福建龍巖新羅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害形成條件及其機理探討

吳超凡，邱占林，鄒 丹

（1.龍巖學(xué)院 資源工程系，福建 龍巖 364012；

2.中國礦業(yè)大學(xué) 深部巖土力學(xué)與地下工程國家重點實驗室，江蘇 徐州 221008）

0 引言

龍巖市新羅區(qū)位于福建省西南部，地處北緯24°47'20″～25°35'22″；東經(jīng) 116°40'29″～ 117°21'00″。北為連城縣、永安市，東鄰漳平市，南與永定縣、漳州市南靖縣接壤，西與上杭縣毗鄰，全區(qū)總面積2678km2。境內(nèi)地層巖性復(fù)雜多變，構(gòu)造斷裂發(fā)育，山區(qū)、丘陵與河谷平地交錯分布［1-2］。地表水系發(fā)育，降水多集中于春夏季、雨量充沛。近年來，由于人類活動加強，礦業(yè)開發(fā)增快，境內(nèi)自然生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，并逐年加劇，給當(dāng)?shù)厝嗣裆敭a(chǎn)造成巨大損失，嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。因此，正確認(rèn)識新羅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布特征，探討其產(chǎn)生機理，進而提出防治對策，對避免和減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生及危害，促進新羅區(qū)經(jīng)濟發(fā)展具有重大意義。

1 地質(zhì)災(zāi)害形成的基礎(chǔ)因素

該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害形成的基礎(chǔ)因素主要表現(xiàn)為：地形地貌、地層巖性、巖土體、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件和水系植被。這些因素都是由獨特的地質(zhì)環(huán)境條件所決定的。

1.1 地形地貌

新羅區(qū)地處中山、低山、丘陵、盆地區(qū)，山脈及河谷盆地走向均為NE向，總體地勢呈兩邊高中間低的態(tài)勢。

西北部的江山鄉(xiāng)及北部的萬安鎮(zhèn)、白沙鎮(zhèn)一帶屬構(gòu)造侵蝕中山陡坡地形，山嶺高程1000～1600m，切割深度＞500m，坡度30°～40°。巖性以花崗巖為主，山頂呈尖錐或圓狀，山巒起伏，挺拔陡峭，植被發(fā)育。最高峰為黃連盂，標(biāo)高1807m。東南部的適中鎮(zhèn)、巖山鄉(xiāng)一帶屬構(gòu)造侵蝕中低山陡坡地形，山嶺高程700～1000m，切割深度 ＞500m，坡度35°左右，局部可達50°。巖性以沉積巖為主，山巒重疊，植被較發(fā)育，群山之中嵌有適中、仁和盆地。中部九龍江上游的雁石溪河谷盆地，由山間盆地及周圍的丘陵組成。其中龍巖盆地最大，此外還有雁石、大池、小池盆地，標(biāo)高300～400m，由西南向東北逐漸降低，坡降1‰ ～3‰；盆地內(nèi)緣的低丘陵多為沉積巖構(gòu)成，高程400～700m，地形較平緩。

1.2 地層巖性

新羅區(qū)內(nèi)地層發(fā)育較齊全，出露面積1789 km2，占區(qū)內(nèi)總面積的66.9％，主要分布于東部、南部，以泥盆系、石炭系、三疊系的沉積巖為主，伴有志留系—奧陶系的變質(zhì)巖及白堊系的紅層。東南部出露少量侏羅系火山巖，出露形態(tài)受華夏系、新華夏系構(gòu)造控制，多呈北東向條帶狀展布。巖性以中粗?！屑?xì)粒黑云母花崗巖為主，次為花崗閃長巖、花崗斑巖及花崗閃長巖脈等?；鹕綆r主要為燕山早期噴出的灰綠、灰黑色酸性、中酸性熔巖夾火山碎屑巖，次為燕山晚期噴出的英安巖、流紋巖、熔巖。主要分布于適中、白沙等地。

