貴州省湄潭縣地質災害孕災因素分析及防治對策

段方情,趙賓,黨杰

(貴州省地質環境監測院,貴陽 550081)

湄潭縣屬遵義市管轄,優質農產品資源豐富,盛產優質茶葉、烤煙、辣椒等,隨當地經濟的發展,相關人類工程活動增加,地質災害頻發。根據最新的貴州省湄潭縣地質災害詳細調查及風險評價項目野外調查顯示,湄潭縣共有地質災害34處,地質災害發育密度0.018處/km2[1]。前人進行一定研究,楊勝元、李宗發等在省級尺度對貴州省地質災害形成條件(地形地貌、地質構造、巖土體條件、地下水條件、人類工程活動等)做了統計分析[2-4];張國華等在縣級尺度對江西省吉安縣崩滑流地質災害形成條件進行分析研究[5];劉朋飛對重慶市地質災害孕災條件進行疊加分析,認為水系對重慶市地質災害具有控制作用,軟巖控制著重慶市地質災害發育的基本格局[6];何曉銳利用GIS空間分析及及遙感解譯,采用空間約束多元聚類分析方法對白龍江流域地質災害孕災因子進行分析[7];張鐘遠基于GIS采用信息量法與層次分析法對綠春縣地質災害易發性進行評價[8]。本文主要首次在縣級尺度對湄潭縣地質災害重要孕災因素進行分析,基于AICGIS采用信息量法進行全縣地質災害孕災分區,根據分區提出相應防治對策,指導其今后的地質災害防治工作。

1 地質環境條件

湄潭縣地處貴州高原北部向四川盆地過渡地帶,位于大婁山山脈中段東南側,北西一帶地勢較高,南端烏江河谷最低,南面的中部一帶地勢凸出,成為湄江河與烏江干流的分水嶺;中部黃家壩-永興一帶低洼寬緩的構造溶蝕槽谷,其南面的天城、興隆、抄樂及北面永興-復興為與黃家壩街道辦事處-湄江街道辦事處-永興構造槽谷相連的槽谷和丘陵,中部一帶總體上東高西低,永興一帶向黃家壩方向微傾斜(圖1)。構造上湄潭縣屬黔北臺隆遵義斷拱湄潭北北東向構造變形區,境內地質構造復雜,褶皺及斷裂比較發育(圖2)。地層從古生界至第四系,除泥盆系、侏羅系、白堊系缺外,均有出露。以碳酸鹽巖為主,達70%,其余為粉砂質泥巖、砂巖、頁巖及少量第四系松散層類。碳酸鹽巖地層(∈3-4O1l、∈3g、∈2q)與碎屑巖地層(O1-2m、∈2j、∈2m)在全境廣泛分布。人類工程活動一般,主要為耕作、灌溉溝渠、公路建設、切坡建房及少量采礦活動。

圖1 湄潭縣地貌分區圖

圖2 湄潭縣構造綱要圖

2 現狀地質災害發育特征

根據最新的調查成果,湄潭縣現共有34處地質災害,其中滑坡15處,崩塌18處,地面塌陷1處,地質災害以滑坡及崩塌為主(圖3)。

境內滑坡規模為中小型淺層滑坡,其中土質滑坡14處,巖質滑坡1處,以土質滑坡為主?；麦w運動方式,牽引式滑坡5處,推移式滑坡10處,以推移式滑坡為主。通過對滑坡地形坡度統計,其分布在10°～40°坡段,在20°～30°坡段分布最多。誘發因素以降雨誘發為主,少數為人為因素誘發(人為切坡修路及建房、堆載),滑坡發生時間基本都發生在雨季(5月～9月),特別分布在雨季持續性降雨及強降雨期間。地域空間上湄潭縣南部石蓮鎮、新南鎮分布最多,永興鎮、茅坪鎮次之。

