遼寧本溪市南芬區(qū)典型地質(zhì)災(zāi)害分析及預(yù)測

邵會(huì)文，張林，關(guān)樹野，王天一

（1.遼寧省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，遼寧沈陽110032；2.遼寧省礦產(chǎn)勘查院，遼寧 沈陽 110032）

遼寧本溪市南芬區(qū)典型地質(zhì)災(zāi)害分析及預(yù)測

邵會(huì)文1，張林2，關(guān)樹野2，王天一2

（1.遼寧省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，遼寧沈陽110032；2.遼寧省礦產(chǎn)勘查院，遼寧 沈陽 110032）

本溪市南芬區(qū)位于遼寧省東部山區(qū)，為該省地質(zhì)災(zāi)害的主要多發(fā)區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害對(duì)該區(qū)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失.運(yùn)用地質(zhì)分析法輔以定量及半定量分析法對(duì)該區(qū)兩種主要地質(zhì)災(zāi)害雞冠砬子型崩塌及滾馬嶺型泥石流的致災(zāi)因素分析研究并進(jìn)行評(píng)價(jià)，揭示了其成因及演化規(guī)律，并提出相應(yīng)的防災(zāi)建議.

地質(zhì)災(zāi)害；崩塌；泥石流；形成機(jī)理；致災(zāi)因素；遼寧省

本溪市南芬區(qū)位于遼寧省東部山區(qū)，為該省地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)區(qū).該區(qū)資源豐富，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地質(zhì)災(zāi)害正在成為該區(qū)主要的致貧因素.2001年8月，該區(qū)滾馬嶺溝遭遇了特大暴雨襲擊，引發(fā)大范圍的山洪爆發(fā)，形成泥石流、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，造成19人死亡，50多人受傷，經(jīng)濟(jì)損失5000余萬元，災(zāi)情屬重大—特大級(jí).綜合歷史上及近期發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害資料，災(zāi)情主要來自兩種類型的地質(zhì)災(zāi)害——崩塌及泥石流.

1 自然地理概況

本溪市南芬區(qū)位于遼東山區(qū)，為長白山脈向西南之延伸部分，屬中低山區(qū).細(xì)河從區(qū)內(nèi)通過屬常年地表徑流，區(qū)內(nèi)植被發(fā)育，但由于采礦業(yè)發(fā)達(dá)，部分林地遭破壞.

2 典型地質(zhì)災(zāi)害分析與評(píng)價(jià)

該區(qū)曾多次發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，且現(xiàn)在地質(zhì)災(zāi)害隱患仍遍布全區(qū)，災(zāi)種有崩塌、滑坡、泥石流等.本文選擇該區(qū)具典型意義的崩塌及泥石流災(zāi)害加以評(píng)價(jià).

2.1 雞冠砬子崩塌

2.1.1 地質(zhì)環(huán)境條件

雞冠砬子崩塌位于下馬塘鎮(zhèn)施家村東，海拔1002.7 m.崩積群廣泛分布于山麓地帶，北部前緣位于滾馬嶺溝，上緣位于二道排溝至四道排溝溝源（圖1）.該處曾多次發(fā)生崩塌，為泥石流提供了大量物源.

圖1 南芬區(qū)地質(zhì)圖Fig.1Geologic map of Nanfen District

在地殼區(qū)域上升的背景下，剝蝕作用強(qiáng)烈.在巖性及構(gòu)造的控制下，形成了近東西向的山脊，近南北向的斜坡，坡面上陡下緩，溝谷狹長而順直.

雞冠砬子花崗巖位于滾馬嶺溝之中，沿東西向斷裂帶侵入，呈巖株?duì)町a(chǎn)出，巖性主要為中粗粒塊狀花崗巖，與北側(cè)圍巖呈侵入接觸關(guān)系，圍巖為粉砂巖夾灰?guī)r.花崗巖抗風(fēng)化能力強(qiáng)，因此形成山峰和山脊，為崩塌分離體運(yùn)動(dòng)提供了動(dòng)力條件.圍巖分布于山麓地帶，地勢相對(duì)平緩，為崩積物提供了暫停場所.

