陜南秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育及空間分布規(guī)律*

強　菲，趙法鎖，段　釗

(1. 長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西 西安 710054；2. 西安科技大學(xué)，陜西 西安 710054)

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陜南秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育及空間分布規(guī)律*

強菲1，趙法鎖1，段釗2

(1. 長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西 西安 710054；2. 西安科技大學(xué)，陜西 西安 710054)

摘要:為進一步研究陜南秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育及空間分布規(guī)律，對區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量、規(guī)模、物質(zhì)組成等進行概率統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示：該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害以堆積層滑坡為主，巖質(zhì)崩塌次之；滑坡規(guī)模以小型、淺層和等長式為主，崩塌以小型、等長式為主。地質(zhì)災(zāi)害空間點密度呈“四高兩低” 分布，崩塌呈“三高四低”分布，泥石流呈“三高兩低”分布。地質(zhì)災(zāi)害、斷裂、河流及道路的空間分布具有分形特征。滑坡(崩塌)面積與體積(長、寬)之間具有冪律相依性，面積與體積符合對數(shù)正態(tài)分布。結(jié)論為陜南秦巴山區(qū)移民搬遷安置選址提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞:陜南；秦巴山區(qū)；地質(zhì)災(zāi)害；發(fā)育；空間分布

陜南行政區(qū)劃上包括陜西省漢中、商洛、安康三市，共28個縣(區(qū))。該區(qū)屬秦巴山區(qū)，區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，地形起伏大，地貌形態(tài)復(fù)雜多樣，北部秦嶺橫亙，南部大巴山盤踞，漢江橫貫中部，盆地星散分布于群山之間[1]。受復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造、深大斷裂及強烈的流水侵蝕、新構(gòu)造運動等內(nèi)外地質(zhì)作用的影響，突發(fā)性滑坡、崩塌、泥石流及地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生幾率很高，破壞力極強，加之陜南地質(zhì)環(huán)境脆弱、氣候變化及人類工程活動頻繁，以崩滑流為主的地質(zhì)災(zāi)害(隱患)數(shù)量多、分布廣、密度大、頻次高，危害嚴重[2-3]。同時，人類工程活動的加劇進一步惡化了該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育條件，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的危害程度日趨嚴重。據(jù)不完全統(tǒng)計，陜南地區(qū)目前受威脅對象共15 148戶，251 971人，165 701間房，直接經(jīng)濟損失高達21.56億元。本文對陜南秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育和空間分布規(guī)律進行分析總結(jié)，為陜南秦巴山區(qū)移民搬遷安置選址提供技術(shù)支持，并為該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的系統(tǒng)認識及宏觀分析研究提供可靠依據(jù)。

1地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型、規(guī)模及物質(zhì)組成

1.1地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型

陜南秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、不穩(wěn)定斜坡5種。現(xiàn)狀發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害共計4 177處，其中滑坡3 610處，崩塌225處、不穩(wěn)定斜坡89處、泥石流219處、地面塌陷34處(圖1、圖2)。以滑坡為主，其次為崩塌和泥石流，其他災(zāi)害發(fā)育相對較少。

圖1　陜南秦巴山區(qū)災(zāi)害分布圖

圖2　災(zāi)害類型比例

(a)規(guī)模等級與滑坡數(shù)量比率關(guān)系 (b)厚度等級與滑坡數(shù)量比率關(guān)系 (c)縱橫長度比與滑坡數(shù)量比率關(guān)系圖3　規(guī)模等級(厚度等級、縱橫長度比)與滑坡數(shù)量比率關(guān)系

(a)規(guī)模等級與崩塌數(shù)量比率關(guān)系 (b)縱橫長度比與崩塌數(shù)量比率關(guān)系圖4　規(guī)模等級(縱橫長度比)與崩塌數(shù)量比率關(guān)系