境內崩塌地質災害規模以中小型巖質崩塌為主,形成機制以傾倒式及墜落式為主。馮振、王根龍等對含軟弱夾層及上硬下軟型危巖進行了相關研究[8-10],分析了差異風化危巖及各種破壞模式,湄潭縣崩塌與差異性風化影響緊密。崩塌所在斜坡結構以反向坡最為發育,斜向坡次級。對崩塌地形坡度統計,崩塌主要分布60°～90°坡段,在70°～85°坡段分布最多。誘發因素以降雨誘發為主,少數為砂石礦露天開采振動爆破誘發。發生時間以雨季(5月～9月)居多,特別在持續性降雨及強降雨期間?？臻g分布于湄江街道辦最為發育,其次高臺鎮。

境內分布1處地面塌陷,為自然因素誘發的小型巖溶塌陷,為地下水潛蝕誘發的塌陷。

圖3 現狀地質災害分布圖

3 孕災因素分析

地質災害的發生是自然因素、人為因素及兩者共同作用而產生的效果。通過分析湄潭縣地形地貌、地質構造、工程地質巖組、斜坡結構、地表水等因素與地質災害之間的關系,從而最大可能的認識、掌握湄潭縣地質災害孕育規律。為了更加系統全面總結區內地質災害孕災條件,將湄潭縣歷史撤銷地質災害和臺賬地質災害共123處隱患點作為樣本分析(其中歷史災害點89處)。

3.1 坡度分析

地質災害的形成與所處斜坡坡度息息相關,通常情況下,斜坡坡度越大,地質體向下運動的趨勢越大,反之越小。一定的斜坡坡度為崩塌、滑坡變形破壞提供運動的重力條件。且地形坡度對斜坡應力分布、地表水徑流與沖刷、地下水、松散物質堆積,以及人類工程活動等具有不同程度的影響和控制,從而影響斜坡穩定性。

境內共發育滑坡(含歷史滑坡)80處,發生的斜坡坡度一般為10°～40°(表1),以20°～30°坡段最多,占滑坡總數的52.5%,這主要與顆粒的自然休止角有關,粘土類斜坡所在斜坡坡度多在15°～30°之間,碎石土類斜坡多在25°～40°之間。

工作區共發育崩塌30處(含歷史崩塌),斜坡坡度越大,臨空條件越好,斜坡體內應力越大,越容易產生變形破壞,崩塌發生的斜坡坡度一般為65°～90°(表2),以75°～85°坡段最為發育。崩塌多發育在上陡下緩地形陡崖、陡坡位置,該部位受到降雨、風化作用的影響,巖體發育的構造裂隙、卸荷裂隙等結構面不斷擴大,為崩塌的孕育和形成提供了有利的地形條件。

表1 斜坡坡度與滑坡分布關系表

表2 斜坡坡度與崩塌分布關系表

3.2 地質構造分析

調查區內崩塌多發育于褶皺密集和斷裂交匯等構造部位,區內的地質災害具有沿構造線方向密集展布的特點,說明了構造對崩塌的影響較大。

通過對湄潭縣地質災害隱患點的統計分析,調查區內的地質災害在距構造中心軸線500 m范圍內發育的地質災害數量為79處(表3),占地質災害總數的64.23%,說明地質災害隱患點與構造關系影響較大。

3.3 工程地質巖組分析

湄潭縣地質災害與工程巖組關系如圖4、表4所示,滑坡(含歷史滑坡)主要發育于O1-2m、∈2j等軟質巖類巖組及其表層第四系中,主要因為軟質巖類易風化,易形成較厚的殘坡積層,當坡形改變、坡面加載、降雨、地下水長期作用等外部因素,易而形成滑坡,一般規模較小。湄潭縣崩塌(歷史崩塌),主要發育于硬質巖組,軟質巖組,其易崩地層主要有∈2q、∈2j、∈2m、∈3g、S1sh、P2q+m、T1y2,其中∈2q、∈3g、S1sh、P2q+m、T1y2地層巖性為碳酸鹽巖夾軟弱夾層,沿軟弱夾層產生差異風化,或與下部軟巖形成上硬下軟不利組合沿軟硬巖接觸面產生差異風化,導致上覆巖體應力重分布,逐漸孕育崩塌;而∈2j、∈2m軟質巖地層巖性為砂巖、泥巖互層,巖性及力學強度相差大,在差異風化等條件下,也易產生凹腔孕育崩塌。地面塌陷主要發育于∈2q等碳酸鹽硬質巖組地層,軟質巖類中地面塌陷主要為歷史采空區形成而采空塌陷。

