桐柏縣地質(zhì)災(zāi)害形成條件分析

劉小二，張春生，王林峰，來亞芳，楊魯玉，羅穎，牛祥

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)勘查院，鄭州 450001)

1 前言

桐柏縣的地質(zhì)災(zāi)害主要以崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害為主，地面塌陷為輔。河南中州地礦巖土水務(wù)有限公司于2011～2013年開展了桐柏縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查工作，2016年開展了桐柏縣地質(zhì)災(zāi)害防治“十三五”規(guī)劃工作。兩次工作野外實際調(diào)查點共計1 483個，包括地質(zhì)環(huán)境調(diào)查點1 427個和地質(zhì)災(zāi)害點56個，其中崩塌災(zāi)害點22個，不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害點12處，滑坡災(zāi)害點7個，泥石流災(zāi)害點12個，地面塌陷災(zāi)害點3個[1-4]。

桐柏縣地質(zhì)災(zāi)害的形成及分布嚴(yán)格受自然地質(zhì)條件和人為因素的制約，多分布在剝蝕丘陵區(qū)。崩塌、滑坡主要分布于桐柏縣東北部、中部、南部的低山丘陵區(qū)域，為中、小型規(guī)模，穩(wěn)定性一般較差。泥石流主要分布在降水量較大、地形起伏大的桐柏山區(qū)，均為低易發(fā)。地面塌陷主要分布于礦業(yè)活動密集的丘陵區(qū)域，穩(wěn)定性為較穩(wěn)定-不穩(wěn)定。

2 自然地理概述

2.1 交通位置

桐柏縣是河南省南陽市下轄縣，位于河南省西南部，南陽盆地東緣，桐柏山腹地，豫、鄂兩省交界處，素有“宛東咽喉”、“信西屏障”之稱。地理坐標(biāo)：東經(jīng)113°00′～113°49′，北緯32°17′～32°43′，縣境東西長76.1 km，南北寬25.5 km，桐柏縣總面積1 941 km2，寧西鐵路、312國道及滬陜高速、焦桐高速貫穿境內(nèi)，省道連通南北，縣境內(nèi)各鄉(xiāng)(鎮(zhèn))之間公路暢通，交通便利。

2.2 氣象、水文

桐柏縣屬亞熱帶向暖溫帶過渡地區(qū)氣候。年平均氣溫14.9 ℃，極端高溫41.1 ℃，極端低溫-20.3 ℃。年平均降水量1 149.84 mm，年平均降水量南部高于北部，年最大降水量1 819.1 mm,發(fā)生在2005年；年最小降水量663.4 mm，發(fā)生在2001年； 6～9月降水量占全年降水量的40%以上， 15 a內(nèi)日最大降水量：207.3 mm，出現(xiàn)在2005年7月10日，歷年1 h最大降水量：74.0 mm ，10 min最大降水量：20.7 mm。

桐柏縣為淮河的發(fā)源地。境內(nèi)水系屬淮河、長江流域兩大水系，西嶺(屬淮源鎮(zhèn)固廟村)和新坡嶺(屬大河鎮(zhèn)土門村)是江淮兩大流域分水嶺，分水嶺以西為長江流域三夾河水系，分水嶺以東為淮河流域淮河水系。流域面積在100 km2以上的河流有9條。淮河水系有淮河、月河、陳留店河、五里河、毛集河5條，三夾河水系有三夾河、鴻儀河、鴻鴨河、江河4條。

2.3 地形地貌

桐柏縣地處南陽盆地東緣，大的地貌單元可分為構(gòu)造剝蝕低山區(qū)、剝蝕丘陵區(qū)、堆積剝蝕崗地區(qū)、 沖積河谷平原區(qū)。構(gòu)造剝蝕低山區(qū)分布于桐柏縣西南太白頂—線，中部及東北部零星分布，海拔500～1 000 m，相對高差200～500 m。剝蝕丘陵區(qū)分布于桐柏縣大部分地帶，海拔高度200～500 m，相對高差小于200 m。堆積剝蝕崗地分布于安棚、吳城地帶，海拔高程110～200 m。沖積河谷平原分布于桐柏縣埠江、月河、固縣等地，海拔高程75～190 m。

