長吉圖經(jīng)濟區(qū)地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃研究

石旭飛，江 山，郭曉東，趙海卿

中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽 110000

0 引言

長（長春）吉（吉林）圖（圖們）經(jīng)濟區(qū)是我國東北地區(qū)重要的工業(yè)基地，是振興東北老工業(yè)基地國家戰(zhàn)略的重要組成部分［1］.但是，在城市建設(shè)與發(fā)展過程中，各種自然與人為誘發(fā)的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災害［2-4］嚴重阻礙了長吉圖經(jīng)濟區(qū)經(jīng)濟社會的發(fā)展［5-6］.因此，如何保持人類經(jīng)濟活動在無害少災的環(huán)境中生存發(fā)展并保持與地質(zhì)環(huán)境較為協(xié)調(diào)的關(guān)系，是擺在區(qū)域規(guī)劃者、城市建設(shè)者、環(huán)境地質(zhì)研究者面前一個難題.

解決上述問題的一個重要方法是對研究區(qū)地質(zhì)災害易發(fā)性進行區(qū)劃.目前國內(nèi)外研究地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃的方法主要有GIS法［7-10］、數(shù)理統(tǒng)計法［11-15］、數(shù)學模型法［16-19］.由于地質(zhì)災害系統(tǒng)的復雜性和不確定性［20-21］，上述方法均是基于地質(zhì)災害的影響因素和地質(zhì)現(xiàn)象作出宏觀評價，有關(guān)地質(zhì)災害易發(fā)性區(qū)劃定量研究還較為缺乏.

綜上，本研究在調(diào)查分析長吉圖經(jīng)濟區(qū)內(nèi)存在的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等環(huán)境地質(zhì)問題的數(shù)量及其影響因素的基礎(chǔ)上，利用地質(zhì)災害綜合危險性指數(shù)法對上述地質(zhì)災害的易發(fā)性進行定量研究并分區(qū)，為研究區(qū)優(yōu)化配置利用地質(zhì)資源與國土空間規(guī)劃提供科學依據(jù).

1 研究區(qū)概況

長吉圖經(jīng)濟區(qū)位于吉林省中東部，包括吉林省長春市城區(qū)、德惠市、九臺市和農(nóng)安縣，吉林市城區(qū)、蛟河市和永吉縣，及延邊朝鮮族自治州全境，面積約72 000 km2.研究區(qū)屬溫帶大陸性季風氣候，降水多集中于6—9月份，占全年降水量的80%以上.雨季多暴雨，常造成江河泛濫，誘發(fā)地質(zhì)災害.區(qū)內(nèi)河網(wǎng)密布，以長白山群峰為中心，向西北和東北分別形成松花江、圖們江二大水系（圖1）.

圖1 長吉圖經(jīng)濟區(qū)地貌分區(qū)及多年平均降水量等值線圖Fig.1 Geomorphic division and multiyear average precipitation isoline in the CJT Economic Zone

研究區(qū)地勢東南高西北低，起伏較大.全區(qū)自東向西以北東向為主的山嶺、盆地平行排列，相間分布.研究區(qū)基巖主要有以奧陶系和侏羅系泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖互層為主要特征的泥質(zhì)巖類以及變質(zhì)的中基性－酸性巖漿巖、碳酸鹽巖和三疊系、白堊系夾煤層的沉積碎屑巖.研究區(qū)第四系分布廣泛，以河流沖積、沖洪積和冰川堆積為主.中更新統(tǒng)黃土狀亞砂土、亞黏土比較發(fā)育.

研究區(qū)地下水資源豐富，在山區(qū)地下水主要賦存于基巖裂隙中，而在平原區(qū)及山間盆地、河谷區(qū)地下水主要賦存于松散堆積物的孔隙中，富水性差別大.

