四川宣漢縣礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀和成因研究

陶加勝

宣漢縣隸屬于四川省達(dá)州市，地理坐標(biāo)處于東經(jīng)107°22′～108°32′，北緯31°06′～31°49。位于四川盆地東北大巴山南麓，川、渝、鄂、陜結(jié)合部，東北與城口接壤，東與開縣相鄰，南連開江，西接達(dá)川區(qū)、通川區(qū)和平昌縣，北與萬源市交界，是北通陜西、東達(dá)湖北的要口?？h域面積4271km2。全縣共54個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

1 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況

1.1 地形地貌

宣漢縣境內(nèi)地形復(fù)雜、山勢逶迤，總體由東北向西南傾斜綿延，呈“七山一水兩田”的總體地貌。宣漢縣位于大巴山南麓和四川盆地東北部的交接地帶，以低山地形為主，占幅員面積的57.4%，東北端和西南側(cè)分別為中山地形和丘陵地形，各占幅員面積的9.8%和32.8%，低山地形是宣漢縣的主要地形特征，研究區(qū)域的西南側(cè)和東北地帶地勢分別為西南低東北高，有明顯的切割河谷，同時(shí)存在較大的地形起伏，最高點(diǎn)為東北端龍泉土家族鄉(xiāng)的大團(tuán)包，海拔高程2458m，最低點(diǎn)為君唐鎮(zhèn)千丘塝，海拔高程277m，最大相對高程為2181m。山脈走向基本上與地質(zhì)構(gòu)造線走向一致，河流走向總體呈北東-南西向。

1.2 氣象水文

1.2.1 氣象

四川宣漢縣所處季風(fēng)帶為亞熱帶季風(fēng)，表現(xiàn)出的特征為：夏季降雨量較多、溫暖潮濕，冬季少雨，偶爾也出現(xiàn)極端天氣，如大風(fēng)、暴雨、冰雹等。綜合分析近幾年宣漢縣的氣象數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，每年一月降雨量最少，5月降水量最多為192mm，出現(xiàn)集中降雨的時(shí)間為每年的5月～10月，降雨量可達(dá)到年降雨量的80%左右。查閱資料發(fā)現(xiàn)年降水量最多的一年達(dá)到1700mm，降水量最少的一年為860mm，極差為832mm。近年來宣漢縣每年均出現(xiàn)暴雨過程，其中2004年9月3日～5日全縣普降兩百年不遇的大暴雨，持續(xù)降雨70h以上，最高降雨量達(dá)到463mm，最低降雨量也突破了300mm；2005年7月6日～8日，全縣持續(xù)降雨達(dá)28h，最高降雨量375.8mm，最低降雨量達(dá)140mm；2007年7月28日～7月30日，全縣持續(xù)降雨達(dá)36h，累計(jì)降雨量達(dá)120mm。因四川宣漢縣存在較大的地勢差，降水量與地勢高差有有一定的關(guān)聯(lián)性，研究區(qū)域北部年平均降水量達(dá)到1400mm左右，西部和南部地區(qū)因所處的地勢較低，在降雨量集中時(shí)期其降水量也較少，平均降水量僅1100mm左右。

1.2.2 水文

四川宣漢縣所有河流屬于嘉陵江水系，經(jīng)過系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)河流水系運(yùn)移會產(chǎn)生較大落差，經(jīng)過狹窄河谷，全境由前河、中河、后河貫穿，河流最終匯集到州河內(nèi)，河流經(jīng)過區(qū)域巨石凸起明顯，這也直接導(dǎo)致急彎卡口增多。在境內(nèi)河流流經(jīng)面積大約占宣漢縣總面積的80%左右。長灘河與明月江分別流經(jīng)研究區(qū)的西北和西南部。流經(jīng)過后最終注入到了巴河、州河內(nèi)，在縣內(nèi)流域面積占全縣幅員面積的12%。河流流經(jīng)的開闊地帶若遇狹谷段易出現(xiàn)灘沱交錯(cuò)現(xiàn)象，產(chǎn)生的水能量能量可用于發(fā)電。在四川宣漢縣境內(nèi)某山區(qū)山頂或坡頂，風(fēng)化殼孔隙內(nèi)有自然降雨穿過這一通道對含水層的水量進(jìn)行大量補(bǔ)給，在山體的半坡，風(fēng)化殼裂隙補(bǔ)給為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了充足的水量。因四川宣漢縣地下水的分布面積較大，且屬于淺層地下水，隨著大氣降水量的變化，對研究區(qū)的地形地貌產(chǎn)生一定影響，在對地下水進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)充同時(shí)也在附近位置進(jìn)行排泄。因此，可以斷定宣漢縣地層水的補(bǔ)給、排泄有一套獨(dú)立的系統(tǒng)。

