淺析沁源縣地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)因子與成災(zāi)模式

李 遠(yuǎn)

（山西省地質(zhì)勘查局二一二地質(zhì)隊(duì)，山西 長治 046000）

1 概述

沁源縣地處山西省東南部，境內(nèi)地勢起伏，人類工程活動主要集中在堆積河谷及黃土丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)中西部地區(qū)為煤礦主采區(qū)，是崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)地區(qū)。沁源縣地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)因子與地形地貌、工程地質(zhì)巖組、斜坡結(jié)構(gòu)、水文條件、人類工程活動等息息相關(guān)。本文根據(jù)沁源縣孕災(zāi)因子，總結(jié)出沁源縣地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)模式，為未來沁源縣地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險管控和治理打下良好基礎(chǔ)。

2 v孕災(zāi)因子

2.1 地貌與地質(zhì)災(zāi)害

沁源縣地貌分區(qū)主要包括：中山區(qū)、低中山區(qū)、梁峁?fàn)铧S土丘陵及堆積河谷區(qū)，各類地質(zhì)災(zāi)害在其發(fā)育數(shù)量如下所述（圖1）：

圖1 沁源縣地貌與地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)柱狀圖

（1）中山區(qū)：該區(qū)面積1085.5km2,占全區(qū)面積的42.6%，總體發(fā)育災(zāi)害數(shù)量22處，災(zāi)害占比26.8%，災(zāi)點(diǎn)密度0.020處/km2，災(zāi)點(diǎn)密度遠(yuǎn)小于沁源縣總體災(zāi)點(diǎn)密度，總體來講該區(qū)災(zāi)害較不易發(fā)。

（2）低中山區(qū)：該區(qū)總體包括剝蝕侵蝕低中山區(qū)和溶蝕侵蝕低中山區(qū)兩個二級單元，面積1239.1km2，占全區(qū)面積的48.6%?？傮w發(fā)育災(zāi)害數(shù)量41處，災(zāi)害占比50.0%，災(zāi)點(diǎn)密度0.033處/km2，災(zāi)點(diǎn)密度大于沁源縣總體災(zāi)點(diǎn)密度，總體來講該區(qū)災(zāi)害較易發(fā)。

（3）梁峁?fàn)铧S土丘陵：該區(qū)小范圍分布于縣境北部、中南部部分山區(qū)的山前地帶，面積97.2km2，占全縣總面積3.8%。北部王和—王陶一帶由上更新統(tǒng)坡積黃土組成，南部山前丘陵為中更新統(tǒng)洪積物組成。沖溝較發(fā)育，起伏較小，在整體黃土梁狀高地上,有較明顯的峁和鞍地?？傮w發(fā)育災(zāi)害數(shù)量11處，災(zāi)害占比13.4%，災(zāi)點(diǎn)密度0.113處/km2，災(zāi)點(diǎn)密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沁源縣總體災(zāi)點(diǎn)密度，總體來講該區(qū)災(zāi)害極易發(fā)。

（4）堆積河谷：該區(qū)主要位于沁河、龍鳳河、仁義河、靜仁河河谷地帶,面積127.1km2，占全縣總面積5.0%。多為“U”型河谷，河谷由全新統(tǒng)沖積砂土、砂礫石與基巖山區(qū)風(fēng)化碎石組成?？傮w發(fā)育災(zāi)害數(shù)量8處，災(zāi)害占比9.8%，災(zāi)點(diǎn)密度0.063處/km2，災(zāi)點(diǎn)密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沁源縣總體災(zāi)點(diǎn)密度，總體來講該區(qū)災(zāi)害極易發(fā)。

2.2 工程地質(zhì)巖組與地質(zhì)災(zāi)害

通過統(tǒng)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)可知，沁源縣崩塌、滑坡共計(jì)76處，主要發(fā)育在以下5類工程地質(zhì)巖組中：

（1）軟弱層狀碳酸鹽巖巖組：廣泛分布于縣境西部山區(qū)，面積171.54km2，占全縣總面積6.73%。巖性為奧陶系上馬家溝組泥灰?guī)r、角礫狀白云質(zhì)泥灰?guī)r夾灰?guī)r，整體較軟弱，遇水后抗剪強(qiáng)度降低，為溶蝕山區(qū)的不穩(wěn)定巖組。該區(qū)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育總數(shù)為7處、占崩塌、滑坡總數(shù)的9.2%，災(zāi)點(diǎn)密度0.041處/km2，其中崩塌6處、滑坡1處。

