陜西省長(zhǎng)武縣地質(zhì)災(zāi)害形成條件與分布規(guī)律

吳繼承,宋丙劍

(中國(guó)消防救援學(xué)院,北京 102202)

0 前 言

長(zhǎng)武縣地處陜西省咸陽(yáng)市西北部，北部及西南部分別與甘肅省的寧縣、涇川縣、靈臺(tái)縣接壤，東界與本省彬縣相鄰。全縣總面積567.1 km2，轄7個(gè)鎮(zhèn)，總?cè)丝?8.694 4萬(wàn)人，人口密度為每平方千米329.6人。由于境內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，人類活動(dòng)較強(qiáng)烈，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。據(jù)2007年陜西省地礦局區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究院提交的1：100000報(bào)告，該區(qū)共確定64處地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)。截至2014年底，通過(guò)實(shí)施治理、搬遷等措施，安全隱患消除或者無(wú)威脅對(duì)象的災(zāi)害點(diǎn)已經(jīng)失去了監(jiān)測(cè)的意義，這類災(zāi)害點(diǎn)共有25處，但乃缺乏該區(qū)的詳細(xì)調(diào)查，調(diào)查結(jié)果有待進(jìn)一步完善和研究。本次采用了各種方法和手段對(duì)該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的形成條件進(jìn)行了全面分析總結(jié)，為今后的治理提供了科學(xué)依據(jù)，也對(duì)保障當(dāng)?shù)厝嗣竦纳?cái)產(chǎn)安全有重大意義。

1 長(zhǎng)武縣地質(zhì)災(zāi)害的形成條件

1.1 地質(zhì)災(zāi)害形成的水文條件

該區(qū)一年四季干濕冷暖分明。年均氣溫9.1 ℃，年均降水量587.8 mm。最大凍土深度達(dá)68 mm，無(wú)霜期171 d。

1.2 地質(zhì)災(zāi)害形成的地形地貌條件

本區(qū)由于渭北黃土高原的特殊地形地貌，在外動(dòng)力地質(zhì)作用下，造成了溝系發(fā)育，由于南河、涇河、黑河常年的侵蝕作用，坡陡溝深，地形呈緩傾斜狀，東北低，西南高。塬面最高海拔1274 m(冢子坳)，川道最低海拔847 m(黑河口)，塬灘最大高差427 m，塬溝相對(duì)高差150～250 m[1]。依據(jù)地表自然形態(tài)及相對(duì)高差，形成了河谷階、黃土臺(tái)塬、黃土梁峁溝壑三種類型的區(qū)內(nèi)地貌(圖1)。

圖1 長(zhǎng)武縣地貌分區(qū)示意

1.3 地質(zhì)災(zāi)害形成的地層巖性條件

區(qū)內(nèi)出露地層為白堊系、新近系、第四系。巖石類型為沉積碎屑巖、泥質(zhì)巖及未固結(jié)的風(fēng)成黃土和沖積、洪積、殘坡積碎石土、粉質(zhì)粘土、粉土等(圖2)。

圖2 長(zhǎng)武縣地層巖性特征

1.4 地質(zhì)災(zāi)害形成的地質(zhì)構(gòu)造條件

長(zhǎng)武縣地處祁、呂、賀山字型構(gòu)造和其它扭動(dòng)構(gòu)造的聯(lián)合復(fù)合區(qū)，鄂爾多斯盆地南緣內(nèi)側(cè)，大地構(gòu)造位于華北地臺(tái)的三級(jí)構(gòu)造單元古凹陷區(qū)。加上印支運(yùn)動(dòng)抬升，使本區(qū)向斜繼續(xù)凹陷，背斜繼續(xù)拱起，總體背、向斜形態(tài)復(fù)雜，區(qū)內(nèi)剝蝕嚴(yán)重，本區(qū)特殊的地質(zhì)構(gòu)造成為本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害形成條件[2]。