2 研究方法

地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)指具備地質(zhì)災害發(fā)生的地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌和氣候條件，或可能發(fā)生地質(zhì)災害的區(qū)域.作者在分析研究區(qū)內(nèi)主要環(huán)境地質(zhì)問題的特征與影響因素的基礎(chǔ)上，利用原國土資源部下發(fā)的《＜縣（市）地質(zhì)災害調(diào)查與區(qū)劃基本要求＞實施細則》［22］中的地質(zhì)災害綜合危險性指數(shù)法對研究區(qū)地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)進行劃分，進而分析研究區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題的分布特征.

將研究區(qū)進行網(wǎng)格剖分，每個單元面積為1 km×l km～3 km×3 km.對于地質(zhì)條件變化不大的地區(qū)，單元面積可取高限；對于地質(zhì)條件復雜的地區(qū)，單元面積可取低限.計算每個單元格的地質(zhì)災害綜合危險性指數(shù)Z：

式中：Zq為潛在地質(zhì)災害強度指數(shù)；r1為潛在地質(zhì)災害強度權(quán)值；Zx為現(xiàn)狀地質(zhì)災害強度指數(shù)；r2為現(xiàn)狀地質(zhì)災害強度權(quán)值.

潛在地質(zhì)災害強度指數(shù)按以下公式計算：

式中，Ti分別為控制評價單元地質(zhì)災害形成的地質(zhì)條件（D）、地形地貌條件（X）、氣候植被條件（Q）、人為條件（R）充分程度的表度分值，各評價指標的選取與評判標準依據(jù)具體情況而定；Ai分別為各條件的權(quán)值，根據(jù)實際情況分配.

現(xiàn)狀地質(zhì)災害強度指數(shù)可以用單元格災害點密度、災害面積密度以及災害體積密度求得：

式中，a為歸一化處理后的災害個數(shù)密度系數(shù)；b為歸一化處理后的災害面積密度系數(shù)；c為歸一化處理后的災害體積密度系數(shù)，地面塌陷災害體積密度系數(shù)為0.

根據(jù)各評價單元的地質(zhì)、地形地貌、氣候以及人類工程活動等條件，利用MapGIS軟件空間分析功能計算各評價單元的潛在地質(zhì)災害強度指數(shù)與現(xiàn)狀地質(zhì)災害強度指數(shù)，賦權(quán)后計算得到各評價單元的地質(zhì)災害綜合危險性指數(shù)，并根據(jù)計算結(jié)果合并相同單元格，劃定地質(zhì)災害易發(fā)區(qū).

3 主要地質(zhì)災害及其影響因素

3.1 崩塌

崩塌是長吉圖經(jīng)濟區(qū)突發(fā)性地質(zhì)災害中發(fā)生頻度最大的災害類型，區(qū)內(nèi)一般包括巖崩和土崩兩種類型.

研究區(qū)巖崩多分布在坡角受人為破壞、巖體裸露、坡度較陡的山坡處，尤其是江河沿岸，具有崩落滾動特點，水平位移較小.區(qū)內(nèi)土崩坡角基本處于天然狀態(tài)，坡度40～45°左右，多發(fā)生于表層松散物質(zhì)發(fā)育、植被稀少的山體坡角處.崩塌時具有一定的水平位移，面積較大，厚度較小.單體崩塌具有多次重復發(fā)生性，表現(xiàn)為某一崩塌帶（群）一年內(nèi)或多年內(nèi)多次重復發(fā)生，有時每年發(fā)生2～5次，如長白山天池地區(qū).

研究區(qū)崩塌的區(qū)域空間分布規(guī)律主要表現(xiàn)為在某些地區(qū)成群、成帶、連片地集中分布，絕大多數(shù)分布在中低山區(qū)，其次為低山丘陵區(qū)，尤其是集中分布在老嶺中山區(qū)及圖們江沿岸，均發(fā)育在地形高差大（一般高差大于300 m）、坡度陡（坡角40°以上）的地區(qū).區(qū)內(nèi)崩塌點巖土體類型以巖漿巖為主，占72.8%；碎屑巖占15.9%；變質(zhì)巖占11.2%.此與區(qū)內(nèi)巖體類型分布面積比例基本一致.從發(fā)生時間上看，發(fā)生于6—9月的崩塌占研究區(qū)全年崩塌的87.4%，其中7—8月占65.6%，說明崩塌與降水關(guān)系密切，具有明顯的正相關(guān)性.

