銅陵市地質(zhì)災(zāi)害特征及發(fā)育規(guī)律

汪 璐

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局321地質(zhì)隊）

銅陵市地處安徽沿江丘陵平原地區(qū)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，碳酸鹽巖廣泛發(fā)育，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重威脅了人民群眾的生命財產(chǎn)安全，影響了正常生產(chǎn)生活。如1996年銅山銅礦滑坡，直接導(dǎo)致選廠損毀，損失達(dá)300余萬元；1992—1996年銅陵軍分區(qū)庫房滑坡，滑坡土方達(dá)1.8×104m3；1999年汛期，市建成區(qū)產(chǎn)生滑坡18處，造成4家礦山停采，20余棟房屋毀壞［1］。2016年，銅陵五峰山山前緣出現(xiàn)小幅隆起和局部裂縫，嚴(yán)重威脅到山腳下五峰村［2］，1955年小街地區(qū)巖溶塌陷，至2017年，先后有31處被列為巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害點［3］。本研究以銅陵市1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查成果為基礎(chǔ)，闡明該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型、地質(zhì)災(zāi)害特征及地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律，對于指導(dǎo)區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害防控具有十分重要的意義。

1 地質(zhì)環(huán)境背景因

1.1 地形地貌

銅陵市屬沿江丘陵平原區(qū)，總體地勢東南高、西北低，地形復(fù)雜多樣，平原、丘陵、山地兼有。平原主要分布在長江及其支流兩岸，地形平坦開闊，標(biāo)高10～20 m；受構(gòu)造控制，低山丘陵整體呈NE向展布，主要分布于大通—銅官山、天門一帶，地形起伏大，一般為100～500 m，最高點為天門山576.6 m。地貌類型主要分為平原、丘陵兩個大類，平原、淺丘狀平原、低丘、高丘4個亞類，微地貌類型主要有沖溝、坳谷、崗地等。

1.2 地層巖性

根據(jù)沉積建造特征，區(qū)域地層可劃分為9個構(gòu)造層（表1），區(qū)域地層的基本特征為志留系—中三疊統(tǒng)下部東馬鞍山組以海相沉積為主，中三疊統(tǒng)上部月山組—古近系以陸相碎屑巖夾火山巖為主。

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1.3 地質(zhì)構(gòu)造

銅陵地區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，由一系列NE走向“S”狀、相間序列排列的開闊式復(fù)向斜和緊閉式背斜組成，自西向東分別為金口嶺向斜、銅官山背斜、大通—順安復(fù)向斜、永春橋背斜—舒家店背斜、新屋里向斜、戴公山背斜。背斜較為狹窄而緊閉，向斜較寬闊，軸向北東，軸面呈“S”狀彎曲，樞紐略有起伏，總體向NE向傾伏，傾伏角為5°～15°，受NW向斷裂影響導(dǎo)致NE端相對“左型”位移且依次迭落，背斜核部出露地層逐漸變新。

蓋層斷裂構(gòu)造十分發(fā)育（圖1），主要為NE、NW向斷裂，具有多期性、繼承性的特點，NE向斷層以逆沖斷層為主，規(guī)模較大，位于背向斜兩翼，與背向斜走向一致，NW向斷層以正斷層為主，橫切背斜與向斜構(gòu)造，使地層沿走向錯斷不連續(xù)。上述斷層形成先后順序為NE向斷層（走向斷層）與褶皺同期形成，時代早，NW向斷層時代晚［4］。

（1）NE向斷裂構(gòu)造。與褶皺軸向一致，走向45°～55°。主要由一系列斷續(xù)分布的斷層組成，常發(fā)育在褶皺的翼部，總體表現(xiàn)為壓剪性斷裂帶，具有逆斷層性質(zhì)，為印支期及印支期后形成。

（2）NW向斷裂構(gòu)造。斷裂走向320°左右，以逆沖平移斷裂和擠壓破碎帶為主，常切穿早期褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造，具有多期不同性質(zhì)活動特點，但主要表現(xiàn)為左行走滑正斷層特點，多為印支后期和更晚時期形成。

（3）SN向斷裂構(gòu)造。一般呈近SN向或NNE向延伸，數(shù)量少但規(guī)模較大，常對早期構(gòu)造形成較大的破壞。

（4）NNE向斷裂構(gòu)造。表現(xiàn)為壓剪性斷裂性質(zhì)，規(guī)模一般不大，斷續(xù)分布，走向20°～30°，一般陡傾，斷裂變形強(qiáng)烈，發(fā)育碎裂巖，局部見糜棱巖，主要形成燕山期。

