甘肅省酒泉市地質(zhì)災(zāi)害形成條件及分布特征淺析

曹鴻雁

（甘肅省地礦局第四地質(zhì)勘查院，甘肅 酒泉 735000）

酒泉為甘肅省地級市，位于甘肅省河西走廊西端的阿爾金山、祁連山與馬鬃山之間，北部除少部分與蒙古國接壤外，大部與內(nèi)蒙古阿拉善盟相鄰，西接新疆維吾爾自治區(qū)，南接青海省海西蒙古族藏族自治州和海北藏族自治州，東鄰張掖市，東西長約680km，南北寬約550km，總面積19.2萬km2，占甘肅省面積的42%。酒泉境內(nèi)312國道橫貫東西，酒航公路、敦格公路通達(dá)南北，全市公路總里17328km，高速公路里程623km，等級公路里程16001km，蘭新鐵路及第二雙線、敦煌鐵路橫貫酒泉東西[1]。區(qū)內(nèi)年降水量100mm～800mm，降雨分配較為集中，其中6月～9月占全年降水量的70%以上，且受到局部暴雨影響，經(jīng)常引發(fā)泥石流、滑坡等自然災(zāi)害。酒泉市除受到自然地理環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境條件的影響外，礦山開采等人為活動(dòng)也都使地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域擴(kuò)大增強(qiáng)。災(zāi)害越來越頻繁，直接危害著當(dāng)代人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，影響社會(huì)穩(wěn)定[2]，因此通過分析甘肅省酒泉市地質(zhì)災(zāi)害形成條件及分布特征，發(fā)現(xiàn)自然災(zāi)害規(guī)律，利用國家有限的資金最大程度增強(qiáng)全市防災(zāi)減災(zāi)能力。

1 甘肅省酒泉市地質(zhì)災(zāi)害形成條件

1.1 泥石流形成條件

泥石流受自然地理、地質(zhì)環(huán)境條件及人類工程活動(dòng)等因素的影響，泥石流主要分布在肅州區(qū)南部祁連山北麓及阿爾金山脈、黨河南山北麓中低山區(qū)，植被稀疏，泥石流規(guī)模以中型、小型為主[3]。沿山泥石流溝流域內(nèi)山大溝深，地形陡峭，相對高差大，坡度陡，這種特有的地形，有利于降水在短時(shí)間內(nèi)匯集，并沿程沖蝕溝床及溝岸堆積物在主溝道集中形成匯流，從而為泥石流的形成創(chuàng)造了基本條件。并且受到人類工程活動(dòng)影響，區(qū)域性斷裂及小型褶皺發(fā)育，巖體破碎，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不斷抬升，為松散固體物質(zhì)提供了良好的補(bǔ)給條件。

在區(qū)域活動(dòng)條件下，分析可移動(dòng)土石方量、滑坡區(qū)匯水面積、滑坡形成區(qū)上坡坡度以及日最大降水量，得到泥石流與滑坡作用強(qiáng)度E為：

其中，A為可移動(dòng)土石方量；F1為滑坡區(qū)匯水面積；i為滑坡形成區(qū)上坡坡度；Rp為日最大降水量，根據(jù)酒泉市日最大降水量的不同，Rp＞100mm取值為5、70mm～100mm取值為4、40mm～70mm取值為3、10mm～40mm取值為2。

根據(jù)公式（1）計(jì)算結(jié)果，參照《城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中對泥石流強(qiáng)度分段序列，將其強(qiáng)度分為四個(gè)等級，如表1所示。

表1 泥石流作用強(qiáng)度等級

除環(huán)境影響因素外，人類工程活動(dòng)諸如礦山開采（石棉礦、石灰石礦）等較為強(qiáng)烈，泥石流相對發(fā)育，以阿爾金山脈北麓前山區(qū)地帶為代表。并且在黨河、榆林河、疏勒河、石油河流域上游分布大規(guī)模的露天礦區(qū)，地表植被遭到破壞，以及采礦廢渣堆積，地質(zhì)生態(tài)環(huán)境惡化有直接的關(guān)系。

