煙臺市地質災害與巖土體類型相關性分析

袁芳，白瑩，朱慧超

(山東省第三地質礦產勘查院，山東 煙臺 264000)

0 引言

煙臺市地處山東半島中部，是山東省東部沿海城市之一。區內地質構造較復雜，西部主要地處華北板塊(Ⅰ級)所屬膠遼隆起區(Ⅱ級)的膠北隆起(Ⅲ級)，東部主要位于秦嶺-大別-蘇魯造山帶(Ⅰ級)所屬膠南-威海隆起區(Ⅱ級)的威海隆起(Ⅲ級)。受地形地貌、地層巖性、地質構造等條件控制，全區主要分為堅硬塊狀侵入巖類工程地質區、堅硬塊狀—似層狀噴出巖類工程地質區、堅硬層狀變質巖類工程地質區、堅硬—較堅硬變質巖夾大理巖、灰巖類工程地質區、較堅硬碎屑巖類工程地質區、松散巖類工程地質區和松軟土體工程地質區。2016年開展的最新一輪地質災害排查結果表明，煙臺市地質災害分布規律及發育程度不僅受人類工程活動、地形地貌、降水、地質構造、地震及植被等因素影響，也與巖土體類型密切相關。

1 地質環境背景

1.1 地形地貌

煙臺市位于魯東半島低山丘陵區，地勢總體表現為中部高，南北低，北部地勢較陡，南部地勢較平緩。地形分為低山、丘陵、平原和洼地，其中低山區位于市域中部，占總面積的36.62%；丘陵區分布于低山區周圍及其延伸部分，占總面積的39.7%；平原以河流、山前沖積平原和濱海沖積平原為主，占煙臺市總面積的20.78%；洼地占地面積較小，僅占煙臺市總面積的2.90%，主要分布在萊陽西南部及萊州、龍口沿海一帶。

1.2 地層巖性

煙臺市地層屬華北地層大區、晉冀魯豫地層區魯東地層分區，區內地層總面積6668.66km2，占全區面積的48.52%，主要出露中太古代唐家莊巖群、并新太古代膠東巖群、元古代、中生代和新生代第四紀地層。其中分布最廣的為元古代地層，主要為早元古代荊山群、粉子山群、芝罘群和晚元古代蓬萊群，為一套經角閃巖相—綠片巖相變質的海相沉積巖；新生代第四系則分布于山間谷地和沿海平原。區內巖漿巖發育，主要為花崗巖質巖石。

1.3 地質構造

煙臺市地質構造主要包括褶皺構造、韌性剪切帶和斷裂構造，其中斷裂構造極為發育，以NE向和NNE向斷裂為主，集中發育在招遠、蓬萊、萊州、牟平及海陽地區，控制著該區金屬礦床、非金屬礦床和地震活動。

1.4 礦產資源開發

煙臺市礦產資源豐富，以金礦、鐵礦、螢石礦、滑石礦、水泥灰巖礦和大理巖礦為主，其中金礦、鐵礦、螢石礦和滑石礦的開采主要以地下開采為主，造成了采空塌陷隱患；水泥灰巖礦和大理巖礦以露天開采為主，形成的不穩定邊坡易造成崩塌、滑坡隱患。

2 巖土體類型及特征

煙臺市地質災害類型主要包括崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷和巖溶塌陷，巖土體是各類地質災害發生的載體和物質基礎。同一地區巖土體的類型、性質及結構的不同，導致了地質災害發育特征的差異[1-2]。

2.1 巖土體類型

煙臺市境內出露的巖石類型多樣，根據巖石的物理力學性質及其完整性、堅硬程度、巖性等，可將其劃分為7個工程地質巖組，即：侵入巖巖組，噴出巖巖組，層狀變質巖巖組，大理巖、灰巖巖組，碎屑巖巖組，第四系松散巖巖組和松軟土體，各巖組巖性及分布位置見表1、圖1。

