湖南省沅麻盆地紅層區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及成災(zāi)規(guī)律分析

羅冠枝，陳全明，王國衛(wèi)

(湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，長沙 410007)

湖南省沅麻盆地紅層區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及成災(zāi)規(guī)律分析

羅冠枝，陳全明，王國衛(wèi)

(湖南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，長沙 410007)

沅麻盆地是湖南省主要的大型紅層盆地之一，沅麻盆地紅層區(qū)“巖水”作用易發(fā)生膨脹和崩解，通過對麻陽縣紅層區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的研究和強(qiáng)降雨對沅麻盆地紅層區(qū)的影響分析，總結(jié)出沅麻盆地紅層區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及成災(zāi)規(guī)律。

沅麻盆地；紅層；“巖水”作用；發(fā)育特征；成災(zāi)規(guī)律

1 引言

紅層泛指外觀以紅色為主色調(diào)的陸相碎屑巖沉積地層，紅層在湖南省分布較廣泛，特別是沅麻盆地，是湖南省主要的大型紅層盆地之一。區(qū)內(nèi)巖層一般呈紅色、深紅色或褐紅色，巖性組合多為軟巖與硬巖相間，呈互層狀產(chǎn)出，層間結(jié)合力較弱，是典型的易滑地層，其形成時代主要是白堊紀(jì)。在沅麻盆地紅層地區(qū)，由于紅層所具有吸水膨脹和浸水崩解的特殊地質(zhì)特性，使得在暴雨等作用下引發(fā)數(shù)量眾多滑坡和崩塌災(zāi)害，嚴(yán)重威脅人民生命財產(chǎn)安全。本文通過選取位于沅麻盆地的麻陽縣作為研究對象，對麻陽縣紅層區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行分析研究，總結(jié)沅麻盆地紅層區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及成災(zāi)規(guī)律。

2 紅層的“巖水”作用

“巖水”作用是特指紅層區(qū)的軟巖與水之間的耦合作用。沅麻盆地紅層區(qū)巖性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖、頁巖等組成，局部有底礫巖。其中紅層中的軟巖占突出的位置，紅層中的巖水關(guān)系為：

(1) 巖石透水性差。由于紅層中的構(gòu)造節(jié)理密度小，孔隙率小，吸水率低，因此透水性差。

(2) 親水性強(qiáng)。由于紅層巖石中粘土抗污含量高，固結(jié)陳化差，構(gòu)造結(jié)構(gòu)面上裸露的粘土礦物團(tuán)剪損后的節(jié)點以及粘土礦物斷鍵增大了對水分子的吸附力，特別對于紅層中的軟巖表現(xiàn)出較強(qiáng)的親水性。

(3) 抗水性弱。由于紅層中的粘土礦物細(xì)碎后膨脹易發(fā)生崩解，因此紅層的抗水性弱。

在天然條件下，紅層中的巖石含水量越高，力學(xué)強(qiáng)度就越低，就越容易發(fā)生變形和破壞。由于紅層軟巖的軟化系數(shù)均較低，從而降低巖土的強(qiáng)度，容易發(fā)生膨脹和崩解。泥巖、頁巖和砂質(zhì)泥巖浸水后強(qiáng)度顯著降低，尤其是在干濕反復(fù)交替的情況下，強(qiáng)度會急劇下降，承載力也會大幅下降。

3 紅層區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

根據(jù)湖南省沅麻盆地的麻陽縣1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查統(tǒng)計，發(fā)育于麻陽縣紅層中的地質(zhì)災(zāi)害點共175處，占全縣地質(zhì)災(zāi)害點總數(shù)的82.2%，按災(zāi)害類型來分，不穩(wěn)定斜坡24處，滑坡調(diào)查點138處，崩塌調(diào)查點13處；按體積規(guī)模來分，中型9處，小型166處。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，全縣絕大多數(shù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育于紅層當(dāng)中，并且規(guī)模以小型為主，滑坡是該縣最主要的災(zāi)種，主要分布于譚家寨鄉(xiāng)(22處)、江口墟鎮(zhèn)(17處)、巖門鎮(zhèn)(17處)、和平溪鄉(xiāng)(12處)、綠溪口鄉(xiāng)(12處)、錦和鎮(zhèn)(11處)、高村鎮(zhèn)(11處)以及隆家堡鄉(xiāng)(10處)等。