2 長(zhǎng)武縣地質(zhì)災(zāi)害類型及分布特征

2.1 主要地質(zhì)災(zāi)害類型

經(jīng)對(duì)該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，主要隱患點(diǎn)94處，其中滑坡18處，占19.1%；崩塌67處，占71.3%；地面塌陷7處，占7.5%；地裂縫2處，占2.1%(圖3)。

圖3 長(zhǎng)武縣主要地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)

2.2 主要地質(zhì)災(zāi)害特征

本區(qū)不同災(zāi)種分布特征各不相同。調(diào)查共發(fā)現(xiàn)滑坡18處，主要分布在調(diào)查區(qū)河流的溝谷或塬邊坡腳(圖4)。調(diào)查67處崩塌，主要分布在溝谷的谷坡(圖5)。其中黃土崩塌64處，巖質(zhì)2處，土巖質(zhì)結(jié)合崩塌僅1處。從規(guī)模上看，小型崩塌24個(gè)，占崩塌總數(shù)的35.8%；中型崩塌35個(gè)，占崩塌總數(shù)的52.2%，占大部分；大型8個(gè)，占崩塌總數(shù)的12%。從巖土體組成來(lái)看，黃土崩塌64處，占95.6%。

從規(guī)模和巖土體組成來(lái)看，長(zhǎng)武縣的崩塌具有黃土地區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的典型特征。同時(shí)，由于崩塌的規(guī)模不大，且大多在降雨時(shí)，在道路、鄉(xiāng)村頻繁發(fā)生，易于被清理，很難長(zhǎng)期保存。調(diào)查地面塌陷7處，主要分布長(zhǎng)武縣的黃土塬面地區(qū)，從發(fā)生的時(shí)間、空間以及地質(zhì)背景來(lái)看，其形成主導(dǎo)因素均可能為黃土喀斯特現(xiàn)象引起的地下空洞導(dǎo)致的地面塌陷，與人類工程活動(dòng)沒(méi)有直接的明顯關(guān)系。從調(diào)查結(jié)果看，區(qū)內(nèi)地裂縫災(zāi)害點(diǎn)僅2處，最早的發(fā)生在1995年，最晚的發(fā)生在2015年，一般單縫裂開(kāi)0.2～0.3 m，均沒(méi)有產(chǎn)生任何災(zāi)情。災(zāi)害點(diǎn)分布與黃土塬地下抽排水有關(guān)。

圖4 長(zhǎng)武縣滑坡點(diǎn)分布 圖5 長(zhǎng)武縣崩塌分布

3 長(zhǎng)武縣地質(zhì)災(zāi)害形成條件及規(guī)律

地質(zhì)災(zāi)害的形成是各種內(nèi)外應(yīng)力因素綜合作用的結(jié)果，其形成條件極為復(fù)雜?，F(xiàn)就本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害形成條件和影響因素分析如下。

3.1 地質(zhì)災(zāi)害形成條件

3.1.1 地形地貌方面

首先宏觀地貌類型直接決定了區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害及地質(zhì)現(xiàn)象類型的空間發(fā)育特征，再者地形的有效臨空面是斜坡產(chǎn)生崩滑變形與活動(dòng)的重要空間條件[3]。地形的特征可以由斜坡的剖面形態(tài)、坡體高度、坡體長(zhǎng)度及坡度來(lái)描述。地形特征不同的組合是地貌類型差異的基礎(chǔ)。以野外調(diào)查數(shù)據(jù)為依據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析等手段，從宏觀地貌類型、微觀地形特征、河流溝谷的發(fā)育期三個(gè)方面來(lái)分析其對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響。

本區(qū)處于黃土臺(tái)塬腹地，地形地貌主要為黃土殘塬及溝壑，區(qū)內(nèi)地勢(shì)由西南向東北呈緩傾斜狀，東北低、西南高，溝谷發(fā)育，塬川相間，形成典型的黃土高原溝壑。涇河、黑河、南河強(qiáng)烈下蝕切割，使長(zhǎng)武縣境內(nèi)塬面破碎，溝壑縱橫，河谷階地發(fā)育。

