陜北黃土高原區(qū)滑坡發(fā)育類型與時(shí)空分布特征*——以吳起縣為例

段釗，趙法鎖，陳新建

(長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西西安710054)

吳起縣位于陜西省延安市西北部，自然條件差，基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，其滑坡災(zāi)害無(wú)論是數(shù)量、規(guī)模還是造成的危害，在陜北黃土高原地區(qū)均具有代表性。尤其是1970年代以來(lái)，由于吳起油田的發(fā)現(xiàn)，石油開(kāi)采及相關(guān)工程建設(shè)活動(dòng)頻繁，使原本脆弱的黃土地上滑坡災(zāi)害頻發(fā)[1]。

區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)研究工作相對(duì)薄弱，本文以“陜西省延安市吳起縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查”項(xiàng)目為依托，對(duì)研究區(qū)滑坡災(zāi)害進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，并參考前人成果，就滑坡類型及分布特征進(jìn)行較深入研究，最后提出防治對(duì)策，以期為該地區(qū)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供相關(guān)決策依據(jù)。

1 地質(zhì)環(huán)境概況

吳起縣地處黃土高原腹地，毛烏素沙漠南緣，地勢(shì)西北高，東南低。受上更新世以上升為主的震蕩性新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，區(qū)內(nèi)反復(fù)受長(zhǎng)期剝蝕、侵蝕、堆積作用，形成以白于山為分水嶺的梁、峁與河、溝、壑地貌單元組合。區(qū)內(nèi)屬半干旱溫帶大陸性季風(fēng)氣候，雨量偏小，降水主要集中在7－9月?？h域內(nèi)河流均屬黃河水系，干流深切，支流密布。以白于山為界，南為洛河流域，北為無(wú)定河流域。境內(nèi)地表廣為第四系中、上更新統(tǒng)黃土披覆，堆積厚度大，前第四系地層僅在深切溝谷和陡峻梁峁斜坡下部有所出露，產(chǎn)狀近水平。含水層主要有第四系松散層孔隙水、孔隙裂隙水和白堊系基巖裂隙水三種類型。區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)不強(qiáng)烈，近幾世紀(jì)來(lái)地震少有發(fā)生，且震級(jí)較小，鄰近省區(qū)雖發(fā)生過(guò)大震，但由于地塊邊界的阻隔，對(duì)本區(qū)影響不大[2]。本區(qū)人類工程活動(dòng)頻繁，自1971年以來(lái)，吳起縣因石油開(kāi)釆，使經(jīng)濟(jì)面貌得以改善，隨后基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也得到迅猛發(fā)展。僅“十一五”期間的大型改、新建設(shè)項(xiàng)目就有11項(xiàng)，其中包括油井3 400口、勘探井125口，累計(jì)進(jìn)尺35萬(wàn)m，各級(jí)公路68條共1 165 km，水庫(kù)兩座，總庫(kù)容1 000萬(wàn)m3[3]。

2 黃土滑坡類型

吳起縣共發(fā)現(xiàn)有黃土滑坡134處，可分為黃土層內(nèi)滑坡、黃土－紅粘土接觸面滑坡、紅粘土－基巖接觸面滑坡和黃土泥流滑坡四類[4](圖1)。

2.1 黃土層內(nèi)滑坡

該類滑坡多切離石、馬蘭兩層黃土，于馬蘭黃土內(nèi)部某古土壤層形成滑面(圖1a)?；w主要由中、晚更新世黃土崩滑堆積物組成，結(jié)構(gòu)零亂，顏色混雜或較均一，滑體厚度一般為3～30 m。本類系研究區(qū)主要發(fā)育類型，與人類工程活動(dòng)密切相關(guān)，占研究區(qū)滑坡總數(shù)的70%(圖2)。長(zhǎng)官?gòu)R鄉(xiāng)黃岔村湫溝滑坡是其典例(圖3)。

2.2 黃土－紅粘土接觸面滑坡

該類滑坡滑面為黃土－紅粘土接觸面(圖1b)?；w由中、晚更新世黃土崩滑堆積物組成，可辨層次，厚度一般為10～40 m，滑速相對(duì)較慢，規(guī)模較大。在調(diào)查發(fā)現(xiàn)的29處滑坡中(圖2)，有20處因人工開(kāi)挖坡腳導(dǎo)致滑坡體復(fù)活或加劇，其中最為典型的是薛岔鄉(xiāng)大路溝滑坡(圖4)。

