鄂州市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性空間分析

肖志勇, 石長柏, 張 波, 張金朝, 盧勝周

(湖北省地質(zhì)局 第五地質(zhì)大隊,湖北 黃石 435002)

鄂州市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性空間分析

肖志勇, 石長柏, 張 波, 張金朝, 盧勝周

(湖北省地質(zhì)局 第五地質(zhì)大隊,湖北 黃石 435002)

鄂州市處于長江中游經(jīng)濟帶發(fā)展戰(zhàn)略位置,區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件脆弱,地質(zhì)災(zāi)害易發(fā),給當?shù)厣鐣l(fā)展帶來了重大影響。通過調(diào)查和利用GIS進行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性空間分析,鄂州市地質(zhì)災(zāi)害主要受地形地貌、地層巖性及人類工程活動等因素的影響,地質(zhì)災(zāi)害在空間上整體呈東南多,西北少分布,局部上在強烈人類工程活動帶易發(fā),沿交通路線集中發(fā)育,礦集區(qū)最為顯著,丘陵區(qū)集中分布,軟弱和硬脆性巖層中易發(fā)。這成為未來地質(zhì)災(zāi)害重要形成區(qū),在后續(xù)的地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃中,應(yīng)重點加強防范。

地質(zhì)環(huán)境;地質(zhì)災(zāi)害;易發(fā)性;GIS;鄂州

鄂州市位于湖北省東南部,長江中游南岸,西與武漢市接壤,東至西南與黃石市毗連,北臨長江與黃岡市隔江相望。區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件脆弱,雨量充沛,礦產(chǎn)資源開發(fā)、交通與城市建設(shè)等人類工程活動強烈。從2005—2015年,全市地質(zhì)災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟損失增長37 940.9萬元[1-2]?？梢?地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育嚴重制約地方經(jīng)濟和社會的發(fā)展。因此,開展區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性空間分析工作,為鄂州市防災(zāi)減災(zāi)和制定區(qū)域防災(zāi)規(guī)劃提供依據(jù),具有現(xiàn)實的防災(zāi)減災(zāi)意義和社會經(jīng)濟發(fā)展意義。

1 自然地理與地質(zhì)環(huán)境

1.1 自然地理

1.1.1 地形地貌

鄂州市總體地勢東南高西北低,中部平坦,相對高差為474.1 m。分布四種類型地貌單元:北部為崗狀平原;南部東側(cè)由沼山構(gòu)成丘陵地貌，西側(cè)為崗狀平原；東部主要由白雉山、峰尖子山組成丘陵地貌，外圍為崗狀平原，毗鄰長江燕磯—楊葉一帶為沖積階地;中部由梁子湖、鴨兒湖、三山湖、洋瀾湖橫貫鄂州腹地,形成沖湖積平原。

1.1.2 氣象水文

鄂州市具亞熱帶季風氣候特征,四季分明,雨量充沛,陽光充足,歷年平均氣溫17 ℃。年平均降雨量為1 218.7 mm,年最大降雨量2 006.7 mm,年最小降雨量784.3 mm,日最大降雨量為216.6 mm,時最大降雨量為78.6 mm。降雨多集中于5—9月,占全年降雨量的75%。鄂州市臨江環(huán)湖,地表水系發(fā)育,湖泊眾多,主要湖泊有梁子湖、鴨兒湖、三山湖、花馬湖等。水域面積334 km2,占全市總面積22.2%。境內(nèi)有三種地下水類型:孔隙水、裂隙水、巖溶水。其相應(yīng)的含水介質(zhì)為松散巖類、巖漿巖類和碳酸鹽巖類。

1.2 地質(zhì)環(huán)境

1.2.1 工程地質(zhì)巖組

按力學性質(zhì),鄂州市出露的地層巖性可劃分為8類:松散巖組(Ⅰ)、軟硬相間層狀砂巖泥巖互層巖組(Ⅱ)、軟硬相間層狀火山巖巖組(Ⅲ)、較堅硬—軟弱層狀砂頁巖巖組(Ⅳ)、堅硬—較堅硬層狀砂礫巖巖組(Ⅴ)、堅硬塊狀侵入巖巖組(Ⅵ)、堅硬較堅硬中—厚層狀強—中等巖溶化灰?guī)r、泥灰?guī)r夾軟質(zhì)頁巖巖組(Ⅶ)、堅硬厚層狀強巖溶化巖組(Ⅷ)。

