珠江-西江經濟帶梧州段地質災害發育規律及成因

(中國地質調查局 武漢地質調查中心，湖北 武漢 430205)

珠江-西江經濟帶是2014年國家發改委批準規劃的新區，地理區位優勢顯著。梧州段處于其內，地處粵桂兩省(區)及東西部交界的重要連接地帶，是近、現代“兩廣商埠”“水上門戶”。梧州段地質構造復雜、地質環境及其脆弱，地質災害點多面廣，在強降雨等極端氣候影響下，地質災害隱患點頻繁發生變形破壞甚至失穩。給人類生命財產造成重創[1-2]。對國民經濟的發展和社會安定造成嚴重影響。2018年4月初，自然資源部辦公廳印發通知，對2018年地質災害防治工作作出總體部署，明確提出：全面貫徹落實黨的十九大精神，要切實加強地質災害防治，將地質災害防治作為生態文明建設和防災減災體系建設的重要內容。本文選擇珠江-西江經濟帶梧州段，在1：50 000地質災害調查的基礎上，通過野外翔實調查資料的梳理、統計、分析，掌握了該區域地質災害的發育特征、時空分布規律，進而對其成因機制及影響因素進行了系統分析，可為區內國土規劃、重大工程建設、區域防災減災提供參考。

1 區域自然地理及地質環境概況

珠江-西江經濟帶梧州段地處粵桂兩省交界區域，西江億噸“黃金水道”核心區段，是橫跨聯結粵桂乃至東西的交通大動脈?？偯娣e470 km2。研究區屬亞熱帶季風氣候區，氣候溫濕多雨；區內多年平均氣溫20℃～22℃，極端高溫39.7 ℃，極端低溫-3.0 ℃。多年平均降雨量1 459.0～1 700.0 mm，最大年降雨量1 925.9 mm，最小年降雨量1 002.9 mm，日降雨量≥50.0 mm的暴雨天數多年平均在4.1～5.2 d之間，最多年份為8.0～12.0 d；降雨量≥100.0 mm的大暴雨天數多年平均為0.5～1.1 d，最多年份2.0～3.0 d；最大日降雨量可達334.5 mm。研究區河流水系發育，地表水資源比較豐富。西江在南側自西向東橫貫研究區，境內流長28.5 km，區內溪流網布，主要發育有江北的桂江、江南的旺步沖、桃花沖、珠品沖、龍珠沖和界河沖。地形地貌特點是四周高，中間低，地勢由南北向中部西江傾斜，地形坡度集中發育在15°～40°之間。西江沿岸區域為地勢較低的Ⅰ～Ⅲ級河谷階地，高程一般為20～60 m，其他80%以上地區為丘陵地貌，高程一般為80～300 m。地層巖性上，區內主要出露地層有上元古界震旦系、下古生界寒武系、新生界第四系以及燕山早、晚期的花崗巖。地質構造上，研究區位于華南加里東褶皺系欽州殘余海槽與大瑤山凸起交匯處，地處濱太平洋構造域與特提斯構造域的復合區內。以北東東向斷裂、北東向斷裂、北西向斷裂和南北向斷裂為主，交織成網、錯綜復雜。

2 地質災害類型及規模

研究區地質災害極其發育，通過調查，該區域主要發育滑坡、崩塌(危巖)、不穩定斜坡、泥石流等地質災害，共計151處。其中滑坡41處，占比27.2%；崩塌(危巖)35處，占比23.2%；不穩定斜坡73處，占地質災害總數的48.3%；泥石流2處，僅在旺步沖和桃花沖潛在發育，占比1.3%；災害點面密度為32處/100 km2。災害主要發育分布在巖體風化強烈、人類工程活動頻繁的區域。從地質災害規模來看，區內地質災害規模以小型為主(小(一)型：1萬m3≤V<10萬m3；小(二)型：V<1萬m3)，見表1 。

3 地質災害時空分布及發育規律

3.1 區縣發育分布特征

受到地形地貌、氣象水文、巖性組合、地質構造、人類工程活動等多方面因素影響，區內地質災害在區域上發育、分布特征差異性明顯[3-5]。研究區包含梧州市長洲區、萬秀區、龍圩區、蒼梧縣和肇慶市封開縣4個行政單元中的部分區域，其中封開縣占調查區面積最大，其轄區內發育各類地質災害達84處，其次是龍圩區和萬秀區，3個區地質災害發育數量占比達85%以上，見表2。