（5）NNW向斷裂構(gòu)造。斷裂走向350°左右，以平移斷裂和擠壓破碎帶為主，常切穿早期褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造，具有多期不同性質(zhì)活動特點，但主要表現(xiàn)為左行走滑正斷層特點，多為印支后期和更晚時期形成。

2 地質(zhì)災(zāi)害類型及特征

銅陵市地質(zhì)災(zāi)害較發(fā)育，類型為巖溶塌陷、采空塌陷、滑坡崩塌。銅陵市現(xiàn)存地質(zhì)災(zāi)害24處。以滑坡地質(zhì)災(zāi)害為主，計13處，占總數(shù)的54%，次為巖溶塌陷，計8處，占總數(shù)的34%；其余尚有采空塌陷2處，占總數(shù)的8%；崩塌1處，占災(zāi)害總數(shù)的4%（表2）。

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2.1 滑坡

據(jù)調(diào)查，銅陵市現(xiàn)存13處滑坡，規(guī)模以小型為主，僅有1處為中型。按照滑坡體巖土類型劃分，巖質(zhì)滑坡2處、土質(zhì)滑坡3處、碎石土滑坡8處，土質(zhì)滑坡和巖質(zhì)滑坡所占比例分別為84.62%和15.38%，以土質(zhì)滑坡為主。按照運動形式劃分，牽引式滑坡占10處，推移式滑坡占3處，所占比例分別為76.92%和23.08%。

據(jù)調(diào)查，滑坡平面形態(tài)主要為舌形、半圓形及不規(guī)則形，其中半圓形3處、舌形6處、不規(guī)則形4處，各占地質(zhì)災(zāi)害隱患點的23%、46%、31%。滑坡剖面形態(tài)主要呈凸型、凹型、直線型及復(fù)合型，其中凸型有4處，凹型有4處、直線型各有4處、復(fù)合型1處，各占地質(zhì)災(zāi)害隱患點總數(shù)的31%、31%、31%、7%（表3）。

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2.2 巖溶塌陷

據(jù)調(diào)查，現(xiàn)存8處巖溶塌陷，其中小型規(guī)模5處、中型規(guī)模3處。塌陷坑平面形態(tài)具有圓形、橢圓形、長條形、不規(guī)則形等。剖面形態(tài)具有壇狀、圓柱狀、漏斗狀、碟狀等，以壇狀和圓柱狀為主。塌陷坑直徑和深度多小于5 m。直徑小于5 m的塌陷占總數(shù)的73.7%，深度小于5 m的塌陷占總數(shù)的87.1%，直徑和深度大于10 m的較為少見（表4）。

注：d為塌陷直徑，h為塌陷深度。

2.3 采空塌陷

據(jù)調(diào)查，現(xiàn)存的2處采空塌陷地質(zhì)災(zāi)害隱患點規(guī)模均為中型。銅陵地區(qū)礦山一般為金屬礦山，采用井下開采方式，相較于煤礦井下巷道，采空區(qū)規(guī)模不大。因此，銅陵地區(qū)采空塌陷較少表現(xiàn)為大規(guī)模的地面沉陷，多表現(xiàn)為塌陷坑、地裂縫和地面沉陷。

（1）塌陷坑。以井下采空區(qū)為中心形成塌陷坑，多呈圓筒狀、長條狀，深數(shù)米至數(shù)十米。

（2）地裂縫。地下采動引起的地表拉伸變形，一般長10～30 m，寬0.02～0.3 m，與塌陷坑或地面沉陷伴生出現(xiàn)，一般與采空區(qū)邊界外側(cè)呈環(huán)狀分布，較少出現(xiàn)在采空區(qū)正上方。

3 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律

3.1 滑坡發(fā)育規(guī)律

（1）坡度坡向。銅陵市滑坡地質(zhì)災(zāi)害點主要分布于原始坡度10°～20°，但根據(jù)實際調(diào)查，大部分滑坡坡度處于50°～90°，多是由于人工切坡形成。地質(zhì)災(zāi)害在各個方向均有發(fā)育，沒有明顯的指向性，由于建房切坡引發(fā)的滑坡、崩塌一般分布在山坡向陽面的坡腳處，這是因為居民住房一般位于陽坡以便擁有良好的采光性。道路切坡則沒有明顯的方向性。

（2）地形地貌。主要分布于銅陵市中南部丘陵區(qū)，地形起伏變化大，地質(zhì)構(gòu)造（褶皺、斷層）發(fā)育強(qiáng)烈，巖體風(fēng)化破碎程度高，銅陵市北部為沿江沖積平原區(qū)，地形平坦，雖然人類工程活動（建房、修路）強(qiáng)烈，但基本無切坡現(xiàn)象，因此滑坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害較少。

