水城縣發耳重點區域地質災害特征分析及防治分區

黨 杰 董 吉 張 旭 吳忠銀 楊杰華

(貴州省地質環境監測院，貴陽 550001)

貴州省西部的水城縣是省內地質災害高發區，脆弱的地質環境及強烈的人類工程活動，使得區內地質災害具有“災種全、災害重、隱患多、發生頻繁”的特點[1-2]。同時，水城縣又是貴州省礦產資源大縣，采煤等人類工程活動造成許多嚴重的礦山地質災害問題，全縣約28.30%的地質災害為采煤活動影響[3]。李海軍等[4]通過對水城縣發耳鎮周邊區域開展詳細調查，研究了區內發耳煤礦尖山營滑坡特征及成因機制；鄒銀先等[5]研究了尖山營地質災害的變形機制及穩定性分析；劉慶義等[6]則通過數值模擬研究了區內緩傾內斜坡多處采煤下的覆巖變形特征。

研究區位于貴州省六盤水市水城縣發耳鎮、都格鎮、雞場鄉三個鄉鎮交界區域，總體地勢為東西兩側高、中部低，北盤江在研究區內自北向南徑流而過。受河流切割影響，地形起伏較大,最大高差881 m。研究區屬亞熱帶高原季風氣候區，據雨量站資料統計，區內多年平均降水量1137.0 mm，最大日降水量達103.6 mm，最大三日降水量為201.2 mm。

1 發耳區域地質災害基本情況

研究區地處剝蝕、侵蝕低中山溝谷地帶，由于河流、地表水切割，沖溝縱橫，地形起伏高差較大、坡度陡。研究區山體上部為飛仙關組和嘉陵江組地層，巖性為粉砂巖、泥巖和灰巖、泥灰巖，下部為龍潭組泥巖、頁巖及煤層，總體形成“軟硬相間”、“上硬下軟”的地層結構。受構造和卸荷作用影響，巖體破碎、節理裂隙發育，且附近有地震活動發生。在諸多因素的影響下，研究區基礎地質環境極為脆弱，地質災害較為發育。

根據前期資料、InSAR變形監測、遙感影像解譯、地質結構調查及野外實地調查等方法，調查到水城縣發耳區域現共有地質災害點29處，其中滑坡16處，地裂縫7處，崩塌 4處，不穩定斜坡1處，泥石流1處(表1)。其規模主要以中小型為主，其中巨型災害1處，占總災害點數量的3%；大型災害2處，占總災害點數量的7%；中型災害17處，占總災害點數量的59%；小型災害9處，占總災害點數量的31%。

表1 研究區地質災害點統計表

2 發耳區域地質災害分布特征

研究區地質災害分布主要受控于地形地貌、地層巖性、人類工程活動等因素，其分布亦與這些控制因素具有密切關系。

2.1 基于地形地貌的地質災害分布特征

研究區總體地勢為東西兩側高、中部低，受北盤江水系的切割，地形起伏較大，為溝谷切割的侵蝕溝谷地貌。根據調查統計，研究區29處地質災害主要發生于地形較陡的陡坡、陡崖地帶，其中滑坡地質災害主要發生于坡度為20°～65°的陡坡地帶，崩塌地質災害主要發生于坡度65°～90°的陡坡、陡崖地帶，地裂縫主要發生于坡度10°～35°的斜坡地帶，不穩定斜坡主要發生于坡度30°～65°的陡坡地帶，泥石流主要發生于坡度10°～35°的斜坡溝谷地帶。研究區內基于地形坡度的地質災害分布如圖1。

圖1 基于地形坡度的地質災害分布圖

2.2 基于地層巖性的地質災害分布特征

根據調查統計，研究區29處地質災害主要發生于飛仙關組(21處，占比73%)、嘉陵江組(3處，占比10%)和龍潭組(5處，占比17%)地層，其中崩塌地質災害主要發生于地形高陡的嘉陵江組灰巖之中，其次為飛仙關組粉砂巖、泥巖之中；滑坡地質災害主要發生于飛仙關組粉砂巖、泥巖之中，其次為龍潭組泥巖之中；不穩定斜坡主要發生于飛仙關組粉砂巖、泥巖之中；地裂縫主要發育于飛仙關組粉砂巖、泥巖之中；泥石流地質災害主要發育于飛仙關組粉砂巖、泥巖風化形成的堆積物中。

