煙臺市地質(zhì)災(zāi)害與巖土體類型相關(guān)性分析

袁芳，白瑩，朱慧超

(山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺 264000)

0 引言

煙臺市地處山東半島中部，是山東省東部沿海城市之一。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，西部主要地處華北板塊(Ⅰ級)所屬膠遼隆起區(qū)(Ⅱ級)的膠北隆起(Ⅲ級)，東部主要位于秦嶺-大別-蘇魯造山帶(Ⅰ級)所屬膠南-威海隆起區(qū)(Ⅱ級)的威海隆起(Ⅲ級)。受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等條件控制，全區(qū)主要分為堅硬塊狀侵入巖類工程地質(zhì)區(qū)、堅硬塊狀—似層狀噴出巖類工程地質(zhì)區(qū)、堅硬層狀變質(zhì)巖類工程地質(zhì)區(qū)、堅硬—較堅硬變質(zhì)巖夾大理巖、灰?guī)r類工程地質(zhì)區(qū)、較堅硬碎屑巖類工程地質(zhì)區(qū)、松散巖類工程地質(zhì)區(qū)和松軟土體工程地質(zhì)區(qū)。2016年開展的最新一輪地質(zhì)災(zāi)害排查結(jié)果表明，煙臺市地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律及發(fā)育程度不僅受人類工程活動、地形地貌、降水、地質(zhì)構(gòu)造、地震及植被等因素影響，也與巖土體類型密切相關(guān)。

1 地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 地形地貌

煙臺市位于魯東半島低山丘陵區(qū)，地勢總體表現(xiàn)為中部高，南北低，北部地勢較陡，南部地勢較平緩。地形分為低山、丘陵、平原和洼地，其中低山區(qū)位于市域中部，占總面積的36.62%；丘陵區(qū)分布于低山區(qū)周圍及其延伸部分，占總面積的39.7%；平原以河流、山前沖積平原和濱海沖積平原為主，占煙臺市總面積的20.78%；洼地占地面積較小，僅占煙臺市總面積的2.90%，主要分布在萊陽西南部及萊州、龍口沿海一帶。

1.2 地層巖性

煙臺市地層屬華北地層大區(qū)、晉冀魯豫地層區(qū)魯東地層分區(qū)，區(qū)內(nèi)地層總面積6668.66km2，占全區(qū)面積的48.52%，主要出露中太古代唐家莊巖群、并新太古代膠東巖群、元古代、中生代和新生代第四紀(jì)地層。其中分布最廣的為元古代地層，主要為早元古代荊山群、粉子山群、芝罘群和晚元古代蓬萊群，為一套經(jīng)角閃巖相—綠片巖相變質(zhì)的海相沉積巖；新生代第四系則分布于山間谷地和沿海平原。區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，主要為花崗巖質(zhì)巖石。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

煙臺市地質(zhì)構(gòu)造主要包括褶皺構(gòu)造、韌性剪切帶和斷裂構(gòu)造，其中斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，以NE向和NNE向斷裂為主，集中發(fā)育在招遠(yuǎn)、蓬萊、萊州、牟平及海陽地區(qū)，控制著該區(qū)金屬礦床、非金屬礦床和地震活動。

1.4 礦產(chǎn)資源開發(fā)

煙臺市礦產(chǎn)資源豐富，以金礦、鐵礦、螢石礦、滑石礦、水泥灰?guī)r礦和大理巖礦為主，其中金礦、鐵礦、螢石礦和滑石礦的開采主要以地下開采為主，造成了采空塌陷隱患；水泥灰?guī)r礦和大理巖礦以露天開采為主，形成的不穩(wěn)定邊坡易造成崩塌、滑坡隱患。

2 巖土體類型及特征

煙臺市地質(zhì)災(zāi)害類型主要包括崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷和巖溶塌陷，巖土體是各類地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的載體和物質(zhì)基礎(chǔ)。同一地區(qū)巖土體的類型、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的不同，導(dǎo)致了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征的差異[1-2]。