1.2地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)模

由各規(guī)模等級、厚度等級、縱橫長度比的滑坡數(shù)量比率(占滑坡總數(shù))直方圖(圖3)可見，區(qū)內(nèi)滑坡以小型、淺層、等長式為主[4-6]，同理，各規(guī)模等級、縱橫長度比的崩塌數(shù)量比率(占崩塌總數(shù))如圖4所示，區(qū)內(nèi)崩塌以小型、等長式為主。由圖3可見，僅滑坡規(guī)模等級與滑坡數(shù)量比率(圖3a)呈很好的乘冪關(guān)系，而厚度等級和縱橫長度比與滑坡數(shù)量比率(圖3b、圖3c)無乘冪規(guī)律。由圖4可見，崩塌規(guī)模等級、縱橫長度比與崩塌數(shù)量比率均無乘冪規(guī)律。

經(jīng)統(tǒng)計，區(qū)內(nèi)巨型滑坡8處，個數(shù)僅占滑坡總數(shù)的0.23%，而其面積占所有滑坡總面積的14.6%，體積占所有滑坡總體積的69.44%；巨型崩塌1處，個數(shù)僅占崩塌總數(shù)的7.49%，而其面積占所有崩塌總面積的27.77%，體積占所有崩塌總體積的56.92%。將滑坡(崩塌)面積(體積)取對數(shù)與累計滑坡(崩塌)面積(體積)百分比繪制關(guān)系曲線(圖5)。由圖5可見，隨著滑坡(崩塌)面積(體積)增大，對該區(qū)累計滑坡(崩塌)面積(體積)的影響越大，因此，巨型滑坡(崩塌)在陜南秦巴山區(qū)所有滑坡(崩塌)總面積和總體積中起著主導(dǎo)性作用。

1.3地質(zhì)災(zāi)害物質(zhì)組成

陜南秦巴山區(qū)滑坡按物質(zhì)組成分為土質(zhì)滑坡和巖質(zhì)滑坡，其中土質(zhì)滑坡占滑坡總數(shù)的93.74%。土質(zhì)滑坡中堆積層滑坡占94.95%，粘性土滑坡較少。堆積層滑坡滑體物質(zhì)由第四系坡積物、殘積物、粉土、粉質(zhì)粘土及巖屑碎石組成，是陜南分布最廣、數(shù)量最多、發(fā)生頻率最高的滑坡類型。該類滑坡滑坡形態(tài)明顯、完整，滑面多位于堆積層與下覆基巖分界面處或堆積層內(nèi)部，大多數(shù)處于初期蠕動變形階段，誘發(fā)因素主要為暴雨或連陰雨，突發(fā)性強是其災(zāi)變的主要特點。巖質(zhì)滑坡受控于巖性，滑帶主要產(chǎn)生于巖體軟弱夾層、構(gòu)造破碎帶，或臨空面形成過程中的卸荷裂隙等；滑面多為折線型或直線型，傾角30°～40°；滑體由基巖巖石或與其上的松散堆積物共同構(gòu)成，多發(fā)生在頁巖、板巖、千枚巖或強烈風(fēng)化的巖漿分布區(qū)，特點是規(guī)模大、突發(fā)性強。崩塌均為巖質(zhì)崩塌，多發(fā)生于高陡斜坡，坡度35°～60°。風(fēng)化作用和重力作用使節(jié)理裂縫擴張貫通，加上基巖裂隙水的溶蝕作用，特別是人為開采中的強振或暴雨，均是陜南崩塌產(chǎn)生的重要原因。