3.2 泥石流

泥石流是研究區(qū)東部中低山區(qū)分布較普遍、活動較頻繁的地質(zhì)災害，主要以河谷型水石流和溝谷型泥石流為主.區(qū)內(nèi)引發(fā)泥石流地質(zhì)災害的降雨臨界值約為：24 h降水量大于100 mm，或48 h連續(xù)降水量大于150 mm.研究區(qū)大型泥石流周期為10~20年發(fā)生一次，小型泥石流災害發(fā)生周期為2~3年發(fā)生一次.

研究區(qū)泥石流絕大部分分布在張廣才嶺－龍崗山的中低山區(qū).河谷型水石流分布在山間坡降較大、地形開闊，物源廣泛的河谷中，其形成區(qū)與流通區(qū)無明顯界線，搬運路程較長，具有流速快、能量大、破壞力強的特點.溝谷型泥石流分布于中低山山區(qū)易于匯水、地形坡度大、沖溝發(fā)育、無常年流水、碎屑物質(zhì)豐富的溝谷中，物源范圍小，具有發(fā)生頻率高、規(guī)模小的特點.

研究區(qū)泥石流多以稀性泥石流為主，一般均發(fā)育多條泥石流支溝，坡降20°左右，常成群集中分布.從泥石流中的固體碎屑物質(zhì)組成上看，河谷型由碎石、礫石、砂及黏土組成，粒徑大小相差不太懸殊，有一定的磨圓度和分選性；溝谷型由塊石、角礫、砂、黏土及耕植土組成，粒徑大小相差十分懸殊，磨圓度差，且無分選性.泥石流流體運動特征也有差別.河谷型泥石流屬稀性泥石流，固體碎屑物質(zhì)在流體中具有明顯的垂直分帶性，土粒與砂粒呈懸浮狀態(tài)，紊流運動，被搬運距離遠；碎石、礫石在流體中為半懸浮狀態(tài)，在流體下部以翻滾、跳躍和被推移的搬運，被搬運距離相對較近.溝谷型泥石流屬黏性，固體碎屑物質(zhì)含量高，其運動除靠流體搬運外，由于坡度大，自身還具有較大的下滑力.因此，固體碎屑物質(zhì)在流體中沒有明顯的垂直分帶性，塊石、碎石、砂、土混雜.研究區(qū)泥石流的堆積特征主要有：河谷型泥石流堆積區(qū)比例大，自上而下略有粒徑由大到小的總體趨勢，多次活動后，堆積扇軸方向變化較小，堆積物疊加為主；溝谷型泥石流堆積區(qū)比例很小，粒徑分布無明顯規(guī)律，多次活動后，堆積扇扇軸擺動大，堆積物相接，部分疊加方式分布.

坡面型泥石流主要分布在老嶺山脈，一般分布在山體坡角40～50°的坡面稍凹處，其特點是流通區(qū)極短，供給區(qū)與堆積區(qū)幾乎相連.堆積物近錐體型，規(guī)模一般較小，泥石流溝總長度百余米左右，供給區(qū)長度50～80 m，堆積區(qū)長30～60 m，堆積物無分選，暴發(fā)時間短.