1.2 崩塌形成條件

崩塌會(huì)在特定的地層中集中分布主要為巖質(zhì)崩塌、不穩(wěn)定斜坡主要發(fā)育在震旦系地層之中，其它地層中則數(shù)量相對較少，該地層特有的物理性狀使之構(gòu)成了本區(qū)崩塌形成的固有載體。斜坡的坡度30°～50°，斜坡結(jié)構(gòu)特征具有上部為殘坡積堆積物，下部為完整性較好的基巖結(jié)構(gòu)面，該類斜坡在降水、地震等內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用下有利于坡體變形，促使坡體發(fā)生位移而形成滑坡。并在人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈的地段集中發(fā)育。區(qū)內(nèi)崩塌、不穩(wěn)定斜坡的發(fā)育與人類活動(dòng)緊密相關(guān)，諸如開礦開挖山體，修建公路等人為活動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域往往是災(zāi)害集中發(fā)育的地段。

地形、地貌是控制崩塌形成和斜坡失穩(wěn)的基本條件，部分高而陡的斜坡所形成的有效臨空面為崩塌的形成和斜坡失穩(wěn)具備了條件。不穩(wěn)定斜坡隱患點(diǎn)結(jié)構(gòu)類型為碎石土類斜坡或巖質(zhì)邊坡受地形條件控制影響主要表現(xiàn)在坡度、坡高兩個(gè)方面。坍塌發(fā)生的可能性與其作用強(qiáng)度、容重等有著直接關(guān)系。根據(jù)往年酒泉市坍塌資料，對有關(guān)因子進(jìn)行分級后，確定各因子權(quán)重與賦值，其坍塌危險(xiǎn)程度等于坍塌危險(xiǎn)因子賦值與權(quán)重乘積之和：

其中，P為坍塌危險(xiǎn)程度；Wa為坍塌作用強(qiáng)度，其因子權(quán)重為0.6912；rc為坍塌容重，其因子權(quán)重為0.0735；b為坍塌權(quán)重；EHc為坍塌賦值，其因子權(quán)重為0.2353。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，其結(jié)果值越高，則危險(xiǎn)程度越高。

根據(jù)調(diào)查區(qū)坡度區(qū)間內(nèi)的不穩(wěn)定斜坡數(shù)量統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，隨著坡度的增大不穩(wěn)定斜坡點(diǎn)發(fā)生的比率也隨之遞增，10°～20°之間不穩(wěn)定斜坡發(fā)生的比率在10.53%，60°～70°之間的比率劇增至21.05%，隨著坡度的減緩，由陡坡轉(zhuǎn)變?yōu)榫徠?，?zāi)害發(fā)生概率也逐漸降低。按照各坡高區(qū)間內(nèi)不穩(wěn)定斜坡點(diǎn)數(shù)量，可以看出，不穩(wěn)定斜坡多發(fā)生在高差50m以下。而高差在100m～300m之間的斜坡多位于壯年期溝谷兩側(cè)溝坡，尚處于平衡調(diào)整階段，在溝谷不斷下切侵蝕及其它作用綜合影響下易失穩(wěn)發(fā)生滑坡。

1.3 地面塌陷形成條件

地面塌陷多發(fā)生在礦區(qū)采空區(qū)，主要為地下開采礦產(chǎn)時(shí)形成的巷道在開采活動(dòng)后未回填充實(shí)，礦區(qū)采空區(qū)往往是地面塌陷形成的主要地區(qū)。降水及地表水滲流是本區(qū)地面塌陷的主要誘因。在水的浸潤下，礦區(qū)巷道頂板及圍巖會(huì)軟化脫落，從而導(dǎo)致工程力學(xué)性能降低，致使頂板脫落，支撐柱及圍巖倒塌，從而進(jìn)一步誘發(fā)塌陷的可能。部分礦區(qū)礦洞及井口位于溝道內(nèi)地勢較低的位置，井口周邊未設(shè)置防洪措施或防洪措施簡單，暴雨季節(jié)，溝道內(nèi)匯集的洪水存在倒灌的現(xiàn)象，增大了礦洞充水的可能性。就本區(qū)而言，年內(nèi)降雨集中期，地面塌陷發(fā)生的機(jī)率較高，且地面塌陷多伴有地裂縫存在，如圖1所示。

圖1 輝銅山塌陷坑及地裂縫

雖然酒泉市各地地質(zhì)災(zāi)害普遍發(fā)育，但各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的災(zāi)害密集程度和災(zāi)害類型都存在很大差異。首先，地質(zhì)災(zāi)害的分布完全受控于地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體結(jié)構(gòu)、地下水、氣象水文和植被狀況等自然因素，人類工程活動(dòng)對災(zāi)害的分布發(fā)育有很大的影響作用。

