白山市渾江區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及成因研究

王 旭

中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033

0 引言

白山市渾江區(qū)位于吉林省東南部，面積1 388 km2。水系發(fā)育，中溫帶大陸性季風氣候，年平均降雨量由中北部向北部、南部逐漸增大，尤以鴨綠江沿岸降雨量最多。本區(qū)地處長白山山脈中部，渾江凹陷盆地中。渾江區(qū)地質(zhì)條件復雜，構(gòu)造發(fā)育，地層發(fā)育較齊全，巖漿巖、變質(zhì)巖分布較廣。

區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生嚴重影響到人類的生產(chǎn)生活。本文在調(diào)查說明區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的前提下，對各影響因素對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的作用進行詳細闡述，為防災(zāi)減災(zāi)工作提供幫助。

1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

渾江區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查點總數(shù)204個，其中崩塌94個、泥石流57個、滑坡27個、不穩(wěn)定斜坡22個、地面塌陷4個。渾江區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布見圖1。

圖1 渾江區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布簡圖Fig.1 Development and distribution sketch of geological disasters in Hunjiang District

區(qū)內(nèi)以人類工程活動為主導因素誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害點129處，占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的63.24%。崩塌主要由人為因素引發(fā)，多發(fā)生于各級公路沿線，總共94處，占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的46%，主要分布在G201國道、S103省道、S303省道沿線和鴨綠江沿江公路沿線，另外零星分布于其它各級公路沿線?；露喟l(fā)生于公路沿線和村民蓋房取土開挖坡角，主要分布在七道江鎮(zhèn)、三道溝鎮(zhèn)及通溝街道。不穩(wěn)定斜坡多發(fā)生于各級公路沿線及居民點房屋后，主要由人為因素引發(fā)。泥石流具有小型、群發(fā)和發(fā)生頻率高的特點，主要分布在六道江鎮(zhèn)、七道江鎮(zhèn)、紅土崖鎮(zhèn)及板石街道等地。地面塌陷主要發(fā)生于巖溶發(fā)育及人類采礦活動強烈地區(qū)，主要分布在七道江鎮(zhèn)及板石街道等地。

從區(qū)域上看，地質(zhì)災(zāi)害點分布不均勻，中北部明顯多于西南部。在地質(zhì)災(zāi)害成因上，大部分地質(zhì)災(zāi)害點與人類活動密切相關(guān)，區(qū)內(nèi)的所有崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、地面塌陷基本上是由人為修路切坡及采石、開采煤炭資源、修建住宅等工程引發(fā)的，泥石流的形成與人為耕種、毀林開荒等工程活動有較密切關(guān)系。

縱觀全區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的分布特征，不難發(fā)現(xiàn)，在該區(qū)人類工程活動強烈的地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害點就越多。

2 地質(zhì)災(zāi)害成因研究

地質(zhì)災(zāi)害的影響因素主要有地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體結(jié)構(gòu)類型、降水、植被、人類工程活動等。其中地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的基礎(chǔ)條件為地形地貌、地層巖性與巖土體結(jié)構(gòu)類型、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等，誘發(fā)因素為降水、人類工程活動、地震等[1]。

2.1 地質(zhì)災(zāi)害與地形地貌

2.1.1 地形地貌對崩塌的控制

區(qū)內(nèi)崩塌一般發(fā)生在60°～90°的斜坡上，斜坡高度10～100 m，軟弱結(jié)構(gòu)面暴露，崩塌與地形坡度關(guān)系見圖2。

圖2 崩塌發(fā)生與地形坡度關(guān)系直方圖Fig.2 Histogram of the relationship between collapse and terrain slope

2.1.2 地形地貌對滑坡的控制

滑坡多產(chǎn)生于坡度在30°～70°的斜坡上，見圖3。小于30°由于坡度小，地形平緩，土層不易滑動，而大于70°由于坡度較大，不利于松散物的堆積[1]。

2.1.3 地形地貌對不穩(wěn)定斜坡的控制

不穩(wěn)定斜坡多產(chǎn)生于坡度大于30°的斜坡上。小于30°的斜坡地形平緩，勢能較小，土層不易滑動，很難形成不穩(wěn)定斜坡，難以發(fā)展成為崩塌和滑坡[2]。不穩(wěn)定斜坡與地形坡度關(guān)系統(tǒng)計見圖4。

圖3 滑坡與地形坡度關(guān)系直方圖Fig.3 Histogram of the relationship between landslide and terrain slope

圖4 不穩(wěn)定斜坡與地形坡度關(guān)系直方圖Fig.4 Histogram of the relationship between unstable slope and terrain slope

2.1.4 地形地貌對泥石流的控制

渾江區(qū)泥石流與兩側(cè)斜坡坡度、植被覆蓋率有關(guān)。這也與該地段第四系松散堆積物大量分布和人類工程活動密不可分。泥石流與斜坡坡度關(guān)系見圖5。

圖5 泥石流與地形坡度關(guān)系直方圖Fig.5 Histogram of the relationship between debris flow and terrain slope