3 地形地貌與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

控制崩塌、滑坡災(zāi)害發(fā)育的先決條件之一是地形地貌。桐柏縣地處桐柏山腹地，是淮河發(fā)源地，區(qū)內(nèi)約75%的面積屬于低山丘陵區(qū)。區(qū)內(nèi)淮河、三夾河支流眾多，縱橫交錯，溝谷十分發(fā)育，地形破碎，提供了形成崩塌、滑坡、泥石流發(fā)育的地形地貌條件。斜坡的幾何形態(tài)控制其穩(wěn)定性和變形破壞模式，決定斜坡體內(nèi)應(yīng)力的分布及大小。

3.1 宏觀地貌與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

構(gòu)造剝蝕低山區(qū)內(nèi)人煙稀少， 人類工程活動很少，地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。剝蝕丘陵區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，密布的溝谷切割深度較大，修路、開礦和建房等人類工程活動比較強(qiáng)烈，是桐柏縣內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害最主要的分布地區(qū)。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)的56處地質(zhì)災(zāi)害有53處分布在這一地貌單元里，占到總數(shù)的94.64%。堆積剝蝕崗地地勢開闊，地形坡度一般在5°～15°之間，下切深度5～10 m，局部有基巖出露，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。沖積河谷平原地勢平坦開闊，地形坡度小于5°，河流發(fā)育，河谷不對稱，河曲處多陡坎，切割深度2～10 m，局部發(fā)育有二級階地，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害不甚發(fā)育，調(diào)查僅發(fā)現(xiàn)1處滑坡，2處崩塌，占總數(shù)的5.36%(表1)。

表1 各地貌類型地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計一覽表

3.2 微觀地貌與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

3.2.1 斜坡坡型

桐柏縣斜坡坡面形態(tài)為直線型、凸型、階梯型及凹型等4個基本類型。直線型和凸型為正向類型，階梯型和凹型為負(fù)向類型，這4種基本坡型又可組合為凸凹型、凹凸型和波型等形式。

在調(diào)查的7處滑坡有5處發(fā)生于正向類型坡，全部為凸型，占滑坡總數(shù)的71.43%；2個發(fā)生于負(fù)向坡型，全為凹型，占滑坡總數(shù)的28.57%(表2)。

表2 各類坡型地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計一覽表

在22處崩塌中有20處發(fā)生于正向類型坡，其中5個發(fā)生于凸型坡，占崩塌地質(zhì)災(zāi)害的22.73%；15個發(fā)生于直線型坡，占崩塌地質(zhì)災(zāi)害的68.18%。2處發(fā)生于負(fù)向坡型，全部為凹型，占崩塌總數(shù)的9.09%。

12處不穩(wěn)定斜坡均發(fā)生于正向類型坡，其中3個發(fā)生于凸型坡，占不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害的25%；9個發(fā)生于凹形坡，占不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)災(zāi)害的75%。

由表2可知，崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害更容易發(fā)生在正向類斜坡上，凸型和直線型正向類斜坡產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害占總數(shù)的90.24%。應(yīng)力集中程度在正向類斜坡上明顯提高，穩(wěn)定程度明顯降低。

崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害在負(fù)向類斜坡上較不容易發(fā)生，因為在斜坡走向方向上受到了應(yīng)力支撐，應(yīng)力集中程度在階梯型和凹型負(fù)向坡上減緩，負(fù)向類斜坡發(fā)生的災(zāi)害占總數(shù)的比例僅為9.76%，穩(wěn)定程度明顯增高。

3.2.2 斜坡坡度

將斜坡微地貌按照其坡度可劃分為3種類型：坡面坡度>50°為陡崖，20°<坡面坡度<50°為陡坡，5°<坡面坡度<20°為緩坡。

調(diào)查了7個滑坡，發(fā)生在陡坡上的有4個，占滑坡災(zāi)害的67.5%；發(fā)生于陡崖上的有1個，占滑坡災(zāi)害的12.1%；發(fā)生于緩坡上的有2個，占整個滑坡災(zāi)害的20.4%。

調(diào)查了22處崩塌，發(fā)生在陡崖的有17處，占崩塌災(zāi)害的77.27%；發(fā)生在陡坡上的有5處，占崩塌災(zāi)害的22.73%。

調(diào)查的12處不穩(wěn)定斜坡,有5處發(fā)生在陡崖，占崩塌總數(shù)的41. 7%；7處發(fā)生在陡坡，占總數(shù)的58.3%(表3)。

