武鄉(xiāng)縣地質(zhì)災(zāi)害主控因素及發(fā)育規(guī)律淺析

李 遠(yuǎn)

（山西省地質(zhì)勘查局二一二地質(zhì)隊，山西長治046000）

1 概述

武鄉(xiāng)縣地處山西省東南部，長治市北緣。由于近年來開采地下礦產(chǎn)資源，大住房建設(shè)、公路開發(fā)等人類活動加劇，兼之武鄉(xiāng)縣地質(zhì)環(huán)境條件的特殊性，誘發(fā)了大量地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害對武鄉(xiāng)縣人民群眾及其財產(chǎn)造成極為嚴(yán)重的威脅，因此研究武鄉(xiāng)縣地質(zhì)災(zāi)害主控因素及發(fā)育規(guī)律具有十分重要的意義。本文根據(jù)武鄉(xiāng)縣地質(zhì)環(huán)境條件，詳細(xì)剖析了武鄉(xiāng)縣地質(zhì)災(zāi)害主控因素與其發(fā)育規(guī)律的關(guān)系。

2 地質(zhì)環(huán)境主控因素

2.1 氣象及河流

武鄉(xiāng)縣屬暖溫帶大陸性氣候，四季變化明顯，冬季寒冷少雪，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季濕溫和涼爽。由于地形復(fù)雜，加之地理相對高差和自然諸多因素影響，本縣各地氣溫差因海拔高低不同而異。最熱的監(jiān)漳灘，年平均氣溫約9.4℃；最冷的華兒垴（黃巖垴），年平均氣溫只有3℃上下。全縣多年年平均氣溫9.4℃。武鄉(xiāng)縣多年平均降水量為496.2mm，全縣年最大降水量為826.1mm（2003年）；年最小降水量為290mm（2002年），月最大降水量為264.5mm（1993年8月），日最大降水量為150.6mm（1989年8月16日）。

武鄉(xiāng)縣境內(nèi)主要河流有濁漳河北源干流及其一級支流涅河、蟠洪河、賈豁河，以及次一級支流馬牧河、高寨寺河；另外還有云簇河一級支流石盤河一級汾河支流昌源河等。按其流域主要為海河、黃河兩大水系。區(qū)內(nèi)最大的水庫為關(guān)河水庫。境內(nèi)河流常年有水，水力資源豐富。

2.2 地形與地貌

武鄉(xiāng)縣地跨太行、太岳兩山，太行山脈由東北向西南蜿蜒，太岳山脈從西北向西南延伸。地勢呈東西高、中間低的馬鞍形?？h境東部的大部分地區(qū)海拔在1400m以上，最高峰花兒垴（黃巖垴）海拔2008m；西部地區(qū)海拔在1300m左右，最高峰子金山海拔1809m；北部和南部的大部分山嶺海拔在1000～1300m之間；中部和濁漳河主要支流沿岸的地勢較平緩。最低處監(jiān)漳至西川一帶海拔900m左右。

按形態(tài)及成因類型可將武鄉(xiāng)縣地貌類型劃分為5個大區(qū)。其中中山區(qū)面積415.12km2，占總面積的25.69%；低中山區(qū)面積301.67km2，占總面積的18.67%；黃土丘陵面積819.75km2，占總面積的50.73%；堆積河谷面積79.18km2，占總面積的4.9%；臺地面積29.62km2，占總面積的1.83%。

2.3 地層巖性與構(gòu)造

武鄉(xiāng)縣地跨沁水向斜兩翼，東翼自東向西，由老至新出露地層為寒武系、奧陶系碳酸鹽巖。至墨鐙鄉(xiāng)、洪水鎮(zhèn)、蟠龍鎮(zhèn)一帶，石炭系中統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組含煤巖系出露，再往西為二疊系上統(tǒng)、三疊系碎屑巖，新生界松散層沉積廣泛覆蓋，基巖零星分布于深切的河谷與山間盆地中。向斜西翼至太岳山區(qū)主要出露三疊系中統(tǒng)二馬營組，上統(tǒng)銅川組。

武鄉(xiāng)縣地跨太行、太岳兩山，位于沁水向斜兩翼，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。沁水向斜軸部位于武鄉(xiāng)縣豐州鎮(zhèn)以西，軸向為NNE向，兩翼地層傾角為10°～25°，相伴發(fā)育一組與主構(gòu)造線一致的波狀壓密褶皺，地層傾角在5°～10°之間。斷裂分布于縣境NW的分水嶺至二郎堂正斷層組成對出現(xiàn)，形成地塹或地壘。

2.4 地下水與植被

區(qū)內(nèi)地下水按不同巖性特征所賦存的地下水類型及富水程度，可劃分為三種類型：松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水、碳酸巖鹽類巖溶水。地下水補給、徑流、排泄條件主要受氣候、地形地貌、構(gòu)造、巖性特征等因素的制約?？傮w上，基巖山區(qū)和丘陵區(qū)是地下水補給、徑流區(qū)，而河谷區(qū)是地下水的排泄區(qū)。