表3 地質災害與構造距離統計表

圖4 工程地質巖組中地質災害分布圖

表4 工程巖組與地質災害發生的統計表

3.4 斜坡結構分析

通過對工作區內110處滑坡、崩塌地質災害點所處斜坡的結構類型進行統計(表5),發育災害數量最多的是橫向斜坡,其次為斜向斜坡、逆向斜坡、順向坡;但考慮到不同斜坡結構類型分布面積的差異,根據不同斜坡結構發育災害進行排序,可得橫向斜坡中地質災害>斜向斜坡中地質災害>逆向斜坡中地質災害>順向斜坡中地質災害。

表5 工作區地質災害與斜坡結構關系統計表

斜坡結構類型控制了地質災害的類型和強度,不同斜坡結構類型上地質災害形成的性質、特征和發育程度各異。

土質斜坡和巖土復合斜坡的上覆松散堆積物可孕育形成淺表層滑動的土質滑坡。巖質斜坡和巖土復合斜坡順向坡結構,受巖層中軟弱夾層面控制,不合理切坡可形成基巖滑坡,如沙窩坑滑坡;故巖質斜坡中有軟弱層的順向坡是利于滑坡形成的斜坡結構類型。

區內發育崩塌皆為巖質崩塌,大多發育于上硬下軟的地層及硬質中含軟弱夾層的地層中,由于差異性風化,軟硬巖接觸面易形成凹腔,上部巖體應力重分布逐漸破壞崩落。巖質斜坡結構中的橫向坡、斜向坡(傾坡內)和逆向坡3種結構類型,軟硬巖接觸帶更有利于凹腔的發育。此3種類型的巖質斜坡結構,相較于其他兩種有利于崩塌(危巖體)的形成。

3.5 地表水因素分析

調查區內的主要河流屬烏江水系,主要有湄江、湘江、雙石河、蘆塘河等。在河流的侵蝕切割作用下,塑造峽谷等地貌,形成一定坡度的斜坡,為滑坡提供基本重力條件。河流持續對斜坡侵蝕掏空,破壞斜坡阻滑段,從而誘發滑坡。河流的侵蝕切割作用,河岸形成陡坡及近似直立的陡崖,且卸荷作用強烈,為崩塌孕育提供基本的重力條件;其次河流下切揭露軟弱基座及軟弱夾層,在后續風化、流水沖刷條件下,形成凹巖腔,導致上覆巖體拉裂,產生墜落及傾倒式破壞。湄潭縣地質災害隱患與水系距離小于100 m的發育3處,占比2.44%,100～200 m間發育9處,占比7.32%,200～300 m間發育4處,占比3.25%,大于300 m的發育107處,占比86.99%,說明該地區地質災害與水系影響有一定關系(表6)。

表6 地質災害與水系距離統計表

3.6 地下水因素分析

與地質災害相關地下水主要為淺層地下水,淺層地下水主要為大氣降水補充,時間差異很大。野外調查及訪問顯示,絕大部分地質災害發生在雨季。

由于地下水賦存不均勻,在時間上差異性大。對于滑坡,雨季持續的降雨及高強度降雨,地下水位迅速上升,巖土體逐漸飽和,自重增大,同時形成靜水壓力,滑面軟化力學強度大幅度下降,容易誘發滑坡地質災害;對于崩塌,降雨后快速下滲,危巖體后緣裂縫形成靜水壓力,潛在破壞面軟化力學強度下降,逐漸趨于破壞;巖溶塌陷與地下水影響較為緊密,地下水的波動對巖溶管道上覆土體不斷潛蝕,逐漸形成地面塌陷。