3.3 滑坡

研究區(qū)內(nèi)滑坡分布較少，但危害較大，多屬巖體蠕動滑坡，具有間歇性活動特點，已發(fā)生的滑坡均為小型.研究區(qū)內(nèi)滑坡按動力成因多屬自然滑坡，按滑坡體物質(zhì)組成劃分多屬土體滑坡，滑動面為碎石土滑坡體與基巖接觸面.區(qū)內(nèi)滑坡具有較明顯的形態(tài)特征一致性，即滑坡要素基本相同.滑坡體上部由破碎松散的土石組成，表面起伏不平，周界不明顯；滑坡壁高度1～5 m左右，陡度60～70°左右；滑動面（帶）傾向與坡體總體坡度基本一致，與滑動方向基本一致的剪切裂縫成群出現(xiàn)，一般延伸長度20～30 m，個別達50 m左右，多數(shù)寬度為5～10 cm，最寬達30 cm，相對錯距一般0.3～1.0 m，最大為1.5 m.

3.4 地面塌陷

地面塌陷是研究區(qū)造成單位面積國民經(jīng)濟損失最大的地質(zhì)災害，多為采礦引起.多年以來，各礦山均有不同程度的地面塌陷發(fā)生，尤其是琿春市、九臺市、蛟河市等煤礦分布較多的城市.研究區(qū)地面塌陷坑一般為近橢圓形或近圓形，比采空區(qū)范圍稍大，塌陷深度從內(nèi)到外，由大變小，有時數(shù)個塌陷坑相連或部分重疊.

4 環(huán)境地質(zhì)問題易發(fā)性區(qū)劃及其分布特征

通過利用地質(zhì)災害綜合危險性指數(shù)法對研究區(qū)地質(zhì)災害易發(fā)性進行計算，將研究區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題分為4個高易發(fā)區(qū)、2個中易發(fā)區(qū)和3個低易發(fā)區(qū)（圖2）.

圖2 長吉圖經(jīng)濟區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題分區(qū)圖Fig.2 Environmental geological zoning map of the CJT Economic Zone

4.1 地質(zhì)災害高易發(fā)區(qū)（I）

主要分布于地質(zhì)構(gòu)造密集，巖土體類型復雜，年降雨量較大的長白中低山區(qū)，分布面積16 048 km2，占研究區(qū)總面積的22.31%.區(qū)內(nèi)有崩塌369處，滑坡61處，泥石流285處，地裂縫及地面塌陷11處，共計726處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的46.75%，平均地質(zhì)災害點密度為4.52個/100 km2.

（1）和龍－龍井－延吉－琿春高易發(fā)區(qū)（I1）

位于長吉圖經(jīng)濟區(qū)的東南部的和龍市、龍井市、延吉市及琿春市和西北部的的安圖縣部分地區(qū)，分布面積11 751 km2，占研究區(qū)總面積的16.34%.區(qū)內(nèi)巖土體類型主要為堅硬的中厚層狀以砂礫巖為主的巖組、軟弱的中層—薄層狀以砂礫巖為主的巖組及堅硬塊狀以花崗巖為主的侵入巖巖組，北西向及北東向斷裂發(fā)育.區(qū)內(nèi)地貌由長白火山與熔巖臺地區(qū)、延邊中山低山區(qū)及延吉、和龍、圖們、琿春丘陵盆地等組成.區(qū)內(nèi)有崩塌336處，泥石流152處，滑坡58處、地裂縫及地面塌陷7處，共計553處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的35.61%，平均密度為4.71個/100 km2，為崩塌、滑坡、泥石流高易發(fā)區(qū)域.

（2）嘎呀河上游高易發(fā)區(qū)（I2）

位于汪清縣嘎呀河上游沿岸，分布面積2 772 km2，占研究區(qū)總面積的3.85%.區(qū)內(nèi)巖土體類型主要為砂礫巖及軟弱的中厚—薄層狀黏土，為泥石流的形成提供了豐富的物源條件.區(qū)內(nèi)地貌類型主要為中低山.區(qū)內(nèi)有泥石流76處，崩塌14處，滑坡2處，共計92處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的5.92%，平均密度為3.32個/100 km2，為泥石流高易發(fā)區(qū).