第四系松散堆積層主要分布于山間盆地的河谷兩岸、山坡坡麓及坡腳處，主要為全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)沖洪積層，部分山前臺地發(fā)育有中更新統(tǒng)沖洪積層，厚度一般＜20m。巖溶盆地第四系厚度變化較大，往往呈反盆地形。地貌上全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)多呈Ⅰ級、Ⅱ級內(nèi)迭階地，中更新統(tǒng)多分布于Ⅲ級基座階地。

1.3 巖土體

不穩(wěn)定斜坡、滑坡、崩塌主要分布于坡殘積層的土體中。其中土質(zhì)的有34處，占區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡、滑坡、崩塌統(tǒng)計總數(shù)54處的 63.0％；碎塊石的有17處，占總數(shù)的 31.5％；巖質(zhì)的有 3處，占總數(shù)的5.6％。

新羅區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡、滑坡、崩塌的土層平均厚度都比較小，土層厚度為0～1m的為0處；土層厚度為1～2m的有10處；土層厚度為2～3m的有9處；土層厚度為3～4m的有15處；土層厚度為4～5m的有11處；土層厚度為5～6m的有9處；土層厚度 ＞6m的為0處。上述的土層特征說明區(qū)內(nèi)的不穩(wěn)定斜坡、滑坡、崩塌以淺層的土質(zhì)、碎塊石為主。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域構(gòu)造上，新羅區(qū)位于呈北北東向展布的閩西南拗陷帶東側(cè)，次級構(gòu)造為大田—龍巖拗陷，表現(xiàn)形式為漳平—龍巖復(fù)式向斜。

北北東向的政和—大埔深大斷裂帶從新羅區(qū)的東側(cè)部位經(jīng)過，其影響寬度在本區(qū)長度120km，寬約40～60km，總體走向北東30°～35°，由一系列平行分布的陡傾角次級斷裂組成，為閩東燕山期與閩西北隆起帶及閩西南拗陷帶的分界線，斷裂帶兩側(cè)地層沉積差異較大并伴有后期花崗巖侵入；表現(xiàn)為北東向的次級構(gòu)造發(fā)育，巖漿多期次侵入，各類礦點帶狀分布。

此外，新羅區(qū)中南部為龍巖山字形構(gòu)造影響區(qū)，表現(xiàn)形式為局部環(huán)狀構(gòu)造分布，壓性斷裂較為發(fā)育。

1.5 水文地質(zhì)

區(qū)內(nèi)地下水可分為第四系松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、基巖裂隙水及碳酸鹽巖類裂隙溶洞水四大類型。第四系松散巖類孔隙水分布于雁石、適中等山間盆地河谷兩側(cè)，面積110.9 km2，厚度一般＜20m，局部覆蓋型巖溶區(qū)可達100m。碎屑巖類孔隙裂隙水分布于白沙一帶，面積86.6 km2。含水巖組為沙縣組、赤石群，巖性為紫紅色中厚層狀砂巖、砂礫巖與粉砂巖、泥巖互層，含鈣質(zhì)，多為孔隙—基底式膠結(jié)?；鶐r裂隙水分布廣泛，賦存于各類巖石的構(gòu)造裂隙及風(fēng)化裂隙中，多數(shù)為裂隙潛水，局部為承壓水，富水性等級為水量貧乏。碳酸鹽巖類裂隙溶洞水由黃龍組、船山組、棲霞組等組成，地下水賦存于溶蝕裂隙及溶洞中，主要分布于龍巖、適中、雁石等盆地。地下水具有徑流途徑短，水循環(huán)交替強烈，就地補給、就地排泄的顯著特點。

1.6 水系植被

區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育，屬九龍江水系的有雁石溪、萬安溪、柳溪，屬汀江水系的有黃潭河。河流均具有山地性河流的特征，比降大，流量變化大，一般3～8月為豐水期，11月至翌年2月為枯水期。山巒起伏，挺拔陡峭，植被發(fā)育。