具體到各災害類型，滑坡地質災害中，飛仙關組有13處，龍潭組中有3處；崩塌地質災害中，嘉陵江組有3處，飛仙關組有1處；地裂縫地質災害中，飛仙關組有5處，龍潭組有2處；不穩定斜坡地質災害中，飛仙關組有1處；泥石流災害中，飛仙關組有1處(見圖2)。

圖2 研究區基于地層巖性的地質災害分布圖

2.3 人類工程活動與地質災害

根據調查統計結果，研究區因礦產資源開發誘發的地質災害為25處，占區域內地質災害總數的84%，且這些地質災害主要由煤礦礦山開采引發。具體到各災害類型，滑坡地質災害中，工程活動引發的有15處，自然因素引發的有1處；崩塌地質災害中，工程活動引發的有2處，自然因素引發的有2處；地裂縫地質災害中，工程活動引發的有6處，自然引發的0處；不穩定斜坡災害中，工程活動引發的有1處，自然因素引發的0處；泥石流災害中，工程活動引發的有1處，自然因素引發的有0處(見圖3)。

圖3 研究區地質災害分布與礦山分布關系

3 發耳區域地質災害形成條件

3.1 地形地貌影響

研究區整體位于滇東高原向黔中丘原和廣西丘陵的過渡地帶，地處烏蒙山脈東北段之東南。受北盤江水系的切割，地形起伏較大，形成了廣泛的山地景觀。新構造運動中地塊抬升、河流下切導致研究區內地形起伏高差大，形成典型向斜成山的現象。境內最高點位于西南側雞場鄉屯上村山脊處，海拔高程1785 m，最低點位于南側北盤江出研究區處，海拔高904 m，最大高差881 m。境內河流深切， “V”形谷發育，地形切割較深，相對高差多在300～700 m之間。侵蝕地貌、溶蝕—侵蝕地貌和巖溶地貌都較發育，群峰聳立、地形復雜。研究區地勢及坡度圖如圖1所示。

在這樣的復雜地形地貌之下，研究區大部分區域為地形坡度20°以上的斜坡地帶，陡坡、陡崖分布眾多，區內僅有局部溝谷谷底地帶及局部小范圍為地形較緩的緩坡、洼地，規模一般較小，分布不連續。

重力是造成滑坡、崩塌等地質災害發生的根本性原因，研究區地形坡度陡、高差大，坡度不僅影響坡體的應力分布，而且對斜坡地表水徑流、斜坡體上松散堆積物的分布和厚度等起著決定性作用。在降雨等外部因素誘發下，這樣的地形地貌條件極易發生地質災害。

3.2 地質構造與地震影響

研究區總體地處揚子陸塊上揚子地塊威寧穹盆構造變形區的發耳穹盆區。發耳穹盆區主要展布于水城縣發耳-盤州市坪地一帶，斷層發育少、規模小，褶皺形式以穹窿、構造盆地為主。

受區域內向斜構造、坡體結構的影響，斜坡巖體結構復雜，既有構造形成的結構面，又有卸荷斷裂形成的淺部結構面。各結構面的交切使得巖體完整性差，巖體較為破碎?，F場調查表明，在飛仙關底部砂巖中，分布有三層以上泥巖、粉砂質泥巖，其中在距飛仙關底部約18 m處有一層厚達9 m的泥巖出露，其產狀與砂巖層產狀近乎一致，形成軟弱不連續結構面。節理裂隙發育，主要有四組陡傾的優勢節理：①165°∠64°；②92°∠75°；③54°∠86°；④123°∠63°。節理面多平直粗糙，少數近地表部位稍有張開，并充填次生泥，在砂巖中，其發育間隔一般為0.15～0.40 m，最小0.09 m。針對研究區地質災害發育最為普遍的飛仙關組和龍潭組地層，選取基巖出露較好的位置，布置測窗進行了結構面統計，統計結果如圖4a～圖4d所示。

圖4a 結構面走向玫瑰花圖

圖4d 傾向分布擬合圖

各結構面的組合特征所示，斜坡層狀巖體受結構面切割影響強烈，考慮到斜坡臨空面的情況，結構面及層面相互組合，切割巖體，使得研究區內陡坎部位有大量切割的巖塊，大大降低了形成的巖體強度，也影響了斜坡整體穩定性，構成了斜坡整體發生變形甚至失穩破壞的控制性邊界。

可以看出，該區域發育的4組優勢結構面，分別傾向北東和東南方向，且裂隙多張開，呈拉張狀態，體現出明顯的卸荷特征；結構面均呈交角剪切關系，結構面與層面產狀相互切割，形成大小不一的楔形體，有產生崩塌的可能性。