按植被覆蓋度，武鄉(xiāng)縣可以分為5個區(qū)，其中低覆蓋度區(qū)面積171.1km2，占全縣總面積的10.6%；較低覆蓋度區(qū)面積388.7km2，占全縣總面積的24.1%；中覆蓋度區(qū)面積483.6km2，占全縣總面積的30.0%；較高覆蓋度區(qū)面積424.7km2，占全縣總面積的26.4%；高覆蓋度區(qū)面積141.9km2，占全縣總面積的8.8%

2.5 人類活動

武鄉(xiāng)縣人類活動主要包括房屋開發(fā)、道路開發(fā)、煤礦采礦等。這些工程活動也是武鄉(xiāng)縣內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要原因。

3 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律

3.1 地質(zhì)災(zāi)害空間向發(fā)育規(guī)律

武鄉(xiāng)縣地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律嚴(yán)格受地質(zhì)環(huán)境主控因素的制約，地質(zhì)災(zāi)害在空間上有較為明顯的發(fā)育規(guī)律特征。具體表現(xiàn)如下。

3.1.1 沿道路沿線及煤礦礦區(qū)呈條帶狀分布

（1）崩塌及潛在崩塌沿道路沿線呈條帶狀分布。據(jù)2015年詳細(xì)調(diào)查資料顯示，崩塌及潛在崩塌具有線性分布特點，由于武鄉(xiāng)縣道路開發(fā)多沿河流兩岸及其一級階地，故主要集中在沿濁漳河北源及其一級支流蟠洪河、涅河河谷兩岸道路開發(fā)切坡形成的高陡邊坡處。

（2）地面塌陷沿煤礦礦區(qū)呈條帶狀分布。受地質(zhì)構(gòu)造及巖性控制，武鄉(xiāng)縣境內(nèi)煤礦主要分布在東部地區(qū)，由于沁水向斜軸部位于武鄉(xiāng)縣豐州鎮(zhèn)以西，軸向為NNE向，兩翼地層傾角為10°～25°，至韓北鄉(xiāng)—墨鐙鄉(xiāng)一線出露二疊系下統(tǒng)山西組及石炭系上統(tǒng)太原組煤系地層，致使煤礦呈現(xiàn)條帶狀分布特征，由于煤礦采空導(dǎo)致地面塌陷及其伴生地裂縫，故而地面塌陷在空間上呈現(xiàn)條帶狀分布特征

3.1.2 地形地貌控制地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育

武鄉(xiāng)縣地貌也是其地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的主控因素，尤其是崩塌、潛在崩塌的發(fā)育強度由河流谷地—低山丘陵區(qū)—中山區(qū)逐漸變小，具體地貌與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系見圖1。

在武鄉(xiāng)縣河流谷地區(qū)，地形較為開闊，地勢平坦，但是黃土陡坡即高且陡，并且該類地區(qū)人口較多，人口密度大，人類活動較強烈，故災(zāi)害密度大。

在武鄉(xiāng)縣低山丘陵區(qū)，黃土覆蓋較厚，地層風(fēng)化剝蝕情況嚴(yán)重，植被發(fā)育較差，地形切割強烈，水土流失嚴(yán)重，各類小型溝谷發(fā)育，黃土崩塌及巖質(zhì)崩塌較易發(fā)。

在武鄉(xiāng)縣西北部、東部的中山區(qū)，出露基巖多為硬質(zhì)巖，地層風(fēng)化程度較低，村莊分散，人口較少，人口密度低，人類活動較弱，故災(zāi)害密度較低，僅沿208國道發(fā)育幾處因道路開挖斜坡引發(fā)的巖質(zhì)崩塌。

而地面塌陷則因采空影響較大，由于煤礦多分布在武鄉(xiāng)縣東部剝蝕侵蝕低中山區(qū)及梁狀黃土丘陵區(qū)，故此類地貌分區(qū)中地面塌陷及其伴生裂縫發(fā)育較多。

3.1.3 地層巖性也是災(zāi)害發(fā)育的主控因素之一

區(qū)內(nèi)土質(zhì)崩塌的坡體巖性以第四系上、中更新統(tǒng)黃土為主。黃土顆粒成份以粉粒為主，天然狀態(tài)下土力學(xué)指標(biāo)良好，但由于其濕陷性的表現(xiàn)，當(dāng)降水入滲后，極易產(chǎn)生變形破壞，形成陷穴、落水洞等，這也為雨水入滲提供了快速通道，最終導(dǎo)致崩塌的發(fā)生。新黃土雖然為較均勻地結(jié)構(gòu)，但總體結(jié)構(gòu)松散，裂隙孔隙多，極易導(dǎo)致風(fēng)化崩解。而老黃土雖然是黃土梁峁的主要組成，粘粒含量高于新黃土，但老黃土豎向裂縫、構(gòu)造裂縫、滑塌裂縫以及風(fēng)化裂縫普遍發(fā)育，形成了典型的柱狀體塊裂結(jié)構(gòu)和楔形體塊裂結(jié)構(gòu)，也是產(chǎn)生掉塊現(xiàn)象的主要原因。因此黃土崩塌是區(qū)內(nèi)最為普遍的災(zāi)害種類。

