涇陽縣地質(zhì)災(zāi)害時空分布規(guī)律與形成條件研究

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(1.陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710068；2.中鐵七局武漢工程有限公司，湖北 武漢 430071；3.西安科技大學(xué)，陜西 西安 710054)

涇陽縣位于關(guān)中平原腹地涇河下游，渭北中部。區(qū)內(nèi)總體地勢為西北高，東南低。受古沉積環(huán)境、區(qū)域基底構(gòu)造的繼承性活動及河流沖蝕的控制，形成了由西北向東南階梯狀傾斜的地貌景觀。區(qū)內(nèi)北部和西北部為基巖山區(qū)及山前洪積扇；北部和南部為平坦而開闊的黃土臺塬，通稱北塬和南塬；中部是涇河沖積、沖洪積平原，自西向東逐漸展寬、降低。該縣面積792 km2，有地質(zhì)災(zāi)害點93處，地質(zhì)災(zāi)害隱患點60處。目前，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點已潛在威脅189戶村民(1703人756間房屋)、1447畝耕地和果園、國道60 m、縣道80 m、鄉(xiāng)村道路713 m，1所學(xué)校，其潛在經(jīng)濟(jì)損失3 930.57萬元。地質(zhì)災(zāi)害在降雨、地質(zhì)構(gòu)造、人類工程活動等外力作用下，有增強(qiáng)趨勢。

1 地質(zhì)災(zāi)害類型和規(guī)模

表1 涇陽縣地質(zhì)災(zāi)害類型和規(guī)模統(tǒng)計表

據(jù)該縣詳查野外調(diào)查統(tǒng)計，縣內(nèi)共確認(rèn)地質(zhì)災(zāi)害點93處，其中滑坡15處，崩塌16處，泥石流1處，地面沉降4處，地裂縫57處(表1)。

2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

2.1 滑坡特征

滑坡是縣內(nèi)主要地質(zhì)災(zāi)害之一，集中分布在涇河以南黃土塬邊。平面形態(tài)典型，以半圓形和巨型居多；剖面上以凹型和直線型為主。潛在危害嚴(yán)重，剪出口較低，力學(xué)模式簡單。

2.2 崩塌特征

由于涇河以南的黃土塬上土質(zhì)較為疏松，故崩塌災(zāi)害較為發(fā)育，且全為土質(zhì)崩塌。崩塌體為黃土斜坡體，危巖體位于坡體的上部和中部。該災(zāi)害規(guī)模較小、危害小、變形模式單一，工程治理相對容易。

2.3 泥石流特征

縣內(nèi)發(fā)育1處小型泥石流——昝家村廟溝泥石流。在北仲山一帶溝谷中有大量開采石灰石現(xiàn)象，同時溝谷內(nèi)堆積了大量松散土石廢棄物。在強(qiáng)降雨條件下，沿著溝谷將松散堆積物沖走，引發(fā)泥石流。因此，泥石流宏觀前兆相對明顯，可預(yù)防性較強(qiáng)。

2.4 地面沉降特征

該類災(zāi)害數(shù)量少，均為小型，是因黃土受雨水長時間浸泡形成地面局部范圍的沉降，形成時間短，但危害大。

2.5 地裂縫特征

是縣內(nèi)最發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害，主要分布于北部山前沖洪積扇地帶。規(guī)模全為小型，在口鎮(zhèn)——安吳鎮(zhèn)一帶地裂縫尤為發(fā)育。受口鎮(zhèn)—關(guān)山斷裂、龍泉——拓趙斷裂和富平——扶風(fēng)斷裂活動影響，地裂縫走向與斷裂走向基本一致，呈近。

3 地質(zhì)災(zāi)害時空分布規(guī)律

該縣地質(zhì)災(zāi)害分布受地質(zhì)構(gòu)造、新構(gòu)造運動與地震、降雨和人類工程活動等因素的影響，在時間上和空間上，呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

3.1 時間分布規(guī)律

3.1.1 滑坡和崩塌地質(zhì)災(zāi)害在現(xiàn)代人類活動強(qiáng)烈時期和降雨季節(jié)相對集中

八十年代以后，區(qū)內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，與此同時人類工程活動增強(qiáng)。因而引發(fā)了斜坡失穩(wěn)，發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)事件。另外，該縣的降水多集中在6-10月，且為暴雨和連陰雨多發(fā)期。在降雨的作用下，區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害的形成和變形破壞時間基本集中在該時期內(nèi)。因而，年內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生期與年內(nèi)降水高峰期基本一致。經(jīng)本次詳細(xì)調(diào)查，有80%以上的滑坡和崩塌地質(zhì)災(zāi)害與人類活動有關(guān)。

