習(xí)水河中游地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及影響因素分析

徐大富，李 慶，馮 琪

(成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川 成都 610059)

0 引言

我國是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，地質(zhì)災(zāi)害每年發(fā)生數(shù)量巨大，且發(fā)生次數(shù)逐年增加，在地質(zhì)災(zāi)害中損失的財產(chǎn)不計其數(shù)，許多人也在地質(zhì)災(zāi)害中失去了生命，這嚴(yán)重阻礙了國民經(jīng)濟發(fā)展[1]，嚴(yán)重威脅了人民群眾安全。近年來，為了減輕地質(zhì)災(zāi)害造成的危害，許多學(xué)者對地質(zhì)災(zāi)害進行了研究，例如郭富赟等人對黃河流域甘肅段地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征進行了分析研究[2]，萬佳威等人對西藏嘉黎斷裂帶沿線高位鏈?zhǔn)降刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征進行了分析研究[3]。

習(xí)水河中游位于赤水市，是赤水市內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育比較集中的區(qū)域，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害總體上具有密度大，規(guī)模小、群發(fā)性和短時成災(zāi)特點。本文基于野外調(diào)查資料及收集資料總結(jié)了研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害種類及規(guī)模、形態(tài)特征、分布特征等發(fā)育特征，并進一步對地形地貌、氣象條件、地層巖性及人類工程活動等地質(zhì)災(zāi)害影響因素進行了分析。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)范圍

習(xí)水河為赤水市境內(nèi)赤水河右岸的第一大支流，河流總長116 km，流域面積約1 600 km2，總落差725 m。發(fā)源于習(xí)水縣寨壩，流經(jīng)赤水市石堡、官渡、長期、長沙四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)后進入四川境內(nèi)，在合江縣附近匯入赤水河。

本文研究區(qū)位于習(xí)水河中游地區(qū)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)106°11′49″～106°02′10″，北緯28°29′10″～28°34′17″，包括官渡鎮(zhèn)及石堡鄉(xiāng)的中部和西北部分區(qū)域，南臨習(xí)水縣，北接合江縣，總面積為76 km2。

1.2 地質(zhì)環(huán)境條件

研究區(qū)屬中亞熱帶溫?zé)釢駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，全年降雨豐富，區(qū)內(nèi)近10 a平均降雨量為1 152.6 mm，且降雨時間集中，在7月、8月份多以暴雨形式降落。習(xí)水河為區(qū)內(nèi)主干河流，境內(nèi)河段長16.1 km，河谷呈“U”型，其支流主要為長嵌溝與淹灘河，分別以自西向東與自南向北的流向，在官渡鎮(zhèn)附近匯入習(xí)水河。

在河流侵蝕及地質(zhì)構(gòu)造作用下，主要存在侵蝕低山溝谷地貌與侵蝕低中山峽谷地貌兩種地貌類型。其中侵蝕低山溝谷地貌主要分布在研究區(qū)域內(nèi)海拔300 m～700 m，相對切割深度200 m～400 m，谷寬40 m～80 m，地形坡度多為15°～30°，松散堆積層厚，人口密度大；低中山峽谷地貌分布在海拔700 m以上，峰頂呈平坦方山地形，嶺脊線似同一高度坡狀起伏，溪溝密度大，河谷深切，岸坡地形坡度陡峭，天然植被生長茂密，是區(qū)內(nèi)森林主要分布區(qū)。

區(qū)內(nèi)出露地層分別為第四系殘坡積層、沖積層和洪積層，主要分布河谷及兩側(cè)階地，分布零星不連續(xù)；白堊系嘉定群地層巖性為紫色、磚紅色石英砂巖夾暗紫紅色泥巖，主要分布于習(xí)水河谷兩岸斜坡上部近山頂?shù)貛В毁_系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組地層巖性為紫灰、灰綠色細粒砂巖與暗紫、紫紅色泥巖不等厚互層，主要分布在習(xí)水河沿岸的官渡背斜兩翼。

四川盆地東部的川東高陡褶皺帶在南邊呈掃帚狀向西南方向擴散，受其影響在研究區(qū)形成官渡背斜構(gòu)造，北西—南東走向，經(jīng)長沙、長期、官渡、石堡鄉(xiāng)鎮(zhèn)，向東延至習(xí)水縣境內(nèi)。構(gòu)造褶皺寬緩，巖層傾角多在10°以下。斷層稀少，僅在官渡地區(qū)有南北向小斷層。受構(gòu)造與河流侵蝕影響，巖體總體發(fā)育沿習(xí)水河流經(jīng)方向的卸荷裂隙。

