010,10(5):989−997. doi: 10.5194/nhess-10-989-2010
Caine N. The rainfall intensity-duration control of shallow landslides and debris flows[J]. Geografiska Annaler: Series A, Physical Geography,1980,62(1-2):23−27. doi: 10.1080/04353676.1980.11879996
Carrière S R, Jongmans D, Chambon G, et al. Rheological properties of clayey soils originating from flow-like landslides[J]. Landslides,2018,15(8):1615−1630. doi: 10.1007/s10346-018-0972-6
Chanson H, Coussot P, Jarny S, et al. A study of dam break wave of thixotropic fluid: Bentonite surges down an inclined plane [R]. Department of Civil Engineering, The University of Queensland, 2004, Report CH54/04.
Chen C Y, Chen T C, Yu F C, et al. Rainfall duration and debris-flow initiated studies for real-time monitoring[J]. Environmental Geology,2005,47(5):715−724.
Chen H X, Wang J D. Regression analyses for the minimum intensity-duration conditions of continuous rainfall for mudflows triggering in Yan’an, northern Shaanxi (China)[J]. Bulletin of Engineering Geology and the Environment,2013,73:917−928.
Ciccarese G, Mulas M, Corsini A. Combining spatial modelling and regionalization of rainfall thresholds for debris flows hazard mapping in the Emilia-Romagna Apennines (Italy)[J]. Landslides,2021,18(11):3513−3529. doi: 10.1007/s10346-021-01739-w
Coussot P, Nguyen Q D, Huynh H T, et al. Viscosity bifurcation in thixotropic, yielding fluids[J]. Journal of Rheology,2002,46(3):573−589. doi: 10.1122/1.1459447
Coussot P, Piau J M. A large-scale field coaxial cylinder rheometer for the study of the rheology of natural coarse suspensions[J]. Journal of Rheology,1995,39(1):105−124. doi: 10.1122/1.550693
Coussot P, Piau J M. On the behavior of fine mud suspensions[J]. Rheologica Acta,1994,33(3):175−184. doi: 10.1007/BF00437302
Coussot P, Roussel N, Jarny S, et al. Continuous or catastrophic solid–liquid transition in jammed systems[J]. Physics of Fluids,2005,17(1):011704. doi: 10.1063/1.1823531
Coussot P. Mudflow rheology and dynamics [M]. Routledge, 2017.
Cui P, Zhou G G D, Zhu X H, et al. Scale amplification of natural debris flows caused by cascading landslide dam failures[J]. Geomorphology,2013,182:173−189. doi: 10.1016/j.geomorph.2012.11.009
Eilertsen R S, Hansen L, Bargel T H, et al. Clay slides in the Målselv valley, northern Norway: Characteristics, occurrence, and triggering mechanisms[J]. Geomorphology,2008,93(3−4):548−562. doi: 10.1016/j.geomorph.2007.03.013
Gens Solé A. Fundamentals of soil behaviour [J]. XXII Conferenza di Geotecnica di Torino, 2009.
Guzzetti F, Peruccacci S, Rossi M, et al. The rainfall intensity–duration control of shallow landslides and debris flows: an update[J]. Landslides,2008,5(1):3−17. doi: 10.1007/s10346-007-0112-1
Hoch O J, McGuire L A, Youberg A M, et al. Hydrogeomorphic recovery and temporal changes in rainfall thresholds for debris flows following wildfire[J]. Journal of Geophysical Research: Earth Surface,2021,126(12):e2021JF006374. doi: 10.1029/2021JF006374
Holthusen D, Pertile P, Awe G O, et al. Soil density and oscillation frequency effects on viscoelasticity and shear resistance of subtropical Oxisols with varying clay content[J]. Soil and Tillage Research,2020,203:104677. doi: 10.1016/j.still.2020.104677
Hu W, Li Y, Xu Q, et al. Flowslide high fluidity induced by shear thinning[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2022: e2022JB024615.
Huang Z, Aode H. A laboratory study of rheological properties of mudflows in Hangzhou Bay, China[J]. International Journal of Sediment Research,2009,24(4):410−424. doi: 10.1016/S1001-6279(10)60014-5
Hungr O, Leroueil S, Picarelli L. The Varnes classification of landslide types, an update[J]. Landslides,2014,11(2):167−194. doi: 10.1007/s10346-013-0436-y
Ilstad T, Elverhøi A, Issler D, et al. Subaqueous debris flow behaviour and its dependence on the sand/clay ratio: a laboratory study using particle tracking[J]. Marine Geology,2004,213(1-4):415−438. doi: 10.1016/j.margeo.2004.10.017
Iverson R M. Regulation of landslide motion by dilatancy and pore pressure feedback [J]. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 2005, 110(F2).