依據(jù)地表自然形態(tài)及相對(duì)高差，區(qū)內(nèi)地貌主要有三種類型。黃土臺(tái)塬區(qū)：地勢(shì)平坦開(kāi)闊，主要由第四系黃土構(gòu)成，土質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松，垂直節(jié)理發(fā)育。隨著“告別窯洞活動(dòng)”的開(kāi)展和生活條件日益改善，原先居住在溝壑區(qū)窯洞里的居民陸續(xù)搬遷到平坦的臺(tái)塬區(qū)，該縣人口也相對(duì)集中分布于此。據(jù)統(tǒng)計(jì)，本區(qū)內(nèi)共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)14處，占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的14.9%，主要以地面塌陷、地裂縫為主(表1)。

黃土溝壑區(qū)：該區(qū)域基巖出露于溝谷的底部，溝壑發(fā)育，第四系黃土構(gòu)成黃土梁峁為主體，上覆不連續(xù)的薄層黃土。據(jù)統(tǒng)計(jì)，本區(qū)內(nèi)共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)66處，占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的70.2%，主要以崩塌、滑坡為主(圖6)。

圖6 地形地貌與地質(zhì)災(zāi)害分布關(guān)系示意

河谷階地區(qū)：在涇河、黑河、南河下切沖刷作用下，河床不斷下切，形成“U”型或“V”型谷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，本區(qū)內(nèi)共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)14處，占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的14.9%，主要以崩塌、滑坡為主(表1)。

表1 各類地貌單元上地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)

本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害還與坡形坡度有著緊密的關(guān)系，統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2和表3。

表2 地質(zhì)災(zāi)害與坡形關(guān)系統(tǒng)計(jì)表

表3 地質(zhì)災(zāi)害與地形坡度關(guān)系統(tǒng)計(jì)

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

本區(qū)由于大面積黃土覆蓋，僅在亭口以北涇河沿岸的白堊系表現(xiàn)有微弱的波狀起伏(4°～8°)。它們是區(qū)域上(彬旬地區(qū))羅店背斜和雅店背斜在涇河段的反映。據(jù)重磁資料分析，黃土之下深部構(gòu)造總體在一平緩西傾的大單斜基礎(chǔ)上反映出一些局部鼻狀隆起與凹陷，或短軸狀、窟窿狀構(gòu)造。它們的存在對(duì)深部煤、油、氣的賦存具有一定的控制作用。由于區(qū)內(nèi)地層平緩，只有一條隱伏斷裂構(gòu)造形跡。該斷裂為一隱伏斷裂，沿黑水河河谷呈NW向展布，走向115°，縣境內(nèi)延伸長(zhǎng)31 km。

本區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為地殼間歇性抬升和河流急劇切割下蝕。在較大的河谷中一般發(fā)育有2～3級(jí)階地(區(qū)域上涇河有5級(jí)階地)。河流溝谷的規(guī)律性網(wǎng)格狀排列反映了新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的應(yīng)力場(chǎng)在中更新世以來(lái)，在間歇性抬升的同時(shí)具有順時(shí)針壓扭性微破裂發(fā)生。這種微破裂在地表不是以斷層出現(xiàn)而是以節(jié)理裂隙密集帶形式表現(xiàn)。它為溝谷延伸發(fā)展提供了內(nèi)在的構(gòu)造條件。所以，涇河、黑河等在區(qū)內(nèi)近東西向、北西向平行排列，涇河?xùn)|段、巨家溝、地掌溝等在區(qū)內(nèi)呈近南北向排列，南河、磨子河等溝谷則是成北東向排列。長(zhǎng)武縣黃土塬面邊部中的地面塌陷發(fā)育情況，也是以近東西向和近南北向?yàn)橹?；其次，兼有北東向及北西向地面塌陷。這同樣證明了中更新世以來(lái)地應(yīng)力場(chǎng)的發(fā)展演化。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改變了區(qū)域侵蝕基準(zhǔn)面，同時(shí)也控制和影響著黃土溝谷的侵蝕方向和發(fā)育強(qiáng)度。黃土溝谷的侵蝕發(fā)展又為滑坡、崩塌、地面塌陷等提供了發(fā)育條件。