2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

2.1 地質(zhì)災(zāi)害隱患類型及規(guī)模

研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患點發(fā)育有滑坡、崩塌以及不穩(wěn)定斜坡三種類型，共計59處，以滑坡、崩塌為主。其中滑坡28處，占災(zāi)點總數(shù)的47.46%；崩塌27處，占災(zāi)點總數(shù)的45.76%；不穩(wěn)定斜坡4處，占災(zāi)點總數(shù)的6.78%，災(zāi)害點密度為78處/100 km2，數(shù)量較多；面密度為2.8 m2/(100 m)2，整體規(guī)模不大多為中小型，約占災(zāi)害點總數(shù)的94.92%，大型災(zāi)害點共有3個，均為崩塌，約占5.08%(見表1)。

表1 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型及規(guī)模統(tǒng)計

2.2 地質(zhì)災(zāi)害形態(tài)特征

研究區(qū)內(nèi)滑坡(不穩(wěn)定斜坡)均為淺層土質(zhì)滑坡，最大推測滑動深度6 m，主要深度2 m～3 m，所在斜坡形態(tài)主要為凹型或直線型斜坡?；滦螤疃喑拾雸A狀或圈椅狀，滑坡后壁不明顯，彎弧開口指向溝谷；后緣多為25°～35°的較陡斜坡，前緣多呈扇形、舌形；滑坡體長度主要集中在90 m～150 m間，其中長度大于100 m的有18處，占總數(shù)的64.29%；滑坡體寬度主要集中在20 m～100 m間，其中寬度在50 m～100 m的滑坡有17處，占總數(shù)的60.71%。

區(qū)內(nèi)崩塌發(fā)育在凹型或階梯型斜坡中的陡崖處，其中中、大型崩塌主要發(fā)生在白堊系嘉定群組(Kjd)地層形成的高度超過80 m的陡崖，該類型陡崖發(fā)育危巖體體積較大且多位于陡崖中上部，陡崖下部堆積體連續(xù)分布，形成約30°斜坡，存在較多崩積碎塊石；小型崩塌主要發(fā)生在侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)巨厚層砂巖形成的約10 m的小陡崖，該類型陡崖在斜坡中呈階梯狀分布，巖體由于節(jié)理裂隙發(fā)育較密集，危巖體體積小而多，斜坡坡度約為10°～40°。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害分布特征

1)空間分布特征：研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害分布具有總體分散局部集中的特點，滑坡集中分布于習(xí)水河及其支流兩岸斜坡中下部，高程約300 m～500 m；崩塌總體分布較為分散，但大中型崩塌集中分布于兩岸坡頂位置，即高程大于700 m的區(qū)域。

2)時間分布特征：根據(jù)野外調(diào)查資料，統(tǒng)計研究區(qū)已發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害或出現(xiàn)運動變形跡象的時間，其在各月份分布結(jié)果如圖1所示，可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時間主要集中于5月～7月份，占總數(shù)的67.31%。

3 地質(zhì)災(zāi)害影響因素

3.1 地形地貌

研究區(qū)地處四川盆地與云貴高原的斜坡過渡地帶，這決定了區(qū)內(nèi)地表侵蝕強烈、地形高差大、斜坡多災(zāi)害的發(fā)展趨勢。由于區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，在河流侵蝕作用下山體斜坡受到切割，形成較好的臨空面，為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育提供了地形條件，因此地形地貌是影響習(xí)水河中游地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的內(nèi)因之一。

為研究區(qū)內(nèi)高程、坡度與坡向三類地形因子對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的影響情況，本文以區(qū)內(nèi)數(shù)字等高線所生成的DEM高程模型為依據(jù)，利用ArcGIS軟件將高程按照100 m為間隔、坡度按照5°為間隔、坡向按照45°為間隔分別劃分成不同等級。通過ArcGIS軟件中重分類與統(tǒng)計分區(qū)工具，可得出研究區(qū)內(nèi)崩塌滑坡的面密度及柵格百分比，其中柵格數(shù)量百分比為崩塌(滑坡)柵格在不同等級所占柵格數(shù)量與全部崩塌(滑坡)所占柵格數(shù)量之比，面密度為崩塌(滑坡)柵格在不同等級所占柵格數(shù)量與該等級總數(shù)量之比。