1.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

鄂州市屬揚子臺坪中的三級構(gòu)造單元。斷裂構(gòu)造發(fā)育,主要有北西西向組、北西向組、北東向組和北北東向組,斷裂構(gòu)造大多具多期活動特征。

2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)現(xiàn)狀分析

2.1 地質(zhì)災(zāi)害空間分布

據(jù)調(diào)查,鄂州市地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育102處,其中滑坡17處,不穩(wěn)定斜坡50處,地面塌陷30處,泥石流2處,崩塌3處,分別占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)17%、49%、29%、2%、3%,如圖1所示。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害類型統(tǒng)計圖Fig.1 Statistical chart of geological disaster type

鄂州市地質(zhì)災(zāi)害在空間上呈東南分布多、西北少分布,如圖2、圖3所示。主要集中分布在汀祖鎮(zhèn)、澤林鎮(zhèn)和市內(nèi)城區(qū)等地,這主要與該地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展有關(guān)。其中,汀祖鎮(zhèn)和澤林鎮(zhèn)是礦業(yè)集中分布區(qū),是經(jīng)濟發(fā)展重鎮(zhèn),發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害48處。城區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害主要分布在西山街辦,轄區(qū)內(nèi)人口聚集,人類工程活動強烈,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育較多,達20處。

圖2 地質(zhì)災(zāi)害點空間分布圖Fig.2 Space distribution of geological disaster points

鄂州市各類礦山企業(yè)有53家,主要位于東南部(如圖4)。因礦山開采引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害問題最為突出,誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害38處,占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)37.25%;沿公路兩側(cè)發(fā)育34處地質(zhì)災(zāi)害,占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)33.33%。其中,S239省道西山沿江段,發(fā)育9處地質(zhì)災(zāi)害,碧黃線沿線發(fā)育13處地質(zhì)災(zāi)害,如圖5所示。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害點分布統(tǒng)計圖Fig.3 Statistical chart of geological disaster points distribution

圖4 礦區(qū)影響帶內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害分布圖Fig.4 Space distribution of geological disaster points in the influence area of mine1.地質(zhì)災(zāi)害;2.采礦區(qū)。

按地貌單元劃分(如圖6),鄂州市地質(zhì)災(zāi)害在丘陵地貌上發(fā)育數(shù)量最多,占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)66.67%,其次是崗狀平原、沖洪積平原;長江一級階地上發(fā)育最少,占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)1.96%。整體上,市內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育隨著地勢的平緩,呈逐漸減少趨勢。

根據(jù)工程地質(zhì)巖組的分類,鄂州市地質(zhì)災(zāi)害在松散巖組(Ⅰ)與堅硬塊狀侵入巖巖組(Ⅵ)中發(fā)育最多,均占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)30.39%;堅硬厚層狀強巖溶化巖組(Ⅷ)中發(fā)育最少,占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)1.96%,如圖7所示。

從目前發(fā)育的空間分布可知,鄂州市地質(zhì)災(zāi)害在空間分布上整體呈東南多,西北少。從局部來看,具有如下分布特征:①在強烈人類工程活動帶分布,沿交通路線集中發(fā)育,礦集區(qū)最為顯著;②在丘陵區(qū)集中分布;③在軟弱和硬脆性巖層分布區(qū)易發(fā)。

圖5 地質(zhì)災(zāi)害點與交通路線分布圖Fig.5 Space distribution of geological disaster points and traffic road

圖6 地質(zhì)災(zāi)害與地貌單元統(tǒng)計圖Fig.6 Statistical chart of geological disaster and geomorphology unit

圖7 地質(zhì)災(zāi)害與工程地質(zhì)巖類統(tǒng)計圖Fig.7 Statistical chart of geological disaster and engineering geology rock

2.2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性特征分析

從目前的發(fā)育現(xiàn)狀可知,鄂州市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)空間分布主要受下列因素影響:

受人類工程活動影響,因居民建房、公路交通建設(shè)、礦山開采等人類工程活動形成坡度較陡的臨空面,為斜坡變形提供了有利的發(fā)展條件,使抗滑力減小,下滑力增大。再加上植被的破壞,巖土體松動,坡面大面積裸露,又未進行有效的防護,新鮮面的巖土體經(jīng)過長時間的暴露,經(jīng)過雨水沖刷,風化程度加劇,在雨水、加卸荷等外力作用下產(chǎn)生崩滑。另外,地下礦產(chǎn)的開采,導致地下結(jié)構(gòu)懸空,加上大量抽排地下水使地下水位大幅下降和爆破振動等影響,地面巖土體在自重和外載的作用下,誘發(fā)地面塌陷及變形的發(fā)生。因此,在城鎮(zhèn)開發(fā)建設(shè)區(qū)和礦業(yè)開發(fā)區(qū),地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)。

受地形地貌控制,鄂州市地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育隨著地勢的平緩,呈逐漸減少趨勢。由于丘陵地貌,山體聳立,斜坡高度大,為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育提供了變形破壞潛能。而隨著地勢的變緩,地質(zhì)災(zāi)害具備變形破壞的潛能減小,發(fā)育的數(shù)量相對減少,但人類工程活動加劇(如開挖切坡建房修路),導致崗狀平原雖然起伏不大,但地質(zhì)災(zāi)害仍有一定數(shù)量發(fā)育。因此,地勢陡峻的區(qū)域成為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)。

受地層巖性控制,隨著巖層的力學性質(zhì)由弱變強(從Ⅰ-Ⅳ類和Ⅶ-Ⅷ類巖層),地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的數(shù)量逐漸減少。由于軟弱地層力學性質(zhì)弱,易形成土狀或泥狀的軟弱夾層,成為潛在的破壞面(如滑動面或滑動帶)[3-4];相反,硬質(zhì)巖類巖體抗風化和抗變形破壞能力強,不易形成地質(zhì)災(zāi)害。但巖層力學性質(zhì)強弱并不一定與地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育成正比,還與巖石功能用途有關(guān)。由燕山期中酸性侵入體形成的閃長巖、閃長玢巖、花崗閃長巖等硬脆性巖體和在此地層中形成的礦產(chǎn),成為建筑石材和鐵礦等資源開采的對象,為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育提供了溫床,導致在硬脆性巖層中有大量地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。因此,受巖層力學性質(zhì)和功能用途的影響,地質(zhì)災(zāi)害在軟弱和硬脆性巖層中易發(fā)。

3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性空間預測及評價

3.1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性空間預測

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育與多種因素有關(guān),這些因素可以劃分為兩類,第一類為地質(zhì)環(huán)境因素,對于地質(zhì)災(zāi)害來說,這是內(nèi)在因素(先天因素),主要包括地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、地層巖性等;第二類為外在因素(觸發(fā)因素),包括降雨、人類工程活動等[5]。因此,在空間分布發(fā)育現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合相關(guān)內(nèi)外因素的影響,綜合選取了地貌單元、工程地質(zhì)巖組、地質(zhì)構(gòu)造、坡度、高差、坡形、城市建設(shè)、采礦活動等因子,建立了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指標層次分析結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上,首先以主要地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度為主,兼顧地質(zhì)環(huán)境背景條件、人類工程活動對地質(zhì)環(huán)境的影響程度;其次以定性為主、定量為輔的原則,應(yīng)用層次分析法[6-7]對所選的評價指標進行分析;最后劃分目標層(A)、準則層(B)、屬性層(C),建立地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性空間預測模型,如圖8所示。按照各評價因子內(nèi)在的關(guān)系,通過專家打分,對各因子進行兩兩比較建立判斷矩陣,進行層次排序,確定各因子的權(quán)重值,并進行一致性檢驗。其中,易發(fā)性評價因子判斷矩陣及權(quán)重如表1、表2所示。

利用ArcGIS軟件的空間分析功能,將各影響因子進行加權(quán)疊加,計算得到的單元易發(fā)程度指數(shù)最高值為21.82,最小值為0.94。依此,利用統(tǒng)計學中常用的自然斷點法,根據(jù)易發(fā)性指數(shù)大小劃分地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性為高(易發(fā)性指數(shù)>10.27)、中(易發(fā)性指數(shù)為4.55～10.27)、低(易發(fā)性指數(shù)<4.55)等三級。鄂州市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性空間預測結(jié)果如圖9所示。