雞冠砬子巖體的產(chǎn)出形態(tài)與分布主要受東西向構(gòu)造控制，該構(gòu)造同時(shí)控制了地貌形態(tài)和崩塌的分布.滾馬嶺溝沿近東西向斷裂帶發(fā)育而成，與雞冠砬子山脊線大致平行.該崩塌是從接觸帶開始向巖體內(nèi)部發(fā)展的.

2.1.2 穩(wěn)定性現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

雞冠砬子是在地殼連續(xù)上升，差異性構(gòu)造剝蝕作用下形成的脊線鋸齒狀、近脊懸崖峭壁.雞冠砬子至滾馬嶺溝一帶坡面上覆大量崩積物，為近代連續(xù)堆積，尚未達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定程度，因此穩(wěn)定性評(píng)價(jià)應(yīng)包括崩塌后緣和崩積物兩個(gè)區(qū)域.

雞冠砬子區(qū)域上以東西向構(gòu)造為主，花崗巖侵入體沿東西向壓扭性斷裂和北北東向復(fù)背斜交匯部位侵入，呈東西向分布［1］.從構(gòu)造發(fā)展史來看，加里東運(yùn)動(dòng)、海西運(yùn)動(dòng)在本區(qū)表現(xiàn)為造陸運(yùn)動(dòng)，印支運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，燕山運(yùn)動(dòng)最為強(qiáng)烈［2］.雞冠砬子花崗巖體即為燕山期所形成，第四紀(jì)以來，該區(qū)處于緩慢上升階段，區(qū)內(nèi)普遍存在2個(gè)夷平面.

雞冠砬子花崗巖與寒武系地層接觸面近于直立.在地殼持續(xù)上升過程中，由于不同部位巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的差異導(dǎo)致差異性侵蝕與剝蝕，結(jié)果沿著斷層接觸帶發(fā)育成溝谷，即滾馬嶺溝；而抗風(fēng)化能力強(qiáng)的花崗巖體成為山地，即雞冠砬子山.當(dāng)溝谷不斷下切，達(dá)到一定深度時(shí)，產(chǎn)狀近直立的寒武系地層開始發(fā)生傾倒式崩塌，崩塌后緣不斷后退，循環(huán)反復(fù)直至花崗巖體突出地表.同時(shí)隨著圍巖剝蝕作用不斷加深，巖體出露面積不斷擴(kuò)大，與圍巖間相對(duì)高差越來越大，崩塌開始發(fā)生，后緣不斷后退，至今尚未終止（圖2）.

雞冠砬子山陡崖下墜石出現(xiàn)，陡坡上崩積物裸露，醉樹遍地，說明該區(qū)崩塌仍處于不穩(wěn)定狀態(tài).

崩塌體巖性為中粗?；◢弾r，構(gòu)造及節(jié)理、裂隙控制了巖體的完整性.現(xiàn)場調(diào)查本區(qū)巖石節(jié)理主要發(fā)育有3組，其中，NE20～30°最為發(fā)育，節(jié)理面平直且光滑.巖體表層以物理風(fēng)化為主，巖石較破碎，局部可見球狀風(fēng)化現(xiàn)象.具有繼承性的卸荷裂隙1組，走向與坡面走向近于平行，斷續(xù)延伸，為張性，且無充填物，形成多邊形分離體，分離體之間無充填物交結(jié)，其穩(wěn)定性依賴于上下巖石界面上的摩擦阻力維持.據(jù)赤平投影結(jié)果顯示，外露分離體均處于不穩(wěn)定狀態(tài).

2.1.3 預(yù)測評(píng)價(jià)

雞冠砬子山崖陡壁高度大于20 m，其下陡坡坡度(β)40～50°，花崗巖山體中3組節(jié)理切割形成的分離體平均高18 m，長13 m，厚7 m，底面節(jié)理傾向臨空面，傾角(α)30°.危險(xiǎn)滑動(dòng)面呈臺(tái)階狀，臺(tái)面傾向臨空面，傾角15°（圖2）.喬木根系扎入垂向裂隙，纏繞巨石.靜力平衡理論安全系數(shù)按下式計(jì)算［3］：

圖2 雞冠砬子崩塌演化示意圖Fig.2Evolution of the Jiguanlazi collapse

式中α為滑動(dòng)面的傾斜角，φ為滑帶巖、土的內(nèi)摩擦角，G為滑體自重，Ph為水平地震力.