圖1 吳起縣黃土滑坡類型示意圖

圖2 滑坡類型分布圖

圖3 湫溝滑坡

2.3 紅粘土－基巖接觸面滑坡

如圖1c所示，該類滑坡在研究區(qū)發(fā)育較少(圖2)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)的6處滑坡，均分布在深切河谷的兩岸?；瑒?dòng)面為紅粘土－砂巖接觸面，滑體除中、晚更新世黃土及新近系紅粘土崩滑堆積物外，還含有部分風(fēng)化砂泥巖，滑體厚度較薄，一般為5～25 m。

圖4 大路溝滑坡

圖5所示為薛岔滑坡，該滑坡是在原有老滑坡的基礎(chǔ)上因修路開(kāi)挖坡腳而誘發(fā)二次滑動(dòng)，原路基位于滑面以上，開(kāi)挖后路基低于滑面。在滑坡坡腳處有一戶居民，受滑坡威脅搬遷，該滑坡在2007年12月出現(xiàn)滑動(dòng)以來(lái)，變形逐漸加劇。2008年8月27日對(duì)該滑坡進(jìn)行了調(diào)查，在坡頂發(fā)現(xiàn)貫通的拉張裂隙，坡腳剪出口位置滑面可見(jiàn)清晰擦痕(圖5a)，28日凌晨2時(shí)滑坡滑動(dòng)，摧毀了坡腳處居民房并掩埋了部分道路(圖5b)。

圖5 薛岔滑坡

2.4 黃土泥流滑坡

黃土泥流滑坡的滑動(dòng)面發(fā)育于馬蘭黃土層內(nèi)部(圖1d)，僅在白于山以北黃土梁間澗地邊緣受河流切割部位發(fā)育，在研究區(qū)僅發(fā)現(xiàn)有3處(圖2)。該類滑坡多形成較規(guī)則的弧形后緣和近于直立的后壁，平面呈“U”字形。由于該地區(qū)馬蘭黃土粘粒含量較低，土體松散，在連陰雨或強(qiáng)降雨條件下，滑坡啟動(dòng)即轉(zhuǎn)化為泥流，呈流態(tài)化運(yùn)動(dòng)特征，具有周期性、多頻次、單次規(guī)模小等特點(diǎn)，造成嚴(yán)重的土地資源損失(圖6)。

圖6 后黃澗滑坡

3 滑坡時(shí)空分布特征

3.1 時(shí)間分布特征

對(duì)研究區(qū)內(nèi)1980－2010年119處有時(shí)間記錄的滑坡災(zāi)害點(diǎn)的年際和年內(nèi)分布特征進(jìn)行總結(jié)(其中有15處活動(dòng)時(shí)間無(wú)法考證或未在研究時(shí)限內(nèi))，發(fā)現(xiàn)滑坡活動(dòng)在時(shí)間上呈現(xiàn)出與降雨和人類工程活動(dòng)密切相關(guān)的周期性變化。

(1)滑坡活動(dòng)存在著一定的年際變化(圖7)，與降水強(qiáng)度有著直接的關(guān)系。豐水年多發(fā)，貧水年少發(fā)，在一個(gè)滑坡高發(fā)期后常伴隨有低谷期，這與黃土地區(qū)滑坡與降水量關(guān)系基本吻合[5]。人類工程活動(dòng)的強(qiáng)弱也對(duì)滑坡的活動(dòng)周期影響顯著，地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，促使區(qū)內(nèi)工程活動(dòng)日趨頻繁，滑坡活動(dòng)強(qiáng)度也呈逐年上升態(tài)勢(shì)(1982、1985年因降雨異常除外)，根據(jù)人類工程活動(dòng)種類的不同，滑坡活動(dòng)常伴隨或滯后于人類工程活動(dòng)。

圖7 滑坡災(zāi)害年際變化折線圖

(2)滑坡活動(dòng)存在著一定的年內(nèi)變化(圖8)。區(qū)內(nèi)降雨主要集中在7－9月，并形成滑坡活動(dòng)的高發(fā)時(shí)段。多年7－9月共發(fā)生滑坡災(zāi)害82起，占滑坡總數(shù)的71%，可以看出，集中性的降雨對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響是很不利的。3－6月、10－11月，滑坡發(fā)育特征除與降雨強(qiáng)度有一定關(guān)系外，還受重大工程項(xiàng)目施工的黃金期影響。此外，初春凍融作用也對(duì)滑坡穩(wěn)定性造成一定影響。

圖8 滑坡災(zāi)害年內(nèi)變化折線圖

3.2 空間分布特征

由圖9可以看出，滑坡災(zāi)害在吳起縣境內(nèi)普遍發(fā)育，13個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)具有程度不等的滑坡發(fā)育，但受區(qū)域地質(zhì)背景、經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動(dòng)等因素的影響[6－7]，區(qū)內(nèi)滑坡災(zāi)害的空間分布還表現(xiàn)出以下幾方面特征。

