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)
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)。
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]。
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。
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。
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。
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)。
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。
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]。
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。
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。
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
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)。
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]。
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)。