正常情況下φ＞α，K＞1，屬于安全狀態(tài)；K=1，屬于臨界狀態(tài)；K＜1，屬于不安全狀態(tài).由此可見，該處現(xiàn)處于不穩(wěn)定狀態(tài).

雞冠砬子陡坡巨石分離體側(cè)面臨空，后壁張開裂隙縱向延伸較大，充填物很少，喬木根系扎入較深，暫時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài).在凍脹、地下水軟化反復(fù)作用下，將不斷降低滑移面的抗剪強(qiáng)度.遇暴風(fēng)雨時(shí)，在動(dòng)水壓力作用下，下滑力增大將會(huì)引發(fā)崩塌.按照剝蝕穩(wěn)定坡角45°計(jì)算，陡崖將后退30 m，崩塌物將順坡堆積于緩坡之上.

崩塌堆積區(qū)圍巖崩塌物個(gè)體較小，在外動(dòng)力地質(zhì)作用下易被搬運(yùn)至遠(yuǎn)處，因此原地殘留很少.崩塌堆積區(qū)基巖頂部形態(tài)特征：南北向連續(xù)，坡度南陡北緩，東西向受南北向沖溝的破壞作用呈波浪狀.剖面上殘坡積層平均厚1.5 m，其上覆花崗巖崩積層厚度變化較大.地面坡度大于40°的區(qū)域，崩積物以塊石為主，主要為點(diǎn)接觸架空結(jié)構(gòu)，充填物少，無交結(jié)、無層理，個(gè)體的穩(wěn)定性主要靠下部個(gè)體的支持，導(dǎo)致整體穩(wěn)定性差.坡腳或坡面局部遭到地表水侵蝕掏空、后續(xù)墜石的強(qiáng)力沖擊、基巖接觸帶遭受剝蝕作用下崩積物易發(fā)生位移，導(dǎo)致大面積滑塌.

綜上，雞冠砬子崩塌目前處于衰減階段，凍脹力作用是崩塌的主要影響因素，暴風(fēng)雨和地震將成為誘發(fā)因素.該崩塌的次生災(zāi)害就是為泥石流提供物源，威脅溝口居民人身財(cái)產(chǎn)安全.

2.2 滾馬嶺泥石流

2.2.1 地質(zhì)環(huán)境條件

滾馬嶺流域位于中低山區(qū)，流域面積4 km2，相對(duì)高差556 m.滾馬嶺泥石流溝由近東西向的主溝及3條近南北向的支溝組成（圖3）.支溝橫斷面呈“V”型，谷底呈狹窄的尖狀，坡度陡，且陡坎發(fā)育.支溝的頂端為物源區(qū)，中下部為流通區(qū)（形成區(qū)），主溝的中下部為堆積區(qū).該區(qū)域?qū)儆晁喟l(fā)區(qū)，年均降雨量為847.8 mm.