1.3 地層巖性

縣內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育區(qū)地層主要為侏羅系沙溪廟組（J2s）、遂寧組（J2sn）、蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）及白堊系白龍組（K1b）與蒼溪組（K1c），其地層巖性主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及砂巖組成。區(qū)內(nèi)三疊系上統(tǒng)須家河組（T3xj）分布于深部，地表出露少，巖性主要為巖屑石英砂巖、夾泥巖、頁巖、炭質(zhì)頁巖、煤層等。區(qū)內(nèi)三疊系中統(tǒng)（T2l）及下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）分布于深部，地表出露少。巖性主要為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)頁巖等。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造地處大巴山南緣弧形構(gòu)造帶，此構(gòu)造帶與新華夏構(gòu)造帶形成了一個(gè)復(fù)合地帶，經(jīng)深入勘查發(fā)現(xiàn)宣漢縣的地質(zhì)主體構(gòu)造為大巴山南緣弧形構(gòu)造帶，褶皺構(gòu)造出露明顯，同時(shí)有少量的壓扭性斷層出露。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造以褶皺為主，其次為斷層。構(gòu)造在宏觀上決定了地層的產(chǎn)狀、巖體的破碎程度等。在構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)，如背、向斜軸部（特別是背斜軸部）、斷層附近巖體較為破碎，各種節(jié)理裂隙發(fā)育，易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

2 礦山地質(zhì)災(zāi)害類型及現(xiàn)狀

本次宣漢縣地質(zhì)災(zāi)害隱患排查，地質(zhì)災(zāi)害以滑坡為主，次為崩塌，不穩(wěn)定斜坡、地面塌陷和泥石流極少，滑坡劃分為小型滑坡、中型滑坡、大型滑坡三類。其中小型滑坡最多，共計(jì)180處，占實(shí)地調(diào)查滑坡總數(shù)的77.59%；中型滑坡48處，占實(shí)地調(diào)查滑坡總數(shù)的20.69%；大型滑坡4處，占實(shí)地調(diào)查滑坡總數(shù)的1.72%。

3 礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害影響因素分析

3.1 地質(zhì)災(zāi)害在各地貌區(qū)的表征

礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育與地貌存在內(nèi)在聯(lián)系。宣漢縣地處大巴山南麓與四川盆地東北部的接合地區(qū)，以低山地貌為主，構(gòu)造剝蝕侵蝕低山、構(gòu)造侵蝕溶蝕中山及構(gòu)造剝蝕丘陵三種構(gòu)造類型共同構(gòu)成了宣漢縣的地貌類型。低山分布于南壩-清溪-胡家-大成一線以北的廣大地區(qū)，丘陵分布于上峽、大成、南壩、胡家、新龍、清溪、七里一線的西南地區(qū)。

本次調(diào)查的271處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)中，分布于中山地貌區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)31處，分布于低山地貌區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)177處，分布于丘陵地貌區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)63處，分別占全縣地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的11.44%、65.31%、23.25%，面分布密度分別為7.14/100km2、7.18/100km2、4.64/100km2。