2 地質(zhì)災(zāi)害形成的動態(tài)因素

對于基礎(chǔ)因素的探討，屬于靜態(tài)方面，而該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害形成的動態(tài)因素主要為降雨和人類工程活動兩個方面。

2.1 降雨

新羅區(qū)屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫?zé)釢駶?，雨量充沛。降雨量隨季節(jié)的變化而變化，春夏多，秋冬少。其中11月、12月降雨量32.9～46.4mm；1月、10月降雨量 52.5～73.5mm；2月、9月降雨量114.4～125.2mm；3月、4月降雨量 163.8～183.8mm；5月～8月降雨量203.0～294.4mm（圖1）。

新羅區(qū)滑坡、崩塌、泥石流的災(zāi)害性天氣主要發(fā)生于3～6月梅雨季節(jié)和7～8月臺風(fēng)雷陣雨季節(jié)。暴雨、特大暴雨常常引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，2010年6月13～15日的連日暴雨，造成多處山體滑坡、泥石流的發(fā)生。

2.2 人類工程活動

礦山開發(fā)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、人工切坡建房等人類活動對區(qū)內(nèi)的滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害影響較大。大多數(shù)滑坡、崩塌有過人工切坡、礦山開采的影響。其中涂潭滑坡、張陳下坪坑滑坡、秋竹坪不穩(wěn)定斜坡是受水庫蓄水位漲落的影響；渡頭滑坡是受灌溉渠道滲漏水的影響。

圖1 月份降雨量分布統(tǒng)計圖Fig.1 Statistical chart of monthly rainfall distribution

3 地質(zhì)災(zāi)害類型及分布特征

根據(jù)資料分析，新羅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點共有98處。其中不穩(wěn)定斜坡有5處，占總數(shù)的5.1％；滑坡有45處，占總數(shù)的45.9％，是區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的最主要類型；崩塌有4處，占總數(shù)的4.1％；泥石流有4處，占總數(shù)的 4.1％；巖溶地面塌陷有 36處，占總數(shù)的36.7％；采空區(qū)地面塌陷有4處，占總數(shù)的4.1％（圖2）。

圖2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型統(tǒng)計圖Fig.2 Statistical chart of geohazard development type

根據(jù)資料分析，新羅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害點的空間分布具有不均一性（即隨機性），主要分布如圖3所示。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害分布統(tǒng)計圖Fig.3 Statistical chart of geohazard distribution

4 地質(zhì)災(zāi)害基本特征及機理分析

4.1 滑坡

4.1.1 規(guī)模和特征

調(diào)查結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)滑坡45處，占該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的45.9％。是新羅區(qū)最主要的地質(zhì)災(zāi)害類型。規(guī)模為中型1處，小型44處，主要分布在海拔高度50～500m丘陵地帶。以土質(zhì)滑坡為主，區(qū)內(nèi)穩(wěn)定性均差。

4.1.2 成因分析

滑坡體多為坡殘積土，具有松散結(jié)構(gòu)，遇水易軟化。當(dāng)降雨大量入滲后，土體抗剪強度顯著下降，直接導(dǎo)致一些老滑坡的復(fù)活以及對新滑坡潛在滑動面起潤滑作用［3-6］。地下水側(cè)向逕流，產(chǎn)生靜水壓力和動水壓力，增加下滑力。加上不合理的開發(fā)建設(shè)和人類活動范圍增大，尤其是采礦業(yè)、公路建設(shè)較為強烈，從而加劇了滑坡的發(fā)生。

4.2 崩塌

4.2.1 規(guī)模和特征

調(diào)查結(jié)果顯示，發(fā)現(xiàn)崩塌4處，占該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的4.1％。規(guī)模均為小型。崩塌物質(zhì)組成以土質(zhì)和石英礫巖、石英砂礫巖、粉砂巖、細(xì)砂巖夾頁巖、變質(zhì)石英砂巖、變質(zhì)粉砂巖夾千枚狀泥巖、千枚巖、以土質(zhì)滑坡為主。區(qū)內(nèi)穩(wěn)定性均差。

