當山崩塊體滑落後的堆積塊體雖然會產生嚴重的碎裂與位移,但是在堆積 區中的岩塊,大致上仍然保有原來的地層順序 (Johnson, 1979),可以說是塊體在 滑落時,其變形受到相當程度的限制。我們推論是塊體在滑落時,雖然受到強大 的應力足以使破裂密布在整個岩層之內,但由於這個應力只有施與塊體非常小的 時間,阻止了內部的大規模變形和堆積時重新排列的機會,最後大部份的變形都 保留在崩塌塊體底部的一個窄小的區域。
另外,在大型山崩裡,Heim (1932) 將視摩擦角 (apparent friction coefficient) 定義為垂直高度和水平位移距離的比值 (圖 1- 7),即 Hmax/Lmax,而這個比值,
有時遠比實驗室所得到的岩石摩擦係數小,甚至可達0.1 左右。而目前已知發生 在火星上最大的山崩,體積高達17,880 立方公里,估計其視摩擦係數 (Apparent friction coefficient) 只有約 0.06 (Lucchitta, 1979; McEwen, 1989);然而火星上巨
型山崩 (如 Valle Marineris 山崩) 的動力學機制是乾的崩塌還是像流體般的流 動,到目前仍是有爭論的,Quantin and Allemand (2004) 根據 Lucchitta (1978) 分 析Valle Marineris 幾何地形所提出的流體化機制 (fluidization mechanism) 指出,
Valle Marineris 山崩機制可能是富含水份的岩屑流 (Debris flow),而 McEwen (1989) 火星認為的山崩應該比較像是乾顆粒岩屑流的山崩;Soukhovistakaya and Manga (2006) 比較地球和火星的山崩 (圖 1- 8),認為火星上的山崩沒有流動的 機制,亦傾向火星的山崩是乾岩屑流或火山碎屑;無論何種解釋,山崩視摩擦角 (Apparent friction angle) 都隨著山崩塊體的增加而減少。
Erismann (1979) 認為大型山崩的性質是流動的,並將其分為薄層流動 (Laminar) 和攪動 (Turbulent flow) 二種形式;薄層流動上層的滑動速度會大於 下層 (圖 1- 9),也可能是二個平行層狀物質同時滑動,由於上層的物質滑動較 快,因此上層的前端會向前跌落至下層的前端,之後又被上層所掩蓋 (圖 1- 10),
而Köfels (~6700 b.c.) 山崩即是一個典型的例子 (圖 1- 11)。攪動形式的山崩,塊 體裂解後會像旋渦一樣的攪動 (圖 1- 12),不像一個剛性的塊體,有時甚至會產 生直徑500 公尺,速度高達每秒 50 公尺的快速渦流而下。Erismann (1986) 也認 為在大型的山崩裡才會有潤滑 (Lubricate) 的作用,而潤滑作用有平滑 (Smooth surface)、表面熔化 (Melt) 及氣體產生 (Gasify) 等三種機制 (表 1- 3),
表1- 3:Erismann 的山崩機制表 (Erismann, 1986)
Mechanisms Properties required
Events Material Other
Flowing Liquid matrix Granular, light Sufficient liquid Avalanches,
mud streams
Gas matrix Powdery, light Avalanches
Rolling
“Roller bearing” Hard “Slab & roller’s”
Features ?
Rolling &
bouncing Elastic, tough Free rotation,
round shape
Single boulders, rockfalls
Bouncing
“Aeroplining” Light, low
permeability
Thin mass,
high speed ? Sliding &
bouncing
Sliding
No lubricated Smooth
surface Steep slope Small slides Fused rock
lubricated
Heavy, easy to melt
Thick mass, high speed
Slide (Primitive rock, ice etc.)
Gas lubricated Heavy, easy
to gasify
Thick mass, high speed
Slides (Carbonate)
圖1- 7:Heim 所定義的視摩擦角 (apparent friction angle),即垂直高度和水平位 移距離的比值 (Heim, 1932)。
圖1- 8:火星和地球上的塊體體積與山崩滑行距之比較,由此圖比較可發現,火 星上的山崩 (Δ),其形式比較像地球上乾的山崩 (×),而非岩屑流式 (□) 的山崩 (Soukhovitskaya and Manga, 2006)。
圖1- 9:大型山崩的塊體通常不是剛性的,薄層 (Laminar) 流動為其中的一種形 式,通常上層的滑動速度會大於下層 (Erismann, 1979)。
圖1- 10:大型山崩的另外一種可能的形式為攪動 (Turbulet),上層 (11) 前端會 向前跌落至下層,之後會上層 (12) 被掩蓋 (Erismann, 1979)。
圖1- 11:Kofels 山崩(~6000 b.c.)為一捲動式山崩的案列 (改繪自 Erismann, 1979)。
圖1- 12:攪動式山崩裂解後的塊體會像旋渦一樣旋轉。