由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育受地形地貌影響較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，宣漢縣地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育于高差大、地形陡峭的構(gòu)造侵蝕中低山地貌區(qū)，該區(qū)主要分布于南壩-清溪-胡家-大成一線以北的廣大地區(qū)，高程在1000m以上，相對高差500m～1000m，總體上河流侵蝕切割強(qiáng)烈，山高谷深，河谷呈狹窄的“V”字形或槽形。在高差小，地形坡度小的構(gòu)造剝蝕高原丘陵地貌區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育少，且比較分散。該區(qū)分布于清溪、新龍、大成、南壩、七里、胡家、上峽一線的西南區(qū)域。山體相對高程達(dá)到100m～200m，地形坡度通常超過了20°，槽型是溝谷發(fā)育主要特征。礦物特性為泥巖互層、侏羅系（J）砂，泥巖性特征明顯，在強(qiáng)風(fēng)化作用下，表層出現(xiàn)了松散土層，山頂圓潤。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害在不同高程范圍的發(fā)育特征

將區(qū)內(nèi)高程按照200m間距，分為6類，分析每個(gè)高程分類中地質(zhì)災(zāi)害分布數(shù)量，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害主要分布在300m～900m高程范圍內(nèi)，該范圍內(nèi)共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害236處，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的87.08%，這主要是由于在300m～900m高程范圍內(nèi)，人口分布最為密集；采礦工程活動最為活躍，對地質(zhì)環(huán)境條件影響相對較大，因此在該范圍內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害分布密度最大。當(dāng)高程大于1100m時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害分布減少，主要是由于高程1100以上人居分布稀少，采礦工程活動對地質(zhì)環(huán)境影響較小，生態(tài)環(huán)境條件相對較好，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育稀少。

3.3 降雨與礦山地質(zhì)災(zāi)害

依據(jù)近幾年對四川宣漢縣降雨數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)的年平均降水量達(dá)1213.5mm，其中1月份降水量最少，5月份降水量最多，降水主要集中在二三季度，達(dá)到了全年降水量的80%。通過水文地質(zhì)調(diào)查在降雨集中季節(jié)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率大大增加。雖然各月份的降水量分布不均勻，但全年降水總量達(dá)標(biāo)，為地下水的補(bǔ)給提供的基本條件，在每年5月份～10月份是地下水補(bǔ)充的時(shí)間段，除了降雨季節(jié)，大氣降水的滲入系數(shù)也對地下水的補(bǔ)充情況造成一定的影響，山體平緩、山體植被覆蓋率等都會對降雨的滲透率產(chǎn)生影響。在高陡坡區(qū)域大氣降水逐步滲入地下，為地層中的地下水進(jìn)行有效補(bǔ)給，而在重力作用下，部分地下水向低洼處流動，特別是在地形起伏較大區(qū)域，地下水的徑流運(yùn)移對裂隙水的下滲、流動造成巨大影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，地下水的內(nèi)主要有泥巖夾層、鈣質(zhì)砂巖，這些含水層厚度較薄，埋藏于地層表層，水文地質(zhì)類型為淺層風(fēng)化帶裂隙水，該類型的水文補(bǔ)給情況受地形地貌的影響較為明顯。

由于礦山開采、排渣等工程活動誘發(fā)滑坡、崩塌、 泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。項(xiàng)目區(qū)較為突出的礦山地質(zhì)災(zāi)害為危巖崩塌，主要分布于建筑石料用灰?guī)r采石場等露采礦區(qū)，由于斜坡開挖形成高陡邊坡，經(jīng)過長時(shí)間暴露，邊坡卸荷裂縫發(fā)育，在自然風(fēng)化及降雨等因素影響下，逐步形成危巖，發(fā)生崩塌。在集中降雨的影響下礦山山體表層出現(xiàn)了軟化滑動，滑坡體自重有明顯增加，滲透至節(jié)理裂隙，巖體被浸泡軟化后，山體斜坡應(yīng)力發(fā)生了一些變化，應(yīng)力主要集中在某一區(qū)域，導(dǎo)致山體出現(xiàn)滑動變形，如沉降、裂縫、膨脹等。

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生有受氣候條件影響的因素，在段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)降雨或連續(xù)降雨的情況下，礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率更大。因降雨量增大表層結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度持續(xù)下降，巖體軟化，飽和度持續(xù)增加，巖體容重量與軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度成反比關(guān)系，直接影響斜坡向的發(fā)展情況，山體崩塌、滑坡發(fā)生概率持續(xù)增加。