（2）軟弱—堅(jiān)硬層狀碎屑巖巖組：廣泛分布于縣境東部、南部山區(qū)，面積1241.63km2，占全縣總面積48.7%。三疊系劉家溝組、二馬營組細(xì)粒砂巖、粉砂巖與紫紅色泥巖組成，砂巖強(qiáng)度高，抗風(fēng)化能力強(qiáng)；泥巖易風(fēng)化，遇水易軟化，易成為該巖組不穩(wěn)定因素。該區(qū)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育總數(shù)為22處、占崩塌、滑坡總數(shù)的28.9%，災(zāi)點(diǎn)密度0.018處/km2，其中崩塌19處、滑坡3處。

（3）軟硬相間層狀砂頁巖巖組：南北向展布于縣境中部，面積414.48km2，占全縣總面積16.25%。為一套二疊系砂巖、砂質(zhì)頁巖、頁巖互層。砂巖強(qiáng)度高，抗風(fēng)化能力強(qiáng)；頁巖風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重、呈碎裂狀，遇水易軟化，影響該巖組穩(wěn)定性，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。該區(qū)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育總數(shù)為22處、占崩塌、滑坡總數(shù)的28.9%，災(zāi)點(diǎn)密度0.053處/km2，其中崩塌15處、滑坡7處。

（4）粘性土單層土體：分布于丘陵區(qū)及邊山地帶，面積102.02km2，占全縣總面積4%。包括上新近系、中更新統(tǒng)粘土、亞粘土與上更新統(tǒng)亞砂土兩部分，其中前者為較密實(shí)的粘土、亞粘土夾鈣質(zhì)結(jié)合，多出露于丘陵區(qū)溝谷，脹縮性較小，工程地質(zhì)性質(zhì)較好。后者為上更新統(tǒng)坡積物，質(zhì)地均一，結(jié)構(gòu)疏散，垂直節(jié)理發(fā)育，一般具有Ⅱ級非自重濕陷性，遇水強(qiáng)度顯著降低，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。該區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育總數(shù)為2處、占崩塌、滑坡總數(shù)的2.6%，災(zāi)點(diǎn)密度0.020處/km2。

（5）砂土、粘性土、砂礫石多層土體：主要分布于濁漳河等河流的河床、河漫灘及I級階地，面積131.71km2，占全縣總面積5.17%。主要巖性為礫石層、砂類土層及粉土層，厚度10～30m。整體較松散，級配良好，透水性強(qiáng)，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。該區(qū)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育總數(shù)為23處、占崩塌、滑坡總數(shù)的30.3%，災(zāi)點(diǎn)密度0.175處/km2，其中崩塌16處、滑坡7處。

2.3 斜坡結(jié)構(gòu)與地質(zhì)災(zāi)害

區(qū)內(nèi)出露斜坡巖土體結(jié)構(gòu)主要包括以下幾種類型：黃土型、黃土＋基巖接觸面型、基巖型。

（1）黃土型：此類斜坡坡腳至坡頂均為第四系黃土構(gòu)成，主要分布在縣境內(nèi)沁河南段。該類型斜坡活動程度從黃土本身來講，主要與黃土的工程地質(zhì)性質(zhì)密切相關(guān)，一方面黃土質(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，有利于滑坡體與母體分離。另一方面黃土遇水時強(qiáng)度急劇降低，有利于形成滑動面，可沿谷底坡腳剪出。根據(jù)統(tǒng)計(jì)該類地層發(fā)生崩塌共18處，滑坡2處，與其巖土體特性有一致性。

（2）黃土+基巖接觸面型：此類型斜坡上部為黃土，下部為基巖，主要由黃土+砂泥巖互層、黃土+砂巖，多發(fā)育與王和鎮(zhèn)、中峪鄉(xiāng)一帶，下伏基巖是大多滑坡發(fā)生的正向影響因素：一是巖土在工程地質(zhì)性質(zhì)上具顯著差別，基巖力學(xué)強(qiáng)度大，抗滑能力強(qiáng)，活動性低，多成為滑坡剪出口的下伏穩(wěn)定地層；二是基巖的隔水性能相對較好，地下水容易在基巖面上相對富集，易飽水，造成基巖之上黃土力學(xué)強(qiáng)度下降，轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑤А?/p>