3.1.2 地質(zhì)構(gòu)造、新構(gòu)造運動與地震在時間上影響地裂縫的發(fā)育

該縣發(fā)育有口鎮(zhèn)-關(guān)山斷裂、張家山褶皺與斷裂、龍泉-拓趙斷裂、禮泉-富平斷裂等。受這些斷裂的影響，在斷裂附近及兩側(cè)地帶，有近東西向和其他方向的地裂縫產(chǎn)生。據(jù)詳查野外調(diào)查統(tǒng)計，三個斷裂附近目前共發(fā)育地裂縫災(zāi)害31處。

新構(gòu)造運動從新生代以來在除北部基巖山區(qū)以外的地區(qū)活動明顯，表現(xiàn)有近東西向的局部隆起、斷裂帶的強(qiáng)烈形變、地表裂隙等，地表疏松土層多處出現(xiàn)地裂縫。

已有資料表明：伴隨著地震，地裂縫頻繁產(chǎn)生，沿構(gòu)造斷裂帶延展方向分布。長度在100～1 000 m之間，連通性好。

圖1 涇陽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害分布柱狀圖

3.2 空間分布規(guī)律

3.2.1 地域分布

該縣南部黃土臺塬區(qū)，因高差大坡度陡，為滑坡崩塌集中發(fā)育區(qū)。北部山區(qū)山前地帶，斷裂活動強(qiáng)烈，為地裂縫密集發(fā)育區(qū)，個別地段見滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害?；鶐r山區(qū)山勢陡峭，地形切割深度大，僅在個別溝谷有發(fā)生泥石流的可能。北部黃土臺塬的塬邊零散發(fā)育滑坡、崩塌，塬面斷裂帶方向個別地段發(fā)育地裂縫。河流階地區(qū)受斷裂影響，零星有災(zāi)害分布。中部廣大的沖洪積平原地區(qū)，地面平坦，人口稠密，地質(zhì)災(zāi)害少。

3.2.2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布

在該縣的13個鎮(zhèn)中，災(zāi)害主要集中在口鎮(zhèn)、安吳鎮(zhèn)、興隆鎮(zhèn)、橋底鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、高莊鎮(zhèn)6個鎮(zhèn)(圖1)，其余7個鎮(zhèn)目前尚沒有地質(zhì)災(zāi)害點。從災(zāi)害點數(shù)量看：排列在前三列的為安吳鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、高莊鎮(zhèn)。

4 地質(zhì)災(zāi)害形成條件

4.1 地形地貌的決定性作用

表2 地貌類型與地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系統(tǒng)計表

地形的有效臨空面是斜坡產(chǎn)生崩滑變形與活動的重要空間條件，而大陸堆積、侵蝕作用形成的黃土和黃土狀土構(gòu)成宏觀地貌，是影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育位置的宏觀因素。該縣在新構(gòu)造運動和不同形式的侵蝕活動下，形成高低起伏較大的地貌形態(tài)。在黃土塬地貌區(qū)，黃土在自然狀態(tài)下基本不會發(fā)生滑坡、崩塌、泥石流等災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象(在人工活動、強(qiáng)降雨等極端條件下局部可能破壞)。而流水、重力等作用形成的次生黃土，在形成過程中原有風(fēng)成黃土結(jié)構(gòu)被完全破壞，重新形成新的堆積結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)較為松散，土體富含動植物殘體，水、氣等含量較高，易擾動遭受到新的破壞而產(chǎn)生崩塌和滑坡災(zāi)害地質(zhì)災(zāi)害。另外，在雨水的浸泡作用下，因黃土的強(qiáng)濕陷性而形成地面沉降地質(zhì)災(zāi)害；在山前沖洪積扇區(qū)、沖洪積平原區(qū)和河谷區(qū)，受口鎮(zhèn)—關(guān)山斷裂、龍泉—拓趙斷裂、富平—扶風(fēng)斷裂和地震作用的影響，地層疏松土層局部或者大面積出現(xiàn)地裂縫，且沿該斷裂帶狀分布。通過詳查統(tǒng)計，其不同地貌類型發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害的情況見表2和圖2。