3.2 沿高程和坡度發育分布規律

垂直方向，通過地質災害所分布的高程，可以直觀反映不同高程的地形地貌、地層巖性、物質組成特征與地質災害孕育的地質環境條件[6]。經調查、統計(后緣高程)，高程大于200 m以上多為山丘頂部區域，均屬植被茂密覆蓋區，坡度相對平緩，地質災害極少發育。地質災害多集中發育在高程50～150 m(見圖1)，其地質災害總和105處，多為滑坡、不穩定斜坡，占比達70%。

從地形坡度上分析，有120處地質災害發育、分布在坡度25°～55°的斜坡上(見圖2)，占災害總數的80%以上。

表2 研究區各區縣地質災害統計表Tab.2 Statistics of geohazards in townships of the research area

圖1 地質災害與高程的關系Fig.1 Relationship between geohazards and elevation

圖2 地質災害與地形坡度的關系Fig.2 Relationship between geohazards and topographic slope

3.3 地層巖性和岸坡結構分布特征

經調查、統計，寒武系共發育地質災害74處，主要分布在小內沖組(∈x)和黃洞口組(∈h)碎屑巖中，占地質災害總數的49.00%；震旦系共發育地質災害53處，主要分布在培地組(Zp)碎屑巖中，占比35.10%；花崗巖中發育19處，占比12.58%；第四系中發育5處，占地質災害總數的3.31%。由此可見，研究區地質災害主要發育在分布面積廣泛的寒武系、震旦系劣質巖性段，其數量超過地質災害總數的80%(見圖3)。

圖3 地質災害與巖性的關系Fig.3 Relationship between geohazards and formation lithology

從岸坡結構分析，研究區內地質災害在順向、斜向、橫向、逆向、堆積層結構斜坡均有發育。發育在逆向結構斜坡中的地質災害數58處，占比為38.41%，其次是順向、橫向、斜向、堆積層斜坡，見圖4。

圖4 地質災害與斜坡結構類型的關系Fig.4 Relationship between geohazards and slope structure type

3.4 沿地質構造發育特征

研究區褶皺構造簡單，僅發育登元背斜，發育在東南角廣東封開縣登元一帶，主要為近南北向的秭歸向斜；褶皺附近調查中僅零星有不穩定斜坡發育。但研究區斷裂較為發育，主要發育走向NE、NEE、NW和SN向4組。調查顯示，地質災害的發育程度受斷裂構造影響顯著，其中大型的斷裂有白洲斷裂、竹洲塘斷裂、大雷頂斷裂、大村-旺甫斷裂、金巖斷裂和平浪斷裂，區內發育長的均超過10 km。通過對斷裂兩側各1 km范圍內地質災害發育數量進行統計分析，沿主要斷裂2 km2范圍內共發育地質災害109處，占比70%以上，且均超過25處/100 km2，而在平浪斷裂、竹洲塘斷裂兩側達60處/100 km2(見表3)，面密度遠大于研究區平均發育面密度。究其原因為：在斷裂構造影響下原本的地形地貌、地表水系發生明顯改變，斷裂構造使其影響范圍內的巖層、巖土體遭到不同程度的破壞，結構松散、破碎，易形成地質災害。

表3 地質災沿害沿主要斷裂構造發育統計Tab.3 Statistics for the development of geohazards along major fault structures

3.5 時間發育特征

降雨期間歷來是地質災害的高發期[7]。通過野外實地調查、搜集當地防災減災部門記錄資料以及對當地群測群防相關人員的走訪，針對每個災害點的變形、破壞、失穩時間進行了梳理統計。調查顯示，地質災害主要發生在汛期5～8月，地質災害的發生頻次與降水量呈明顯的正相關關系。數十年一遇的強降雨往往誘發群發性地質災害，其爆發時間與降雨過程同步或略有滯后，且具夜發性。歷史上共有2次大規模群發性地質災害事件，其特征具有顯著的相似性。1966年6月12日的強降雨過程，歷時17 h，連續小時降雨量達315 mm；2006年6月8日的強降雨過程，歷時15 h，連續小時降雨量達305 mm。2次特大暴雨都是出現在6月，強降水時段均出現于01：00～07：00，最強60 min雨強的開始時間均出現在02：50～03：00之間。2次強降雨均誘發了群發性滑坡、崩塌和泥石流地質災害，造成巨大的經濟損失和人員傷亡。