同時(shí)，降雨對礦區(qū)內(nèi)泥石流的形成也起到了關(guān)鍵性的作用，體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是受水動力的影響，降水在匯流、揭底、侵蝕的作用下，礦山易出現(xiàn)滑動，引發(fā)泥石流，二是降雨成為誘發(fā)泥石流主要因素，是泥石流爆發(fā)的必要條件。

通過總結(jié)發(fā)現(xiàn)，降雨量與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率存在必然聯(lián)系，每年6月、7月、8月、9月降雨量較大的月份，出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量占全年的50%左右，這充分表明這一時(shí)期是地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)時(shí)期，數(shù)據(jù)資料說明四川宣漢縣地質(zhì)災(zāi)害多集中發(fā)生在這幾個(gè)月份，其他月份地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率大幅度降低，所以可以斷定導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生的主要原因是降雨情況。

3.4 水文條件與礦山地質(zhì)災(zāi)害

四川宣漢縣研究區(qū)域內(nèi)影響礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的水文因素主要是河水對岸坡的沖刷和洪水漲落形成的動水壓力。另外由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水需求量大，修建的蓄水堰塘、水渠以及斜坡上大面積分布的水田是影響滑坡穩(wěn)定性的重要因素，以2007年7月發(fā)生于清溪鎮(zhèn)的馬伏山滑坡為例，由于滑坡地表80%左右為水田覆蓋，地表水的長期滲透、浸潤和軟化作用，降低了滑坡穩(wěn)定性，在降雨的引發(fā)下而發(fā)生滑動，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。含水層結(jié)構(gòu)破壞后，伴隨持續(xù) 性的排水活動，形成地下水降落漏斗，隨著采礦活動的進(jìn)行， 漏斗面積不斷增加，不斷破壞礦山內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對礦山的穩(wěn)定 性造成威脅，嚴(yán)重時(shí)還會引發(fā)崩塌和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

根據(jù)本次調(diào)查的271處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)各地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)到最近水系的距離，得出礦山地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與水系的距離關(guān)系曲線。由實(shí)地調(diào)查可知，宣漢縣地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分發(fā)育分布與水系距離趨勢關(guān)系明顯，距離水系越近的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害越發(fā)育，小于200m范圍內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)190處，占比70.11%，這也說明了地表水對礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的影響較重。

4 礦山地質(zhì)災(zāi)害成因分析

隨著對宣漢縣資源的深度開發(fā)，占據(jù)優(yōu)勢地理位置吸引了政府及一部分學(xué)者的關(guān)注。人類工程活動在帶動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，必然會影響山區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量，給山區(qū)水環(huán)境造成壓力。由于研究區(qū)位于習(xí)水河的水系源頭，水環(huán)境容量小，對水環(huán)境保護(hù)的要求更為嚴(yán)格。發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，不但受自然因素的影響，同時(shí)也與人類工業(yè)生產(chǎn)活動有內(nèi)在聯(lián)系。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大環(huán)境下，礦山開采活動向深部開采的趨勢愈演愈烈，礦山開采區(qū)周圍地層遭到嚴(yán)重破壞，生態(tài)環(huán)境也受到直接影響，主要表現(xiàn)在對自然斜坡的不科學(xué)及不合理的擾動，對森林草地等植被的破壞，打破了地質(zhì)歷史長期以來斜坡的自然平衡，構(gòu)成誘發(fā)礦山地質(zhì)災(zāi)害的主要引發(fā)因素之一。區(qū)內(nèi)人類工程經(jīng)濟(jì)活動——采礦活動對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的影響主要體現(xiàn)在這些工程活動過程中不合理的削坡和開挖棄土滑坡和崩塌的發(fā)生的主要成因。