圖2 地形地貌與地質(zhì)災(zāi)害分布關(guān)系圖

4.2 地質(zhì)構(gòu)造對地質(zhì)災(zāi)害有直接產(chǎn)生的作用

該縣位于渭河地塹與鄂爾多斯臺塬褶皺帶的接觸部位。

涇陽北部地區(qū)黃土構(gòu)造節(jié)理以緊密閉合狀態(tài)，隱伏于黃土之中，隨著區(qū)域應(yīng)力場的變化，使隱伏閉合的黃土構(gòu)造節(jié)理開啟張口成縫。另外1976年唐山地震后，口鎮(zhèn)—關(guān)山斷裂、龍泉—拓趙斷裂和富平—扶風(fēng)斷裂活動頻繁，使附近應(yīng)力集中且促使斷層蠕滑，進(jìn)而在斷層一側(cè)形成蠕滑型地裂縫，并牽動了上覆黃土地層，使其隱伏閉合的黃土構(gòu)造節(jié)理開啟成縫。據(jù)涇陽地震臺1986-2005年跨口鎮(zhèn)—關(guān)山斷層定點形變觀測資料顯示：1986-1994年以及1999-2005年斷裂活動比較強(qiáng)烈，而在該階段地裂縫出現(xiàn)也相對集中。據(jù)詳查野外調(diào)查，三個斷裂附近目前共發(fā)育地裂縫災(zāi)害31處。

主要斷裂對地質(zhì)災(zāi)害的影響如下：

1)口鎮(zhèn)—關(guān)山斷裂：為高角度張性正斷層，同時為活動性斷裂。在古新統(tǒng)、始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)到第四系晚期活動性較強(qiáng)，因而在斷裂附近松散土層中出現(xiàn)了平行斷裂方向的地裂縫。

2)龍泉—拓趙斷裂:為一隱伏于新生界松散堆積物下部的斷裂，走向近EW，為涇陽縣河流階地與黃土塬和洪積扇裙的分界，他的存在使黃土源和洪積扇裙高高突起，且和二級階地呈陡坎接觸。受其影響在附近有與斷裂平行的地裂縫產(chǎn)生，同時伴隨其他方向的地裂縫。

在以上兩個斷裂的作用下，其附近共發(fā)育地裂縫災(zāi)害27處，且走向和斷裂平行，并伴隨有其他方向的地裂縫。

3) 禮泉—富平斷裂:為張性斷裂，受他的影響在其附近松散土層中有與斷裂近平行的地裂縫產(chǎn)生，且有4處地裂縫。

4)涇河斷裂：斷裂在涇河南岸前緣展布，為隱伏正斷層。在構(gòu)造作用下南盤上升，成為南邊黃土塬的塬邊。在受涇河侵蝕、降雨和地表水的影響，集中發(fā)育滑坡和崩塌地質(zhì)災(zāi)害。通過本次調(diào)查，黃土塬邊和塬上共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害22處，其中滑坡11處，崩塌10處，地裂縫1處。

4.3 地層巖性和巖土體類型是物質(zhì)基礎(chǔ)

地層和巖土體結(jié)構(gòu)是地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，是影響斜坡穩(wěn)定的主要因素?？h內(nèi)出露古生界寒武—奧陶系、下二疊系和第四系地層，其中第四系黃土是區(qū)內(nèi)的易滑地層。

第四系黃土幾乎遍布全區(qū)。下更新統(tǒng)黃土結(jié)構(gòu)相對致密，無大孔隙結(jié)構(gòu)，垂直節(jié)理相對不發(fā)育，而中上更新統(tǒng)黃土成巖性差，土質(zhì)疏松，為支架--大孔結(jié)構(gòu)和鑲嵌--微孔結(jié)構(gòu)，垂直節(jié)理發(fā)育，孔隙比大，遇水體積膨脹，易崩解，濕陷性強(qiáng)。故中上更新統(tǒng)黃土是區(qū)內(nèi)最不穩(wěn)定的易滑地層。

區(qū)內(nèi)斜坡巖土體結(jié)構(gòu)主要為黃土層型和基巖型，而前者是區(qū)內(nèi)最不穩(wěn)定的坡體。這類坡體屬于黃土斜坡，主體為中上更新世黃土。在巖性方面，黃土質(zhì)地松散，工程地質(zhì)特性差，抗拉強(qiáng)度低，極易在臨空面附近形成卸荷裂隙。這類裂隙經(jīng)過風(fēng)化侵蝕和雨水的沖刷，易形成軟弱滑動面，有利于裂隙上部的滑坡體與下部母體分離，條件成熟時可沿谷底坡腳剪出，形成層內(nèi)錯動帶滑坡。區(qū)內(nèi)大部分滑坡屬于此種類型。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害時間分布曲線圖