圖3 滾馬嶺泥石流流域分布圖Fig.3Distribution of the Gunmaling debris flow by watersheds

地層巖性控制了地形地貌的形成，也控制了泥石流的物質(zhì)來源、性質(zhì)及其分布規(guī)律.區(qū)內(nèi)地層主要為寒武系灰?guī)r，與花崗巖體接觸帶附近巖石遭受淺變質(zhì)作用，砂巖板巖化，灰?guī)r大理巖化，抗風(fēng)化能力弱，地貌上成緩坡，分布于滾馬嶺溝與巖體之間.滾馬嶺溝下游為砂土，呈條帶狀展布.崩積塊石主要分布于標(biāo)高700 m以上的坡地上，結(jié)構(gòu)疏松，厚度變化大，是泥石流的主要物源.該區(qū)近東西向壓性斷裂帶和與其正交的張性破碎帶控制了水系的發(fā)育及巖體的產(chǎn)狀，是形成泥石流的重要因素.寒武系灰?guī)r中間存在沉積角礫巖層，說明其為沉積不整合面.滾馬嶺溝就是沿此不整合面發(fā)育而成，成為了泥石流的流通區(qū).3條支溝南北走向，短而平直，相互近于平行，為沿破裂帶發(fā)育而成，歷史上發(fā)生的幾次泥石流均發(fā)育于此.資料顯示該區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，處于上升區(qū)，差異性剝蝕作用強(qiáng)烈??趙光慧，等.遼寧省區(qū)域礦產(chǎn)總結(jié).遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局，1995.，塑造出峽谷縱橫交錯(cuò)的地貌景觀，導(dǎo)致山體崩塌、坡面失穩(wěn)，為泥石流的形成創(chuàng)造了物質(zhì)和動(dòng)力條件.

該區(qū)與泥石流形成、演化有關(guān)的地下水有殘坡積層上層滯水和基巖風(fēng)化構(gòu)造裂隙水2種類型.前者補(bǔ)給源為大氣降水入滲補(bǔ)給，水量小，動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定，徑流條件好；后者主要分布于花崗巖網(wǎng)狀裂隙中，入滲補(bǔ)給為主，賦水性較弱，以下降泉或側(cè)向分散流排泄，排泄條件良好.

2.2.2 泥石流的成因與演化過程

3條支溝溝源坡角平均35°，每個(gè)基巖坡面上覆較厚的松散崩積層，體積約18.4×104m3，其上部匯水面積0.55 km2.在強(qiáng)降雨后，過飽和的松散物開始下滑，進(jìn)入支溝的流通區(qū)，涌向下游主溝，形成泥石流.顯然該流域具備形成泥石流的充分條件，誘發(fā)因素為降雨，因此成因可定為暴雨型泥石流，按地貌特征又可定為溝谷型泥石流.由于崩積塊石層透水性強(qiáng)，面流快速轉(zhuǎn)為地下水流，充填的黏土以管涌的形式移動(dòng),骨架位移，土體變形，表面出現(xiàn)拉張裂縫，加快面流入滲速度，形成較大的動(dòng)水壓力，在基巖隔水層頂面發(fā)生強(qiáng)烈的潛蝕作用，滑動(dòng)面摩擦系數(shù)快速降低，下滑力不斷增大，當(dāng)大于摩擦阻力時(shí)崩積塊石層起動(dòng)滑移，形成泥石流，因此又可進(jìn)一步定為滑坡型泥石流.

坡面松散的崩積層起動(dòng)位移后，開始由形成區(qū)進(jìn)入流通區(qū)，與主溝洪流匯合而下，在彎道處部分物流爬高消能，速度減緩，此階段運(yùn)動(dòng)以固體重力作用為主.主溝順直而狹長，比降較大，在后續(xù)洪流的推動(dòng)挾帶下堆積物又開始加速運(yùn)動(dòng)，直至主溝溝口三角地帶減速堆積（圖4）.

2.2.3 易發(fā)性與危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

圖4 滾馬嶺泥石流演化示意圖Fig.4Evolution of the Gunmaling debris flow

滾馬嶺溝曾發(fā)生過不同規(guī)模的泥石流災(zāi)害，且為群發(fā)型.目前主溝中、上游巖石較堅(jiān)硬，抗侵蝕能力大于支溝，支溝溯源侵蝕嚴(yán)重，溝槽以縱向切蝕為主，溝谷陡而順直狹窄.物源區(qū)松散物儲(chǔ)量約18×104m3，松散物堆積斜坡局部為陡坎，坎高小于30 m，不穩(wěn)定現(xiàn)象明顯.形成區(qū)植被護(hù)坡作用不強(qiáng).支溝南緣分水嶺崩塌發(fā)育，為泥石流提供物源.滾馬嶺溝主河形態(tài)多年沒有變化.據(jù)統(tǒng)計(jì)觸發(fā)雨量平均10年出現(xiàn)一次，多集中在8月，發(fā)生頻率為10次／百年??韓永昌，等.遼寧省本溪市南芬區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃報(bào)告.2002..根據(jù)《泥石流溝發(fā)展階段的識(shí)別》［4］，結(jié)合剝蝕演化歷史規(guī)律，判斷此泥石流發(fā)展階段為衰退期.

