山東省棗莊市地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀研究及防治建議

張斌，王標(biāo)，胡蕾，張朋朋，顏曉莉，王小丹

(山東省物化探勘查院，山東省地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心，山東省土壤地球化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

山東省各地質(zhì)部門在棗莊市進(jìn)行了大量的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、評(píng)估、地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)等方面的工作，棗莊地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)方面研究程度較高。2020年，在以往1∶50萬、1∶10萬、1∶5萬以及地質(zhì)災(zāi)害排查工作的基礎(chǔ)上，山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站組織開展各市地質(zhì)災(zāi)害核查工作，查明了棗莊市各類地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀及影響因素。對(duì)棗莊市地質(zhì)災(zāi)害核查數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合研究，總結(jié)分析棗莊市地質(zhì)災(zāi)害分布特征和發(fā)育規(guī)律，劃分地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)和防治分區(qū)，提出合理的防治規(guī)劃建議和防治措施，為棗莊市地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 自然地理及社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況

1.1 交通位置與社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況

棗莊市地處山東省南部，東接臨沂、南鄰徐州、西連濟(jì)寧、北臨微山湖，轄區(qū)面積4538km2，是以煤炭、電力、建材工業(yè)為重點(diǎn)的組群型工礦城市，為山東省重要的能源基地之一[1]。

1.2 地形地貌概況

棗莊市地形總趨勢(shì)是北東高，南及西南低。北部、東部為低山丘陵。地貌類型有低山、丘陵和平原等，地貌成因類型及其特征表現(xiàn)為與地質(zhì)構(gòu)造的一致性。

1.3 氣象水文概況

棗莊市地處暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，冬春氣候干燥，夏秋雨量充沛。

境內(nèi)地表水系發(fā)育，主要河流有嶧城大沙河、韓莊運(yùn)河、城河、郭河等，主要水庫有馬河水庫、巖馬水庫、石咀子水庫等。

1.4 地層與巖漿巖

棗莊市處于華北-柴達(dá)木地層大區(qū)，華北地層區(qū)，魯西地層分區(qū)，區(qū)內(nèi)地層發(fā)育比較齊全(圖1)，自下而上劃分為：新太古代泰山巖群、新元古代土門群、古生代寒武紀(jì)長(zhǎng)清群、九龍群、奧陶系、石炭-二疊紀(jì)月門溝群及新生代古近紀(jì)官莊群和第四系。

巖漿巖主要出露于滕州北部，山亭區(qū)東北部，山亭區(qū)桑村一帶，主要有新太古代晚期巖漿巖和中生代燕山晚期巖漿巖。

1.5 構(gòu)造

棗莊市大部分大地構(gòu)造位置位于華北板塊(Ⅰ)、魯西隆起區(qū)(Ⅱ)、魯中隆起(Ⅱa)的西南部，只有滕州處于魯西南潛隆起(Ⅱb)[2]。區(qū)域內(nèi)以斷裂為主，褶皺次之(圖1)。

1.6 水文地質(zhì)

棗莊市屬于魯西北平原松散巖類水文地質(zhì)區(qū)沖積洪積平原淡水水文亞區(qū)和魯中南中低山丘陵碳酸鹽巖類為主水文地質(zhì)區(qū)鄒城-棗莊單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)。按照地下水含水巖組儲(chǔ)水空隙特征劃分，地下水類型主要有松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水和碎屑巖侵入巖裂隙水等。

1.7 人類工程活動(dòng)

棗莊市是國家確定的重點(diǎn)產(chǎn)煤基地，現(xiàn)已探明儲(chǔ)量達(dá)60億t，含煤面積達(dá)800km2。由于多年的煤炭、石膏礦開采，形成大面積采空區(qū)，頂板下沉，造成大面積地面塌陷，塌陷的產(chǎn)生和發(fā)展浪費(fèi)了大量的農(nóng)田，破壞交通和房屋，威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)也對(duì)礦山企業(yè)的自身建設(shè)構(gòu)成了威脅[3-5]。