4.4 大氣降水、地表水和地下水是誘發(fā)因素

大氣降水：是誘發(fā)各種地質(zhì)災(zāi)害的一個主要因素，特別是暴雨、連續(xù)性降雨是地質(zhì)災(zāi)害的決定性因素。因雨水下滲增加斜坡重量，加大了斜坡內(nèi)的剪切下滑力，降低土體的抗剪強(qiáng)度，同時造成地下潛水位升高，靜、動水壓力增大，造成斜坡整體發(fā)生變形。

調(diào)查統(tǒng)計表明，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量和規(guī)模與降水呈正相關(guān)，尤其與暴雨、連陰雨關(guān)系密切。據(jù)不完全統(tǒng)計分析：境內(nèi)46.7%的滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫等都因受6-10月份暴雨、連續(xù)降雨而產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害(圖3)。

地表水：河流、水庫等地表流水主要表現(xiàn)在對河谷兩側(cè)斜坡巖土體的長期側(cè)蝕和對坡腳的長期浸泡，增大了斜坡臨空面，降低巖土體抗剪強(qiáng)度，從而誘發(fā)滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

地下水：區(qū)內(nèi)具有弱透水的黃土層，地下水沿其節(jié)理裂隙運移滲透，使弱透水層軟化、泥化，加之地表水入滲，易引起邊坡失穩(wěn)。

4.5 地震具有破壞性和產(chǎn)生災(zāi)害的作用

地震對地質(zhì)災(zāi)害的影響不僅表現(xiàn)在它本身就是一種破壞性極強(qiáng)的地質(zhì)災(zāi)害，而且還可以誘發(fā)滑坡、崩塌、地裂縫等災(zāi)害。本縣屬華北地震區(qū)汾渭地塹系地震帶，地震活動強(qiáng)度大，頻率高，現(xiàn)代地震活躍。地裂縫發(fā)生時間與小震活動基本同步(也有滯后現(xiàn)象)，呈現(xiàn)出比較明顯的周期性。將該縣1958年以來確認(rèn)發(fā)生的74次地裂事件綜合于圖4中，發(fā)現(xiàn)57年來共有9次地裂縫集中發(fā)生期，分別在l976、1987、1988、1995、1998、1999、2000、2001、2008各年。同時，將該縣1958年以來小地震活動作統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)小震活動也存在階段性起伏，其高潮分別在1971、1976、1982、1983、1984、1987、1995各年，與該縣地裂縫活動高潮期基本同步。地震與地裂縫相伴而生者并不少見。1998年1月5日，永樂店發(fā)生4.8級地震，烈度6度，伴隨著地震，地裂縫頻繁發(fā)生，且沿構(gòu)造斷裂帶延展方向呈帶狀分布。

圖4 涇陽縣地裂縫直方圖

4.6 人類工程活動是主導(dǎo)因素

該縣人類工程活動主要表現(xiàn)在城鎮(zhèn)建設(shè)、公路建設(shè)、礦石開采、農(nóng)田灌溉等幾個方面。通過調(diào)查，境內(nèi)由人為因素主導(dǎo)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，或與人為因素有關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害達(dá)14處，具體情況見表3。

5 結(jié)語

表3 地質(zhì)災(zāi)害與人類工程活動關(guān)系統(tǒng)計表

(1)該縣發(fā)育滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、地裂縫五種地質(zhì)災(zāi)害，規(guī)模以小型為主。

(2)地質(zhì)災(zāi)害從時間上而言，滑坡和崩塌在現(xiàn)代人類活動強(qiáng)烈時期和降雨季節(jié)相對集中；地質(zhì)構(gòu)造、新構(gòu)造運動與地震在時間上影響地裂縫的發(fā)育。

(3)地質(zhì)災(zāi)害從空間上看，在縣境的北部、南部較多且集中，并為人類工程活動強(qiáng)烈的區(qū)域；在中部少且零星分布。同時，地質(zhì)災(zāi)害主要集中鎮(zhèn)鎮(zhèn)、安吳鎮(zhèn)、興隆鎮(zhèn)、橋底鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、高莊鎮(zhèn)6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

(4)該縣地質(zhì)災(zāi)害的分布受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層和巖土體結(jié)構(gòu)、大氣降雨、地表水和地下水、地震、人類工程活動等因素的影響和控制，進(jìn)而災(zāi)害類型和分布存在顯著的地域性。