野外調(diào)查資料選取了15項(xiàng)泥石流影響因素并分別賦值（見表1）.

根據(jù)《泥石流溝的數(shù)量化綜合評(píng)判及易發(fā)程度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》［4］，滾馬嶺溝屬于高易發(fā)的低—中頻泥石流溝，易被大暴雨誘發(fā)形成泥石流.

3 防災(zāi)建議

表1 泥石流影響因素評(píng)價(jià)表Table 1Evaluation of influencing factors for debris flow

1）對(duì)雞冠砬子崩塌的防災(zāi)建議

削方減載，剝離危巖體，放緩邊坡，同時(shí)在其上游建截排水溝.

2）對(duì)滾馬嶺泥石流的防災(zāi)建議

總體思路為采取溝道疏通，建攔擋壩，建截排水溝及生物防護(hù)措施.在溝道口、溝谷交會(huì)處修筑攔擋工程相結(jié)合的綜合治理工程.根據(jù)該處泥石流的發(fā)育條件和成災(zāi)特征，流通區(qū)內(nèi)多呈串珠狀堆積，所以對(duì)流通區(qū)可采取適宜的工程措施（如谷坊工程）.物源區(qū)多為崩塌、坡面泥石流發(fā)育地段，對(duì)其物源區(qū)可采取穩(wěn)定滑坡、崩塌和減少水土流失等措施以減少泥石流的物源提供量.

4 結(jié)語

根據(jù)前面對(duì)本區(qū)兩種主要的地質(zhì)災(zāi)害的分析評(píng)價(jià)，可以清楚地掌握該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的主要致災(zāi)因素及演化趨勢，從而可以據(jù)此展開該區(qū)的地質(zhì)環(huán)境防治工作，最大限度地減少地質(zhì)災(zāi)害可能造成的損失，保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，為構(gòu)建和諧社會(huì)創(chuàng)造有利的環(huán)境.

千山仙人臺(tái)（千山管理委員會(huì)提供）

［1］遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局.遼寧省區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京：地質(zhì)出版社,1989: 444—446.

［2］遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局.遼寧省區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京：地質(zhì)出版社, 1989:468.

［3］常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊(cè)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社, 2007:884—889.

［4］DZ/T0220—2006，泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范［S］.中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

ANALYSIS AND FORECAST ON TYPICAL GEOLOGICAL DISASTERS IN NANFEN, LIAONING PROVINCE

SHAO Hui-wen1,ZHANG Lin2,GUAN Shu-ye2,WANG Tian-yi2
（1.Liaoning Geo-Environment Monitoring Station,Shenyang 110032,China;2.Liaoning Institute of Mineral Exploration,Shenyang 110032,China）

Nanfen District of Benxi City,located in the mountainous area of Eastern Liaoning Province,is the main geological disaster-prone area of the province.Geoanalysis,combining with quantitative and semi-quantitative analysis,is applied to study and evaluate the disaster-inducing factors of two major geological disasters,Jiguanlazi collapse and Gunmaling debris flow.The result reveals the formation and evolution of the disasters.The corresponding suggestions for the preventionofdisastersareputforward.

geological disaster;collapse;debris flow;forming mechanism;disaster-inducing factor;Liaoning Province

1671-1947（2014）03-0261-05

P694

A

2013－03－14；

2013-04-16.編輯：周麗、張哲．

邵會(huì)文（1964—），男，教授級(jí)高工，現(xiàn)主要從事礦產(chǎn)資源規(guī)劃及地質(zhì)災(zāi)害勘查工作，通信地址沈陽市皇姑區(qū)寧山東路62號(hào)，E-mail//shaohuiwen_22@163.com