2 甘肅省酒泉市地質(zhì)災(zāi)害分布特征

2.1 泥石流分布特征

泥石流是一種暴發(fā)在山區(qū)溝谷中飽含大量泥沙塊石的特殊洪流，在山地夷平過程中由劇烈侵蝕作用引發(fā)的一種泥沙快速運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，是水土流失和山地環(huán)境惡化發(fā)展到極其嚴(yán)重階段的重要標(biāo)志。主要分為山區(qū)溝谷泥石流、平原區(qū)溝谷型泥石流以及水石流。山區(qū)溝谷泥石流主要分布在調(diào)查區(qū)祁連山、阿爾金山、黨河南山等山脈兩側(cè)山前地帶，流域形態(tài)多為“瓢”形和“勺”形，并以小流域溝谷型稀性泥石流為主，松散固體補(bǔ)給物質(zhì)主要來源于坡面侵蝕、溝岸坍塌等重力堆積物。平原區(qū)溝谷型泥石流主要分布在阿克塞盆地南部的洪積平原，流域形態(tài)多呈“長條狀”，為稀性泥石流，其形成區(qū)、徑流堆積區(qū)不明顯。該地帶泥石流的物質(zhì)來源主要為溝岸坍塌和溝床松散物質(zhì)補(bǔ)給。水石流主要多為稀性溝谷型水石流溝，個(gè)別為山坡型水石流溝。爆發(fā)頻率一般為1次/2～3年。區(qū)內(nèi)泥流的固體物質(zhì)來源主要為坡面風(fēng)化松散殘積物，溝岸滑坡、崩塌等重力堆積物以及溝底沖洪積物再搬運(yùn)。

2.2 崩塌分布特征

崩塌災(zāi)害多發(fā)生在高陡斜坡處，如峽谷陡坡、沖溝溝坡、深切河谷的凹岸，以及有利于巖土體崩落的臨空面。引發(fā)因素主要是降雨和人類工程活動(dòng)。區(qū)內(nèi)巖質(zhì)崩塌多發(fā)生在溝坡及沿線公路，其主要特征為：地形陡峭，坡度大于55°，坡面凹凸不平，坡體構(gòu)造節(jié)理或卸荷裂隙發(fā)育且存在臨空面。溝坡多為片巖、板巖和千枚巖等變質(zhì)巖組成的邊坡，規(guī)模以小型居多，體積一般從數(shù)方到幾十方，形成機(jī)制一般分傾倒、滑移、鼓脹、拉裂和錯(cuò)斷五種。多因修建公路、采石、露天開礦等人類大型工程開挖誘發(fā)較為典型巖質(zhì)崩塌有：肅北縣黨城灣黑達(dá)坂崩塌如圖2所示。

圖2 肅北縣黨城灣黑達(dá)坂崩塌

而碎石土崩塌多發(fā)生在河谷及峽谷兩岸，主要分布在黨河、榆林河、疏勒河、石油河等中下游平原地帶，其主要特點(diǎn)為：多發(fā)于河谷的凹岸，岸坡近乎直立，坡腳下水流侵蝕嚴(yán)重，坡體為第四系較松散的沖洪積物。

2.3 地面塌陷分布特征

地面塌陷是指地表巖、土體在自然或人為因素作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一種地質(zhì)現(xiàn)象。當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)生在有人類活動(dòng)的地區(qū)時(shí)，便可能成為一種地質(zhì)災(zāi)害。地面塌陷是區(qū)內(nèi)較為發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害之一。區(qū)內(nèi)地面塌陷的形成原因主要是由于人為作用導(dǎo)致的地面塌落，多為采坑活動(dòng)產(chǎn)生的采空區(qū)引發(fā)的地面塌陷。

3 結(jié)語

甘肅省酒泉市地質(zhì)災(zāi)害形成條件及分布特征淺析中，通過分析區(qū)域內(nèi)地質(zhì)環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)，分析其中影響地質(zhì)災(zāi)害形成的主要因素，并結(jié)合以往資料，得出災(zāi)害形成規(guī)律，為今后災(zāi)害治理提供可靠依據(jù)。