根據(jù)圖2,圖3可以發(fā)現(xiàn)，崩塌在1 200 m高程范圍以內(nèi)均有分布，但主要集中在600 m～1 000 m范圍內(nèi)，面密度最大值處于800 m～900 m范圍，而柵格百分比則在700 m～800 m范圍出現(xiàn)最大值；滑坡分布在600 m高程以內(nèi)，面密度及柵格百分比變化趨勢基本一致，最大值均在300 m～400 m高程范圍內(nèi)，之后隨高程增加而逐漸減小。

如圖4，圖5所示，在0°～50°的坡度范圍內(nèi)，崩塌面密度及柵格百分比皆隨坡度增加而增大，最大值出現(xiàn)在45°～50°范圍內(nèi)，之后在50°～65°范圍內(nèi)逐漸減小；滑坡面密度與坡度的關(guān)系相對較小，在0°～40°的坡度范圍分布較為分散，通過柵格數(shù)量百分比可以看出滑坡集中發(fā)生在10°～20°坡度內(nèi)。

如圖6，圖7所示，崩塌相對于坡向分布較為分散，面密度與柵格數(shù)量變化規(guī)律一致，在北、南、西北三個坡向上出現(xiàn)較大值，滑坡柵格數(shù)量在東南—西北(135°～335°)坡向范圍內(nèi)，面密度在此范圍內(nèi)也較高，最大值在西南方向出現(xiàn)。

通過以上結(jié)果可知，研究區(qū)內(nèi)，當(dāng)高程為800 m～900 m，斜坡整體坡度為45°～50°，坡向為北、南、西時易發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害；當(dāng)高程為300 m～400 m，斜坡整體坡度為10°～20°，坡向為東南—西北時較易發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

3.2 氣象條件

如圖8所示為區(qū)內(nèi)降雨量及溫度的變化情況。從圖8中可以得知，全年降水量集中于6月～9月份，降雨量約占全年降雨量的62.3%，降雨量大且集中為滑坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了條件，主要體現(xiàn)在其直接產(chǎn)生的沖刷作用加速了巖質(zhì)邊坡的風(fēng)化作用，也改變了坡體(巖體)自重，使斜坡內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，導(dǎo)致坡體出現(xiàn)變形、開裂等不良現(xiàn)象。另外，降雨沿著松散土體或基巖構(gòu)造節(jié)理、卸荷與風(fēng)化裂隙等空隙下滲，在相對隔水部位形成飽水帶，軟化巖土體，同時形成孔隙水壓力，降低巖土體強度，從而觸發(fā)滑坡、崩塌的發(fā)生。降雨的多少直接影響地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率[4]，每年的雨季同時也是地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)季節(jié)。

氣溫對地質(zhì)災(zāi)害的影響相對較小，但也是不可忽略的因素之一，從圖8,圖9可以看見一年內(nèi)溫度變化情況，區(qū)內(nèi)年平均氣溫19.9 ℃，1月份氣溫最低，為7.5 ℃，7月份氣溫最高，為29.9 ℃?？?月份的平均溫差最大，為7.2 ℃；1月份平均溫差最小，小于2 ℃，區(qū)內(nèi)巖石導(dǎo)熱性較差，在長時間的溫差變化及溫度循環(huán)后，會對巖石的抗壓、抗拉強度等力學(xué)指標(biāo)產(chǎn)生弱化，當(dāng)這種變化經(jīng)過長時間的積累，會使巖石內(nèi)部產(chǎn)生一些微小裂隙，裂隙不斷的增加合并，最終在巖體中產(chǎn)生較大裂隙，使巖石破碎，加速了巖質(zhì)邊坡的風(fēng)化變形，從而誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

3.3 地層巖性

地層巖性是孕育地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)條件，不同的巖土體性質(zhì)及組合方式會形成不同的地質(zhì)災(zāi)害類型，地層巖性是形成地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)因之一。在本區(qū)域內(nèi)巖土體較為簡單，主要為軟硬互層的砂泥巖及第四系覆蓋層。

區(qū)內(nèi)第四系覆蓋層主要為含碎石粉質(zhì)黏土及一些砂泥巖風(fēng)化殘積物，具有孔隙度大、結(jié)構(gòu)松散，吸水能力較強，持水性差的特點，其與下覆基巖存在滲透性、持水性等較大的差異，在降雨情況下，會在基覆界面形成暫時的飽水帶，形成飽水帶后，水體會軟化土層并對土體形成向上的浮托力；在持續(xù)降雨的情況下，地下水會沿著基覆界面運移，逐漸形成滑動面(帶)，在強降雨或人類工程活動的誘發(fā)下形成滑坡。