3.1.3 區(qū)本巖體、土體及工程地質(zhì)與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

本區(qū)內(nèi)巖土介質(zhì)劃分為巖體和土體兩大類。其工程地質(zhì)特點(diǎn)：層間不整合結(jié)構(gòu)面、古土壤層界面多為構(gòu)造軟弱面；坡體結(jié)構(gòu)多為單層塊狀結(jié)構(gòu)的黃土類斜坡，坡體陡立，穩(wěn)定性較差，當(dāng)受到地表水、地下水侵蝕時(shí)易發(fā)生滑坡或崩塌等地質(zhì)災(zāi)害見(jiàn)表4。若滑體及崩塌物淤塞溝谷、河道，可構(gòu)成泥石流的源區(qū)。故土體屬該區(qū)不良工程地質(zhì)層，是本次調(diào)查中地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量為94處。巖土體類型劃及物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表5。

表4 巖土體類型劃分表

表5 黃土基本物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)

3.1.4 降雨與地質(zhì)災(zāi)害

降雨是本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害形成的主要條件。調(diào)查結(jié)果顯示，本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害絕大部分發(fā)生在雨季(暴雨、連陰雨)或融凍時(shí)節(jié)，表現(xiàn)了隨季節(jié)周期性發(fā)生的特征。長(zhǎng)武縣地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在7—10月，說(shuō)明地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與降雨量以及降雨特征關(guān)系密切。且發(fā)現(xiàn)近年發(fā)生滑坡和崩塌頻次與多年月平均降水量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。

3.1.5 人類工程活動(dòng)與地質(zhì)災(zāi)害

調(diào)查區(qū)隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅猛發(fā)展，人類工程活動(dòng)日益加劇，人類工程活動(dòng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響方式主要包括城鄉(xiāng)住宅建設(shè)、礦山開(kāi)采、交通設(shè)施建設(shè)和亭口水庫(kù)建設(shè)(表6)。

表6 地質(zhì)災(zāi)害主要誘發(fā)因素統(tǒng)計(jì)

3.2 長(zhǎng)武縣地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律

長(zhǎng)武縣地質(zhì)災(zāi)害在空間上相對(duì)集中和沿水系呈樹(shù)枝狀分布規(guī)律(圖7)。

圖7 長(zhǎng)武縣河谷與地質(zhì)災(zāi)害分布

(1)災(zāi)害點(diǎn)沿水系呈樹(shù)枝狀分布。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，絕大部分地質(zhì)災(zāi)害均沿水系分布于河谷兩側(cè)；少數(shù)幾處災(zāi)害點(diǎn)分布在黃土梁峁上。經(jīng)河南岸、黑河、南河兩岸流域地質(zhì)災(zāi)害分布表現(xiàn)出從支流到干流逐步增加的趨勢(shì)，涇河流域這種特征尤為明顯。人類活動(dòng)的強(qiáng)弱和河流發(fā)育特征共同控制了災(zāi)害沿流域呈樹(shù)枝狀分布規(guī)律[4]。

(2)地貌控制作用明顯。前已述及，以黑河為界，把長(zhǎng)武縣分為兩塬(長(zhǎng)武塬、巨家塬)北部為長(zhǎng)武塬區(qū)，南部的巨家塬區(qū)。沿河流域?yàn)辄S土梁峁區(qū)。黑河在長(zhǎng)武縣境內(nèi)流長(zhǎng)37.3 km，流域面積262 km2，有較大支流1條，為南河，南河境內(nèi)流長(zhǎng)12 km，流域面積80 km2，地貌類型主要為黃土梁峁加河谷階地組合，“V”字形河谷沒(méi)有黑河發(fā)育，水系亦沒(méi)有黑河發(fā)育，邊坡坡度較緩。同時(shí)，黑河流域的人口密度大、經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，人為觸發(fā)因素較多，是導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害分布南北差異的重要原因之一。從本次調(diào)查的結(jié)果來(lái)看，黑河流域地質(zhì)災(zāi)害密度為21處/100 km2，涇河地質(zhì)災(zāi)害密度為14處/100 km2，統(tǒng)計(jì)結(jié)果與不同地貌單元環(huán)境地質(zhì)背景吻合?？傮w上北部黃土峁梁區(qū)比南部黃土梁峁區(qū)地質(zhì)密度大，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育受地貌控制特征明顯[6]。