隨著城市和工業(yè)的發(fā)展，地下水的開采強(qiáng)度日益增加，在過度開采的情況下，導(dǎo)致巖土體結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化和地下水均衡條件的破壞，在棗莊市十里泉、羊莊、荊泉、西王莊水源地形成巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害隱患[6-7]。

2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀及分布特征

2.1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀

棗莊市地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)研究程度較高，以往進(jìn)行了大量的地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)研究等工作。

2020年，在不同比例尺地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及棗莊市地質(zhì)災(zāi)害排查工作所確定的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)以及2017年以來自然資源部門新增的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)等以往地質(zhì)環(huán)境調(diào)查的基礎(chǔ)上，開展棗莊市地質(zhì)災(zāi)害核查工作。棗莊市共保留地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)80處(圖2)。

1—崩塌；2—滑坡；3—采空塌陷；4—巖溶塌陷；5—區(qū)市界線圖2 棗莊市地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布圖

棗莊市地質(zhì)災(zāi)害類型有崩塌、滑坡、采空塌陷和巖溶塌陷，其中崩塌、滑坡、巖溶塌陷規(guī)模等級(jí)以小型為主、采空塌陷以大中型規(guī)模為主(表1)。部分巖溶塌陷災(zāi)害點(diǎn)以鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道為單位進(jìn)行合并保留。

表1 棗莊市地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

80處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)威脅人口480人，威脅財(cái)產(chǎn)3689.2萬元。棗莊市歷史已發(fā)災(zāi)害107處，死亡6人，直接經(jīng)濟(jì)損失39023.97萬元。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育時(shí)間空間分布特征

采空塌陷年內(nèi)發(fā)生時(shí)間較為分散，全年各個(gè)時(shí)間段均有發(fā)生；崩塌、巖溶塌陷發(fā)生時(shí)間受降水的影響比較大，多發(fā)生于汛期中或汛期后。

地質(zhì)災(zāi)害的形成和發(fā)育程度受自然條件和人為因素共同影響，棗莊市地質(zhì)災(zāi)害空間分布具一定規(guī)律性。崩塌、滑坡是棗莊地區(qū)主要的地質(zhì)災(zāi)害類型，多發(fā)生在北部、東北部低山丘陵區(qū)；山間、山前平原巖溶水富集區(qū)多發(fā)生巖溶塌陷，如滕州市荊泉水源地片區(qū)、市中區(qū)十里泉水源地片區(qū)、市中區(qū)丁莊-東王莊水源地片區(qū)等[8-11]；煤礦、石膏礦是棗莊市的優(yōu)勢(shì)礦種，在煤系地層分布區(qū)由采礦形成采空塌陷的情況較為普遍[12]，以陶棗煤田、官橋煤田為代表。

3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合分區(qū)評(píng)價(jià)

3.1 分區(qū)方法

本次地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合分區(qū)評(píng)價(jià)采用地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體評(píng)價(jià)步驟和過程如下[13-16]。

3.1.1 單元網(wǎng)格劃分

運(yùn)用柵格數(shù)據(jù)處理方法對(duì)調(diào)查區(qū)進(jìn)行剖分，每個(gè)單元面積為1km×1km。

3.1.2 計(jì)算方法

地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性指數(shù)的計(jì)算方法：

Z=Zq·r1+Zx·r2

(1)

式中：Z—地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性指數(shù)；Zq—潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)；r1—潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度權(quán)值，根據(jù)棗莊市實(shí)際，本次取0.7；Zx—現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)；r2—現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度權(quán)值，根據(jù)棗莊市實(shí)際，本次取0.3。

3.1.3 潛在地質(zhì)地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)計(jì)算

Zq=∑Ti·Ai=D·Ai+X·Ai+Q·Ai+R·Ai(2)

式中：Zq—潛在地質(zhì)災(zāi)害(崩塌、滑坡)強(qiáng)度指數(shù)；Ti—分別為控制評(píng)價(jià)單元地質(zhì)災(zāi)害形成的地質(zhì)條件(D)、地形地貌條件(X)、氣候植被條件(Q)、人為條件(R)充分程度的標(biāo)度分值(表2、表3)，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取與評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)具體情況而定；Ai—分別為各形成條件的權(quán)值(表2)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分配。