1—侵入巖巖組；2—噴出巖巖組；3—層狀變質巖巖組；4—大理巖、灰巖巖組；5—碎屑巖巖組；6—第四系松散巖巖組；7—松散土體圖1 煙臺市巖土體類型圖

表1 煙臺市工程地質巖組類型

2.2 各巖土體類型主要特征分析

2.2.1 侵入巖巖組

該區分布于三山島—龍口市區和蓬萊東部地區，巖性以花崗巖類、閃長巖類、輝長巖類為主。巖石堅硬、性脆、致密、塊狀結構，質地致密堅硬，整體性良好，抗風化能力強，節理裂隙不甚發育，穩定性較好。受地質構造、巖石結構、礦物成分的不同以及地貌形態差異的影響，風化程度及風化帶厚度各處不一。在地形低緩的丘陵地帶風化層厚度可達10～20m，在地勢較高的地段風化層厚度僅為1～5m。該巖組分布地段地形及基巖面起伏較大、切割較深、地勢陡峭，巖體易失穩崩落，危巖易產生崩塌、沿軟弱結構面易產生滑塌。

2.2.2 噴出巖巖組

小面積分布于蓬萊—龍口東部一帶，以青山群火山巖類和新近系、第四系玄武巖為主。玄武巖致密、堅硬、塊狀，部分為中、厚層或似層狀，柱狀節理發育，具氣孔構造，多為泥質充填。風化帶厚度隨地形而異，山區一般為1～5m，覆蓋區和溝谷地帶較厚，達數十米。

2.2.3 層狀變質巖巖組

該區在煙臺市內分布廣泛，層狀混合巖化變質巖分布于煙臺市區的膠東巖群和萊州、牟平等地的粉子山群；薄層狀板巖分布于長島的蓬萊群。層狀混合巖化變質巖巖性主要為黑云斜長片麻巖、石英巖等，巖體呈層狀結構，巖石堅硬、致密，具有片麻構造，節理、裂隙較發育；云母片巖、滑石片巖、綠泥石片巖為其軟弱夾層，其力學性質較差，抗滑和穩定性較差，強風化層厚度一般為2～5m，弱風化帶厚度15～40m。薄層狀板巖巖石致密，以薄層狀結構為主，性脆、易風化成碎片，遇水后層面易產生滑動。

2.2.4 大理巖、灰巖巖組

大面積分布于蓬萊—養馬島一帶，出露面積大。該區巖性主要為片巖、片麻巖，其中夾有大理巖、灰巖、泥灰巖。片巖為薄層狀結構、片理構造明顯，巖石易風化。大理巖致密、性脆，為層狀結構，淺部巖溶、裂隙較發育；灰巖堅硬、致密、性脆。但由于夾層工程地質性質不均，部分地區巖溶發育，軟弱結構面易使巖體失穩，產生滑塌，邊坡易不穩定，大理巖、灰巖易發生巖溶塌陷。

2.2.5 碎屑巖巖組

主要分布在海陽市南部、萊陽市南部及龍口盆地內，巖性主要為砂巖、礫巖、泥巖、青山群火山巖等。但由于巖石力學性質不均，其中夾有泥巖、頁巖、泥灰巖等軟弱巖石，泥巖遇水軟化，易使巖體失穩，形成崩塌或滑坡地質災害。

2.2.6 第四系松散巖巖組

主要分布于河谷兩側、山前沖積平原地帶，該巖組成因類型多樣，以沖積、沖洪積、殘坡積為主，尤以殘破積最為發育，主要由砂性土、碎石土、碎塊石混粉質黏土組成，結構松散，物理力學強度低，遇水軟化，多為泥石流的主要物源。

2.2.7 松軟土體

主要分布于海灣及近海洼地，巖性多為黑灰色淤泥，局部為淤泥質粉質黏土及海陸交互相沉積的淤泥質砂、淤泥質砂礫石等，結構松散，海拔高度在5m左右，厚度一般為10m，大部為鹽堿土、淤泥，該類土體普遍存在高壓縮性的淤泥質土，易發生不均勻沉降。

3 地質災害與巖土體類型相關性分析

3.1 地質災害總體分布特征

煙臺市共發育地質災害隱患點471處，主要類型包括崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷和巖溶塌陷。由于災害體母巖本身巖性差異和后期風化作用強弱差異，直接造成了各類巖土體類型分布區內地質災害發育程度和類型的明顯差異[3]。