區(qū)內(nèi)巖質(zhì)崩塌的坡體巖性主要為三疊系、二疊系軟弱層狀碎屑巖、軟硬相間碎屑巖及堅硬層狀碎屑巖，該地區(qū)植被覆蓋率較低，人口較多，并且受人類活動尤其是道路開發(fā)的因素影響明顯，在開挖邊坡等因素影響下，巖體極易沿節(jié)理面擴張，形成危巖體，最終導(dǎo)致崩塌地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

此外武鄉(xiāng)縣東部采煤區(qū)地層主要出露二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、石炭系上統(tǒng)太原組（C3t），巖性主要是灰白、灰黑色砂巖、粉砂巖、泥巖、石灰?guī)r及煤層。泥巖和砂巖、灰?guī)r的工程地質(zhì)物性差異較大。該地層內(nèi)主要開采2-3號煤、8-9號煤、15號煤，煤層采空后上覆巖體在自重和附加重力作用下易發(fā)生彎曲變形，出現(xiàn)采空塌陷采空裂縫等地質(zhì)災(zāi)害。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害時間向發(fā)育規(guī)律

在時間向上，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育也呈現(xiàn)較為集中的表現(xiàn)。包括：①集中發(fā)育于工程活動強烈時期；②在一個年度周期內(nèi)，崩塌在降水集中時段較為易發(fā)；③地面塌陷則在煤礦開采較強烈時期易發(fā)。

3.2.1 集中發(fā)育于工程活動強烈時期

武鄉(xiāng)縣地質(zhì)災(zāi)害主要包括崩塌、潛在崩塌及地面塌陷，它們大都是受人類活動這一主控因素的影響，表現(xiàn)集中發(fā)育于工程活動強烈時期。其中崩塌、潛在崩塌主要由于不合理的人類活動破壞了原有穩(wěn)定的坡體，特別是坡腳的開挖，導(dǎo)致原有坡體應(yīng)力發(fā)生變化，最終坡體穩(wěn)定性降低發(fā)生崩塌；地面塌陷則由于煤礦開采形成采空區(qū)，破壞了原有巖體的應(yīng)力平衡，在采空區(qū)上部形成了塌陷，因此在煤礦開采較強烈的一段時間內(nèi)，地面塌陷發(fā)生的可能性較大。

3.2.2 在降水集中時段較為易發(fā)

崩塌地質(zhì)災(zāi)害與降水成正相關(guān)性。在單位時間內(nèi)，降水量大的時段崩塌較為易發(fā)。其表現(xiàn)為：在年降水總體數(shù)量大的年度較為易發(fā)；在一年中的降水集中時段較為易發(fā)；在日降水強度大的時段較為易發(fā)。在強降水時期內(nèi)災(zāi)害發(fā)生和降水基本同步，連陰雨季節(jié)災(zāi)害發(fā)生一般在降水結(jié)束后發(fā)生。

黃土具有極強的水敏性。黃土邊坡在飽和狀態(tài)下，上部松散層快速崩解，下部粘土體積膨脹、力學(xué)強度快速降低，致使坡體變形產(chǎn)生崩塌。根據(jù)2015年詳調(diào)成果，武鄉(xiāng)縣內(nèi)發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的時間均發(fā)生在雨季。

區(qū)內(nèi)地面塌陷也受降水因素的影響，一般來講，春季村民耕作前，會將塌陷坑及裂縫進(jìn)行補封填埋，但當(dāng)連續(xù)降水時，地表匯流水入滲，耕作前填埋用的土層會被地表匯流沖入下伏采空區(qū)內(nèi)，最終顯現(xiàn)出塌陷及其伴生裂縫，且水入滲后，會降低采空區(qū)頂部巖體的摩擦力，導(dǎo)致未斷裂彎曲的巖層可能會繼續(xù)變形，進(jìn)而整體斷開，加劇地面塌陷發(fā)展。

4 結(jié)論

可以看出，武鄉(xiāng)縣地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，與地質(zhì)環(huán)境主控因素密不可分，通過分析，得到武鄉(xiāng)縣地質(zhì)災(zāi)害空間分布上沿道路沿線及煤礦礦區(qū)呈條帶狀分布、地形地貌控制災(zāi)害發(fā)育、地層巖性控制災(zāi)害發(fā)育等三個規(guī)律，在時間向上表現(xiàn)為集中發(fā)育于工程活動強烈時期、在降水集中時段較為易發(fā)等兩個規(guī)律。這些規(guī)律都為未來武鄉(xiāng)縣災(zāi)害防控體系建設(shè)奠定了較為堅實的基礎(chǔ)。