2地質(zhì)災(zāi)害空間分布

2.1地質(zhì)災(zāi)害空間點密度分布

陜南秦巴山區(qū)總面積15 472.5km2，采用1：50萬比例尺制圖，將其剖分為764個10km×10km的單元網(wǎng)格，在此基礎(chǔ)上進行災(zāi)點密度的量化與提取(圖6)。由圖6a可見，陜南地質(zhì)災(zāi)害整體空間點密度自西向東呈“四高兩低”區(qū)域分布?！八母摺眳^(qū)：略陽—寧強—勉縣—南鄭—漢臺—留壩區(qū)、佛坪—寧陜區(qū)、鎮(zhèn)巴—紫陽—漢濱區(qū)、鎮(zhèn)安—柞水—山陽—商南區(qū)。“兩低”區(qū)為以漢中、安康盆地為中心的區(qū)域。點密度最高處位于漢臺區(qū)北部和商南縣中南部。由于區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害以滑坡為主，其空間點密度圖與整體相似(圖6b)。崩塌空間點密度自西向東呈“三高四低”區(qū)域分布(圖6c)?！叭摺眳^(qū)：略陽—寧強—南鄭—城固—漢臺—留壩區(qū)、鎮(zhèn)巴—紫陽—漢濱—旬陽—鎮(zhèn)安—柞水區(qū)、洛南—商州—丹鳳—商南區(qū)?！八牡汀眳^(qū)為以勉縣、山陽、嵐皋—鎮(zhèn)坪為中心的區(qū)域及佛坪—洋縣—西鄉(xiāng)—漢陰—寧陜的環(huán)形區(qū)域，最高點密度位于漢臺區(qū)北部。泥石流空間點密度分布較星散，自西向東近似呈“三高兩低”區(qū)域分布(圖6d)?！叭摺眳^(qū)：略陽—寧強—南鄭—漢臺—留壩區(qū)、鎮(zhèn)巴—紫陽—嵐皋—鎮(zhèn)坪—平利—旬陽—漢濱—石泉—寧陜—佛坪區(qū)、柞水—山陽—商南—丹鳳—洛南區(qū)。“兩低”區(qū)為以勉縣—城固—洋縣—西鄉(xiāng)—漢陰—鎮(zhèn)安、商州為中心的區(qū)域。

(a)滑坡面積累積圖(由小到大) (b)滑坡體積累積圖(由小到大)

(c)崩塌面積累積圖(由小到大) (d)崩塌體積累積圖(由小到大)圖5　滑坡(崩塌)面積(體積)累積圖(由小到大)

(a)整體空間點密度分布圖 (b)滑坡空間點密度分布圖

(c)崩塌空間點密度分布圖 (d)泥石流空間點密度分布圖圖6　地質(zhì)災(zāi)害空間點密度分布圖

2.2地質(zhì)災(zāi)害空間分布特征

陜南秦巴山區(qū)受內(nèi)部風(fēng)化破碎的地層巖性、復(fù)雜多變的地形地貌、縱橫交錯的斷裂構(gòu)造及外部區(qū)域性氣象水文條件、劇烈的人類工程活動因素的影響，地質(zhì)災(zāi)害在空間上呈現(xiàn)地域性、分散性、聚集性和鏈生性。地域性表現(xiàn)為各縣災(zāi)點密度與該縣占陜南地區(qū)的面積比率呈負相關(guān)關(guān)系(見圖7)。分散性表現(xiàn)為災(zāi)害分布地點分散，空間分布上“星羅棋布”，呈現(xiàn)“點”格局的分布狀態(tài)[7]。聚集性表現(xiàn)為發(fā)育聚集性、規(guī)模聚集性、威脅對象聚集性等，圖5反映出滑坡(崩塌)規(guī)模的聚集性，圖6反映出地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的聚集性，圖7反映出陜南各縣(區(qū))災(zāi)害集中發(fā)育程度，發(fā)育的聚集性進而導(dǎo)致威脅對象的聚集性。鏈生性表現(xiàn)為空間上彼此相依，在成因上相互聯(lián)系、互為因果，呈連鎖反應(yīng)依次出現(xiàn)的幾種災(zāi)害組成的災(zāi)害鏈[7]，如2000年6月，鎮(zhèn)坪縣斐河、曾家等地突降暴雨，發(fā)生數(shù)量眾多的滑坡，水土流失嚴重，短時間內(nèi)形成泥石流。所經(jīng)之處，深切溝中堆積物，使溝谷兩側(cè)坡腳臨空，又造成新的滑塌，阻斷溝渠，繼而發(fā)生更大規(guī)模的泥石流，故在本區(qū)常有滑坡—泥石流，崩塌—泥石流的鏈生性。