圖9 滑坡災(zāi)害空間分布圖

(1)不均衡性

區(qū)內(nèi)滑坡災(zāi)害無(wú)論是發(fā)育密度或是發(fā)生頻度都體現(xiàn)出不均衡性，這與我國(guó)黃土高原地區(qū)滑坡災(zāi)害發(fā)育特征基本相符[8－9]?？傮w表現(xiàn)為:中東部地區(qū)最發(fā)育，西部地區(qū)較發(fā)育，東北部地區(qū)發(fā)育較弱。進(jìn)一步分析還表現(xiàn)為，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快地區(qū)較發(fā)展慢地區(qū)發(fā)育，黃土梁峁地貌較黃土梁澗地貌發(fā)育，“V”字型河谷較“U”字型河谷發(fā)育。此外，陽(yáng)坡多發(fā)，陰坡少發(fā);凸坡多發(fā)，凹坡少發(fā)，1 300～1 500 m高程段為滑坡多發(fā)地段，也從一定程度上體現(xiàn)出這一分布特征。

(2)群集性

區(qū)內(nèi)形成多個(gè)滑坡密集區(qū)，小范圍內(nèi)滑坡成群分布，其密集程度與人類工程活動(dòng)有最密切關(guān)系。此外降雨、河流侵蝕等也從一定程度上對(duì)群集造成影響。從圖9不難看出，滑坡災(zāi)害主要分布在縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、公路沿線及水庫(kù)周邊，而這些地區(qū)往往是工程活動(dòng)強(qiáng)度較高的地區(qū)。不同的工程活動(dòng)類型所形成的群集形態(tài)略有不同，如河流侵蝕或公路建設(shè)造成線狀群集，水庫(kù)建設(shè)造成以水庫(kù)為中心的圈狀群集等。

(3)繼承性

區(qū)內(nèi)滑坡的空間分布在一定程度上表現(xiàn)為對(duì)古、老滑坡的繼承。調(diào)查發(fā)現(xiàn)的119處滑坡中有89處系人類工程活動(dòng)等因素誘發(fā)古滑坡或老滑坡的二次滑動(dòng)，其中古滑坡19處，老滑坡70處，而研究時(shí)限內(nèi)發(fā)生的新滑坡僅有30處。因此與古、老滑坡密集區(qū)重疊的人類工程活動(dòng)區(qū)也是滑坡災(zāi)害的高發(fā)地帶。

3.3 時(shí)空分布特征

為進(jìn)一步了解滑坡的分布特征，筆者以5 km×5 km的網(wǎng)格將吳起縣劃分為197個(gè)單元，將各年單元格內(nèi)發(fā)育的滑坡數(shù)進(jìn)行記錄，以10年為一時(shí)段通過(guò)單格內(nèi)滑坡數(shù)量的累積變化來(lái)分析滑坡的時(shí)空分布特征(圖10)。

圖10 滑坡災(zāi)害時(shí)空分布圖

在1980－2010年吳起縣各區(qū)塊滑坡個(gè)數(shù)及密度整體呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)。1980年代滑坡主要發(fā)育在中部及南部部分地區(qū)，西部地區(qū)少量發(fā)育。1990年代基本形成了以縣城為核心的第一聚集中心，周邊多個(gè)次級(jí)聚集中心同時(shí)加速發(fā)育，各區(qū)塊密度顯著增加，整體上形成類網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。近10年來(lái)，各聚集中心密度不斷增加，范圍不斷擴(kuò)大，同時(shí)各聚集中心呈現(xiàn)出一體化趨勢(shì)。