2.1 巖土體類型

煙臺市境內(nèi)出露的巖石類型多樣，根據(jù)巖石的物理力學(xué)性質(zhì)及其完整性、堅硬程度、巖性等，可將其劃分為7個工程地質(zhì)巖組，即：侵入巖巖組，噴出巖巖組，層狀變質(zhì)巖巖組，大理巖、灰?guī)r巖組，碎屑巖巖組，第四系松散巖巖組和松軟土體，各巖組巖性及分布位置見表1、圖1。

1—侵入巖巖組；2—噴出巖巖組；3—層狀變質(zhì)巖巖組；4—大理巖、灰?guī)r巖組；5—碎屑巖巖組；6—第四系松散巖巖組；7—松散土體圖1 煙臺市巖土體類型圖

表1 煙臺市工程地質(zhì)巖組類型

2.2 各巖土體類型主要特征分析

2.2.1 侵入巖巖組

該區(qū)分布于三山島—龍口市區(qū)和蓬萊東部地區(qū)，巖性以花崗巖類、閃長巖類、輝長巖類為主。巖石堅硬、性脆、致密、塊狀結(jié)構(gòu)，質(zhì)地致密堅硬，整體性良好，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，節(jié)理裂隙不甚發(fā)育，穩(wěn)定性較好。受地質(zhì)構(gòu)造、巖石結(jié)構(gòu)、礦物成分的不同以及地貌形態(tài)差異的影響，風(fēng)化程度及風(fēng)化帶厚度各處不一。在地形低緩的丘陵地帶風(fēng)化層厚度可達(dá)10～20m，在地勢較高的地段風(fēng)化層厚度僅為1～5m。該巖組分布地段地形及基巖面起伏較大、切割較深、地勢陡峭，巖體易失穩(wěn)崩落，危巖易產(chǎn)生崩塌、沿軟弱結(jié)構(gòu)面易產(chǎn)生滑塌。

2.2.2 噴出巖巖組

小面積分布于蓬萊—龍口東部一帶，以青山群火山巖類和新近系、第四系玄武巖為主。玄武巖致密、堅硬、塊狀，部分為中、厚層或似層狀，柱狀節(jié)理發(fā)育，具氣孔構(gòu)造，多為泥質(zhì)充填。風(fēng)化帶厚度隨地形而異，山區(qū)一般為1～5m，覆蓋區(qū)和溝谷地帶較厚，達(dá)數(shù)十米。

2.2.3 層狀變質(zhì)巖巖組

該區(qū)在煙臺市內(nèi)分布廣泛，層狀混合巖化變質(zhì)巖分布于煙臺市區(qū)的膠東巖群和萊州、牟平等地的粉子山群；薄層狀板巖分布于長島的蓬萊群。層狀混合巖化變質(zhì)巖巖性主要為黑云斜長片麻巖、石英巖等，巖體呈層狀結(jié)構(gòu)，巖石堅硬、致密，具有片麻構(gòu)造，節(jié)理、裂隙較發(fā)育；云母片巖、滑石片巖、綠泥石片巖為其軟弱夾層，其力學(xué)性質(zhì)較差，抗滑和穩(wěn)定性較差，強(qiáng)風(fēng)化層厚度一般為2～5m，弱風(fēng)化帶厚度15～40m。薄層狀板巖巖石致密，以薄層狀結(jié)構(gòu)為主，性脆、易風(fēng)化成碎片，遇水后層面易產(chǎn)生滑動。

2.2.4 大理巖、灰?guī)r巖組

大面積分布于蓬萊—養(yǎng)馬島一帶，出露面積大。該區(qū)巖性主要為片巖、片麻巖，其中夾有大理巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r。片巖為薄層狀結(jié)構(gòu)、片理構(gòu)造明顯，巖石易風(fēng)化。大理巖致密、性脆，為層狀結(jié)構(gòu)，淺部巖溶、裂隙較發(fā)育；灰?guī)r堅硬、致密、性脆。但由于夾層工程地質(zhì)性質(zhì)不均，部分地區(qū)巖溶發(fā)育，軟弱結(jié)構(gòu)面易使巖體失穩(wěn)，產(chǎn)生滑塌，邊坡易不穩(wěn)定，大理巖、灰?guī)r易發(fā)生巖溶塌陷。