表3 各類坡度地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計一覽表

綜合分析崩塌、滑坡發(fā)生的坡度區(qū)間以及不同坡度的不穩(wěn)定斜坡未來的變化趨勢，可得出結(jié)論，在桐柏縣內(nèi)20°～50°之間的斜坡最易發(fā)生滑坡，而50°～90°之間的斜坡最易引發(fā)崩塌。

3.2.3 斜坡坡高

據(jù)研究表明，斜坡坡高與地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生存在著明顯的控制關(guān)系，斜坡坡頂、坡面、坡腳及谷底的應(yīng)力狀態(tài)會隨著斜坡坡高的變化發(fā)生顯著的變化，最終導(dǎo)致溝谷不同部位產(chǎn)生變形破壞。在各方面相同條件下，隨著坡高的增大，坡體安全系數(shù)減小[5]。另外，斜坡坡高對災(zāi)害的危害范圍有明顯影響，對崩塌的影響尤為明顯。在崩塌體體積相同的條件下，斜坡高度越大，崩塌的威脅范圍越大。

本次調(diào)查結(jié)果顯示，60～85 m坡高的斜坡帶是滑坡的多發(fā)區(qū)，有5處滑坡發(fā)育在該斜坡帶，占滑坡災(zāi)害的71.4%； 25 m坡高以下的斜坡帶是崩塌的多發(fā)區(qū)，20處崩塌發(fā)育在該斜坡帶，占整個崩塌災(zāi)害的90.9%。這是因為崩塌的發(fā)生和人類工程活動的關(guān)系密切相關(guān)，主要表現(xiàn)為人類削坡，導(dǎo)致了斜坡應(yīng)力平衡的原始狀態(tài)被破壞。而人類工程活動切坡在桐柏縣內(nèi)主要是修路、建房，建房切坡的高度一般5～10 m，而修路切坡的高度一般不大于30 m，所以5～30 m之間的斜坡帶亦是不穩(wěn)定斜坡的多發(fā)區(qū)，10處不穩(wěn)定斜坡發(fā)育在該斜坡帶，占整個此類災(zāi)害的83.3%。

4 地層、巖土體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

4.1 地層及巖土體結(jié)構(gòu)與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

桐柏縣內(nèi)易滑地層主要為片巖、片麻巖。片巖主要分布于桐柏縣東北部，主要包括回龍大部、毛集東北部以及黃崗西南的小部分地區(qū)。片巖片理十分發(fā)育，工程、水文地質(zhì)條件都較差，巖性軟弱，易破碎，與其他透水性差的巖層接觸面易成為滑動面，從實地調(diào)查來看，該類接觸面大多位置比較低，不宜形成滑坡。另外，沿片巖內(nèi)部片理也可能形成滑坡，但是調(diào)查僅發(fā)現(xiàn)1處該類滑坡。片麻巖主要分布于桐柏山區(qū)，巖石致密堅硬，工程、水文地質(zhì)條件都比較好，但是其內(nèi)部裂隙比較發(fā)育，當(dāng)裂隙面產(chǎn)狀與坡面相近形成順向坡時，極有可能形成滑坡。

桐柏縣內(nèi)易崩地層主要為花崗巖、片麻巖、變粒巖及第四系粉質(zhì)粘土?；◢弾r、片麻巖多分布于桐柏中部、西部的桐柏山區(qū)，巖石致密堅硬，力學(xué)強(qiáng)度高，但比較脆，在修路切坡地段或者坡腳有水流沖刷時，巖層內(nèi)部如發(fā)育有垂直且與斜坡面平行的裂隙，發(fā)生崩塌的可能性很大。變粒巖整體性較好，裂隙不甚發(fā)育，但在風(fēng)化作用強(qiáng)烈，比較破碎的地段，易發(fā)生小型崩塌。在桐柏縣東南部河流沿岸，第四系粉質(zhì)粘土廣泛分布，其結(jié)構(gòu)較為松散，據(jù)調(diào)查，當(dāng)岸高度大于2 m，坡度大于70°，且無植被保護(hù)時，受到洪水沖刷，易發(fā)生河岸崩塌。

4.2 地質(zhì)構(gòu)造與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

地質(zhì)構(gòu)造對地質(zhì)災(zāi)害的分布和發(fā)育起著重要的控制作用，區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害點不僅沿著主要道路、河流呈條帶狀以及在礦山周邊分布，同時也沿著區(qū)內(nèi)幾條主要的地質(zhì)構(gòu)造帶分布。這一點在地面塌陷以及泥石流這兩種災(zāi)種上體現(xiàn)得尤為明顯。這是因為區(qū)內(nèi)地面塌陷均是由于長期的地下采礦引發(fā)，而像條山-鐵山背斜、大河斷裂、破山斷裂均為桐柏縣內(nèi)的主要成礦地帶。另外根據(jù)調(diào)查，縣內(nèi)已經(jīng)發(fā)生的泥石流，絕大多數(shù)泥石流溝的物源均為礦山尾礦渣，這就使得泥石流溝往往會沿著主要成礦斷裂分布。