4 防治對(duì)策

根據(jù)對(duì)吳起縣滑坡災(zāi)害分布特征分析可知，降雨及人類工程活動(dòng)對(duì)區(qū)內(nèi)滑坡多發(fā)、頻發(fā)起著決定性作用，因此有效地控制誘發(fā)因素(外因)是減少滑坡災(zāi)害發(fā)生的最佳途徑[10－12]。①應(yīng)針對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行合理規(guī)劃，統(tǒng)籌布局，盡量避開(kāi)古、老滑坡密集區(qū)，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)工程規(guī)范進(jìn)行施工，減少不合理的人類工程活動(dòng)。②結(jié)合工程項(xiàng)目類型開(kāi)展相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估工作，查明滑坡類型、特征，對(duì)滑坡可能造成的危害進(jìn)行預(yù)測(cè)，以指導(dǎo)工程項(xiàng)目的順利進(jìn)行。③對(duì)于已存在的滑坡災(zāi)害，應(yīng)結(jié)合滑坡危害程度采取相應(yīng)對(duì)策，危險(xiǎn)性大的地區(qū)應(yīng)以搬遷為主，危險(xiǎn)性中等地區(qū)可進(jìn)行勘察、設(shè)計(jì)，設(shè)置抗滑樁、擋墻、排水等防護(hù)措施，危險(xiǎn)性小的地區(qū)可采取削坡及排水措施。④應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)力度，尤其是在滑坡多發(fā)地區(qū)及高發(fā)時(shí)段，提高群眾認(rèn)識(shí)，發(fā)動(dòng)群眾，群測(cè)群防。⑤建立滑坡災(zāi)害相關(guān)應(yīng)急方案，自五谷城鄉(xiāng)實(shí)施《自然災(zāi)害群眾救災(zāi)安置工作實(shí)施方案》以來(lái)[13]，該鄉(xiāng)滑坡災(zāi)害增量顯著降低。⑥積極開(kāi)展植樹(shù)造林，薛差鄉(xiāng)多年堅(jiān)持春季植樹(shù)造林工作，有效地減少了鄉(xiāng)內(nèi)滑坡災(zāi)害的發(fā)生[14]。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)研究區(qū)共發(fā)現(xiàn)134處黃土滑坡，分為四類，即黃土層內(nèi)滑坡、黃土－紅粘土接觸面滑坡、紅粘土－基巖接觸面滑坡和黃土泥流滑坡，其中黃土層內(nèi)滑坡為滑坡的主要發(fā)育類型。

(2)對(duì)區(qū)內(nèi)有時(shí)間記錄的119滑坡分布特征總結(jié)發(fā)現(xiàn)，吳起縣滑坡分布具有一定時(shí)間和空間的特征，其特征與地質(zhì)環(huán)境條件及誘發(fā)因素有著密切的關(guān)系，空間分布特征是通過(guò)一定時(shí)間體現(xiàn)的。

(3)結(jié)合區(qū)內(nèi)滑坡災(zāi)害時(shí)空分布特征提出因地制宜的防治對(duì)策，可輔助滑坡災(zāi)害防治決策的制定與實(shí)施，為區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)。

[1] 雷祥義.黃土高原地質(zhì)災(zāi)害與人類活動(dòng)[M].北京:地質(zhì)出版社，2001:30－37.

[2] 陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局.陜西省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社，1989:515－577.

[3] 吳起縣政府網(wǎng).吳起縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要[EB/OL].[2011－03－01].http://www.wqx.gov.cn/wuqi/detail.jsp?id=831.

[4] 吳瑋江，王念秦.黃土滑坡的基本類型與活動(dòng)特征[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)，2002，13(2):36－40.

[5] 王念秦，張倬元.黃土滑坡災(zāi)害研究[M].蘭州:蘭州大學(xué)出版社，2005.

[6] 馮玉濤，肖盛燮.崩滑流地質(zhì)災(zāi)害鏈?zhǔn)綑C(jī)理及其優(yōu)化防治[J].災(zāi)害學(xué)，2009，24(3):22－23.

[7] 靳澤先，韓慶憲.黃土高原滑坡分布特征及宏觀機(jī)理[J].中國(guó)水土保持，1988(6):21－25.

[8] 左發(fā)源.我國(guó)黃土高原西部區(qū)域性滑坡的特征[M].北京:鐵道出版社，1988:1－20.

[9] GUAN Hui-ping，SUN Yi.Analyzing typical characteristics of loess landslides in regional space-time activities in Gansu[J].Journal of lanthou railway university(Natural Sciences)，2001，20(1):36－41.

[10] 鄭穎人，陳祖煜，王恭先，等.邊坡與滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社，2007.

[11] 徐張建，林在貫，張茂省.中國(guó)黃土與黃土滑坡[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，26(7):1297－1312.

[12] 李昭舒，段煉孺，楊喜風(fēng)，等.吳起縣城地質(zhì)災(zāi)害的防治研究[J].西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，23(6):83－89.

[13] 吳起縣政府網(wǎng).五谷城鄉(xiāng)自然災(zāi)害群眾救災(zāi)安置工作實(shí)施方案[EB/OL].[2011－03－01].http://wwwwqx.gov.cn/wuqi/detail.jsp?id=791.

[14] 吳起縣政府網(wǎng).薛差鄉(xiāng)植樹(shù)造林工作細(xì)則[EB/OL].[2011－03－01].http://www.snxuecha.gov.cn.