從各巖土體類型分布區地質災害發育數量上分析，數量最多的是層狀變質巖組，共計182處，占煙臺市地質災害總數的39%；侵入巖巖組中發育地質災害共計172處，占地質災害總數的36%，大理巖、灰巖巖組和碎屑巖巖組中發育地質災害分別為75處和25處，分別占地質災害總數的16%和5%，第四系松散巖巖組中發育地質災害14處，占地質災害總數的3%，松軟土體中無地質災害分布(表2，圖2)。

從地質災害發育密度上分析(圖3)，大理巖、灰巖巖組中地質災害發育密度最大，為10.01處/100km2，其次為層狀變質巖巖組，地質災害發育密度為5.59處/100km2，侵入巖巖組中地質災害發育密度為4.32處/100km2，第四系松散巖組中地質災害發育密度最小，為0.39處/100km2。

表2 煙臺市各巖土體類型分布區地質災害發育情況(處)

Ⅰ—侵入巖巖組；Ⅱ—噴出巖巖組；Ⅲ—層狀變質巖巖組；Ⅳ—大理巖、灰巖巖組；Ⅴ—碎屑巖巖組；Ⅵ—第四紀松散巖巖組圖2 煙臺市地質災害在各巖組中所占比例圖

從以上分析結果可知，煙臺市地質災害發育程度與巖土體類型關系密切，巖土體結構與地質環境的差異，是導致地質災害發育程度差別的主要因素，由表1和圖2綜合分析認為，大理巖、灰巖巖組、層狀變質巖巖組和侵入巖巖組分布區最易引發地質災害。

圖3 煙臺市地質災害隱患點在巖土體類型中密度圖

3.2 不同地質災害類型與巖土體類型關系

3.2.1 崩塌與巖土體類型關系

崩塌是煙臺市數量最多的災種，共計322處，占煙臺市地質災害總數的68%，均為巖類崩塌，其中層狀變質巖分布區崩塌數量最多，達128處，占崩塌地質災害總數的40%，其次為侵入巖巖組，達106處，占崩塌地質災害總數的33%，噴出巖巖組中分布最少，共計3處，占崩塌地質災害總數的1%(圖4)。

Ⅰ—侵入巖巖組；Ⅱ—噴出巖巖組；Ⅲ—層狀變質巖巖組；Ⅳ—大理巖、灰巖巖組；Ⅴ—碎屑巖巖組；Ⅵ—第四紀松散巖巖組圖4 崩塌在各巖組中分別比例圖

各巖組中單位面積(100km2)崩塌的分布密度在大理巖、灰巖巖組中最大，為8.3處/100km2，其次為層狀變質巖巖組，為3.9處/100km2，侵入巖巖組和噴出巖巖組中崩塌分布密度均為2.7處/100km2，碎屑巖巖組中密度最小，為1.1處/100km2。各巖組的崩塌密度反映了各巖土體物理力學性質的不同，巖性對地質災害的影響主要通過其巖石結構、物質組成和風化程度決定的[1,4]。變質巖巖石節理裂隙發育，風化破碎強烈，易形成崩塌隱患[5]。

3.2.2 滑坡與巖土體類型關系

煙臺市共發育5處滑坡地質災害，均分布在變質巖巖組中，巖性多為石英巖、板巖、千枚狀板巖互層，該類變質巖風化強烈，風化層中巖體裂隙發育，滲水性良好，下部較致密，起隔水作用，當水下滲后，在其分界處形成軟弱滑動面，從而使上層巖體失穩產生滑動。

3.2.3 泥石流與巖土體類型關系

煙臺市共發育泥石流69處，其中人工堆積渣石形成的泥石流隱患15處，占泥石流總數的22%，均為坡面型泥石流，主要分布在礦山開采活動強度高的萊州市、招遠市等山區，物源主要為由礦山開采形成的尾礦、毛石等固體廢棄物，該類泥石流與巖土體類型關系較小。