（3）安圖縣松江－永慶高易發(fā)區(qū)（I3）

位于研究區(qū)東南部安圖縣所屬三道鄉(xiāng)、松江鎮(zhèn)、兩江鎮(zhèn)、小沙河鄉(xiāng)及永慶鄉(xiāng)，分布面積1 406 km2，占研究區(qū)總面積的1.95%.區(qū)內(nèi)巖土體類型以較堅硬夾軟弱的中厚—薄層狀砂礫巖黏土巖互層巖組為主，地貌類型主要為中低山.區(qū)內(nèi)有泥石流55處，崩塌14處，地裂縫及地面塌陷4處，共計73處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的4.70%，平均密度為5.19個/100 km2，為泥石流高易發(fā)區(qū)域.

（4）長白山天池高易發(fā)區(qū)（I4）

位于長白山天池周邊，分布面積119 km2，占研究區(qū)總面積的0.17%.區(qū)內(nèi)巖土體類型主要為塊狀堅硬玄武巖，地貌屬長白山火山中山區(qū)，地形坡度大.崩塌、泥石流地質(zhì)災害發(fā)生頻率高，現(xiàn)有崩塌5處，泥石流2處，滑坡1處，總計8處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的0.52%，平均密度為6.72個/100 km2，為崩塌、泥石流、滑坡高易發(fā)區(qū)域.

4.2 地質(zhì)災害中易發(fā)區(qū)（II）

主要分布在巖土體類型較多或地質(zhì)構(gòu)造較密集的東部低山丘陵及部分中低山地區(qū)，分布面積34 599 km2，占研究區(qū)總面積48.10%.區(qū)內(nèi)有崩塌364處，滑坡63處，泥石流179處，地面塌陷及地裂縫65處，共計671處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的43.21%，平均密度為1.94個/100 km2.

（1）吉林－蛟河－敦化－汪清中易發(fā)區(qū)（II1）

位于研究區(qū)中部及東部的蛟河市、永吉縣、敦化市、汪清及安圖縣的部分地區(qū)，分布面積32 595 km2，占研究區(qū)總面積的45.31%.區(qū)內(nèi)巖土體類型復雜，變質(zhì)巖、花崗巖、碎屑巖、土體均有分布，地貌類型大部分為低山丘陵，部分為中低山.區(qū)內(nèi)有崩塌313處，滑坡62處，泥石流173處，地面塌陷及地裂縫53處，共計601處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的38.70%，平均密度為1.84個/100 km2.區(qū)內(nèi)受人類工程活動影響比較強，巖土體較為松散，在公路沿線及巖土體類型接觸帶附近發(fā)生崩塌災害較多，加之年平均降雨量較大，在汛期常發(fā)生泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災害，為崩塌、泥石流中易發(fā)區(qū)域.

（2）九臺－上河灣中易發(fā)區(qū)（II2）

位于九臺市，呈帶狀分布，面積2 004 km2，占研究區(qū)總面積的2.79%.區(qū)內(nèi)巖土體類型為砂礫巖、火山巖及砂類土，地貌類型為低山丘陵及沖洪積臺地，地形坡度10～40°.區(qū)內(nèi)煤礦、采石場較多，人類工程活動比較劇烈，地面塌陷災害較為發(fā)育.區(qū)內(nèi)有崩塌51處，滑坡1處，泥石流6處，地面塌陷及地裂縫12處，共計70處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的4.51%，平均密度為2.79個/100 km2.由于區(qū)內(nèi)九臺煤礦開采并且修建鐵路、公路較多，因此引發(fā)地質(zhì)災害發(fā)生較多，屬崩塌、地面塌陷為主的中等易發(fā)區(qū)域.