圖7　各縣面積比率與災(zāi)點密度

2.3地質(zhì)災(zāi)害的空間分布形態(tài)

(1)地質(zhì)災(zāi)害的分形分布

本文采用盒維數(shù)法對陜南地質(zhì)災(zāi)害空間分布進行分形特征研究。盒維數(shù)法是將陜南地區(qū)分成若干邊長為ξ的正方形格子，數(shù)出地質(zhì)災(zāi)害或斷裂、河流、道路落入的格子數(shù)N(ξ)，改變ξ的大小，數(shù)出對應(yīng)的N(ξ)，獲得若干組數(shù)據(jù)，在雙對數(shù)坐標中擬合成一條直線[8]，公式如下：

(a) 災(zāi)點logN(ξ)～log(ξ)　(b)斷裂logN(ξ)～log(ξ)　(c)河流logN(ξ)～log(ξ) (d)道路logN(ξ)～log(ξ)圖8　地質(zhì)災(zāi)害、斷裂、河流與道路的logN(ξ)～log(ξ)雙對數(shù)關(guān)系曲線

(a) 滑坡面積與體積之間的冪律關(guān)系 (b) 滑坡面積與長之間的冪律關(guān)系

(c) 滑坡面積與寬之間的冪律關(guān)系 (d) 崩塌面積與體積之間的冪律關(guān)系

(e) 崩塌面積與長之間的冪律關(guān)系 (f) 崩塌面積與寬之間的冪律關(guān)系圖9　滑坡(崩塌)面積與體積(長、寬)的冪律關(guān)系

lnN(ξ)=a+blnξ。

(1)

式中：N(ξ)為有地質(zhì)災(zāi)害(斷裂、河流、道路)進入的格子數(shù)；ξ為正方形格子邊長；a為常數(shù)；b為分維值。陜南地區(qū)災(zāi)點(R2=0.997 9，b=1.525 6)、斷裂(R2=0.998 2，b=1.499 8)、河流(R2=0.997 5，b=1.584 1)、道路(R2=0.997 7，b=1.509 8)的分形見圖8。由圖8可見，直線擬合程度很高，說明地質(zhì)災(zāi)害、斷裂、河流及道路的空間分布具有明顯的分形特征。

(2)地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模參數(shù)的冪律相依性

陜南秦巴山區(qū)滑坡與崩塌數(shù)量占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的86.43%，具有統(tǒng)計意義，因此分別建立了滑坡(崩塌)的面積與體積、長、寬的關(guān)系(圖9)，得出滑坡(崩塌)規(guī)模參數(shù)之間具有很好的冪律相依性。采用冪律關(guān)系式(式2)對滑坡(崩塌)規(guī)模參數(shù)之間的冪律關(guān)系進行擬合，得出經(jīng)驗關(guān)系式，

如表1所示。

表1　滑坡(崩塌)規(guī)模參數(shù)之間的冪律關(guān)系式

注：A、V、L、W分別為滑坡(崩塌)的面積、體積、長度和寬度；N為統(tǒng)計滑坡(崩塌)的災(zāi)害數(shù)量。

擬合冪律關(guān)系式如下：

Y=a×Xb。

(2)

式中：Y為面積、長、寬；X為體積、面積；a, b為經(jīng)驗常數(shù)。

在野外調(diào)查時可利用滑坡(崩塌)規(guī)模參數(shù)之間的冪律關(guān)系式對滑坡、崩塌規(guī)模參數(shù)進行估算，減少了該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害信息收集的工作量和難度，提高了調(diào)查的效率，并可對搜集的滑坡(崩塌)規(guī)模異常參數(shù)進行檢驗。