研究區(qū)內(nèi)基巖主要為砂巖和泥巖。其中侏羅系地層巖性組合為砂巖泥巖互層，泥巖屬于軟弱巖層，易被風(fēng)化，當(dāng)泥巖上部為厚層砂巖時，砂巖下部便會形成空腔(如圖10所示)，加上研究區(qū)內(nèi)巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較為破碎，容易在自身重力的影響下形成后緣裂隙，并隨著時間不斷擴大，在集中降雨或地震等外部因素下引起巖體裂隙貫通，并墜落至坡面，沿斜坡滾動，形成“自下而上”的小型墜落式崩塌。

白堊系出露巖層主要為巨厚層石英砂巖，質(zhì)地堅硬，其內(nèi)多發(fā)育有陡傾結(jié)構(gòu)面(主要為節(jié)理)，使巖體整體呈板柱狀結(jié)構(gòu)，陡傾的板柱狀巖體在自重彎矩作用下,于前緣開始向臨空方向彎曲,并逐漸向坡內(nèi)發(fā)展，彎曲的巖體之間互相錯動并伴有拉裂,彎曲體后緣出現(xiàn)拉裂縫,在此階段，可能會造成局部崩落，最后由于巖體的徹底斷裂，巖塊轉(zhuǎn)動、傾倒[5]，形成“自上而下”的中大型傾倒式崩塌。

3.4 人類工程活動

隨著研究區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展，研究區(qū)內(nèi)道路切坡及切坡建房現(xiàn)象不斷的加劇，不斷增加的道路工程及一些建房工程破壞了原有的自然斜坡，形成了高陡邊坡及巖土體剪出口，在暴雨情況下，可能就會形成局部的崩滑甚至斜坡整體滑動，極大地增加了發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險。據(jù)調(diào)查，本區(qū)域共有8處地質(zhì)災(zāi)害隱患由工程活動造成，占全部地質(zhì)災(zāi)害的13.6%，而且比例近年來還在不斷的增大，可見人類工程活動已成為研究區(qū)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素之一(見圖11)。

4 結(jié)語

1)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要為滑坡、崩塌和不穩(wěn)定斜坡共59處，整體規(guī)模不大，主要為中小型，大型災(zāi)害點共有3個，均為崩塌。研究區(qū)內(nèi)滑坡主要發(fā)生在凹型或直線型斜坡多呈半圓狀或圈椅狀；崩塌主要發(fā)生在凹型或階梯型斜坡，中大型崩塌主要發(fā)育在白堊系嘉定群組(Kjd)地層形成的高度超過80 m的陡崖，小型崩塌主要發(fā)生在侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)巨厚層砂巖形成的約10 m的小陡崖。

2)研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害分布從空間上看具有總體分散局部集中的特點，滑坡集中分布于習(xí)水河及其支流兩岸斜坡中下部；崩塌總體分布較為分散，但大中型崩塌集中分布于兩岸坡頂位置，從時間上看，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生主要集中于5月～7月份。

3)研究區(qū)地形地貌為地質(zhì)災(zāi)害形成的內(nèi)因之一，通過對高程、坡度及坡向的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)高程為800 m～900 m，斜坡整體坡度為45°～50°，坡向為北、南、西時易發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害；當(dāng)高程為300 m～400 m，斜坡整體坡度為10°～20°，坡向為東南—西北時易發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

4)研究區(qū)誘發(fā)因素主要為氣象條件及人類工程活動，其中降雨量大且集中為滑坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了條件，長時間的溫差變化及溫度循環(huán)使巖石更易破碎，加速了巖石的風(fēng)化變形；人類工程活動會破壞原有的自然斜坡，形成的高陡邊坡及巖土體剪出口極大地增加了發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險。

5)地層巖性孕育地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)條件，研究區(qū)內(nèi)巖土體主要為軟硬互層的砂泥巖及第四系覆蓋層。其中第四系覆蓋層由于其性質(zhì)易形成淺層滑坡，侏羅系地層砂巖泥巖互層形成一種“自下而上”的小型墜落式崩塌，白堊系巨厚層石英砂巖形成“自上而下”的中大型傾倒式崩塌。