（3）構(gòu)造與工程地質(zhì)巖組?；碌刭|(zhì)災(zāi)害多分布在背斜近軸部位置，褶皺構(gòu)造在水平應(yīng)力作用下，背斜隆起至軸面近直立，多伴隨形成一系列張性裂隙，巖石破碎嚴(yán)重，對地質(zhì)災(zāi)害的控制作用較為明顯。銅陵市土質(zhì)滑坡多位于第四系殘坡積層、少數(shù)為人工填土層（礦山排土場），成分多為含礫黏土、碎石土或黏土夾碎石，結(jié)構(gòu)較松散，物理力學(xué)性質(zhì)較差，遇水易軟化。銅陵市巖質(zhì)滑坡與工程地質(zhì)巖組關(guān)系密切，主要表現(xiàn)為：①較堅硬—軟弱厚層狀砂礫巖、礫巖（N2a+K）和較堅硬—軟弱薄層狀硅質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖（P2d、P2l、P1g1）；②發(fā)育泥質(zhì)、碳質(zhì)軟弱夾層的粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖及薄層狀含泥質(zhì)石灰?guī)r（D3w2、T1y、T1h）；③極易風(fēng)化的塊狀閃長巖、花崗閃長巖等巖組構(gòu)成滑坡體。

（4）時域分布。根據(jù)對銅陵市歷史上滑坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域滑坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在大水年份，并且多發(fā)生在汛期，尤其是5—8月份。

3.2 巖溶塌陷發(fā)育規(guī)律

3.2.1 分布規(guī)律

巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害分布于巖溶充水礦山周邊的山間沖溝、坳谷且隱伏溶溝、溶槽等巖溶現(xiàn)象發(fā)育的負(fù)地形中。這是因為巖溶充水礦山附近地下水活動（礦山抽排水）相對更強(qiáng)烈、負(fù)地形中地表水易于匯集，同時發(fā)育的溶溝、溶槽等溶蝕現(xiàn)象使地表水與地下水之間聯(lián)系更為緊密［5］。區(qū)域巖溶塌陷主要分布于下伏基巖為棲霞組、南陵湖組地層的淺覆蓋型巖溶區(qū)以及褶皺核部或近核部部位。主要原因為核部地層破碎、地下水活動強(qiáng)烈，造成塌陷密集分布；沿斷裂破碎帶呈帶狀分布，尤其是張性或張扭性斷裂帶兩側(cè)塌陷分布密集；塌陷均為上覆土層破壞陷落的土層塌陷，尚未發(fā)現(xiàn)基巖塌陷。

3.2.2 影響因素

通過對銅陵地區(qū)塌陷發(fā)育深度及覆蓋層厚度的統(tǒng)計分析，覆蓋層厚度與巖溶塌陷發(fā)育數(shù)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，土層厚度越大，土洞頂板埋深越大，土洞發(fā)育進(jìn)展越緩慢，能經(jīng)受地下水潛蝕的過程越長，越難以塌陷；反之，上覆土層厚度越薄，土洞頂板埋深越小，土洞發(fā)育進(jìn)展就越快，越容易產(chǎn)生塌陷。

根據(jù)調(diào)查，巖溶發(fā)育程度越高，塌陷密度越大；反之，則小。在具體位置上，體現(xiàn)為巖溶發(fā)育強(qiáng)烈的區(qū)段是塌陷主要分布區(qū)，如小街、新橋、朝山、白家山地區(qū)下伏基巖為灰?guī)r，基巖面起伏大，溶溝、溶槽、溶蝕裂隙發(fā)育，巖溶塌陷分布密度大。

背向斜軸部、斷裂帶及伴生裂隙、巖體接觸帶等地質(zhì)構(gòu)造將地層切割呈網(wǎng)狀，形成地下水滲流運移的良好通道，為碳酸鹽巖沿網(wǎng)狀裂隙溶蝕創(chuàng)造了良好環(huán)境，為塌陷的形成提供了有利條件。

3.3 采空塌陷發(fā)育規(guī)律

區(qū)域采空塌陷發(fā)育規(guī)律可描述為：①采空塌陷多發(fā)生在礦區(qū)及周邊500 m以內(nèi)范圍內(nèi)；②采空塌陷主要為淺層塌陷，塌陷深度一般小于30 m，極少數(shù)塌陷深度大于30 m；③單個塌陷具有突發(fā)性，多發(fā)生在礦山大爆破時，滯后時間短；④從整體上看，銅陵市采空塌陷多集中發(fā)生在20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初采礦活動集中期；⑤采空塌陷多分布在礦層埋深淺、厚度大、傾角陡、采空面積大且未及時充填處。

