遼寧本溪市南芬區典型地質災害分析及預測

邵會文，張林，關樹野，王天一

（1.遼寧省地質環境監測總站，遼寧沈陽110032；2.遼寧省礦產勘查院，遼寧 沈陽 110032）

遼寧本溪市南芬區典型地質災害分析及預測

邵會文1，張林2，關樹野2，王天一2

（1.遼寧省地質環境監測總站，遼寧沈陽110032；2.遼寧省礦產勘查院，遼寧 沈陽 110032）

本溪市南芬區位于遼寧省東部山區，為該省地質災害的主要多發區，地質災害對該區人民群眾的生命財產造成重大損失.運用地質分析法輔以定量及半定量分析法對該區兩種主要地質災害雞冠砬子型崩塌及滾馬嶺型泥石流的致災因素分析研究并進行評價，揭示了其成因及演化規律，并提出相應的防災建議.

地質災害；崩塌；泥石流；形成機理；致災因素；遼寧省

本溪市南芬區位于遼寧省東部山區，為該省地質災害的多發區.該區資源豐富，經濟發展迅速，同時，隨著經濟的發展，地質災害正在成為該區主要的致貧因素.2001年8月，該區滾馬嶺溝遭遇了特大暴雨襲擊，引發大范圍的山洪爆發，形成泥石流、崩塌等地質災害，造成19人死亡，50多人受傷，經濟損失5000余萬元，災情屬重大—特大級.綜合歷史上及近期發生的地質災害資料，災情主要來自兩種類型的地質災害——崩塌及泥石流.

1 自然地理概況

本溪市南芬區位于遼東山區，為長白山脈向西南之延伸部分，屬中低山區.細河從區內通過屬常年地表徑流，區內植被發育，但由于采礦業發達，部分林地遭破壞.

2 典型地質災害分析與評價

該區曾多次發生地質災害，且現在地質災害隱患仍遍布全區，災種有崩塌、滑坡、泥石流等.本文選擇該區具典型意義的崩塌及泥石流災害加以評價.

2.1 雞冠砬子崩塌

2.1.1 地質環境條件

雞冠砬子崩塌位于下馬塘鎮施家村東，海拔1002.7 m.崩積群廣泛分布于山麓地帶，北部前緣位于滾馬嶺溝，上緣位于二道排溝至四道排溝溝源（圖1）.該處曾多次發生崩塌，為泥石流提供了大量物源.

圖1 南芬區地質圖Fig.1Geologic map of Nanfen District

在地殼區域上升的背景下，剝蝕作用強烈.在巖性及構造的控制下，形成了近東西向的山脊，近南北向的斜坡，坡面上陡下緩，溝谷狹長而順直.

雞冠砬子花崗巖位于滾馬嶺溝之中，沿東西向斷裂帶侵入，呈巖株狀產出，巖性主要為中粗粒塊狀花崗巖，與北側圍巖呈侵入接觸關系，圍巖為粉砂巖夾灰巖.花崗巖抗風化能力強，因此形成山峰和山脊，為崩塌分離體運動提供了動力條件.圍巖分布于山麓地帶，地勢相對平緩，為崩積物提供了暫停場所.

雞冠砬子巖體的產出形態與分布主要受東西向構造控制，該構造同時控制了地貌形態和崩塌的分布.滾馬嶺溝沿近東西向斷裂帶發育而成，與雞冠砬子山脊線大致平行.該崩塌是從接觸帶開始向巖體內部發展的.

2.1.2 穩定性現狀評價

雞冠砬子是在地殼連續上升，差異性構造剝蝕作用下形成的脊線鋸齒狀、近脊懸崖峭壁.雞冠砬子至滾馬嶺溝一帶坡面上覆大量崩積物，為近代連續堆積，尚未達到固結穩定程度，因此穩定性評價應包括崩塌后緣和崩積物兩個區域.