3.7 孕災地質條件分區

選取對區內地質災害的形成具有較大影響的孕災因子——坡度、斜坡結構、地質構造、工程地質巖組和地表水系。在幾個因子分級基礎上,分別計算柵格內滑坡、崩塌各個因子的信息量,運用Arcgis軟件按照自然斷點法將柵格內滑坡、崩塌的各因子信息量之和劃分為易孕災、中等孕災和一般孕災3個等級(對區內小于10°柵格的孕災地質條件,無論滑坡、崩塌還是綜合等級均按照一般孕災進行處理)。

根據上述的評價因子及其區間狀態劃分孕災分區(詳見圖5),易孕災區3個,總面積460.58 km2,占調查區總面積的24.68%;中孕災區5個,總面積348.18 km2,占調查區總面積的18.66%;一般孕災區2個,總面積1 056.9 km2,占調查區總面積的56.66%。

易孕災區一共3塊,主要分布于湄潭縣中部及南部。

A-1易孕災區:位于湄江街道辦-黃家壩-興隆鎮-抄樂-高臺-茅坪-石蓮一帶,面積276.71 km2。主要為低中山侵蝕溝谷、低中山溶蝕溝谷地貌,地形坡度多在20°～40°。區內斷層較發育,地質構造較復雜。地層以寒武系、奧陶系軟質巖和硬質巖(含軟弱夾層)為主。易崩易滑地層金頂山組、明心寺組、清虛洞組廣泛分布,分布大量上硬下軟不利巖性組合。居民房屋多為木質及磚混結構,多分布在地形坡度較緩區域或沿新修公路展布,普遍存在切坡現象,切坡高度多在1～3 m。區內現狀地質災害19處,占地災總數的55.88%;分布歷史地質災害20處,占歷史地災總數的22.47%。軟質巖斜坡中下部表層易孕育土質滑坡,順向坡切坡易形成巖質順層滑坡。硬質巖(含軟弱夾層)、軟硬相間巖組在一定坡度、高度條件下易孕育崩塌地質災害。為滑坡、崩塌易孕區。

A-2易孕災區:位于永興鎮東南部-天城鎮-興隆鎮東部-抄樂鎮東部一帶,面積123.23 km2。屬于低中山侵蝕溝谷、峰叢溝谷地貌,地形坡度上陡下緩,坡度多在20°～70°。地處南木樹向斜核部走向區,斷層較發育,地質構造發育。地層以奧陶系、寒武系、二疊系碎屑巖及碳酸鹽巖為主。易滑地層湄潭組地層廣泛分布,易崩組合(上部棲霞組下部梁山組)呈長條形分布,分布大量上硬下軟不利組合。居民房屋多為木質及磚混結構,多分布在地形坡度較緩區域或沿新修公路展布,存在切坡現象,切坡高度多在1～3 m。區內孕災地質條件有利于地質災害的孕育形成,現狀發育地質災害隱患點3處,占總數的8.82%,分布歷史地質災害16處,占總數的17.98%。軟質巖斜坡中下部表層易發育土質滑坡,順向切坡易形成順層滑動。該區域為滑坡、崩塌易孕區。

A-3易孕災區:位于新南鎮角口村、石印村、流水村、羊叉坳村西部一帶,面積60.64 km2。屬侵蝕-溶蝕峰叢溝谷、低中山侵蝕溝谷地貌,地形坡度上陡下緩,坡度多在20°～80°。區內角口斷裂、西花貝斷裂發育,地質構造復雜。地層以三疊系、二疊系、奧陶系、志留系為主,巖性以軟質巖、硬質巖類工程巖組為主,形成多個上硬下軟結構(上部棲霞組下部梁山組),易滑地層湄潭組、龍馬溪組廣泛分布。人類工程活動一般(新南鎮羊叉坳村附近分布在建的硫鐵礦),居民房屋結構多為木質及磚混結構。區內現狀發育地質災害處3處(均為滑坡),占現狀地災總數的8.82%,分布歷史地質災害4處,占歷史地災總數的4.49%。軟質巖斜坡中下部表層易發育土質滑坡,順向切坡易形成順層滑動,上硬下軟不利組合廣泛分布,主要為滑坡、崩塌易孕區。

