武漢市地質災害與巖土體類型關系初探

孫智杰, 孫 威, 羅莉威, 彭 慧, 范 威

(湖北省地質環境總站,湖北 武漢 430034)

地質災害是指受自然因素或者人為活動引發的,危害人民生命和財產安全的山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質作用有關的災害[1]。巖土體是礦產資源、地質災害和工程建設的重要載體和物質基礎,它的性質與結構、空間分布及其產出狀態等在一定的動力作用下,與地質災害的形成有著極其密切的關系,成為致災的重要因素之一[2]。

1 地質環境背景

武漢市位于江漢平原東部,長江與漢水交匯處,是國家歷史文化名城、中部地區的中心城市,總面積8 569.15 km2,其中水域面積達2 217.6 km2,占全市土地面積的26%。地勢總體表現為北高南低,北部低山林立,中部為低平的長江中游沖積平原,南部丘陵、壟崗環抱,全市低山、丘陵、壟崗與平原面積分別占總面

積的5.8%、12.3%、42.6%和39.3%。

市內主要分布碎屑巖、碳酸鹽巖、變質巖,花崗巖呈各類侵入體及各時代巖脈零星產出[3]。斜坡地帶廣泛分布風化巖層及殘坡積土層,易形成滑坡、崩塌、泥石流;覆蓋型隱伏巖溶條帶發育,為地面塌陷的產生提供了基礎條件;一、二級階地下伏深厚的淤泥質土,是地面沉降發育的物質基礎。

2 巖土體類型

2.1 土體

第四系松散堆積物廣泛分布于武漢市的平原、壟崗及河流兩岸、山谷低洼地帶,地表面積的90%為松散堆積層覆蓋。按照土體工程地質特征,可劃分為粘結性土和松散狀土兩類,并進一步劃分為5個巖組(表1)。

表1 土體工程地質類型一覽表Table 1 List of the soil’s engineering geological types

2.2 巖體

巖體分為巖漿巖、碎屑巖、碳酸鹽巖和變質巖四個巖類,再根據其巖石強度、結構和巖性劃分巖組,共分11個巖組(表2)。

表2 巖體工程地質類型一覽表Table 2 List of the rock’s engineering geological types

3 地質災害與巖土體類型

武漢市共發育地質災害210處,包括滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地面沉降五種類型,其中滑坡135處,崩塌33處,泥石流2處,地面塌陷33處,地面沉降7處(圖1)。數量上以滑坡、崩塌居多,危害程度則以地面塌陷、地面沉降更為嚴重。

圖1 武漢市地質災害類型圖Fig.1 The geological hazard types of Wuhan1.滑坡;2.崩塌;3.泥石流;4.地面塌陷;5.地面沉降。

對地質災害分布情況與巖土體類型分布情況進行疊加處理,通過統計分析發現,各類地質災害在不同的巖土體類型中發育的數量差別較大(圖2)。

從不同巖土體類型之中地質災害發育程度上分析(圖3),地質災害在粘接性土類中發育數量最多,類型以土質滑坡和地面沉降為主,占全市地質災害總數的44.29%;其次為碎屑巖類,主要為滑坡、崩塌以及采空區地面塌陷,占總數的22.86%;碳酸鹽巖類中主要發育巖溶地面塌陷,局部發育有滑坡、崩塌、泥石流,占總數的17.14%;變質巖類中發育滑坡、崩塌、泥石流,占總數的15.71%;松散狀土類、巖漿巖類中未發育地質災害。

圖2 各類地質災害在不同巖土體類型中的發育數量圖Fig.2 The number of each geological hazard in different types of rock and soil1.粘結性土類;2.松散狀土類;3.巖漿巖類;4.碎屑巖類;5.碳酸鹽巖類;6.變質巖類。

3.1 滑坡與巖土體類型

滑坡是武漢市最多發的地質災害類型,共135處,占全市地質災害總數的64.29%。其中土質64處,占47.40%;巖質49處,占36.30%;巖土混合質22處,占16.30%。因滑坡體下伏基巖巖性及風化程度不同,地表第四系物質組成各不相同,滑坡的發育程度也有所差異。

圖3 不同巖土體類型中地質災害發育程度圖Fig.3 The development of geological hazards in different types of rock and soil1.粘結性土類;2.松散狀土類;3.巖漿巖類;4.碎屑巖類;5.碳酸鹽巖類;6.變質巖類。

3.1.1 滑體與巖土體類型

滑體是滑坡的整個滑動部分,分析表明,粘結性土、碎屑巖類、變質巖類為區內滑坡易發巖土體。滑體物質組成為粘土最多,共64處,占總數的47.41%;其次為石英砂巖,共28處,占20.74%(表3)。

表3 武漢市滑坡滑體巖土體類型一覽表Table 3 List of landslide lithology in Wuhan

3.1.2 滑床與巖土體類型

滑床是滑坡體滑動時所依附的下伏巖體,也是滑坡發育所在斜坡的母巖。分析表明,滑床主要發育在碎屑巖類及變質巖類中,其中石英砂巖共68處,占50.37%(表4)。

表4 武漢市滑坡滑床巖土體類型一覽表Table 4 List of slide bed lithology in Wuhan

從巖土體類型及其特性分析,滑坡在堅硬中—厚層狀石英砂巖中發育最多,堅硬塊狀混合巖、片麻巖和堅硬—較堅硬層狀—片狀片巖兩類巖組次之。上述巖組分布區內,部分地段曾屬于采礦區,露天采石活動較頻繁,加之巖性軟弱易風化,滑坡較易發生。

3.2 崩塌與巖土體類型

武漢市崩塌共33處,占全市地質災害總數的24.44%。其中表層土質崩塌4處,占12.12%;巖質崩塌29處,占87.88%。因巖石物理力學性質差異,巖體中軟弱結構面的發育程度不同,崩塌的發育程度也有所差異。