4 成因機制分析

4.1 內在因素

4.1.1地形地貌

地形地貌特征是地質災害活動的基礎，不同類型地質災害的發生與其所處的地形地貌條件、相對高差、地形坡度的差異性密切相關[8]。研究區內屬低丘崗地貌，高程超過250 m處由于近山頂，地勢平坦、植被覆蓋率高，地質災害發育較少；高程50～150 m為第四系松散堆積物集中分布區，同時為人類工程活動集中區，地質災害高發。此外，地質災害多發育在20°～55°斜坡中，此類斜坡有較好松散物質賦存和接受降雨的空間。小于25°的斜坡，地形平緩，土層不易滑動，大于55°的斜坡坡度較大，不利于松散物的賦存。該區域的崩塌(危巖)多數發育地形坡度均大于45°。在西江水位漲落升降、沖刷淘蝕作用下，沿江地質災害體也會發生變形破壞乃至失穩。由此可見，地質災害的數量及發育分布特征與地貌條件密切相關。

4.1.2地層巖性

研究區大面積發育寒武系、震旦系碎屑巖，多為砂巖、泥巖、泥質粉砂巖軟硬互層結構。針對滑坡，地層巖性是其失穩坡內在條件。由于地層巖性的差異，力學性質各不相同，滑坡發生的難易程度明顯不同。兩套巖組中的泥巖夾層，在構造影響及其他外力、降雨作用下，極易形成泥狀軟弱夾層，進而形成潛在的滑動面或滑動帶，為滑動失穩創造良好的條件；同時，碎屑巖總體抗風化能力弱，節理裂隙發育、巖體破碎，易形成松散堆積物。相反，硬質巖類，巖體抗風化能力強，不易形成潛在滑移面和滑體物質。對于崩塌(危巖)而言，軟硬互層對其極為不利，尤其上硬下軟的巖性組合，容易發生危巖崩塌。由于差異性風化，抗風化能力低的軟弱巖層，易風化內凹形成巖腔，上部堅硬的巖體挑出，在風化、降雨作用下極易發生變形破壞。在重力作用下，平挑呈“懸臂梁”狀的塊狀巖體，因重心不穩而產生崩塌[9]。

4.1.3斜坡結構類型

斜坡結構類型對于地質災害的孕育、破壞、失穩具有顯著的控制作用[10-11]。研究區發育在順向和逆向結構斜坡地質災害84處，占比55%。順向斜坡中由于軟弱夾層的存在[12]，形成潛在滑面，加之發育大量切層節理，在降雨、自重作用下極易發生滑動失穩(見圖5)；寒武、震旦系碎裂結構逆向結構斜坡中，發育大量陡傾坡外的節理、裂隙，巖體結構極其松散，在外界條件及重力作用下極易發生崩滑失穩(見圖6)。

圖5 省道304滑坡(順向斜坡)Fig.5 Landslide near the 304 provincial road (bedding slope)

4.1.4地質構造

研究區僅東南角發育登元背斜，區內地質災害發育與斷裂構造有明顯的相關性(見圖7),但背斜兩翼地質災害發育較少。區內斷裂構造多呈張扭性、壓扭性，其兩側地層受到強烈擠壓，多形成數十米寬的破碎帶，局部存在軟弱面或軟弱帶，如斷層泥、角礫巖等，巖土體力學性質較差，易風化剝蝕，巖體的完整性極差，多形成破碎、松散堆積物，為地質災害提供了良好的物源條件[13]。同時松散結構易于降雨入滲和水體運移，為地質災害發生提供有利條件。調查分析表明，NE、NW兩組交錯斷裂對區內地質災害有明顯的控制作用，沿這兩組斷裂兩側發育地質災害數量最多。

圖6 李家灣崩滑體(逆向斜坡)Fig.6 Lijiawan landslide(reverse slope)

4.2 外在因素

4.2.1降 雨

大氣降雨對地質災害影響尤其是對滑坡、崩塌災害的影響十分強烈[14-15]。通過實地調查結合以往數據資料收集，地質災害多發生在汛期5～8月份。為了進一步掌握地質災害與降雨的相關性，課題組于2016年自建氣象監測站，對雨量進行實時監測，同時調查過程中進行雨前排查、雨中巡查、雨后復查的汛期“三查”工作。通過1 a的降雨及地質災害變形破壞數據梳理分析表明：80%以上地質災害發生在5～8月降雨集中時段，并且一段時間持續性的弱降雨和突發強降雨對地質災害影響顯著。調查發現：對于持續性的弱降雨，地質災害發生有明顯的滯后性，滯后期5～10 d，對于強降雨，當日便有一定數量地質災害變形破壞，其后3～5 d地質災害發生數量最多。由圖8可見，2017年5月中旬至7月中旬地質災害發生最為頻繁，是這期間不間斷降雨和頻繁強降雨疊加所致[16]。由此可見，降雨是研究區內地質災害發生的重要外在因素。