4.2.2 成因分析

區(qū)內(nèi)崩塌主要是由于巖土體較破碎，節(jié)理和裂隙發(fā)育，加之地下水活動頻繁，而組成地質(zhì)體的巖性抗風(fēng)化能力相對較弱所引起的。此外，在易發(fā)生此類地質(zhì)災(zāi)害的周邊，人類工程活動活躍，也是引起崩塌的因素之一。

4.3 泥石流

4.3.1 規(guī)模和特征

調(diào)查結(jié)果顯示，發(fā)現(xiàn)泥石流4處（排土場）、占該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的4.1％，規(guī)模為中型2處，小型2處。以碎石土、砂礫卵石、變質(zhì)砂巖、含角礫碎石粘性土、石英斑巖等為主。此外，龍巖新羅區(qū)屬山區(qū)，溝谷發(fā)育，滑坡與崩塌頻發(fā)，為泥石流的發(fā)生提供了充足的物源。該區(qū)降雨豐沛，也滿足了泥石流發(fā)生的動力條件。

4.3.2 成因分析

排土場的穩(wěn)定性是受多種因素控制的，主要表現(xiàn)在以下3個方面：①地表水：由于排土場上游匯水面積大，水量豐富，補給面積大，當(dāng)降暴雨時，溝谷縱坡降較陡，匯流速度快，由于排土場上方的攔水壩被淤積，失去攔水功能，因此，上游地表水全部匯入排土場內(nèi)，入滲到廢碴石內(nèi)，形成排土場內(nèi)動水壓力，導(dǎo)致排土場內(nèi)地下水水位上升。②排土場內(nèi)的礦碴：由于排土場內(nèi)礦碴未經(jīng)過碾壓，結(jié)構(gòu)比較松散，所以其抗剪強度較低［7-10］。③攔碴壩年久失修，穩(wěn)定性差，在大壩壩基下部已出現(xiàn)渾濁泥水滲出，說明攔碴壩基礎(chǔ)長期受雨水的浸泡，大壩處為泥質(zhì)粉砂巖，該巖石在水浸泡作用下易產(chǎn)生軟化、崩解，承載力下降，抗剪強度降低，有可能引發(fā)大壩的潰壩。

4.4 不穩(wěn)定斜坡

4.4.1 基本特征

調(diào)查結(jié)果顯示，發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定斜坡共有5處，占該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的5.1％，主要以順向坡和斜向坡，穩(wěn)定性好1處，不穩(wěn)定4處，占80％。不穩(wěn)定斜坡、滑坡、崩塌以淺層的土質(zhì)、碎塊石為主。

4.4.2 成因分析

不穩(wěn)定斜坡產(chǎn)生主要以陡坡、陡崖為主。坡度角均＞35°以上，同時其產(chǎn)生也與地層巖性、巖土體類型有關(guān)。區(qū)內(nèi)斜坡多為坡殘積土，以粉質(zhì)粘土為主，抗風(fēng)化能力弱，透水性好，坡體穩(wěn)定性差。加上新羅區(qū)山多地少，用地條件差，削坡建房現(xiàn)象普遍，礦山開采、興建公路等人類活動強烈；臺風(fēng)暴雨多，降雨量大，從而誘發(fā)了大量的不穩(wěn)定斜坡產(chǎn)生。

4.5 巖溶地面塌陷

4.5.1 基本特征

調(diào)查結(jié)果顯示，發(fā)現(xiàn)巖溶地面塌陷共有36處，占該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的36.7％。規(guī)模為中型1處，小型35處。巖溶地面塌陷主要分布于上部第四系松散覆蓋土層厚度＜20m的區(qū)域，灰?guī)r上部土層巖性為土體結(jié)構(gòu)松散的砂性土的地段，灰?guī)r淺部巖溶發(fā)育的河流兩側(cè)，且絕大多數(shù)巖溶塌陷發(fā)生于河流Ⅰ級堆積階地上，少部分的巖溶塌陷分布于Ⅱ級階地上。巖溶地面塌陷一般發(fā)生于灰?guī)r淺部巖溶發(fā)育的地段，主要出露灰?guī)r、白云質(zhì)、含燧石灰?guī)r。