圖8 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性空間預測模型Fig.8 Spatial prediction model of geological disaster susceptibility

因子地貌單元C1高差C2坡形C3坡度C4工程地質(zhì)巖組C5地質(zhì)構(gòu)造C6城市建設(shè)C7采礦活動C8發(fā)育密度C9先天因子B1地貌單元C11高差C231坡形C331/21坡度C4311/21工程地質(zhì)巖組C531/2331地質(zhì)構(gòu)造C6313221觸發(fā)因子B2城市建設(shè)C732311/31/311采礦活動C822222311發(fā)育因子B3發(fā)育密度C9222223211

注:λmax=10.089 8,一致性比例=0.093 3<0.1,滿足一致性檢驗。

表2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價因子權(quán)重表Table 2 Weight of the evaluation factors of geological disaster susceptibility

3.2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性空間評價

從地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性空間預測圖可知,鄂州市地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)性分為三個區(qū):鄂州市中心北部西山—雷山一帶(Ⅰ1),屬丘陵區(qū),出露地層以第四系殘坡積層及泥盆系上統(tǒng)云臺觀組砂頁巖為主的軟弱巖層,有西山公園風景區(qū)建設(shè),地質(zhì)災(zāi)害以滑坡、不穩(wěn)定斜坡為主,建議規(guī)范建設(shè)和加強防護;鄂州市東部澤林鎮(zhèn)中心城鎮(zhèn)—程潮鐵礦—涂橋村一帶(Ⅰ2)和碧石渡鎮(zhèn)—汀祖鎮(zhèn)一帶(Ⅰ3),屬丘陵區(qū),出露地層以侏羅系中下統(tǒng)和三疊系上統(tǒng)、中上統(tǒng)砂巖、砂頁巖為主的軟弱巖層及巖漿巖巖層,為礦山分布區(qū),地質(zhì)災(zāi)害以不穩(wěn)定斜坡、地面塌陷為主,建議合理規(guī)范開采和治理礦山環(huán)境。中易發(fā)性分為7個區(qū):鄂州市西北部廟嶺鎮(zhèn)岱家山一帶(Ⅱ1)和葛店鎮(zhèn)白滸鎮(zhèn)村一帶(Ⅱ2),屬崗狀平原,出露地層以第四系殘坡積層及泥盆系上統(tǒng)云臺觀組砂頁巖為主的軟弱巖層,為經(jīng)濟開發(fā)區(qū),地質(zhì)災(zāi)害以滑坡、不穩(wěn)定斜坡為主,建議合理規(guī)劃建設(shè);華容鎮(zhèn)羅湖村一帶(Ⅱ3)和長港鎮(zhèn)—東溝鎮(zhèn)長港河一帶(Ⅱ6),屬沖湖積平原區(qū),地表第四系沖湖積層廣布,無基巖出露,以切坡修路建房為主的人類工程活動較強,地質(zhì)災(zāi)害以滑坡、不穩(wěn)定斜坡為主,建議合理規(guī)范建設(shè);新廟鎮(zhèn)—沙窩鄉(xiāng)—花湖鎮(zhèn)一帶(Ⅱ4),屬丘陵區(qū),出露的地層主要以侏羅系和三疊系的砂頁巖為主的軟弱巖層,以切坡修路建房為主的人類工程活動較強,地質(zhì)災(zāi)害以滑坡、不穩(wěn)定斜坡為主,建議工程建設(shè)合理選址或避讓;碧石渡南部一帶(Ⅱ5)和沼山鎮(zhèn)—太和鎮(zhèn)一帶(Ⅱ7),屬丘陵區(qū),出露白堊系下統(tǒng)火山沉積巖,以城鎮(zhèn)建設(shè)、采礦為主的人類工程活動較強,地質(zhì)災(zāi)害以不穩(wěn)定斜坡和地面塌陷為主,建議合理規(guī)范建設(shè)和開發(fā)。

圖9 鄂州市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性空間預測圖Fig.9 Spatial prediction chart of geological disaster susceptibility in Ezhou