Iverson, R M. Scaling and design of landslide and debris-flow experiments[J]. Geomorphology,2015,244:9−20. doi: 10.1016/j.geomorph.2015.02.033
Jeong S W, Locat J, Leroueil S, et al. Rheological properties of fine-grained sediment: the roles of texture and mineralogy[J]. Canadian Geotechnical Journal,2010,47(10):1085−1100. doi: 10.1139/T10-012
Jeong S W. Influence of physico-chemical characteristics of fine-grained sediments on their rheological behavior [D]. Université Laval, 2006.
Jibson R W. Debris flows in southern Puerto Rico: Landslide processes of the eastern United States and Puerto Rico[J]. Geological Society of America Special Paper,1989,236:29−55.
Jongmans D, Bièvre G, Renalier F, et al. Geophysical investigation of a large landslide in glaciolacustrine clays in the Trièves area (French Alps)[J]. Engineering Geology,2009,109(1−2):45−56. doi: 10.1016/j.enggeo.2008.10.005
Kaitna R, Rickenmann D, Schatzmann M. Experimental study on rheologic behaviour of debris flow material[J]. Acta Geotechnica,2007,2(2):71−85. doi: 10.1007/s11440-007-0026-z
Kirschbaum D B, Stanley T, Simmons J. A dynamic landslide hazard assessment system for Central America and Hispaniola[J]. Natural Hazards and Earth System Sciences,2015,15(10):2257−2272. doi: 10.5194/nhess-15-2257-2015
Lian B Q, Wang X G, Zhan H B, et al. Creep mechanical and microstructural insights into the failure mechanism of loess landslides induced by dry-wet cycles in the Heifangtai platform, China[J]. Engineering Geology,2022,300:106589. doi: 10.1016/j.enggeo.2022.106589
Mainsant G, Jongmans D, Chambon G, et al. S-wave velocity as an indicator of solid-liquid transition in clay[C]. EGU General Assembly Conference Abstracts, 2013: EGU2013-4380.
Mainsant G, Jongmans D, Larose E, et al. The solid-to-liquid transition in the Trièves clay: the lessons from rheometric and seismic tests[C]. Mountain Risks: Bringing Science to Society, 2010: 6.
Major J J, Pierson T C. Debris flow rheology: Experimental analysis of fine-grained slurries[J]. Water Resources Research,1992,28(3):841−857. doi: 10.1029/91WR02834
Malet J P, Laigle D, Remaitre A, et al. Triggering conditions and mobility of debris flows associated to complex earthflows[J]. Geomorphology,2005,66(1−4):215−235.
McGuire L A, Youberg A M. What drives spatial variability in rainfall intensity-duration thresholds for post-wildfire debris flows? Insights from the 2018 Buzzard Fire, NM, USA[J]. Landslides,2020,17(10):2385−2399. doi: 10.1007/s10346-020-01470-y
Mewis J, Wagner N J. Thixotropy[J]. Advances in Colloid and Interface Science,2009,147:214−227.
O'Brien J S, Julien P Y. Laboratory analysis of mudflow properties[J]. Journal of Hydraulic Engineering,1988,114(8):877−887. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9429(1988)114:8(877)
Papa M N, Medina V, Ciervo F, et al. Derivation of critical rainfall thresholds for shallow landslides as a tool for debris flow early warning systems[J]. Hydrology and Earth System Sciences,2013,17(10):4095−4107. doi: 10.5194/hess-17-4095-2013
Parsons J D, Whipple K X, Simoni A. Experimental study of the grain-flow, fluid-mud transition in debris flows[J]. The Journal of Geology,2001,109(4):427−447. doi: 10.1086/320798
Peng J B, Wang S K, Wang Q Y, et al. Distribution and genetic types of loess landslides in China[J]. Journal of Asian Earth Sciences,2019,170:329−350. doi: 10.1016/j.jseaes.2018.11.015
Pértile P, Reichert J M, Gubiani P I, et al. Rheological parameters as affected by water tension in subtropical soils [J]. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 2016, 40.