雞冠砬子區域上以東西向構造為主，花崗巖侵入體沿東西向壓扭性斷裂和北北東向復背斜交匯部位侵入，呈東西向分布［1］.從構造發展史來看，加里東運動、海西運動在本區表現為造陸運動，印支運動較強，燕山運動最為強烈［2］.雞冠砬子花崗巖體即為燕山期所形成，第四紀以來，該區處于緩慢上升階段，區內普遍存在2個夷平面.

雞冠砬子花崗巖與寒武系地層接觸面近于直立.在地殼持續上升過程中，由于不同部位巖性、結構、構造的差異導致差異性侵蝕與剝蝕，結果沿著斷層接觸帶發育成溝谷，即滾馬嶺溝；而抗風化能力強的花崗巖體成為山地，即雞冠砬子山.當溝谷不斷下切，達到一定深度時，產狀近直立的寒武系地層開始發生傾倒式崩塌，崩塌后緣不斷后退，循環反復直至花崗巖體突出地表.同時隨著圍巖剝蝕作用不斷加深，巖體出露面積不斷擴大，與圍巖間相對高差越來越大，崩塌開始發生，后緣不斷后退，至今尚未終止（圖2）.

雞冠砬子山陡崖下墜石出現，陡坡上崩積物裸露，醉樹遍地，說明該區崩塌仍處于不穩定狀態.

崩塌體巖性為中粗粒花崗巖，構造及節理、裂隙控制了巖體的完整性.現場調查本區巖石節理主要發育有3組，其中，NE20～30°最為發育，節理面平直且光滑.巖體表層以物理風化為主，巖石較破碎，局部可見球狀風化現象.具有繼承性的卸荷裂隙1組，走向與坡面走向近于平行，斷續延伸，為張性，且無充填物，形成多邊形分離體，分離體之間無充填物交結，其穩定性依賴于上下巖石界面上的摩擦阻力維持.據赤平投影結果顯示，外露分離體均處于不穩定狀態.

2.1.3 預測評價

雞冠砬子山崖陡壁高度大于20 m，其下陡坡坡度(β)40～50°，花崗巖山體中3組節理切割形成的分離體平均高18 m，長13 m，厚7 m，底面節理傾向臨空面，傾角(α)30°.危險滑動面呈臺階狀，臺面傾向臨空面，傾角15°（圖2）.喬木根系扎入垂向裂隙，纏繞巨石.靜力平衡理論安全系數按下式計算［3］：

圖2 雞冠砬子崩塌演化示意圖Fig.2Evolution of the Jiguanlazi collapse

式中α為滑動面的傾斜角，φ為滑帶巖、土的內摩擦角，G為滑體自重，Ph為水平地震力.

正常情況下φ＞α，K＞1，屬于安全狀態；K=1，屬于臨界狀態；K＜1，屬于不安全狀態.由此可見，該處現處于不穩定狀態.

雞冠砬子陡坡巨石分離體側面臨空，后壁張開裂隙縱向延伸較大，充填物很少，喬木根系扎入較深，暫時處于穩定狀態.在凍脹、地下水軟化反復作用下，將不斷降低滑移面的抗剪強度.遇暴風雨時，在動水壓力作用下，下滑力增大將會引發崩塌.按照剝蝕穩定坡角45°計算，陡崖將后退30 m，崩塌物將順坡堆積于緩坡之上.

崩塌堆積區圍巖崩塌物個體較小，在外動力地質作用下易被搬運至遠處，因此原地殘留很少.崩塌堆積區基巖頂部形態特征：南北向連續，坡度南陡北緩，東西向受南北向沖溝的破壞作用呈波浪狀.剖面上殘坡積層平均厚1.5 m，其上覆花崗巖崩積層厚度變化較大.地面坡度大于40°的區域，崩積物以塊石為主，主要為點接觸架空結構，充填物少，無交結、無層理，個體的穩定性主要靠下部個體的支持，導致整體穩定性差.坡腳或坡面局部遭到地表水侵蝕掏空、后續墜石的強力沖擊、基巖接觸帶遭受剝蝕作用下崩積物易發生位移，導致大面積滑塌.