據對崩塌體母巖巖土體類型分析表明,碎屑巖類、變質巖類為區內崩塌易發巖土體。崩塌在片巖中發育最多,共13處,占39.39%;其次為石英砂巖,共10處,占30.30%(表5)。

表5 武漢市崩塌巖土體類型一覽表Table 5 List of collapse lithology in Wuhan

從巖土體類型及其特性分析,最有利于崩塌形成的巖組是堅硬—較堅硬層狀—片狀片巖巖組,其次為堅硬中—厚層狀石英砂巖巖組。上述巖組分布區內,部分地段巖體構造裂隙發育,巖石呈塊狀,在人類工程活動等外力作用下,易脫離母巖發生崩塌。

3.3 泥石流與巖土體類型

武漢市泥石流發育較少,全市僅2處,占全市地質災害總數的0.95%。泥石流的發育程度與物源區的土體物質結構組成及巖石的風化程度密切相關。

從巖土體類型及其特性分析,一處為含軟弱夾層、受人類采礦活動影響的堅硬塊狀、層狀巖溶中等發育灰巖、白云質灰巖、燧石結核灰巖巖組,另一處為風化較強的堅硬—較堅硬層狀—片狀片巖巖組。巖體軟弱結構面發育,表層較破碎,斜坡表面堆積了大量的風化巖塊,為泥石流的形成提供了豐富的固體物質來源。

3.4 地面塌陷與巖土體類型

3.4.1 巖溶地面塌陷與巖土體類型

巖溶塌陷是武漢市影響最大的地質災害,共31處,占全市地質災害總數的14.76%。武漢市廣泛分布碳酸鹽巖,且巖溶發育較強烈,含有豐富的巖溶水,為巖溶地面塌陷的產生與廣泛分布孕育了條件。

依據碳酸鹽巖上覆巖土體類型,在剖面上,可在覆蓋型巖溶、埋藏型巖溶之上劃分為五種結構類型[4]。分析表明,武漢市巖溶塌陷地質災害發生于四種巖土體結構類型中,其中Ⅰ型(即典型的“二元結構”)最多發,共22處,占70.97%(表6)。

3.4.2 采空區地面塌陷與巖土體類型

武漢市采空型塌陷共2處,占全市地質災害總數的0.95%。

表6 武漢市巖溶塌陷巖土體結構類型一覽表Table 6 List of karst collapse lithology in Wuhan

采空區地面塌陷主要與地下開采石膏礦相關,礦體賦存于三疊系中下統—白堊系下統之中,巖土體類型屬堅硬—較堅硬中厚層狀砂巖、粉砂質泥巖。

3.5 地面沉降與巖土體類型

軟土地面沉降是武漢市首要防治的緩變型地質災害。據統計,全市共發生162處地面沉降現象,可按受災區域集中劃分為7個沉降點,占全市地質災害總數的3.33%。

長江、漢江沖積平原地區廣泛分布淤泥類軟土,一級階地地下水與地表水聯系密切,呈季節性變化,加之基坑降水措施造成的地下水位下降,使高壓縮性淤泥類軟土產生固結,從而引發了地面沉降。

4 結語

(1) 武漢市主要地質災害類型為滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷及地面沉降。受巖土體間的性質與結構、空間分布及產出狀態等因素影響,地質災害的發育程度與其密切相關。

(2) 市內壟崗、丘陵地段殘坡積粘性土堆積較厚,由于人工切坡形成臨空面,在降雨作用下易形成土質滑坡;一、二級階地湖積軟土分布廣泛,受人工加載、抽排水作用,易引發地面沉降;碎屑巖類因巖性致密堅硬,抗風化能力差,導水性較差,在人類工程活動作用下易形成滑坡、崩塌等災害,另部分層位賦存有礦產資源,若未按規范開采地下礦產可能引發采空區地面塌陷;碳酸鹽巖類溶蝕作用較強,局部發育地下溶洞,上覆松散類土受潛蝕運移后形成空洞,在人類工程活動作用下易發生巖溶地面塌陷;變質巖類巖層經節理裂隙切割、風化后,在降雨、人類工程活動等因素作用下,坡度較陡的區段易形成滑坡、崩塌、泥石流災害。

(3) 在城市開發建設過程中,根據不同巖土體類型與地質災害發育的關系,在粘結性土、碎屑巖類及變質巖類分布區內,應重點加強對建房、修路等工程活動的控制,合理規劃、科學選址,采取可靠的工程處理措施,在地質災害易發區內盡量避免切坡建設,對礦山逐步開展恢復治理,避免滑坡、崩塌、泥石流地質災害的發生;在碳酸鹽巖、淤泥質軟土分布區內,應重點開展專業監測工作,加強管控地下水,嚴格實施建設項目監管,將地質災害防治工作貫穿于工程建設的立項、選址、設計、施工、驗收等各個階段,切實減少地面塌陷、地面沉降地質災害可能引發的損失。

[1] 中華人民共和國國務院.地質災害防治條例:中華人民共和國國務院令第394號[A/OL].(2004-06-25)[2017-06-29].http://www.mlr.gov.cn/zwgk/flfq/dzhjgl/200406/t20040625_13574.htm.

[2] 李宗發.貴州構造—巖土體分區及其與地質災害形成的關系[J].貴州科學,2012,30(3):32-37.

[3] 張峰,湯旻燁.湖北省武漢市地質災害調查與區劃報告[R].武漢:湖北省地質環境總站,2008.

[4] 羅小杰.武漢地區碳酸鹽巖“六帶五型”劃分與巖溶地質災害防治[J].水利學報,2014,45(2):171-179.