四川宣漢縣貯藏多種礦產(chǎn)資源，經(jīng)過長時(shí)間的開采后，地下開采成為主要開采方式?，F(xiàn)階段，該研究區(qū)域因砂巖、石灰石、泥頁巖等礦物質(zhì)深入開采，為宣漢縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有利支撐。但這些礦產(chǎn)資源開采還停留在粗放開采階段。隨著開采時(shí)間的增加，大量的廢棄礦石、礦渣等物質(zhì)長期堆積，若存放方式不當(dāng)，對礦區(qū)周邊土地及生態(tài)環(huán)境造成較大影響，當(dāng)雨季來臨時(shí)，更容易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。另外，過度的礦產(chǎn)資源開采活動，易出現(xiàn)地表塌陷情況，地裂縫擴(kuò)大，會造成更為嚴(yán)重后果。采礦活動引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害較為顯著。主要地質(zhì)環(huán)境問題：

4.1 礦渣堆積占地及引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害

目前，礦山存在的地質(zhì)環(huán)境問題主要是廢石（采礦廢石、選礦尾礦等）不規(guī)范堆放造成的生態(tài)環(huán)境破壞及潛在次生地質(zhì)災(zāi)害。礦山“廢石”污染主要源于井下掘進(jìn)圍巖、采礦夾石等。這些堆積體對礦山環(huán)境造成了較為嚴(yán)重的破壞，危害也較為嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①堆積體占用了大量的耕地和林地，對礦區(qū)植被造成了嚴(yán)重的破壞，對生態(tài)環(huán)境的影響非常嚴(yán)重；②堆積體堆積方式主要為順坡堆積，區(qū)內(nèi)廢石順坡堆積大多未采取支護(hù)措施，或支護(hù)措施簡陋，效果不夠理想，往往填方邊坡高陡，在不利條件下往往發(fā)生滑塌變形或沖入沖溝，甚至將次生為泥石流災(zāi)害，對礦區(qū)公路、房屋、農(nóng)戶、土地等造成嚴(yán)重的危害。

4.2 地下采空引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害

地下采空與地下水疏干鐵山礦區(qū)始建于20世紀(jì)80年代，開采歷史悠久，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，但同時(shí)也遺留下了嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)問題，由于礦區(qū)多采用井下開采，導(dǎo)致采空區(qū)上覆巖土體冒落而在地表發(fā)生大面積變形破壞并伴隨地表水和淺層地下水漏失。地面變形呈現(xiàn)面狀分布地面塌陷以及線狀分布的地裂縫，造成礦區(qū)大量農(nóng)田損毀，地表建筑物遭受嚴(yán)重破壞。鐵山礦區(qū)改制后，致使開采過程中造成的地質(zhì)環(huán)境破壞及礦渣等廢棄物造成的潛在的地質(zhì)災(zāi)害隱患無法處理，對宣漢縣的整體發(fā)展造成了嚴(yán)重的影響。

5 結(jié)論

四川宣漢縣礦山地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生類型是由于大規(guī)模的礦山開挖而導(dǎo)致的山體滑坡，規(guī)模以小型滑坡為主，崩塌及地面塌陷災(zāi)害次之，全縣地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)防范區(qū)域可分為中西部的峽谷高易發(fā)區(qū)、西南部的深丘中易發(fā)區(qū)、東部的低山低易發(fā)區(qū)和礦山工程活動影響區(qū)。

本區(qū)夏季暴雨等強(qiáng)降水呈增多趨勢，7月、8月、9月更是地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)期，約占全年的75%左右。應(yīng)對宣漢縣礦內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害按其威脅、危害程度大小及輕重緩急對其進(jìn)行應(yīng)急勘查、預(yù)警預(yù)報(bào)和實(shí)施治理，以減輕或避免災(zāi)害損失。

選取重點(diǎn)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育地段、重大礦山地質(zhì)災(zāi)害體建設(shè)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，分析滑坡發(fā)生與自然因素和開采活動過程之間的關(guān)系，建立多因素耦合的礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警判據(jù)體系，進(jìn)行預(yù)警工程區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警，為地質(zhì)災(zāi)害綜合預(yù)警提供依據(jù)。

礦山工程活動已成為導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)的不可忽視的影響因素之一，應(yīng)加大地質(zhì)災(zāi)害防治宣傳方面的深度和廣度，礦區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)工作任重而道遠(yuǎn)。