泥石流多發(fā)育在15°～25°的斜坡上，占泥石流總數(shù)的61.4%。該區(qū)段人類活動較多，松散物較多，水流攜帶著松散物沖刷而下，對下方形成一定危險。坡度較小的降水難以對地表進行侵蝕，不易形成泥石流溝，坡度較大的松散物難以堆積，物源條件不豐富，不易形成泥石流。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害與巖土體類型

巖土體工程地質(zhì)條件、地層巖性是影響斜坡變形的主要因素。巖性不同，其地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度及類型不同。

2.2.1 地層巖性、巖土體類型對滑坡的影響

地層巖性決定了滑坡的物質(zhì)基礎(chǔ)。由于地層巖性不同，抗剪強度各不相同，發(fā)生滑坡的難易程度不同。軟弱地層，在構(gòu)造作用以及其它外力作用影響下，都容易形成土狀或泥狀的軟弱夾層，成為潛在的滑動面或滑動帶，具備產(chǎn)生滑動的基本條件。同時，在軟弱地層中，由于抗風化能力弱，易形成大量的松散物質(zhì)。相反，硬質(zhì)巖類，巖體抗風化能力強，不易形成潛在滑移面和松散物質(zhì)。

根據(jù)調(diào)查資料，第四系松散土體及含粉砂巖、砂巖、石英砂巖、大理巖等軟弱、易風化地層為境內(nèi)的易滑巖組。

土質(zhì)滑坡體物質(zhì)多為第四系殘坡積及人類采礦產(chǎn)生的煤渣，巖性為黏土及含礫黏土，土體結(jié)構(gòu)松散，在內(nèi)外地質(zhì)營力作用下易產(chǎn)生滑坡。形成土質(zhì)滑坡的條件從巖性及水文地質(zhì)條件上看，土體結(jié)構(gòu)松散，孔隙度大，透水性強，而下伏基巖透水性相對較小，易形成隔水層，地表降水入滲使土體呈飽和狀態(tài)，下滲后的地下水軟化土體，增大土體重量和孔隙水壓力，使土體力學強度降低，易在土體中或基巖面上形成滑帶或滑移面，導致土體滑動。區(qū)內(nèi)2處土質(zhì)滑坡均是土體沿基巖面發(fā)生滑動。

區(qū)內(nèi)的25處巖質(zhì)滑坡均發(fā)生在含粉砂巖、砂巖、石英砂巖、大理巖等軟弱、易風化地層中，多為人工切坡形成，地表巖石在強風化作用下呈散體狀，在重力作用下沿基巖接觸面滑動。

2.2.2 地層巖性、巖土體對崩塌(不穩(wěn)定斜坡)的影響

渾江區(qū)崩塌(不穩(wěn)定斜坡)災(zāi)害體地層巖性主要是碳酸巖和碎屑巖類，均是由公路建設(shè)和房屋建設(shè)人工切坡造成的，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，一般在2～3組，將巖石切割成塊狀，在重力作用下，被卸荷裂隙或構(gòu)造裂隙切割為塊狀的巖體重心不穩(wěn)而產(chǎn)生崩塌(不穩(wěn)定斜坡)。據(jù)統(tǒng)計，全區(qū)94處崩塌、22處不穩(wěn)定斜坡中有104處發(fā)生在碳酸巖和碎屑巖中，其余發(fā)生在結(jié)晶巖和變質(zhì)巖中。

2.2.3 地層巖性、巖土體類型對泥石流的影響

渾江區(qū)屬新生代抬升區(qū)，以侵蝕構(gòu)造地貌為主，巖性以構(gòu)造裂隙發(fā)育、易風化破碎的灰?guī)r、砂巖為主，山體不斷抬升，巖石嚴重風化，殘坡積物加厚增多，泥石流物源豐富。57處泥石流中有49處的物源為殘坡積土體，占泥石流總數(shù)的85.96%。如通溝街道寶山社區(qū)13委后山(HJ610)泥石流，屬新生代抬升區(qū)，殘坡積物厚度平均2 m，形成山坡型泥石流。

2.2.4 地層巖性、巖土體對地面塌陷的影響

區(qū)內(nèi)有2處地面塌陷發(fā)生在碳酸鹽巖地層中，由于灰?guī)r在地表水的溶蝕作用下，淺層巖溶發(fā)育。典型的如七道江鎮(zhèn)東山村12社地面塌陷。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)構(gòu)造

渾江區(qū)地質(zhì)構(gòu)造歷史漫長、復雜，受多期構(gòu)造運動影響，巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石風化嚴重，為崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了裂隙條件。據(jù)本次調(diào)查結(jié)果，崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害點巖性多為碳酸巖和碎屑巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，這些節(jié)理的組合為崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、泥石流的形成提供了充足的物源。

2.4 地質(zhì)災(zāi)害與降水

2.4.1 大氣降水對地質(zhì)災(zāi)害的影響

根據(jù)資料分析，區(qū)內(nèi)大氣降雨對地質(zhì)災(zāi)害影響主要是對滑坡、崩塌、泥石流、不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害的的影響。