根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2015)，研究區基本地震動峰值加速度為0.05 g，基本地震動反應譜特征周期為0.40 s，相應地震烈度為Ⅵ度。區域地殼穩定性相對較好。地震對研究區地質災害的影響相對較小。根據地震部門記載統計，研究區周邊有地震記錄的地震震級≥4級的發生2次，最大震級4.2級；<4級的地震發生過146次。根據中國地震臺網監測結果，研究區附近區域在近1年內發生的地震有6次。其中在2018年09月26 日18時32分47秒，水城縣營盤鎮(東經104.72，北緯26.21)發生3.2級地震，震源深度8 km，震中位置距離研究區最近僅有4 km距離，地震作用對研究區內地質體具有一定的影響。

3.3 巖土體工程地質特征影響

研究區出露的地層主要為二疊系、三疊系以及第四系地層。區內第四系松散堆積層較少，沿河流和沖溝有少量沖洪積，在緩坡上，常有厚度不等的殘坡積層覆蓋，其巖性主要為各種成因堆積物、粘土、泥礫及砂礫等。

三疊系地層主要分布于研究區陡崖、陡坡區域，是組成區內山體的主要地層，巖性以硬質巖、較硬巖為主。其中，嘉陵江組(T1-2j)地層巖性主要為灰巖、泥灰巖、泥質白云巖及泥、砂巖，厚度約361～473 m，區內出露不全，其主要成為區域內的陡崖分布區；飛仙關組(T1f)地層巖性主要為紫色、灰綠色粉砂巖、泥巖夾薄層灰巖及條帶，厚度約393～684 m，其主要構成研究區的陡坡及部分陡崖分布區。

圖4c 傾角分布擬合圖

圖4b 結構面傾向玫瑰花圖

二疊系地層主要分布于區內緩坡地帶以及溝谷地帶，是山體底部地層，巖性主要為較軟巖、軟質巖，部分區段出露硬質巖類。其中龍潭組(P31)地層巖性主要為黃色、黃綠色砂頁巖、泥巖夾煤層，厚度約147～360 m，其主要構成研究區內的緩坡分布區及部分溝谷地帶；峨眉山玄武巖(P2-3em)地層巖性主要為玄武巖、凝灰巖、凝灰質頁巖，主要分布于研究區外圍，出露不完全，其主要構成研究區外圍尤其是西南側的山體。

這樣的巖土體工程地質組合，形成“軟硬相間”、“上硬下軟”的地層結構，易于發生崩塌、滑坡、不穩定斜坡等地質災害。

3.4 氣象水文條件影響

研究區屬亞熱帶高原季風氣候區，降水豐沛，雨熱同期，有明顯的旱季和雨季之分。年均降水量1137.0 mm，近十年(2010—2019)實測最大一日降水量達103.6 mm，最大三日降水量為201.2 mm，最大一日降水量約為三日降水量的52%。研究區內降水大多集中在5—10月，約占全年降水量的78.35%，其中尤以6—8月最為集中且降水強度大，是暴雨的多發季節。區內汛期降雨以大雨、暴雨居多，時間短、雨量大，在高溫與降雨的交替作用下，巖土體極易發生結構破壞，造成穩定性降低。

降水是誘發地質災害的關鍵因素之一，通過對區域的降雨情況進行分析可知，該區的降水量較大且較為集中。降雨之后，坡面流沿節理裂隙進入地下，而泥巖或粉砂質泥巖遇水易軟化，在自重力作用下向軟弱面傾斜，如采空塌陷區、臨空面、巖體結構軟弱面等。部分區域出現局部應力集中，產生裂縫、膨脹、地面沉降等變形破壞。

區域地表和地下水資源豐富，在水流的作用下，導致隱患點內土體的容重改變，增加土體下滑力，為滑坡隱患點的形成提供了物質基礎；同時改變巖土體結構，從而改變巖土體的c、φ值，使巖土體的不連續面上的摩阻力減小和作用在不連續面上的剪應力效應增強，結果沿不連續面誘發巖土體的剪切運動；此外，地下水通過滲透壓力對巖土體施加一個推力，即在巖土體中產生一個剪應力，從而降低巖土體的抗剪強度，推動巖體向不穩定一側傾斜變形。