(3)在黃土相對(duì)集中發(fā)育區(qū)內(nèi)，由于黃土的分布廣、厚度大和其特殊的巖土體結(jié)構(gòu)為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，從而黃土集中致使災(zāi)害發(fā)育頻繁。就滑坡而言，按照滑體的巖土體組成來(lái)分，18處滑坡全部為黃土滑坡；按照滑床的巖性來(lái)分，黃土層內(nèi)部滑坡16處，占滑坡總數(shù)的88.9%，占大多數(shù)。而滑床為含砂質(zhì)、泥質(zhì)、紅粘土等基巖面的滑坡只有兩處，占滑坡的11.1%，但滑體均是由黃土組成。

就崩塌而言，集中發(fā)育在馬蘭黃土中，本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)崩塌67處，其中土質(zhì)崩塌64處，占絕大多數(shù)。馬蘭黃土垂直節(jié)理發(fā)育，在高陡邊坡部位，卸荷裂隙和風(fēng)化裂隙更甚，故在黃土高陡邊坡地段，黃土崩塌密集。白堊系基巖屬砂泥巖互層，產(chǎn)狀近水平，節(jié)理不發(fā)育，發(fā)生崩塌的概率很小，僅有2處巖質(zhì)崩塌和1處土巖質(zhì)結(jié)合的崩塌。

4 結(jié) 論

(1)對(duì)長(zhǎng)武縣全境開(kāi)展了環(huán)境地質(zhì)條件調(diào)查，查明了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的地質(zhì)背景。特殊的地形地貌是滑坡崩塌災(zāi)害形成的主要控制因素。降水和人類工程活動(dòng)是觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的重要因素。調(diào)查區(qū)防治環(huán)境工程地質(zhì)條件差，是滑坡和崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)地區(qū)[7]。

(2)長(zhǎng)武縣的地質(zhì)災(zāi)害空間分布具有典型特征：絕大部分地質(zhì)災(zāi)害均沿水系分布于河谷兩側(cè)，具有沿水系呈線性分布特點(diǎn)；涇河流域?yàn)?zāi)害數(shù)量亦有從低一級(jí)水系到高一級(jí)水系增加的趨勢(shì)。不同流域?yàn)?zāi)害密度差異較大，黑河地質(zhì)災(zāi)害密度為22處/100 km2，南河地質(zhì)災(zāi)害密度為17處/100 km2。從地質(zhì)歷史時(shí)期看，災(zāi)害主要發(fā)生在全新世以后；在一年之內(nèi)，災(zāi)害在主要發(fā)生在汛期(7-9月)，其次是凍融期(3-4月)。

(3)通過(guò)對(duì)長(zhǎng)武縣地質(zhì)災(zāi)害全面分析總結(jié)，對(duì)長(zhǎng)武縣地質(zhì)災(zāi)害劃分出了高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū)。地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)總面積49.89 km2，占全區(qū)面積的8.8%，主要分布涇河、黑河河谷及其大的支流；中易發(fā)區(qū)總面積78.55 km2，占全區(qū)面積的13.9%，主要分布在涇河、黑河河谷以外的廣大臺(tái)塬區(qū)；低易發(fā)區(qū)面積294.99 km2，占全縣總面積的的52%，分3片分布于人口稠密處。災(zāi)害不發(fā)育在塬面平川區(qū)[8]。