中易孕災區一共5塊,主要分布于湄潭縣北部、西部及南部。

B-1中易孕災區:位于西河鎮馬蹄村南部、萬興村、仁合村北部、西河村西部一帶,面積53.57 km2。主要為低中山峰叢溝谷地貌,區內有斷層分布,地質構造較發育。地層以寒武系硬質巖組為主,區內人類活動不強烈,房屋多為木質及磚混結構,建房切坡多在1～2 m。區內現狀地質災害發育1處(崩塌),分布歷史地質災害2處,占歷史地災總數的2.45%,該區域易孕育崩塌。

B-2中易孕災區:位于馬山鎮聚合村-洗馬鎮西部雙河村、團林村一帶,面積49.68 km2。為侵蝕低中山溝谷、低中山峰叢溝谷地貌。團林斷裂附近,構造較發育,地層以奧陶系、寒武系硬質巖、軟硬相間巖組為主。易崩易滑地層金頂山組、清虛洞組、高臺組地層均有分布?，F狀地質災害0處,分布歷史地質災害2處。硬質巖(含軟弱夾層)、軟硬相間巖組易孕育崩塌,下部殘坡積易孕育滑坡。

B-3中易孕災區:主要位于復興鎮西部新金龍村、茅臺村、湄江湖村-永興鎮分水村西北部-魚泉街道辦土塘村、金橋村、魚泉村、仙谷山村一帶,面積127.62 km2,屬侵蝕低中山溝谷、峰叢溝谷地貌。位于湄潭背斜核部走向一帶,斷層較發育,地質構造發育。地層以奧陶系、寒武系硬質巖組、軟質巖、軟硬相間巖組為主,易滑地層湄潭組廣泛分布。區內現狀地質災害發育2處,分布歷史地質災害9處(1處崩塌、5處滑坡、3處泥石流),占歷史地災總數的10.11%。軟質巖斜坡中下部易發育土質滑坡,硬質巖(含軟弱夾層)、軟硬相間巖組分布區陡坡-陡崖部位易孕育崩塌。

B-4中易孕災區:位于黃家壩街道辦事處寶臺村西部、梭米孔村西部一帶,面積21.37 km2,主要為溶蝕溝谷、侵蝕低中山溝谷地貌。斷層較發育,構造較發育。地層以奧陶系、二疊系硬質巖、軟質巖為主。區內現狀地質災害0處,分布歷史地質災害4處(3處滑坡,1處地面塌陷),占總數的4.49%。地層以寒武系硬質巖組、軟質巖、軟硬相間巖組為主,軟質巖斜坡中下部表層第四系易發育土質滑坡,硬質巖(含軟弱夾層)、軟硬相間巖組分布區陡坡-陡崖位置易孕育崩塌。

B-5中易孕災區:主要位于石蓮鎮新華村南部、黎明村南部、黃連壩村南部、沿江村南部一帶,面積95.94 km2,為侵蝕低中山溝谷、峰叢洼地地貌。區內構造較發育,地層以寒武系、奧陶系、二疊系、三疊系、軟質巖、硬質巖為主,分布多組上硬下軟不利組合?，F狀發育地質災害1處(滑坡),占地質災害總數的2.9%,分布歷史地質災害點7處(均為滑坡),占總數的7.87%。軟質巖斜坡中下部易發育土質滑坡,硬質巖(含軟弱夾層)、軟硬相間巖組分布區易孕育崩塌。

一般孕災區一共2塊,總面積1 056.9 km2,主要分布于湄潭縣南部及剩余區域。

C-2一般孕災區:位于洗馬鎮西部雙河村、團林村一帶,面積18.95 km2。為侵蝕低中山溝谷、低中山峰叢槽谷地貌。團林斷裂附近,構造較發育,地層以奧陶系、寒武系硬質巖、軟硬相間巖組為主。地形相對較緩。區內現狀地質災害1處(為滑坡),分布歷史地質災害0處。