2.2.5 碎屑巖巖組

主要分布在海陽市南部、萊陽市南部及龍口盆地內(nèi)，巖性主要為砂巖、礫巖、泥巖、青山群火山巖等。但由于巖石力學(xué)性質(zhì)不均，其中夾有泥巖、頁巖、泥灰?guī)r等軟弱巖石，泥巖遇水軟化，易使巖體失穩(wěn)，形成崩塌或滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

2.2.6 第四系松散巖巖組

主要分布于河谷兩側(cè)、山前沖積平原地帶，該巖組成因類型多樣，以沖積、沖洪積、殘坡積為主，尤以殘破積最為發(fā)育，主要由砂性土、碎石土、碎塊石混粉質(zhì)黏土組成，結(jié)構(gòu)松散，物理力學(xué)強(qiáng)度低，遇水軟化，多為泥石流的主要物源。

2.2.7 松軟土體

主要分布于海灣及近海洼地，巖性多為黑灰色淤泥，局部為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及海陸交互相沉積的淤泥質(zhì)砂、淤泥質(zhì)砂礫石等，結(jié)構(gòu)松散，海拔高度在5m左右，厚度一般為10m，大部為鹽堿土、淤泥，該類土體普遍存在高壓縮性的淤泥質(zhì)土，易發(fā)生不均勻沉降。

3 地質(zhì)災(zāi)害與巖土體類型相關(guān)性分析

3.1 地質(zhì)災(zāi)害總體分布特征

煙臺市共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害隱患點471處，主要類型包括崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷和巖溶塌陷。由于災(zāi)害體母巖本身巖性差異和后期風(fēng)化作用強(qiáng)弱差異，直接造成了各類巖土體類型分布區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度和類型的明顯差異[3]。

從各巖土體類型分布區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量上分析，數(shù)量最多的是層狀變質(zhì)巖組，共計182處，占煙臺市地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的39%；侵入巖巖組中發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害共計172處，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的36%，大理巖、灰?guī)r巖組和碎屑巖巖組中發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害分別為75處和25處，分別占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的16%和5%，第四系松散巖巖組中發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害14處，占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的3%，松軟土體中無地質(zhì)災(zāi)害分布(表2，圖2)。

從地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度上分析(圖3)，大理巖、灰?guī)r巖組中地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度最大，為10.01處/100km2，其次為層狀變質(zhì)巖巖組，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度為5.59處/100km2，侵入巖巖組中地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度為4.32處/100km2，第四系松散巖組中地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度最小，為0.39處/100km2。

表2 煙臺市各巖土體類型分布區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況(處)

Ⅰ—侵入巖巖組；Ⅱ—噴出巖巖組；Ⅲ—層狀變質(zhì)巖巖組；Ⅳ—大理巖、灰?guī)r巖組；Ⅴ—碎屑巖巖組；Ⅵ—第四紀(jì)松散巖巖組圖2 煙臺市地質(zhì)災(zāi)害在各巖組中所占比例圖

從以上分析結(jié)果可知，煙臺市地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度與巖土體類型關(guān)系密切，巖土體結(jié)構(gòu)與地質(zhì)環(huán)境的差異，是導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度差別的主要因素，由表1和圖2綜合分析認(rèn)為，大理巖、灰?guī)r巖組、層狀變質(zhì)巖巖組和侵入巖巖組分布區(qū)最易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