綜上可知,鄂州市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性空間演變特征為東南部高發(fā)密集、西北部低發(fā)分散,在丘陵區(qū)、地層軟弱及礦產(chǎn)分布區(qū)和強烈人類工程活動區(qū)易發(fā),在地勢平緩區(qū)低發(fā)。整體上與現(xiàn)狀空間分布規(guī)律一致。

4 結(jié)論及建議

(1) 鄂州市發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害102處,主要以不穩(wěn)定斜坡和地面塌陷為主。從目前發(fā)育的空間分布可知,整體上呈東南多、西北少分布,局部上在強烈人類工程活動帶易發(fā),沿交通路線集中發(fā)育,礦集區(qū)最為顯著,丘陵區(qū)集中分布,軟弱和硬脆性巖層分布區(qū)易發(fā)。

(2) 在前期地質(zhì)條件形成的基礎(chǔ)上,經(jīng)后期的城鎮(zhèn)建設(shè)、采礦等人類工程活動誘發(fā)作用下,鄂州市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性空間分布主要受人類工程活動影響、受地形地貌和地層巖性等因素控制,這決定了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布。

(3) 根據(jù)易發(fā)性空間預測分析,鄂州市地質(zhì)災(zāi)害空間演變整體特征與現(xiàn)狀分布規(guī)律一致:東南部高發(fā)集中、西北部低發(fā)分散,在丘陵區(qū)、地層軟弱及礦產(chǎn)分布區(qū)和強烈人類工程活動區(qū)易發(fā),在地勢平緩區(qū)低發(fā)。因此,在地勢較陡的丘陵區(qū)、地層軟弱及礦產(chǎn)分布的區(qū)域上,進行切坡建房、修路、開采等人類工程活動,成為地質(zhì)災(zāi)害重大隱患區(qū),應(yīng)重點加強防范治理和因地制宜規(guī)劃城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展。

[1] 鄂州市地方志編撰委員會.鄂州市志(1983—2007)[M].武漢:湖北人民出版社,2014:42-43.

[2] 張波,肖志勇.湖北省鄂州市地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查報告[R].武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,2016.

[3] 王建峰,晏同珍.易滑動微型構(gòu)造的工程地質(zhì)及巖土工程意義[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學報,1997,8(1):32-37.

[4] 白永健,鐵永波,倪化勇,等.鮮水河流域地質(zhì)災(zāi)害時空分布及孕災(zāi)環(huán)境研究[J].災(zāi)害學,2014,29(4):69-75.

[5] 王孔偉,趙小明,鄧成進,等.三峽庫區(qū)作輯托背斜和巴東斷裂帶和滑坡類型的關(guān)系[J].吉林大學學報(地球科學版),2013,43(1):169-177.

[6] 王哲,易發(fā)成.基于層次分析法的綿陽市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價[J].甘肅地質(zhì),2009,18(1):14-23.

[7] 李愛軍.層次分析法結(jié)合MapGIS在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價的運用[J].甘肅地質(zhì),2013,22(4):78-83.

Space Analysis on Geological Disaster Susceptibility in Ezhou

XIAO Zhiyong, SHI Changbo, ZHANG Bo, ZHANG Jinchao, LU Shengzhou

(FifthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Huangshi,Hubei435002)

Ezhou is located in the middle reaches of Yangtze River economic zone where the vulnerable geological environment conditions and geological disaster development cause great influence to local society development.According to space analysis on geological disaster susceptibility with surveys and GIS,geological disaster in Ezhou is mainly controlled by topography and geomorphology,rock and soil property and affected by such factors as human engineering activities.The geological disaster is distributed more in southeast and less in northwest.Locally,the geological disaster susceptibility is in strong human engineering activities area,and along the traffic road,the most the concentrating area of mine.It is concentrated distributed in hills and weak and hard brittle rock area.Thus,this is important development area of geological disaster in future,afterwards which is deserved to focus on strengthening prevention for the control plan of geological disaster.

geological environment; geological disaster; susceptibility; GIS; Ezhou

P694

A

1671-1211(2017)06-0774-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.020

2017-08-21;改回日期2017-09-30

肖志勇(1989-),男,助理工程師,碩士,地質(zhì)工程專業(yè),從事地質(zhì)災(zāi)害機理分析與防護設(shè)計工作。E-mail:i_bound@163.com

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171110.1309.002.html數(shù)字出版日期2017-11-10 13:09

費雯麗)