值得指出的是地質(zhì)構(gòu)造對地質(zhì)災(zāi)害的分布和發(fā)育并不起到直接的控制作用，而是一種間接的控制作用，也就是說，并不是在斷裂帶或者褶皺帶上一定會發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，而是在斷裂帶或者褶皺帶更容易出現(xiàn)易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的巖性、巖土體結(jié)構(gòu)。

5 降雨與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

降雨是地質(zhì)災(zāi)害最重要的誘發(fā)因素之一，多年平均降雨量與多年來地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度具有較好的正相關(guān)關(guān)系。從空間上看，桐柏縣從南到北，年均降雨量呈遞減趨勢。從調(diào)查結(jié)果來看，在低山丘陵區(qū)，西南部、南部地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度遠(yuǎn)大于東北部；在平原區(qū)，僅有的1處地質(zhì)災(zāi)害也發(fā)育于南部。從時間上看，降雨豐水年，一般也是崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)年，據(jù)調(diào)查在桐柏縣2010～2012年連續(xù)干旱的3 a內(nèi)，新發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害僅有4處。將時間周期縮短到1 a，夏秋多雨季節(jié)，也是地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)期。

桐柏縣年平均降水量1 149.84 mm，其中有40%集中在6～9月，多暴雨和大雨且時間集中。調(diào)查結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害絕大多數(shù)發(fā)生于這幾個月，尤其是7～9月這3個月內(nèi)更是地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)時間段。降雨沿著孔隙下滲，飽水帶巖土體飽和重力增加，形成孔隙水壓力，強(qiáng)度明顯降低，改變了斜坡內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)，引發(fā)斜坡失穩(wěn)，致使坡體局部出現(xiàn)各種變形，如裂縫、膨脹、下挫等，從而發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

6 人類工程活動與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

隨著經(jīng)濟(jì)社會的迅猛發(fā)展，人類工程活動無論是在深度上還是在廣度上都日益加劇，特別是對自然斜坡的不合理開挖，打破了地質(zhì)歷史時期形成的斜坡平衡狀態(tài)，造成斜坡變形失穩(wěn)，已成為引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素之一[6]。區(qū)內(nèi)人類工程活動對斜坡穩(wěn)定性造成影響并引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

(1) 交通工程

城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，必然伴隨著公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)的長足發(fā)展。桐柏縣內(nèi)現(xiàn)有滬陜高速、焦桐高速、寧西鐵路、國道G312、省道S206、S234、S239、S335，另有縣道、鄉(xiāng)道若干，村村通公路已貫通絕大多數(shù)行政村。在山區(qū)修路不可避免的要進(jìn)行切坡，切坡規(guī)模受當(dāng)?shù)氐匦?、公路等級的影響。高速公路、鐵路切坡規(guī)模最大，但是由于其重要程度，沿線地質(zhì)災(zāi)害防治措施到位，在調(diào)查過程中，未在高速、鐵路沿線發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害。而在國道G312、省道S234、S239沿線，切坡規(guī)模也比較大，坡高一般在3～10 m，坡度一般在70°以上，區(qū)內(nèi)的崩塌點也主要集中于這3條公路沿線，其他縣鄉(xiāng)公路沿線也有崩塌發(fā)生，但數(shù)量較少，規(guī)模也要小得多。

(2) 城鄉(xiāng)建設(shè)

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模擴(kuò)大，建設(shè)用地需求不斷增加。在低山丘陵區(qū)，回龍、毛集、黃崗、朱莊、大河、淮源等集鎮(zhèn)大多坐落于河谷內(nèi)或者山間平地，可用作建設(shè)用地的平地并不多，這就導(dǎo)致要想獲得建設(shè)用地，就必須得向山要地、向坡要地，大規(guī)模的切坡不可避免。切坡活動打破了斜坡的自然平衡狀態(tài)，隨著時間的推移，加上降雨、震動等其他因素的影響，斜坡穩(wěn)定性不斷降低，最終誘發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