圖3 煙臺市地質(zhì)災(zāi)害隱患點在巖土體類型中密度圖

3.2 不同地質(zhì)災(zāi)害類型與巖土體類型關(guān)系

3.2.1 崩塌與巖土體類型關(guān)系

崩塌是煙臺市數(shù)量最多的災(zāi)種，共計322處，占煙臺市地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的68%，均為巖類崩塌，其中層狀變質(zhì)巖分布區(qū)崩塌數(shù)量最多，達(dá)128處，占崩塌地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的40%，其次為侵入巖巖組，達(dá)106處，占崩塌地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的33%，噴出巖巖組中分布最少，共計3處，占崩塌地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的1%(圖4)。

Ⅰ—侵入巖巖組；Ⅱ—噴出巖巖組；Ⅲ—層狀變質(zhì)巖巖組；Ⅳ—大理巖、灰?guī)r巖組；Ⅴ—碎屑巖巖組；Ⅵ—第四紀(jì)松散巖巖組圖4 崩塌在各巖組中分別比例圖

各巖組中單位面積(100km2)崩塌的分布密度在大理巖、灰?guī)r巖組中最大，為8.3處/100km2，其次為層狀變質(zhì)巖巖組，為3.9處/100km2，侵入巖巖組和噴出巖巖組中崩塌分布密度均為2.7處/100km2，碎屑巖巖組中密度最小，為1.1處/100km2。各巖組的崩塌密度反映了各巖土體物理力學(xué)性質(zhì)的不同，巖性對地質(zhì)災(zāi)害的影響主要通過其巖石結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成和風(fēng)化程度決定的[1,4]。變質(zhì)巖巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化破碎強(qiáng)烈，易形成崩塌隱患[5]。

3.2.2 滑坡與巖土體類型關(guān)系

煙臺市共發(fā)育5處滑坡地質(zhì)災(zāi)害，均分布在變質(zhì)巖巖組中，巖性多為石英巖、板巖、千枚狀板巖互層，該類變質(zhì)巖風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化層中巖體裂隙發(fā)育，滲水性良好，下部較致密，起隔水作用，當(dāng)水下滲后，在其分界處形成軟弱滑動面，從而使上層巖體失穩(wěn)產(chǎn)生滑動。

3.2.3 泥石流與巖土體類型關(guān)系

煙臺市共發(fā)育泥石流69處，其中人工堆積渣石形成的泥石流隱患15處，占泥石流總數(shù)的22%，均為坡面型泥石流，主要分布在礦山開采活動強(qiáng)度高的萊州市、招遠(yuǎn)市等山區(qū)，物源主要為由礦山開采形成的尾礦、毛石等固體廢棄物，該類泥石流與巖土體類型關(guān)系較小。

其余48處為溝谷型泥石流，分布區(qū)域巖土體類型以層狀變質(zhì)巖和塊狀侵入巖為主，多集中在棲霞市、牟平區(qū)、蓬萊市等山區(qū)暴雨量大的山間溝谷內(nèi)，該區(qū)域地表巖層經(jīng)受了多期變質(zhì)作用，表面風(fēng)化較為強(qiáng)烈，溝谷植被較發(fā)育，物質(zhì)來源主要為崩滑巖體和山坡田間壘石[6-8]。

3.2.4 采空塌陷與巖土體類型

采空塌陷是煙臺市地面塌陷最主要的類型，占全市地面塌陷總數(shù)的89%，其成因與人類開礦活動密切相關(guān)，主要分布在萊州市的優(yōu)游山—粉子山、萊州市東北部金礦開采區(qū)、招遠(yuǎn)市的蠶莊地區(qū)、玲瓏礦田區(qū)、棲霞市廟后滑石礦區(qū)、蓬萊市東南部金礦開采區(qū)、牟平區(qū)的金牛山礦區(qū)等地，多為冒頂型塌陷[9-10]。

從采空塌陷在各巖土體類型中分布比例來看，煙臺市采空塌陷主要分布在侵入巖巖組和層狀變質(zhì)巖巖組中，分別占采空塌陷總數(shù)的49%和30%，大理巖、灰?guī)r巖組共分布7處，占采空塌陷總數(shù)的10%，第四系松散巖組中共分布6處，占采空塌陷總數(shù)的9%，碎屑巖巖組中分布最少，僅1處(圖5)。