Phillips C J, Davies T R H. Determining rheological parameters of debris flow material[J]. Geomorphology,1991,4(2):101−110. doi: 10.1016/0169-555X(91)90022-3
Picarelli L, Olivares L, Comegna L, et al. Mechanical aspects of flow-like movements in granular and fine grained soils[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering,2008,41(1):179−197. doi: 10.1007/s00603-007-0135-x
Picarelli L, Urciuoli G, Ramondini M, et al. Main features of mudslides in tectonised highly fissured clay shales[J]. Landslides,2005,2(1):15−30. doi: 10.1007/s10346-004-0040-2
Raymond C A, McGuire L A, Youberg A M, et al. Thresholds for post-wildfire debris flows: Insights from the Pinal Fire, Arizona, USA[J]. Earth Surface Processes and Landforms,2020,45(6):1349−1360. doi: 10.1002/esp.4805
Schippa L, Doghieri F, Pellegrino A M, et al. Thixotropic Behavior of Reconstituted Debris-Flow Mixture[J]. Water,2021,13(2):153. doi: 10.3390/w13020153
Sosio R, Crosta G B, Frattini P. Field observations, rheological testing and numerical modelling of a debris-flow event[J]. Earth Surface Processes and Landforms,2007,32(2):290−306. doi: 10.1002/esp.1391
Staley D M, Kean J W, Cannon S H, et al. Objective definition of rainfall intensity–duration thresholds for the initiation of post-fire debris flows in southern California[J]. Landslides,2013,10(5):547−562. doi: 10.1007/s10346-012-0341-9
Stoppe N, Horn R. Microstructural strength of tidal soils-a rheometric approach to develop pedotransfer functions[J]. Journal of Hydrology and Hydromechanics,2018,66(1):87. doi: 10.1515/johh-2017-0031
Thomas M A, Mirus B B, Collins B D. Identifying physics-based thresholds for rainfall-induced landsliding[J]. Geophysical Research Letters,2018,45(18):9651−9661. doi: 10.1029/2018GL079662
Tang H, McGuire L A, Rengers F K, et al. Developing and testing physically based triggering thresholds for runoff‐generated debris flows[J]. Geophysical Research Letters,2019,46(15):8830−8839.
Van Asch T W J, Malet J P. Flow-type failures in fine-grained soils: an important aspect in landslide hazard analysis[J]. Natural Hazards and Earth System Sciences,2009,9(5):1703−1711. doi: 10.5194/nhess-9-1703-2009
Wang D Z, Wang X G, Chen X Q, et al. Analysis of factors influencing the large wood transport and block-outburst in debris flow based on physical model experiment[J]. Geomorphology,2022,398:108054. doi: 10.1016/j.geomorph.2021.108054
Wang D, Wang X, Chen X, Huang Q, Wang J, Lian B, Wang F. Solid–fluid phase transition characteristics of loess and its drag reduction mechanism [J]. Landslides. 2024a, (8)6 : 1−9.
Wang D Z, Wang X G, Chen X Q, et al. Influence of micromorphology and water content on the rheological properties and performance evaluation model of loess mudflow[J]. Physics of Fluids,2024b,36(11):2135−2148.
Wang X, Wang J, Zhan H, et al. Moisture content effect on the creep behavior of loess for the catastrophic Baqiao landslide[J]. Catena,2019,187:104371.
Wang XG; Sheng H; Lian BQ, Wang JD; Zhan HB; Wang DZ; Liu k; Luo L; Gu CY. Formation mechanism of a disaster chain in Loess Plateau: A case study of the Pucheng County disaster chain on August 10, 2023, in Shaanxi Province, China[J]. Engineering Geology,2024c,331:107463. doi: 10.1016/j.enggeo.2024.107463
Xu L, Dai F C, Tu X B, et al. Occurrence of landsliding on slopes where flowsliding had previously occurred: an investigation in a loess platform, North-west China[J]. Catena,2013,104:195−209. doi: 10.1016/j.catena.2012.11.010
Xu Q, Peng D L, Zhang S, et al. Successful implementations of a real-time and intelligent early warning system for loess landslides on the Heifangtai terrace, China[J]. Engineering Geology,2020,278:105817. doi: 10.1016/j.enggeo.2020.105817
Yuan B, Chen W W, Tang Y Q, et al. Experimental study on gully-shaped mud flow in the loess area[J]. Environmental Earth Sciences,2015,74(1):759−769. doi: 10.1007/s12665-015-4080-9
Zhang F Y, Wang G H, Peng J B. Initiation and mobility of recurring loess flowslides on the Heifangtai irrigated terrace in China: Insights from hydrogeological conditions and liquefaction criteria[J]. Engineering Geology,2022,302:106619. doi: 10.1016/j.enggeo.2022.106619
Zhang F Y, Wang G H. Effect of irrigation-induced densification on the post-failure behavior of loess flowslides occurring on the Heifangtai area, Gansu, China[J]. Engineering Geology,2018,236:111−118. doi: 10.1016/j.enggeo.2017.07.010
Zhou W, Tang C. Rainfall thresholds for debris flow initiation in the Wenchuan earthquake-stricken area, southwestern China[J]. Landslides,2014,11:877−887. doi: 10.1007/s10346-013-0421-5