降水的入滲既可增加土體容重和坡體自重，又會對巖土體起到軟化，降低巖土體力學強度，是滑坡產(chǎn)生催化劑和潤滑劑[3]。區(qū)內(nèi)絕大數(shù)滑坡發(fā)生在雨季，以7、8月份為主，其次為6、9月份。27處滑坡有時間記載的5處均發(fā)生在7～8月。同時大氣降雨形成的地表水沖刷坡腳，導致坡腳掏空，降水沿裂隙滲入坡內(nèi)，增大了對邊坡巖體的動水壓力和靜水壓力，軟化或掏蝕了巖體裂隙中的充填物，增加巖體自重，從而加速了崩塌(不穩(wěn)定斜坡)的產(chǎn)生。區(qū)內(nèi)以降雨為主導因素誘發(fā)的崩塌31處，占崩塌總數(shù)的32.98%。大氣降水是形成泥石流的主要水源，先期降水使松散固體物質(zhì)中含水量增加，潛水水位上升，土體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，內(nèi)聚力減小，中后期強降水便可匯成洪流，沖刷、攜帶松散物質(zhì)運動、形成泥石流。

2.4.2 地下水對地質(zhì)災(zāi)害的影響

地下水主要是對地面塌陷產(chǎn)生影響，區(qū)內(nèi)有2處地面塌陷發(fā)生在碳酸鹽巖地層中，由于灰?guī)r在地表水及地下水的溶蝕作用下，淺層巖溶發(fā)育；當覆蓋土層厚度不大，且土層結(jié)構(gòu)松散，地下水的流速和水力坡降較大，在較強的動水壓力和潛蝕作用下產(chǎn)生巖溶塌陷。巖溶型地面塌陷一般出現(xiàn)于汛期，降雨后地表水垂直入滲地下，動水壓力劇增并向下潛蝕巖土層，在重力作用下，溶洞頂拱破壞，形成塌陷。典型的如七道江鎮(zhèn)東山村12社地面塌陷。

2.5 地質(zhì)災(zāi)害與植被

區(qū)內(nèi)泥石流多為溝谷型泥石流，主要受降水和溝谷內(nèi)松散物厚度的控制，與植被覆蓋率有一定關(guān)系。區(qū)內(nèi)植被覆蓋率高的地方泥石流較多主要是因為植被類型大多為灌木，灌木對水土的保持能力較弱，起不到固土的作用，在降雨條件下易形成泥石流。區(qū)內(nèi)植被覆蓋率較低的地區(qū)多為人類活動強烈區(qū)域，城市化水平較高，工程設(shè)施比較完善，對泥石流溝等都已進行了工程治理，修建了堤壩等，多已不存在泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患。

2.6 地質(zhì)災(zāi)害與人類工程活動

區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害形成的主導因素為人類工程活動。隨著渾江區(qū)經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展，人類工程活動逐漸增強，主要表現(xiàn)為各類基礎(chǔ)建設(shè)及礦產(chǎn)資源開發(fā)等。大量的人類工程活動破壞了斜坡平衡狀態(tài)，誘發(fā)了地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生。區(qū)內(nèi)主要因人類工程活動誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害點129處，占地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的63.24%。因人類工程活動形式不同，誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的類型也存在差異。

2.6.1 基礎(chǔ)建設(shè)誘發(fā)崩塌、滑坡災(zāi)害

基礎(chǔ)建設(shè)切坡形成臨空面，易誘發(fā)滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災(zāi)害。公路建設(shè)過程中，開挖坡體使得坡體上形成陡峭臨空面，如果不及時進行工程治理，新鮮面經(jīng)過長時間的暴露，風化程度加重，在降雨等因素促發(fā)下產(chǎn)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害的可能性大，如仙人洞村鴨綠江沿江公路發(fā)生的崩塌，就是因公路開挖切坡，破壞原有斜坡的穩(wěn)定狀態(tài)，在未得到有效支護的情況下發(fā)生崩塌。

2.6.2 礦山開采引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害

由采礦活動形成地下采空區(qū)，在一定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件下，采空區(qū)上覆巖層的自重和圍巖應(yīng)力導致采空區(qū)頂板冒落，頂?shù)装彘]合而引起上覆巖體的變形破壞；或者某些礦柱設(shè)計的承載力低于實際的承載力，或在長期承載過程中因風化、地震或其它因素使其承載力降低到設(shè)計標準以下時，礦柱遭到破壞而改變采空區(qū)圍巖穩(wěn)定平衡狀態(tài)，導致采空區(qū)頂板冒落，進而產(chǎn)生地面塌陷[4]。典型的如七道江鎮(zhèn)七道江村紅旗煤礦地面塌陷，由于采煤塌陷，現(xiàn)已整村搬遷，威脅基本消除。

3 結(jié)論

渾江區(qū)地質(zhì)災(zāi)害種類齊全，發(fā)育分布范圍與地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體結(jié)構(gòu)類型、降水、植被、人類工程活動等因素密切相關(guān)，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生是諸多因素共同作用的結(jié)果，但人類工程活動的影響最為明顯。