通過分析地質(zhì)災(zāi)害與其發(fā)育的斜坡結(jié)構(gòu)類型、地形坡度、地層巖性等地質(zhì)環(huán)境條件的相互關(guān)系，總結(jié)麻陽紅層孕育地質(zhì)災(zāi)害的基本規(guī)律：

(1) 順向斜坡易于產(chǎn)生紅層地質(zhì)災(zāi)害，縣內(nèi)順向坡發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害點約占整個紅層地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的41.1%(表1)。

表1 紅層地質(zhì)災(zāi)害與斜坡結(jié)構(gòu)類型關(guān)系統(tǒng)計表

(2) 紅層中地質(zhì)災(zāi)害最發(fā)育的地層巖性為粉砂質(zhì)泥巖，共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害82處，占整個紅層地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的46.9%(表2)。粉砂質(zhì)泥巖為典型紅層軟巖，是易崩易滑地層，且在境內(nèi)大面積分布，這是麻陽縣地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)發(fā)育的根本原因。

(3) 地質(zhì)災(zāi)害主要為暴雨激發(fā)型，如2014年“5.25”、“6.19”兩次特大暴雨，引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害絕大多數(shù)分布在紅層區(qū)。

(4) 紅層地質(zhì)災(zāi)害與人類工程活動關(guān)系密切，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地段，斜坡表層都開墾有桔子園，前緣都有不同程度的切坡，人類改造跡象明顯。

表2 紅層地質(zhì)災(zāi)害與巖性關(guān)系統(tǒng)計表

4 強(qiáng)降雨對沅麻盆地紅層區(qū)的影響分析

紅層具有遇水易軟化、泥化、塑變、崩解、膨脹等特性，在大雨特別是暴雨之下，坡表瞬間聚集大量的雨水，雨水沿著巖體的節(jié)理裂隙面或是斷層面進(jìn)入坡體內(nèi)部，它與紅層巖體之間的相互作用，改變了巖體的物理、力學(xué)以及化學(xué)性質(zhì)，巖體結(jié)構(gòu)面或?qū)用嬷谐涮钗镫S著含水量的增加，由固態(tài)向塑態(tài)、液態(tài)轉(zhuǎn)變，使得巖體的力學(xué)性能減低，內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角減小，斜坡的穩(wěn)定性就會急劇惡化，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

以2014年6月18日至22日典型降雨過程為例進(jìn)行分析，湖南省平均降雨量67.1 mm，強(qiáng)降雨落區(qū)集中在湘西、湘中及偏南地區(qū)(圖1)。

這次過程主要有如下幾個特點：一是強(qiáng)降雨范圍廣，其中湘中及以南部分地區(qū)出現(xiàn)了大暴雨，局地出現(xiàn)了特大暴雨，過程累計降雨量大，其中沅麻盆地中共7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)過程累計降雨量超過300 mm，最大降雨量為393 mm。二是強(qiáng)降雨落區(qū)南北移動明顯。三是短時降雨強(qiáng)度大。四是局地出現(xiàn)了持續(xù)強(qiáng)降雨，這次過程強(qiáng)降雨最主要的落區(qū)在沅麻盆地等地(圖2)。

圖1 2014年6月18～22日湖南累計雨量圖

圖2 2014年6月19～6月22日湖南省中小尺度降雨分布圖

2014年6月19日強(qiáng)降雨中心在麻陽縣，沅麻盆地都有不同程度災(zāi)害發(fā)生，大部分災(zāi)害都有具體的發(fā)生時間和地點，其中6月19日麻陽縣發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害33處，6月20日麻陽縣發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害4處。