（3）基巖型：此類型斜坡基本全部由基巖組成，主要類型有以下2種：一是由石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖組成，出露于西北部碳酸鹽巖山區(qū)。碳酸鹽巖呈厚層塊狀，堅(jiān)硬，抗風(fēng)化，抗侵蝕能力強(qiáng)；但普遍存在溶蝕形成的空腔及軟弱的泥灰?guī)r，由于長時間的降水入滲以及差異風(fēng)化，導(dǎo)致該類地區(qū)普遍出現(xiàn)高聳獨(dú)立的危巖，受降雨等外動力因素影響，導(dǎo)致坡體易失穩(wěn)產(chǎn)生崩塌。二是由巖性為砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖夾煤層，并與泥巖、砂質(zhì)泥巖互層，主要分布于沁源縣大面積分布的剝蝕侵蝕低中山區(qū)中，該類地層易風(fēng)化，強(qiáng)度較低，由于有泥巖等軟弱巖層大量存在，使得整個巖體抗剪強(qiáng)度降低，在雨水入滲后，易沿著軟弱泥巖層面向下滑動，形成滑坡。并且砂巖與泥巖的差異風(fēng)化，也容易導(dǎo)致下部泥巖率先風(fēng)化剝蝕，上部砂巖懸空，形成崩塌。

2.4 人類活動

沁源縣人類活動主要包括房屋開發(fā)、道路開發(fā)、煤礦采礦等。這些工程活動也是沁源縣內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要原因。

3 地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)模式

3.1 崩塌成災(zāi)模式

沁源縣崩塌地質(zhì)災(zāi)害共計(jì)58處，受到地貌形態(tài)、工程地質(zhì)巖組、斜坡結(jié)構(gòu)及人類活動等多種因素的綜合影響，很大程度決定了崩塌成災(zāi)模式。現(xiàn)將其成災(zāi)模式分析如下：

（1）傾倒式：該類崩塌共計(jì)19處，多發(fā)生于上軟下硬的巖土體組合中，在崩塌體失穩(wěn)時，以坡腳的某一點(diǎn)為轉(zhuǎn)點(diǎn)，發(fā)生轉(zhuǎn)動性傾倒。其特點(diǎn)是坡頂普遍存在垂直節(jié)理、柱狀節(jié)理，上覆巖土體未懸空。沁源縣發(fā)育的19處傾倒式崩塌有8處發(fā)育在T+P砂泥巖中，7處發(fā)育在第四系黃土中，有4處發(fā)育在奧陶系石灰?guī)r中。T+P砂泥巖易風(fēng)化，內(nèi)部節(jié)理裂隙發(fā)育；而Q3黃土結(jié)構(gòu)較為松散、水敏性高，易濕陷，易風(fēng)化。坡體高度大多超過20m，這都為土體傾倒變形提供有利條件.

（2）墜落式：該類崩塌共計(jì)25處，常見于坡度較陡的斜坡，崩塌巖土體下部缺少支撐，往往呈現(xiàn)出懸空狀態(tài)，發(fā)育崩塌原始坡高大多高于15m；崩塌的斜坡基本均有植被覆蓋，并且以灌木及草地居多。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)。墜落式崩塌發(fā)生較為迅速，不容易預(yù)報。

（3）滑移式：該類崩塌共計(jì)14處，其所處斜坡被豎直節(jié)理或裂縫切割后，被切割的土體沿著古土壤、砂巖等相對硬質(zhì)基底坡下滑動，這種崩塌通常被稱為滑移式崩塌。沁源縣3處滑移式黃土崩塌主要發(fā)生在（Q3）粉土層，該類崩塌底部有較硬的粉質(zhì)粘土，中部夾有軟弱的鈣質(zhì)結(jié)合層。11處滑移式巖質(zhì)崩塌主要由三疊系劉家溝組及二疊系下石盒子組砂巖夾泥巖組成，泥巖易在降水作用下泥化，并且抗風(fēng)化能力較差。當(dāng)邊坡開挖時，或者雨水下滲時，由于后緣產(chǎn)生卸荷作用，一般會沿著豎向節(jié)理面發(fā)育卸荷裂隙，上覆厚層粉土和砂巖易沿著鈣質(zhì)結(jié)合層或向下滑落，形成滑移式崩塌。這里崩塌的主要誘發(fā)因素是降雨，在崩塌發(fā)生前，均有不同程度的降雨，但崩塌與降雨之間通常存在著時間差，由降雨引發(fā)的崩塌滯后性。該類崩塌變形破壞時會有一個較為長的拉張—破裂時間，較傾倒式與墜落式時間較長，較易于防治。