綜上，雞冠砬子崩塌目前處于衰減階段，凍脹力作用是崩塌的主要影響因素，暴風雨和地震將成為誘發因素.該崩塌的次生災害就是為泥石流提供物源，威脅溝口居民人身財產安全.

2.2 滾馬嶺泥石流

2.2.1 地質環境條件

滾馬嶺流域位于中低山區，流域面積4 km2，相對高差556 m.滾馬嶺泥石流溝由近東西向的主溝及3條近南北向的支溝組成（圖3）.支溝橫斷面呈“V”型，谷底呈狹窄的尖狀，坡度陡，且陡坎發育.支溝的頂端為物源區，中下部為流通區（形成區），主溝的中下部為堆積區.該區域屬雨水多發區，年均降雨量為847.8 mm.

圖3 滾馬嶺泥石流流域分布圖Fig.3Distribution of the Gunmaling debris flow by watersheds

地層巖性控制了地形地貌的形成，也控制了泥石流的物質來源、性質及其分布規律.區內地層主要為寒武系灰巖，與花崗巖體接觸帶附近巖石遭受淺變質作用，砂巖板巖化，灰巖大理巖化，抗風化能力弱，地貌上成緩坡，分布于滾馬嶺溝與巖體之間.滾馬嶺溝下游為砂土，呈條帶狀展布.崩積塊石主要分布于標高700 m以上的坡地上，結構疏松，厚度變化大，是泥石流的主要物源.該區近東西向壓性斷裂帶和與其正交的張性破碎帶控制了水系的發育及巖體的產狀，是形成泥石流的重要因素.寒武系灰巖中間存在沉積角礫巖層，說明其為沉積不整合面.滾馬嶺溝就是沿此不整合面發育而成，成為了泥石流的流通區.3條支溝南北走向，短而平直，相互近于平行，為沿破裂帶發育而成，歷史上發生的幾次泥石流均發育于此.資料顯示該區新構造運動活躍，處于上升區，差異性剝蝕作用強烈??趙光慧，等.遼寧省區域礦產總結.遼寧省地質礦產勘查局，1995.，塑造出峽谷縱橫交錯的地貌景觀，導致山體崩塌、坡面失穩，為泥石流的形成創造了物質和動力條件.

該區與泥石流形成、演化有關的地下水有殘坡積層上層滯水和基巖風化構造裂隙水2種類型.前者補給源為大氣降水入滲補給，水量小，動態不穩定，徑流條件好；后者主要分布于花崗巖網狀裂隙中，入滲補給為主，賦水性較弱，以下降泉或側向分散流排泄，排泄條件良好.

2.2.2 泥石流的成因與演化過程

3條支溝溝源坡角平均35°，每個基巖坡面上覆較厚的松散崩積層，體積約18.4×104m3，其上部匯水面積0.55 km2.在強降雨后，過飽和的松散物開始下滑，進入支溝的流通區，涌向下游主溝，形成泥石流.顯然該流域具備形成泥石流的充分條件，誘發因素為降雨，因此成因可定為暴雨型泥石流，按地貌特征又可定為溝谷型泥石流.由于崩積塊石層透水性強，面流快速轉為地下水流，充填的黏土以管涌的形式移動,骨架位移，土體變形，表面出現拉張裂縫，加快面流入滲速度，形成較大的動水壓力，在基巖隔水層頂面發生強烈的潛蝕作用，滑動面摩擦系數快速降低，下滑力不斷增大，當大于摩擦阻力時崩積塊石層起動滑移，形成泥石流，因此又可進一步定為滑坡型泥石流.

坡面松散的崩積層起動位移后，開始由形成區進入流通區，與主溝洪流匯合而下，在彎道處部分物流爬高消能，速度減緩，此階段運動以固體重力作用為主.主溝順直而狹長，比降較大，在后續洪流的推動挾帶下堆積物又開始加速運動，直至主溝溝口三角地帶減速堆積（圖4）.