(3) 礦山開發(fā)

桐柏縣礦產(chǎn)資源豐富，已探明礦藏56種，主要有金、銀、銅、鐵、石油、天然堿、螢石、大理石、花崗石等為桐柏縣創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時，礦山開發(fā)也會引發(fā)多種地質(zhì)災(zāi)害。主要表現(xiàn)在以下3個方面：一是露天礦山(例如花崗巖、大理石)開采過程中易形成高陡邊坡，甚至懸空面，使斜坡巖土體失去支擋或支撐，易引發(fā)崩塌滑坡。二是地下開采礦山(比如金、銀、鐵、螢石等)，長時間的開采，形成大面積的采空區(qū)，誘發(fā)地面塌陷，造成田地開裂、下陷，嚴(yán)重威脅著群眾的生命財產(chǎn)安全。三是露天礦山和井采礦山都會產(chǎn)生大量的尾礦渣，生產(chǎn)較為規(guī)范的礦山大多建有尾礦庫，而中小型礦山礦渣無序堆積情況比較嚴(yán)重，大多隨意堆砌于溝谷內(nèi)或山坡上，由于此類斜坡一般結(jié)構(gòu)較為松散，易形成泥石流隱患或者不穩(wěn)定斜坡。

總之，地質(zhì)災(zāi)害的觸發(fā)因素很多，但最主要的是不合理的人類工程經(jīng)濟(jì)活動和降水的雙重作用，二者的綜合效應(yīng)是誘發(fā)本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的最主要的外在因素，其中人類工程活動的影響又最為嚴(yán)重。

7 結(jié)論

(1) 桐柏縣的地質(zhì)災(zāi)害主要以崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害為主，地面塌陷為輔。桐柏縣地質(zhì)災(zāi)害的形成及分布嚴(yán)格受地形地貌、地層等諸多自然地質(zhì)條件和人類工程活動等人為因素的制約。

(2) 剝蝕丘陵區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，密布的溝谷切割深度較大，修路、開礦和建房等人類工程活動比較強(qiáng)烈，是桐柏縣內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害最主要的分布地區(qū)。

(3) 正向類凸型和直線型斜坡明顯更容易引發(fā)滑坡和崩塌災(zāi)害。桐柏縣內(nèi)20°～50°之間的斜坡最易發(fā)生滑坡，而50°～90°之間的斜坡最易引發(fā)崩塌；滑坡多發(fā)生坡高60～85 m的斜坡帶上，崩塌多發(fā)生在25 m以下的斜坡帶上，不穩(wěn)定斜坡多發(fā)生在5～30 m之間的斜坡帶上。

(4) 桐柏縣內(nèi)易滑地層主要為片巖、片麻巖，易崩地層主要為花崗巖、片麻巖、變粒巖及第四系粉質(zhì)粘土。

(5) 地質(zhì)構(gòu)造對地質(zhì)災(zāi)害的分布和發(fā)育起著重要的控制作用，在斷裂帶或者褶皺帶更容易出現(xiàn)易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的巖性、巖土體結(jié)構(gòu)。

(6) 降雨是地質(zhì)災(zāi)害最重要的誘發(fā)因素之一，桐柏縣地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在7～9月，降雨量與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度具有較好的正相關(guān)關(guān)系。

(7) 地質(zhì)災(zāi)害諸多形成條件中，地質(zhì)環(huán)境條件變化緩慢，人類工程活動和降雨是最活躍的因素，人類工程活動的影響又最為嚴(yán)重。

[1] 河南省桐柏縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查報告[R].河南中州地礦巖土水務(wù)有限公司，2013.

[2] 桐柏縣地質(zhì)災(zāi)害防治“十三五”規(guī)劃[R].河南中州地礦巖土水務(wù)有限公司與桐柏縣人民政府，2016.

[3] 中國地質(zhì)調(diào)查局.滑坡崩塌泥石流災(zāi)害調(diào)查規(guī)范(1∶50萬)(DD2008-02)[S].2008.

[4] 國家技術(shù)監(jiān)督局.1∶5萬區(qū)域水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合勘查規(guī)范(GB/T 14158-93)[S].1993.

[5] 楊紅強(qiáng).淅川縣地質(zhì)災(zāi)害形成條件分析[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2013，24(4)：13-17.

[6] 陳震.嵩縣地質(zhì)災(zāi)害形成條件及防治建議[J].中國科技縱橫，2015，214(10)：158-159.