C-1一般孕災區:剩余部分,面積1 037.95 km2。主要為溶丘溝谷、低中山侵蝕溝谷等地貌,區內構造不發育,地層以軟質巖、硬質巖為主?，F狀發育地質災害4處(3處崩塌,1處滑坡),分布歷史地質災害25處,占總數的28.08%。

4 防治對策

劉傳正等人總結研究認為,中國地質災害防治成效顯著,地質災害是可防治[11]。通過湄潭縣地質災害特征及孕災因素分析,坡度、地質構造、工程地質巖組、斜坡結構、地表水、地下水對境內地質災害孕育影響較大,而降雨及人類工程活動是主要的誘發因素。因此,地質災害防治需要與地質災害孕災地質條件結合起來,根據地質災害孕災地質條件分區圖,采用相應的防治措施。

(1) 加強不合理切坡的管控

在易孕災區及中易孕災區,需要限制和管理人類工程切坡活動。該區域一般易崩或易滑地層廣泛分布,地形陡峭,往往是多個不利地質條件組合。如一定坡度碎屑巖分布區,表層易風化,殘坡積層較厚,不合理切坡及降雨容易誘發滑坡。在此區域開展建設工程活動,首先做好地質災害評估工作,同時需及時加強斜坡的支護措施(擋墻支護、抗滑樁等)及排水工作。在清虛洞組、金頂山組、明心寺組等易崩地層陡坡、陡崖分布區,建設工程需要調查軟弱夾層、外傾結構面發育情況,做好地質災害評估工程。在此地層陡坡、陡崖反向坡、斜向坡分布區,易孕育帶狀、面狀危巖體,根據其孕災地質條件,進行風險評估,適宜治理時可采用危巖體清理、被動網、主動網、攔石墻等措施進行支護。

(2) 加強地質災害防治知識宣傳及培訓

部分居民(特別是老年人)文化素質普遍不高,防災意識淡薄,地質災害發生時缺乏避災的能力。需要通過各種途徑向當地群眾及學生(易孕災、中等孕災分布區)宣傳地質災害防治知識,提高廣大群眾地質災害防災減災意識和能力,做到主動防災、自覺防災。

(3) 加強汛期地質災害及風險斜坡的排查與監測預警

降雨也是地質災害發生的誘發因素,地質災害多發生在持續降雨或強降雨之后。近年來極端天氣越來越頻繁,持續的降雨及強降雨成為常態,地質災害也呈增加趨勢。因此,加強汛期地質災害及風險斜坡的排查工作,氣象預警、監測顯得尤為必要和重要。貴州省恰好完成了全省地質災害調查及風險評價項目,核實現有地質災害隱患點,調查圈定大量的風險斜坡。積極采用遙感新技術如LNSAR、LIDAR結合氣象預警及群專結合方法加強對地質災害及風險斜坡的排查、監測,做好臨災預報、警報,把地質災害造成的損失降到最低。

5 結語

(1) 湄潭縣現狀地質災害類型為滑坡、崩塌、地面塌陷,其中以滑坡、崩塌為主,規模以中小型為主。

(2) 孕災坡度分析中滑坡分布坡度一般在20°～40°,以20°～30°坡段最為發育;崩塌分布坡度在65°～90°,其中75°～85°坡段最為發育。

(3) 滑坡在軟質巖組中較為發育,崩塌在硬質巖組及軟質巖組較為發育,主要因為軟質巖組(∈2j、∈2m)巖性差異大(砂巖、泥巖互層),差異風化易形成凹腔,容易孕育崩塌。

(4) 對湄潭縣進行孕災分區,對于易孕災區、中等孕災區需要加強不合理切坡的管控,地質災害防治知識的培訓及地質災害、風險斜坡的排查及監測預警工作。