4.2.2水位升降

由于長洲樞紐船閘的建設，西江水位隨旱季、汛期而升降。水位上升會使沿岸涉水斜坡巖體受到江水浸泡、入滲，導致內部裂隙的拓展和延伸。此外，江水的浸泡促使巖體內部的凝聚力和摩擦力也逐步降低，巖體發生弱化，巖體力學性質降低，同時對潛在滑帶起到潤滑作用，抗剪強度降低，對于存在泥巖夾層的順向碎裂巖斜坡尤為明顯。水位下降會使斜坡內部賦存水體向外運移，此過程中水體的牽引、拖拽作用顯著，促使潛在滑體隨水運移，對于松散堆積型斜坡尤為明顯。地質災害前緣在受江水長期升降干濕循環條件作用下，會強烈變形破壞，最終導致整體發生失穩[17-18]。

圖7 地質災害與褶皺及斷裂分布Fig.7 Distribution of geohazards,folds and fractures

圖8 2017年降雨量與地質災害的關系Fig.8 Relationship between rainfall and geological hazards

4.2.3人類工程活動

研究區地質災害的形成受人類工程活動影響極其明顯[19-20]，主要表現為公路建設、城鎮遷建、居民建房、礦產資源開發等。區內由人類工程活動誘發的地質災害點51處，占比33.77%。尤其在正在開工建設的粵桂合作先行試驗區，頻繁的人類工程活動破壞了原本穩定的斜坡狀態，形成了大量的不穩定斜坡。調查過程中發現：坡體開挖造成應力釋放，卸荷作用明顯，其后卸荷裂隙發生延伸、貫通，巖體趨于破碎、松散，緩傾角的坡體易形成滑坡、不穩定斜坡隱患；而陡傾角的坡體易形成危巖、崩塌隱患。同時，先行試驗區內有大規模的填挖工程，在填挖之前斜坡在自然條件下處于穩定狀態(見圖9(a))，當對山脊進行開挖轉填至兩側支溝內時，通過碾壓、夯實，自然狀態下也保持基本穩定狀態(見圖9(b))，當在降雨和坡底水流侵蝕、沖刷條件下，填方區將出現土體松動，地表、尤其填方平臺坡頂近邊緣處，出現平行于坡面或與主溝方向小角度斜交的的拉張裂縫，由于土體各向異性，裂縫延伸、張開、錯動形態不一。隨著拉裂縫的拓展、貫通邊緣處逐漸出現局部坍塌、下挫，形成小型臺階狀平臺(見圖9(c))，最終破壞失穩堆積堵塞下方沖溝(見圖9(d))，在強降雨或持續性降雨條件下將形成泥石流災害[21]。這是區內泥石流形成的重要成因機制。區內江南旺步沖、桃花沖等幾條大型沖溝要尤為關注該問題。

圖9 人類工程活動誘發泥石流致災機理模式Fig.9 Mechanism of debris flow induced by human engineering activities

5 結 語

通過調查，研究區地質災害點多、面廣、規模小，共發育151處地質災害，災害類型主要為滑坡、崩塌(危巖)和不穩定斜坡，泥石流僅發育2處，地質災害點面密度32處/100 km2。其中不穩定斜坡最為發育，占比45%以上，地質災害規模以小型為主?？臻g上，地質災害分布不均，50%以上發育在封開縣；且多發育在高程50～150 m、坡度25°～55°斜坡地帶；80%以上地質災害發育在寒武系小內沖組(∈x)和黃洞口組(∈h)、震旦系培地組(Zp)碎屑巖中；55%以上地質災害發育在順向、逆向結構岸坡中；且沿主要構造斷裂呈條帶狀分布、NE向斷裂對地質災害有明顯控制作用。時間上，主要發生在汛期5～8月。誘發地質災害的內在因素主要為：地形地貌、地層巖性、岸坡結構類型和地質構造。外在因素主要為降雨、水位升降和人類工程活動。據當前地質災害發育分布現狀、變形破壞特征和發展趨勢，建議落實群測群防，尤其是汛期的“三查”工作，同時推進群測群防向群專結合轉變，要大力提升地質災害隱患排查技術水平，破解地質災害隱患發現難、認識難的問題。