2.2.3 易發性與危險性評價

圖4 滾馬嶺泥石流演化示意圖Fig.4Evolution of the Gunmaling debris flow

滾馬嶺溝曾發生過不同規模的泥石流災害，且為群發型.目前主溝中、上游巖石較堅硬，抗侵蝕能力大于支溝，支溝溯源侵蝕嚴重，溝槽以縱向切蝕為主，溝谷陡而順直狹窄.物源區松散物儲量約18×104m3，松散物堆積斜坡局部為陡坎，坎高小于30 m，不穩定現象明顯.形成區植被護坡作用不強.支溝南緣分水嶺崩塌發育，為泥石流提供物源.滾馬嶺溝主河形態多年沒有變化.據統計觸發雨量平均10年出現一次，多集中在8月，發生頻率為10次／百年??韓永昌，等.遼寧省本溪市南芬區地質災害調查與區劃報告.2002..根據《泥石流溝發展階段的識別》［4］，結合剝蝕演化歷史規律，判斷此泥石流發展階段為衰退期.

野外調查資料選取了15項泥石流影響因素并分別賦值（見表1）.

根據《泥石流溝的數量化綜合評判及易發程度等級標準》［4］，滾馬嶺溝屬于高易發的低—中頻泥石流溝，易被大暴雨誘發形成泥石流.

3 防災建議

表1 泥石流影響因素評價表Table 1Evaluation of influencing factors for debris flow

1）對雞冠砬子崩塌的防災建議

削方減載，剝離危巖體，放緩邊坡，同時在其上游建截排水溝.

2）對滾馬嶺泥石流的防災建議

總體思路為采取溝道疏通，建攔擋壩，建截排水溝及生物防護措施.在溝道口、溝谷交會處修筑攔擋工程相結合的綜合治理工程.根據該處泥石流的發育條件和成災特征，流通區內多呈串珠狀堆積，所以對流通區可采取適宜的工程措施（如谷坊工程）.物源區多為崩塌、坡面泥石流發育地段，對其物源區可采取穩定滑坡、崩塌和減少水土流失等措施以減少泥石流的物源提供量.

4 結語

根據前面對本區兩種主要的地質災害的分析評價，可以清楚地掌握該區地質災害的主要致災因素及演化趨勢，從而可以據此展開該區的地質環境防治工作，最大限度地減少地質災害可能造成的損失，保障人民群眾的生命財產安全，為構建和諧社會創造有利的環境.

千山仙人臺（千山管理委員會提供）

［1］遼寧省地質礦產局.遼寧省區域地質志［M］.北京：地質出版社,1989: 444—446.

［2］遼寧省地質礦產局.遼寧省區域地質志［M］.北京：地質出版社, 1989:468.

［3］常士驃，張蘇民.工程地質手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社, 2007:884—889.

［4］DZ/T0220—2006，泥石流災害防治工程勘查規范［S］.中華人民共和國地質礦產行業標準.北京：中國標準出版社,2006.

ANALYSIS AND FORECAST ON TYPICAL GEOLOGICAL DISASTERS IN NANFEN, LIAONING PROVINCE

SHAO Hui-wen1,ZHANG Lin2,GUAN Shu-ye2,WANG Tian-yi2
（1.Liaoning Geo-Environment Monitoring Station,Shenyang 110032,China;2.Liaoning Institute of Mineral Exploration,Shenyang 110032,China）

Nanfen District of Benxi City,located in the mountainous area of Eastern Liaoning Province,is the main geological disaster-prone area of the province.Geoanalysis,combining with quantitative and semi-quantitative analysis,is applied to study and evaluate the disaster-inducing factors of two major geological disasters,Jiguanlazi collapse and Gunmaling debris flow.The result reveals the formation and evolution of the disasters.The corresponding suggestions for the preventionofdisastersareputforward.

geological disaster;collapse;debris flow;forming mechanism;disaster-inducing factor;Liaoning Province

1671-1947（2014）03-0261-05

P694

A

2013－03－14；

2013-04-16.編輯：周麗、張哲．

邵會文（1964—），男，教授級高工，現主要從事礦產資源規劃及地質災害勘查工作，通信地址沈陽市皇姑區寧山東路62號，E-mail//shaohuiwen_22@163.com