Ⅰ—侵入巖巖組；Ⅱ—噴出巖巖組；Ⅲ—層狀變質(zhì)巖巖組；Ⅳ—大理巖、灰?guī)r巖組；Ⅴ—碎屑巖巖組；Ⅵ—第四紀(jì)松散巖巖組圖5 采空塌陷在各巖組中分布比例圖

巖土體對采空塌陷的影響主要表現(xiàn)在采空區(qū)上覆巖層強(qiáng)度、層厚[11-12]。上覆巖層強(qiáng)度高、分層厚度大的硬質(zhì)巖層，冒落塌陷過程所需時間長，甚至地表長期不變形；分層厚度薄的較軟弱巖層，產(chǎn)生地面塌陷速度較快，且規(guī)模相對較大[13-14]，特別是在礦山開采爆破影響下，更是加快了地表變形的速度，造成突發(fā)性采空塌陷[15]。

3.2.5 巖溶塌陷與巖土體類型

煙臺市發(fā)育巖溶塌陷共計8處，主要分布在棲霞市中橋地區(qū)和牟平區(qū)大窯鎮(zhèn)李家莊，其中中橋地區(qū)7處，其巖土體結(jié)構(gòu)為上部第四系松散土體、下部灰?guī)r的二元結(jié)構(gòu)，第四系松散土體直接覆蓋于灰?guī)r之上，第四系松散土體厚度一般13.4～27.0m，巖性以沖積、沖洪積砂礫石、中粗砂、粉質(zhì)黏土為主；下伏灰?guī)r巖溶發(fā)育形態(tài)以溶隙、溶洞為主，并含豐富的巖溶水，當(dāng)?shù)叵滤婚L期在第四系與下伏石灰?guī)r接觸帶上下波動時，引發(fā)上覆土層塌落形成巖溶塌陷[16-20]。

牟平區(qū)大窯鎮(zhèn)李家莊巖溶塌陷巖土體結(jié)構(gòu)類型為上部第四系松散土體、下部大理巖的二元結(jié)構(gòu)，第四系松散土體直接覆蓋于大理巖之上，第四系松散土體厚度一般0.9～26m，巖性以沖洪積碎石土、粉質(zhì)黏土為主；大理巖巖溶發(fā)育形態(tài)以溶洞為主，在地下水超量開采條件下，上覆土層塌落形成巖溶塌陷。

4 結(jié)語

(1)巖土體類型及結(jié)構(gòu)是評價地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)的重要因素，該次地質(zhì)災(zāi)害與巖土體類型相關(guān)性分析，可為煙臺市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)和地質(zhì)災(zāi)害汛期氣象預(yù)警預(yù)報工作定量分析評價提供依據(jù)，也可為重要地質(zhì)災(zāi)害隱患點防治方案編制提供參考依據(jù)。

(2)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要分布在層狀變質(zhì)巖巖組，建議在層狀變質(zhì)巖分布區(qū)開展城市開發(fā)建設(shè)，應(yīng)加強(qiáng)對建房、修路等工程活動的控制，尤其是在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)內(nèi)盡量避免切坡活動。

(3)巖溶塌陷發(fā)育區(qū)土體結(jié)構(gòu)主要為上部第四系松散土體、下部灰?guī)r或大理巖的二元結(jié)構(gòu)，巖溶塌陷的發(fā)生受制于地下水動力場的變化，建議加強(qiáng)地下水監(jiān)測工作，探索建立巖溶塌陷預(yù)警體系。

(4)采空塌陷不但與巖土體類型關(guān)系密切，還主要受控于礦山開采活動。因此，針對金礦、鐵礦等地下開采區(qū)應(yīng)制定專門的采空塌陷防治方案和監(jiān)測方案，切實防范采空塌陷的發(fā)生。