4.5.2 成因分析

人類工程活動是巖溶地面塌陷的最主要影響因素，尤其是降低區(qū)域地下水位。從區(qū)內(nèi)發(fā)生巖溶塌陷的時間、分布地段來看，巖溶地面塌陷主要發(fā)生在地下水位突然降低的且頻繁變化的地段，且有一部分塌陷是發(fā)生在以抽水井為圓心，半徑＜100m的范圍內(nèi)。因為在抽水過程中改變了地下水的水動力平衡條件，人工降低地下水位時，地下水的流速變化幅度、水位升降變化幅度及其變化頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然條件下的變化。當(dāng)抽水量變化時，水位降深也隨之變化，地下水力坡度迅速變化。水位下降導(dǎo)致水力坡度增大，引起地下水位變動帶中細(xì)小的土體顆粒易被搬運，強化了潛蝕作用，這些因素加劇了地下水流對土體的沖刷搬運，加劇對土體的沖蝕、淘空，更容易引發(fā)巖溶塌陷的發(fā)生。

4.6 采空區(qū)地面塌陷

4.6.1 基本特征

新羅區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，采礦活動頻繁，主要生產(chǎn)煤、鐵、石灰?guī)r等。由于礦山采空引起塌陷4處，規(guī)模為中型1處，小型3處。

4.6.2 成因分析

由于采空區(qū)頂板較薄，局部地表在水作用下誘發(fā)了塌陷。地下采礦對塌陷區(qū)進行強排水，從而加速了滲透的發(fā)生，水動力條件增強，因強排而導(dǎo)致塌陷的產(chǎn)生；地下采礦，使洞頂厚度變薄，使其原有的平衡條件破壞，加上地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，巖性破碎，巷道維護不到位，開采無序，難以再維持平衡，致塌陷產(chǎn)生；地下采礦，在溶洞周圍堆土加載而導(dǎo)致塌陷產(chǎn)生。總之，地面塌陷的產(chǎn)生過程受制因素較多，但從力學(xué)角度而言，主要是由于土洞頂板的抗塌力小于致塌力所形成。

5 結(jié)論與建議

（1）新羅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的主要類型為滑坡、崩塌、泥石流、不穩(wěn)定斜坡、巖溶地面塌陷和采空區(qū)地面塌陷。

（2）新羅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的主要影響因素是基礎(chǔ)因素與動態(tài)因素，其中基礎(chǔ)因素主要包括地形地貌、巖土體特征、地質(zhì)構(gòu)造及地下水；動態(tài)因素則為降雨和礦山開采、興建公路等人類活動。

（3）對區(qū)內(nèi)所有潛在危害的隱患點都應(yīng)進行監(jiān)測，掌握其發(fā)展動態(tài)，重點是不穩(wěn)定斜坡、滑坡、巖溶地面塌陷。地質(zhì)災(zāi)害點的監(jiān)測工作應(yīng)以宏觀觀測為主，監(jiān)測內(nèi)容主要包括：斜坡開裂變形、實體整體變形、建筑物變形、地下水、泉流量、汛期降雨量等。同時采取避讓措施、生物措施、工程措施。

（4）根據(jù)新羅區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及形成影響因素，其防治工作應(yīng)貫徹預(yù)防為主，防治結(jié)合的原則；加強人民群眾保護環(huán)境的意識，宣傳地質(zhì)災(zāi)害有關(guān)知識；對于受地質(zhì)災(zāi)害威脅的居民區(qū)，采取搬遷避讓的防災(zāi)措施，威脅生命財產(chǎn)安全的地質(zhì)災(zāi)害點應(yīng)實施群測群防措施；對于新建礦山或建設(shè)用地應(yīng)合理規(guī)劃。

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