4 典型滑坡地質(zhì)災(zāi)害點分析

4.1 滑坡特征

本研究針對五峰山巖質(zhì)滑坡案例進(jìn)行分析。該處滑坡位于銅陵市義安區(qū)五峰村，滑坡體寬約300 m、長約320 m，面積約80 000 m2，滑帶埋深最深達(dá)40 m，預(yù)測體積約30×104m3。滑坡全貌見圖2，平面形態(tài)為舌形、剖面形態(tài)為復(fù)合型，為巖質(zhì)、推移式滑坡，滑帶土巖性為全—強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，滑床為中風(fēng)化石英砂巖?；驴梢娒黠@的滑坡后壁和滑坡側(cè)壁、坡體存在拉張裂縫、滑坡體前緣陡坎處存在小型崩塌且前緣道路處存在鼓脹等現(xiàn)象。

4.2 地質(zhì)環(huán)境條件

滑坡區(qū)地貌屬低山丘陵地貌類型，處于五峰山北側(cè)，周邊1 km海拔55～394.3 m，自然坡度10°～35°、前緣局部45°～60°；滑坡體坡面產(chǎn)狀330°∠10°～30°、巖層產(chǎn)狀320°～55°∠35～42°（前緣局部存在倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象），為順層坡；節(jié)理面產(chǎn)狀分別為235°∠46°和115°∠71°，形成“X”形共軛節(jié)理，結(jié)構(gòu)面張開度為1～3 mm，部分大于3 mm，延伸長，泥質(zhì)充填或半充填，結(jié)合差；滑坡周邊主要人類工程活動為礦業(yè)開采活動，現(xiàn)滑坡前緣存在多處采礦遺留陡坎、巷道口；滑坡體巖性為殘坡積層松散碎石土層和五通組上段全—強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖、石英粉砂巖夾多層泥質(zhì)軟弱層，最厚處達(dá)40 m，透水性極強(qiáng)。

4.3 成因分析

滑坡上部土體結(jié)構(gòu)松散、透水性強(qiáng)，下部為全—強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖夾泥質(zhì)夾層、遇水易軟化，物理力學(xué)性質(zhì)差。根據(jù)滑坡體變形特征并結(jié)合滑坡體地質(zhì)環(huán)境條件，認(rèn)為五峰山滑坡變形機(jī)制或變形破壞模式是一個受控于坡體層間軟弱層夾層“滑移—彎曲—剪斷”模式或“滑移—剪斷”模式。

滑坡后緣存在下錯陡坎（滑坡后壁、側(cè)壁），表明后部已產(chǎn)生滑動；前緣產(chǎn)生隆起（道路鼓脹），較原始地形高出數(shù)米，表明前緣受擠壓，前緣陡坎處巖層產(chǎn)狀與巖層整體產(chǎn)狀不一致。上述現(xiàn)象均與上述分析的變形破壞模式相吻合。

5 結(jié)論

（1）銅陵市地質(zhì)災(zāi)害類型以滑坡為主，其次為巖溶塌陷、采空塌陷、崩塌，各類地質(zhì)災(zāi)害占比分別為54%、34%、8%、4%，地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模多為小—中型?；碌刭|(zhì)災(zāi)害以牽引式土質(zhì)滑坡為主，從分布規(guī)律上看，多分布在銅陵中南部低山丘陵區(qū)，與人類工程活動關(guān)系最為密切，5—8月份汛期為滑坡高發(fā)期。巖溶塌陷多形成于礦山周邊，與礦山疏干排水關(guān)系密切，多發(fā)育棲霞組、南陵湖組碳酸鹽巖及褶皺和斷裂構(gòu)造部位。采空塌陷發(fā)育于井采金屬礦山周邊，尤其是早期采礦活動產(chǎn)生的采空塌陷多發(fā)。

（2）通過對銅陵市地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征與發(fā)育規(guī)律的綜合研究，認(rèn)為今后在生產(chǎn)中進(jìn)行切坡作業(yè)時，應(yīng)進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免由人工切坡引發(fā)的滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害；礦山應(yīng)做好開采設(shè)計，防止采空塌陷造成重大安全隱患，并采取相應(yīng)的工程措施，如進(jìn)行外圍注漿降低礦山與外圍水文單元的聯(lián)系等，預(yù)防巖溶塌陷的發(fā)生。