3.2 滑坡成災(zāi)模式

沁源縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害及隱患共計(jì)18處，現(xiàn)將其成災(zāi)模式分析如下：

（1）黃土—基巖接觸面滑坡：該類滑坡滑體主要由粉土或粉質(zhì)粘土組成，滑床由泥巖、砂巖等硬質(zhì)基底組成。這類滑坡的成災(zāi)模式一般為滑移—壓制—拉裂型。其成災(zāi)模式為由于坡腳開挖致坡腳產(chǎn)生應(yīng)力集中，斜坡向臨空方向變形，坡頂產(chǎn)生拉張裂縫。這些裂縫的形成以及人類活動對坡表土壤的擾動耕植為雨水入滲提供了良好的通道。當(dāng)雨水入滲到泥巖頂部時，由于泥巖透水性差，雨水富集形成飽水帶，軟化上部黃土層。此時，該層土體處于壓剪應(yīng)力狀態(tài)，構(gòu)成潛在的滑動帶。這類滑坡主滑面傾角較緩，但滑面較長，滑動時具有滑速低、滑動距小的特點(diǎn)，較易防治。

（2）粉土—粉質(zhì)粘土滑坡：該類滑坡的滑動體主要由Q3粉土組成，滑床主要由Q2粉質(zhì)粘土組成。其成災(zāi)模式為前緣開挖致后緣拉裂破壞，同時因坡頂拉張裂縫的卸壓作用，加強(qiáng)了坡腳的擠壓作用。坡表馬蘭黃土節(jié)理裂隙較為發(fā)育，具有良好的導(dǎo)水性，為地表水下滲提供了有利通道。而雨水入滲深度有限，滲透到透水性差的粉質(zhì)粘土，使得Q2黃土頂部形成飽水帶。這一接觸面位土體易侵水軟化，處于壓剪應(yīng)力狀態(tài)，構(gòu)成潛在的滑動帶。此類滑坡產(chǎn)生速度較慢，較易防治。

（3）砂巖—泥巖軟弱結(jié)構(gòu)面滑坡：該類滑坡多為順向型滑坡，坡體巖性主要由砂巖夾軟弱泥巖為主，此類滑坡的成災(zāi)模式通常發(fā)生在各類順層邊坡中，由于開挖坡角大于巖層傾角的緩傾角和中等傾角，巖體層面被截?cái)嘈纬膳R空面，之后斜坡巖體在自重應(yīng)力的作用下沿軟弱層面向臨空面方向蠕動滑移，使滑移體逐漸拉裂解體。當(dāng)滑移面向臨空面方向傾角大于上覆巖體在該巖層面的綜合抗滑阻力內(nèi)摩擦角時，則該面一經(jīng)截?cái)嗯R空后，坡巖體隨即產(chǎn)生蠕滑變形，后緣拉裂面一旦出現(xiàn)即迅速滑落。

4 結(jié)論

可以看出，沁源縣崩塌、滑坡的成災(zāi)模式，與孕災(zāi)因子息息相關(guān)，通過分析，得到沁源縣崩塌、滑坡主要受地形地貌、工程地質(zhì)巖組、斜坡結(jié)構(gòu)及人類工程活動等控制，其崩塌成災(zāi)模式主要是傾倒式、墜落式與滑移式，滑坡成災(zāi)模式主要是黃土—基巖接觸面滑坡、粉土—粉質(zhì)粘土滑坡以及砂巖—泥巖軟弱結(jié)構(gòu)面滑坡。不同的成災(zāi)模式的變形速度也有所不同，因此可采用不同的風(fēng)險管控措施進(jìn)行防治。