表2 潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度評(píng)價(jià)因子強(qiáng)度分級(jí)表

表3 潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度評(píng)價(jià)因子等級(jí)分值及權(quán)值表

3.1.4 現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)計(jì)算

Zx=∑Li·Bi=G·Bi+M·Bi+P·Bi+W·Bi(3)

式中：Zx—現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害(采空塌陷、巖溶塌陷)強(qiáng)度指數(shù)；Li—分別為評(píng)價(jià)單元地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模(G)、分布密度(M)、活動(dòng)頻次(P)、險(xiǎn)情(W)的標(biāo)度分值(表4)；Bi—分別為反映評(píng)價(jià)單元地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)計(jì)算參數(shù)的權(quán)值(表5)。

表4 現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度評(píng)價(jià)因子強(qiáng)度分級(jí)表

表5 現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度評(píng)價(jià)因子等級(jí)分值及權(quán)值表

各評(píng)價(jià)因子權(quán)重的確定采用了層次分析法，組織水工環(huán)地質(zhì)專家對(duì)各層次、各因素的相對(duì)重要性提供出定量指標(biāo)，然后將各參評(píng)因素構(gòu)造判斷矩陣，利用MATLAB7.0軟件進(jìn)行計(jì)算，由此可以得出各個(gè)參評(píng)因素的特征向量，即權(quán)重值。

3.1.5 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性綜合指數(shù)計(jì)算

根據(jù)各單元的地質(zhì)、地形地貌、氣候以及人類工程活動(dòng)等條件，利用MapGIS空間分析功能，求取評(píng)價(jià)單元的潛在地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)與現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度指數(shù)，分級(jí)賦值進(jìn)行換算疊加，獲得評(píng)價(jià)單元的地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性指數(shù)。

3.1.6 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)劃分

依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性指數(shù)，通過MapGIS空間分析，劃定地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、不易發(fā)區(qū)[17-18]。具體分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)見表6。

表6 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)一覽表

3.2 易發(fā)區(qū)分區(qū)結(jié)果

棗莊市易發(fā)區(qū)分區(qū)結(jié)果見圖3。

1—地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)；2—地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)；3—地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)；4—地質(zhì)災(zāi)害不易發(fā)區(qū)；5—區(qū)市界線；6—易發(fā)區(qū)編號(hào)圖3 棗莊市易發(fā)區(qū)分區(qū)圖

3.2.1 地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)

地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)分布面積約為241.61km2，約占全市面積的5.32%，共分布地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)45處，占總數(shù)量的56.25%(表7)。

表7 地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)分布情況一覽表

3.2.2 地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)

地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)分布面積約為1020.34km2，約占全市面積的22.49%，共分布地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)30處，占總數(shù)量的37.5%(表8)。

表8 地質(zhì)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)分布情況一覽表

3.2.3 地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)(C)和不易發(fā)區(qū)(D)

其余區(qū)域?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)(C)和不易發(fā)區(qū)(D)，均為具有發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害的條件區(qū)域或未發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害、現(xiàn)狀未造成危害區(qū)域，分布面積約為3276.00km2，涉及4個(gè)崩塌地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)。

3.3 地質(zhì)災(zāi)害防治分區(qū)及防治建議

在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度區(qū)劃基礎(chǔ)上，依據(jù)地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀、災(zāi)害變化趨勢(shì)、災(zāi)害危害特征，進(jìn)行綜合分析，將棗莊市劃分為重點(diǎn)、次重點(diǎn)和一般防治區(qū)三級(jí)，根據(jù)每一級(jí)防治區(qū)內(nèi)災(zāi)害穩(wěn)定現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、危險(xiǎn)程度等因素進(jìn)一步劃分地質(zhì)災(zāi)害防治亞區(qū)(圖4)[19]。堅(jiān)持“以人為本”的原則，城鎮(zhèn)、村莊，主要交通干線和重要工程設(shè)施為重點(diǎn)防治對(duì)象，其所在區(qū)域作為重點(diǎn)防治區(qū)；農(nóng)田、林地、灌叢荒地等為一般防治對(duì)象，所在區(qū)域作為次重點(diǎn)或一般防治區(qū)；重點(diǎn)防治區(qū)和次重點(diǎn)防治區(qū)以外的其他區(qū)域?yàn)橐话惴乐螀^(qū)。