根據(jù)統(tǒng)計，麻陽大部分災(zāi)害主要發(fā)生時間為6月19日6時左右(圖3)，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害點與附近站點降雨(圖4～7)進(jìn)行分析，麻陽縣降雨量集中在19～20日，而主要發(fā)災(zāi)點附近24 h累計降雨量都超過100 mm，最大的達(dá)到221.9 mm(巖門)，且單小時最大降雨量均大于30 mm。從中小尺度降雨分布圖來看，麻陽縣5月25日和6月19日經(jīng)歷了前后兩次強(qiáng)降雨；從發(fā)災(zāi)環(huán)境來看，地層巖性主要為白堊系東井組粉砂質(zhì)泥巖等，坡體物質(zhì)主要為粉砂質(zhì)泥巖強(qiáng)風(fēng)化形成的泥質(zhì)粘土，泥質(zhì)成分較高，巖體較軟弱。5月25日過程降雨量大于200 mm，導(dǎo)致土體含水較飽和，6月19日降雨過程發(fā)災(zāi)區(qū)域短時雨量2 h達(dá)82.2 mm，再次強(qiáng)降雨導(dǎo)致土體飽和，巖土體之間的摩擦力減小，最終當(dāng)下滑力超過抗滑阻力之后，導(dǎo)致災(zāi)害發(fā)生。因此，強(qiáng)降雨是沅麻盆地紅層區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要因素。這次發(fā)災(zāi)的特點主要體現(xiàn)在前后兩個強(qiáng)降雨過程降雨強(qiáng)度大，而且主要為短時強(qiáng)降雨，5月25日強(qiáng)降雨導(dǎo)致坡體出現(xiàn)前期跡象，6月19日再次強(qiáng)降雨導(dǎo)致變形跡象加劇或直接導(dǎo)致災(zāi)害的發(fā)生。干濕交替作用，致使巖土體容易風(fēng)化、地下水徑流活躍，尤其是間歇性強(qiáng)降雨期，往往是沅麻盆地紅層區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)期。當(dāng)前期降雨量較大，后期出現(xiàn)24 h累計降雨量超過100 mm或單小時降雨量超過30 mm時，極易引發(fā)群發(fā)性紅層地質(zhì)災(zāi)害。

圖3 6月19～20日麻陽縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)與時間的關(guān)系圖

圖4 6月19～20日麻陽縣江口墟鎮(zhèn)災(zāi)害點附近降雨情況分布圖

圖5 6月19～20日麻陽縣舒家村鄉(xiāng)災(zāi)害點附近降雨情況分布圖

圖6 6月19～20日麻陽縣和平溪鄉(xiāng)災(zāi)害點附近降雨情況分布圖

圖7 6月19～20日麻陽縣巖門鎮(zhèn)災(zāi)害點附近降雨情況分布圖

5 結(jié)論

(1) 通過對沅麻盆地的麻陽縣進(jìn)行分析研究，總結(jié)出沅麻盆地紅層區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育在順向斜坡，特別對于含粉砂質(zhì)泥巖等典型紅層軟巖的地層，是主要的發(fā)災(zāi)場所。

(2) 沅麻盆地紅層地質(zhì)災(zāi)害與人類工程活動密切相關(guān)，主要是沅麻盆地紅層區(qū)適宜種植果樹等，人類開發(fā)改造跡象明顯，破壞原有斜坡的完整性和穩(wěn)定性。

(3) 強(qiáng)降雨是沅麻盆地紅層區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要因素。間歇性強(qiáng)降雨期，往往是沅麻盆地紅層區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)期。當(dāng)前期降雨量較大，后期出現(xiàn)24 h累計降雨量超過100 mm或單小時降雨量超過30 mm時，極易引發(fā)群發(fā)性紅層地質(zhì)災(zāi)害。

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ANALYSISONTHECHARACTERISTICSOFGEOLOGICALHAZARDSANDTHELAWOFDISASTERINTHEREDBEDOFTHEHUNANPROVINCIALYUANMABASIN

LUO Guan-zhi, CHEN Quan-ming, WANG Guo-wei

(Hunan Institure of Geo-Environment Monitoring, Changsha Hunan 410007,China)

The Yuanma basin is one of the major large red basins in Hunan Province. The “rock-water” effect in the red bed of Yuanma basin is easy to expand and collapse. Through the study of the geological hazards in the red bed of Mayang County and analysis on the influence of heavy rain in red bed of Yuanma basin, summarizes the characteristics of the geological hazards development and the law of disaster in the red bed of Yuanma basin.

Yuanma basin; red bed; “rock-water” effect; developmental characteristics; disaster law

1006-4362(2017)03-0019-06

2017-03-06改回日期2017-04-30

P694;X141

A

羅冠枝(1983-)，男，廣東佛山人，中南大學(xué)碩士研究生，水工環(huán)地質(zhì)工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警、地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與評價工作。E-mail：156733906@qq.com