其余48處為溝谷型泥石流，分布區域巖土體類型以層狀變質巖和塊狀侵入巖為主，多集中在棲霞市、牟平區、蓬萊市等山區暴雨量大的山間溝谷內，該區域地表巖層經受了多期變質作用，表面風化較為強烈，溝谷植被較發育，物質來源主要為崩滑巖體和山坡田間壘石[6-8]。

3.2.4 采空塌陷與巖土體類型

采空塌陷是煙臺市地面塌陷最主要的類型，占全市地面塌陷總數的89%，其成因與人類開礦活動密切相關，主要分布在萊州市的優游山—粉子山、萊州市東北部金礦開采區、招遠市的蠶莊地區、玲瓏礦田區、棲霞市廟后滑石礦區、蓬萊市東南部金礦開采區、牟平區的金牛山礦區等地，多為冒頂型塌陷[9-10]。

從采空塌陷在各巖土體類型中分布比例來看，煙臺市采空塌陷主要分布在侵入巖巖組和層狀變質巖巖組中，分別占采空塌陷總數的49%和30%，大理巖、灰巖巖組共分布7處，占采空塌陷總數的10%，第四系松散巖組中共分布6處，占采空塌陷總數的9%，碎屑巖巖組中分布最少，僅1處(圖5)。

Ⅰ—侵入巖巖組；Ⅱ—噴出巖巖組；Ⅲ—層狀變質巖巖組；Ⅳ—大理巖、灰巖巖組；Ⅴ—碎屑巖巖組；Ⅵ—第四紀松散巖巖組圖5 采空塌陷在各巖組中分布比例圖

巖土體對采空塌陷的影響主要表現在采空區上覆巖層強度、層厚[11-12]。上覆巖層強度高、分層厚度大的硬質巖層，冒落塌陷過程所需時間長，甚至地表長期不變形；分層厚度薄的較軟弱巖層，產生地面塌陷速度較快，且規模相對較大[13-14]，特別是在礦山開采爆破影響下，更是加快了地表變形的速度，造成突發性采空塌陷[15]。

3.2.5 巖溶塌陷與巖土體類型

煙臺市發育巖溶塌陷共計8處，主要分布在棲霞市中橋地區和牟平區大窯鎮李家莊，其中中橋地區7處，其巖土體結構為上部第四系松散土體、下部灰巖的二元結構，第四系松散土體直接覆蓋于灰巖之上，第四系松散土體厚度一般13.4～27.0m，巖性以沖積、沖洪積砂礫石、中粗砂、粉質黏土為主；下伏灰巖巖溶發育形態以溶隙、溶洞為主，并含豐富的巖溶水，當地下水位長期在第四系與下伏石灰巖接觸帶上下波動時，引發上覆土層塌落形成巖溶塌陷[16-20]。

牟平區大窯鎮李家莊巖溶塌陷巖土體結構類型為上部第四系松散土體、下部大理巖的二元結構，第四系松散土體直接覆蓋于大理巖之上，第四系松散土體厚度一般0.9～26m，巖性以沖洪積碎石土、粉質黏土為主；大理巖巖溶發育形態以溶洞為主，在地下水超量開采條件下，上覆土層塌落形成巖溶塌陷。

4 結語

(1)巖土體類型及結構是評價地質災害易發程度分區的重要因素，該次地質災害與巖土體類型相關性分析，可為煙臺市地質災害易發程度分區和地質災害汛期氣象預警預報工作定量分析評價提供依據，也可為重要地質災害隱患點防治方案編制提供參考依據。

(2)崩塌、滑坡地質災害主要分布在層狀變質巖巖組，建議在層狀變質巖分布區開展城市開發建設，應加強對建房、修路等工程活動的控制，尤其是在地質災害易發區內盡量避免切坡活動。

(3)巖溶塌陷發育區土體結構主要為上部第四系松散土體、下部灰巖或大理巖的二元結構，巖溶塌陷的發生受制于地下水動力場的變化，建議加強地下水監測工作，探索建立巖溶塌陷預警體系。

(4)采空塌陷不但與巖土體類型關系密切，還主要受控于礦山開采活動。因此，針對金礦、鐵礦等地下開采區應制定專門的采空塌陷防治方案和監測方案，切實防范采空塌陷的發生。