1—地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)防治區(qū)；2—地質(zhì)災(zāi)害次重點(diǎn)防治區(qū)；3—地質(zhì)災(zāi)害一般防治區(qū)；4—縣區(qū)界線；5—防治分區(qū)編號(hào)圖4 棗莊市防治分區(qū)圖

3.3.1 重點(diǎn)防治區(qū)

主要分布在荊泉、羊莊、十里泉、西王莊等水源地；陶棗煤田、官橋煤田、滕北煤田底閣-馮湖石膏礦區(qū)；徐莊-北莊-鳧城、單窩-王府山山丘區(qū)。分布區(qū)域大致為棗莊市巖溶塌陷、采空塌陷、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，總面積461.72km2，占棗莊市總面積的10.18%，涉及地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)63個(gè)。其中，巖溶塌陷7個(gè)，崩塌27個(gè)，滑坡1個(gè)，采空塌陷28個(gè)。該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)威脅城鎮(zhèn)、村莊、主要交通干線和重要工程設(shè)施，穩(wěn)定性差，危害程度高，需重點(diǎn)防治。

3.3.2 次重點(diǎn)防治區(qū)

主要為滕州市山丘區(qū)、山亭區(qū)重點(diǎn)防治區(qū)外的山丘區(qū)、市中區(qū)北部山丘區(qū)、薛城區(qū)丘陵區(qū)局部、嶧城區(qū)榴園鎮(zhèn)局部以及臺(tái)兒莊區(qū)張山子鎮(zhèn)煤礦，區(qū)域包括部分采空塌陷高易發(fā)區(qū)和巖溶塌陷、崩塌中易發(fā)區(qū)，該區(qū)域總面積為800.23km2，分布地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)12個(gè)，其中，崩塌8個(gè)，巖溶塌陷2個(gè)，采空塌陷1個(gè)，滑坡1個(gè)。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度和災(zāi)害危害程度相對(duì)較輕。

3.3.3 一般防治區(qū)

分布在重點(diǎn)防治區(qū)和次重點(diǎn)防治區(qū)以外的區(qū)域，總面積約為3276.00km2，占全市總面積的72.19%。該區(qū)域內(nèi)分布地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)4個(gè)，類型均為崩塌。一般防治區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件穩(wěn)定、易發(fā)程度和危害程度小。

對(duì)重點(diǎn)防治區(qū)逐步建立、完善地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，籌措資金對(duì)危害重大的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)進(jìn)行治理，逐步開展受地質(zhì)災(zāi)害威脅的居民的搬遷避讓工作。次重點(diǎn)防治區(qū)建立健全地質(zhì)災(zāi)害防治預(yù)案和應(yīng)急預(yù)案，完善地質(zhì)災(zāi)害群測(cè)群防體系和群專結(jié)合的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)體系，逐步開展對(duì)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的治理工作。一般防治區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件穩(wěn)定，主要以監(jiān)測(cè)為主[20]。

4 結(jié)論

2020年棗莊市地質(zhì)災(zāi)害核查工作最終保留地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)80處，利用地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性指數(shù)法對(duì)各區(qū)市進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度綜合分區(qū)評(píng)價(jià)，劃分為高易發(fā)區(qū)、中等易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)和不易發(fā)區(qū)；結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展規(guī)劃等因素，把全市地質(zhì)災(zāi)害防治分為重點(diǎn)防治區(qū)、次重點(diǎn)防治區(qū)和一般防治區(qū)。

通過更新棗莊市地質(zhì)災(zāi)害信息系統(tǒng)，可及時(shí)、準(zhǔn)確掌握該市地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模、發(fā)生情況等基本信息，為地質(zhì)災(zāi)害防治及預(yù)警預(yù)報(bào)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為科學(xué)決策與規(guī)劃、國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供更好服務(wù)。