(a) 滑坡面積對數(shù)P-P圖 (b) 滑坡體積對數(shù)P-P圖 (c) 崩塌面積對數(shù)P-P圖

(d) 崩塌體積對數(shù)P-P圖 (e) 滑坡面積對數(shù)Q-Q圖 (f)滑坡體積對數(shù)Q-Q圖

(g) 崩塌面積對數(shù)Q-Q圖 (h)崩塌體積對數(shù)Q-Q圖 (i) 滑坡面積對數(shù)直方圖

(j) 滑坡體積對數(shù)直方圖 (k) 崩塌面積對數(shù)直方圖 (l)崩塌體積對數(shù)直方圖圖10　滑坡(崩塌)面積(體積)對數(shù)P-P圖(Q-Q圖、直方圖)

(3)地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模的正態(tài)分布

對陜南秦巴山區(qū)滑坡(崩塌)的面積與體積取對數(shù)后做P-P圖、Q-Q圖、直方圖進行正態(tài)分布檢驗(圖10)。由圖10可見，滑坡(崩塌)面積(體積)P-P(圖10a～圖10d)和Q-Q圖(圖10e～圖10h)均呈直線，因此滑坡(崩塌)面積(體積)滿足對數(shù)正態(tài)分布；對對數(shù)直方圖進行正態(tài)分布函數(shù)擬合(圖10i～圖10l)亦可驗證滑坡(崩塌)面積和體積滿足對數(shù)正態(tài)分布。

3結(jié)論

本文通過概率統(tǒng)計分析揭示了陜南秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育及空間分布規(guī)律，結(jié)論如下所示。

(1)陜南秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型以滑坡為主，其次為崩塌?；乱孕⌒?、淺層和等長式堆積層滑坡為主；崩塌以小型、等長式巖質(zhì)崩塌為主。

(2)陜南秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害空間點密度自西向東呈“四高兩低”區(qū)域分布；崩塌空間點密度自西向東呈“三高四低”分布；泥石流整體分布較星散，自西向東呈近似“三高兩低”區(qū)域分布。

(3)陜南秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害空間分布具有地域性、分散性、聚集性和鏈生性等特征。

(4)陜南秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害、斷裂、河流與道路的空間分布具有分形特征。

(5)陜南秦巴山區(qū)滑坡崩塌規(guī)模參數(shù)面積與體積、長、寬之間具有冪律相依性。通過對滑坡崩塌面積、體積取對數(shù)進行P-P圖、Q-Q圖、直方圖正態(tài)分布檢驗，得出陜南秦巴山區(qū)滑坡(崩塌)面積(體積)呈對數(shù)正態(tài)分布。

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DevelopmentandSpatialDistributionofGeologicalDisastersinQinling-DabaMountainsofSouthShaanxi

QiangFei1,ZhaoFasuo1andDuanZhao2

(1. College of Geology Engineering and Geomatic, Chang'an University, Xi'an 710054, China;

2. Xi′an University of Science and Technology, Xi'an 710054, China)

Abstract:To further study the development and spatial distribution regularities of geological hazards in Qinling-Daba Mountains of south Shaanxi, probability statistics analysis on quantity, scale, material composition, etc of the geological disasters in the region is done. Results show that the major types of the hazards are accumulated layer landslides while rock collapses secondary. Landslides are mainly small shallow and isometric ones while collapses small and isometric ones. Spatial dot densities of the geological hazards have “four high two low” distribution, while collapses “three high four low”and debris flows “three high two low”. The special distribution of hazards, faults, rivers and roads have fractal characteristics. There are power-law correlations between areas and volumes (lengths, widths) of the landslides (collapses), and the areas and volumes are of logarithmic normal distributions. The results provide technical support for the selection of relocation sites for immigrants in this region.

Key words:south Shaanxi; Qinling-Daba Mountains; geological disaster; development; spatial distribution

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2015.02.037

中圖分類號：P642.22；X43

文獻標志碼：A

文章編號：1000-811X(2015)02-0193-06

作者簡介：強菲(1986-)，女，陜西志丹人，博士研究生，主要從事黃土滑坡形成機理方面的研究. E-mail：382671887@qq.com

基金項目：陜西省科技計劃項目—社會發(fā)展公關(guān)計劃(s2012sF3082)；西安科技大學(xué)科研培育基金(201309)

收稿日期：2014-09-14修回日期：2014-11-06