4.3 地質(zhì)災害低易發(fā)區(qū)（III）

主要分布在巖土體類型較少，地質(zhì)構(gòu)造密度較低的地區(qū)以及平原區(qū)，分布面積21 288 km2，占研究區(qū)總面積的29.59%.區(qū)內(nèi)有崩塌123處，滑坡10處，泥石流23處，地面塌陷及地裂縫1處，共計157處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的10.11%，平均密度為0.74個/100 km2.該區(qū)域大部地區(qū)地形比較平緩，地質(zhì)構(gòu)造較不發(fā)育，丘陵區(qū)森林植被覆蓋較好，不易發(fā)生危害性較大的地質(zhì)災害.

（1）雙陽－萬昌－孤店子低易發(fā)區(qū)（III1）

位于伊舒槽地、伊通縣及吉林市，分布面積5 270 km2，占研究區(qū)總面積的7.33%.區(qū)內(nèi)有崩塌28處，滑坡3處，泥石流11處，地面塌陷及地裂縫1處，共計43處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的2.77%，平均密度為0.82個/100 km2.區(qū)內(nèi)巖土體類型較簡單，以砂類土和黏性土為主.該區(qū)域地質(zhì)災害以土質(zhì)崩塌、水土流失為主，主要分布在河流沿岸，其表現(xiàn)形式多為人工切坡或河流沖刷形成的陡坎而導致的崩塌.

（2）林海－海浪低易發(fā)區(qū)（III2）

位于蛟河市與敦化市北部蛟河、牡丹江的上游，分布面積4 672 km2，占研究區(qū)總面積的6.49%.區(qū)內(nèi)有崩塌28處，滑坡6處，泥石流12處，共計46處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的2.96%，平均密度為0.98個/100 km2.區(qū)內(nèi)巖土體類型主要有堅硬塊狀中厚花崗巖、薄層狀軟弱花崗巖風化殼、較堅硬塊狀－厚層狀火山碎屑巖，為崩塌低易發(fā)區(qū)域.

（3）平原地區(qū)為主地質(zhì)災害低易發(fā)區(qū)（III3）

主要分布在長春－德惠－農(nóng)安一帶，地形比較平坦，分布面積11 346 km2，占研究區(qū)總面積的15.77%.區(qū)內(nèi)共有67處小型崩塌點，1處滑坡點，共計68處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的4.38%，平均密度為0.60個/100 km2.區(qū)內(nèi)巖土體類型較簡單，主要為黃土狀亞黏土、亞砂土、砂、泥巖等.區(qū)內(nèi)地質(zhì)災害以土質(zhì)崩塌為主，多分布在河流沿岸，其表現(xiàn)形式多為人工切坡或河流沖刷形成的陡坎.

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)內(nèi)崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災害發(fā)生的主要影響因素是降水、地形地貌、巖土體類型、地質(zhì)構(gòu)造、人類工程活動.區(qū)內(nèi)地質(zhì)災害的發(fā)生多由以上數(shù)種因素共同作用產(chǎn)生，其中降水是誘發(fā)地質(zhì)災害的最主要的原因，其次為地形地貌.

（2）研究區(qū)內(nèi)的和龍市、龍井市、延吉市、琿春市、安圖縣部分地區(qū)、汪清縣嘎呀河上游沿岸以及長白山天池周邊等地為崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害高易發(fā)區(qū)，共有地質(zhì)災害點726處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的46.75%；蛟河市、永吉縣、敦化市、汪清縣等低山丘陵地區(qū)為崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災害中易發(fā)區(qū)，共有地質(zhì)災害點671處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的43.21%；伊通縣、吉林市和長春－德惠－農(nóng)安一帶為崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災害低易發(fā)區(qū)，共有地質(zhì)災害點157處，占研究區(qū)地質(zhì)災害點總數(shù)的10.11%.

（3）研究區(qū)內(nèi)崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害高易發(fā)區(qū)分布面積約占研究區(qū)總面積的22.31%，平均密度為4.52個/100 km2；中易發(fā)區(qū)分布面積約占研究區(qū)總面積48.10%，平均密度為1.94個/100 km2；低易發(fā)區(qū)分布面積約占研究區(qū)總面積29.59%，平均密度為0.74個/100 km2.