研究區內河流屬珠江水系北盤江流域。區內北盤江總體由北向南方向徑流，在其兩側有近東西向的次級支流、季節性流水匯入北盤江。區內水文條件決定了研究區內沖溝的流向以及斜坡坡向，進而影響研究區內斜坡體在重力作用下的變形演化特征。河谷、沖溝的沖刷切割，對斜坡體穩定性產生重要影響。區內水文條件主要受大氣降雨補給，巖土體內富水情況也與大氣降水相一致并略有滯后，多數地質災害的發生，都與大氣降水以及巖土體的飽水狀態有關。

3.5 人類工程活動影響

隨著經濟活動的發展，研究區內人類工程活動強烈，主要為煤炭開采、公路修建、陡坡耕植等，其中采煤活動對區內地質災害的發展具有重要影響。研究區采煤歷史悠久，分布區域面積較大，區內含煤地層主要為龍潭組，可采煤層13層，煤層厚度、間距以及層數均較穩定。

研究區煤層開采后，斜坡應力重分布形成“應力增高區”和“應力減弱區”，斜坡變形強烈，采空區頂板及邊界是坡體內變形最強烈的區域，采空區頂板冒落下沉，使得采空區覆巖向采空區方向移動，造成采空區邊界拉張應力集中，產生拉裂縫。受臨空面的影響，拉張裂縫進一步擴展。斜坡開采完畢后在長期降雨作用下，變形破壞進一步加劇，冒落垮塌范圍擴大，斜坡坡頂塑性區由張拉變形轉為剪切變形，斜坡采空區覆巖有朝向臨空面的蠕滑變形，如果繼續發展，斜坡穩定性會降低很多，最終形成整體滑坡、崩塌等地質災害。

4 發耳區域地質災害防治區劃

4.1 防治分區原則

地質災害防治分區是在地質災害易發性評價、危險性評價、易損性評價和風險評價的基礎上，考慮各類地質災害的分布特征以及威脅范圍，考慮人口集中區、資源開采及土地規劃等的情況，綜合確定地質災害防治優先級和緊迫性。發耳區域地質災害防治分區的原則為：

(1)地質災害風險區內，遭受地質災害危害和威脅嚴重且危險性大的人口集中居住區、交通干線、基礎設施、旅游景區、規劃開發區、重大工程項目、資源開采開發區等，劃分為重點防治區。

(2)地質災害風險區內，遭受地質災害危害和威脅較嚴重且危險性中等的村莊、道路、工程所在地及國民經濟規劃較重要建設項目和開發區段，較重要交通干線兩側等，劃分為次重點防治區。

(3)將上述區以外的范圍，劃分為一般防治區。

(4)保持行政單元的相對完整性，便于管理和實施，局部以重要工程設施、交通干線、大中型工礦企業等劃定。

4.2 防治分區方法

地質災害防治分區，是根據區域地質災害易發程度(Fy)、地質災害危險程度(Fw)、地質災害易損程度(Fs)、地質災害風險程度(Ff)等分區因子，采用綜合因子評判法，將各因子分為三個等級并量化賦值(見表2)，基于柵格及矢量數據，以網格為單元，采用公式F=Fy+Fw+Fs+Ff利用ArcGIS軟件進行疊加分析。

表2 研究區地質災害防治分區因子賦值表

根據單元的積分值(F)進行統計分析，找出分區的組合特征值，經綜合分析確定分區標準，如表3，根據分區標準將調查區劃分為3個類型的防治區：重點防治區、次重點防治區和一般防治區。再根據各區的防治對象進一步劃分亞區段。

4.3 發耳區域地質災害防治分區結果

根據區域地質災害野外調查結果，結合研究區地質災害分布特征、形成因素、穩定性特征、危害特征等，對研究區地質災害進行綜合分析及風險評價。根據防治分區劃分原則與方法，將研究區劃分為重點防治區、次重點防治區和一般防治區三個級區7個亞區，其中重點防治區分為2個亞區，次重點防治區分為2個亞區，一般防治區分為3個亞區。各分區特征如表4，分區圖見圖5。

表4 貴州省水城縣發耳重點區域地質災害防治分區統計表

圖5 研究區地質災害防治分區

5 結論

(1)貴州省水城縣發耳重點區域地形起伏高差較大，坡度陡。地層總體形成“軟硬相間”、“上硬下軟”的地層結構，受構造和卸荷作用影響，巖體破碎、節理裂隙發育，地質災害較為發育。根據調查，研究區現共有地質災害點29處，其中滑坡16處，地裂縫7處，崩塌 4處，不穩定斜坡1處，泥石流1處。

(2)通過分析，研究區地質災害分布主要受控于地形地貌、地層巖性及人類工程活動等條件。29處地質災害主要發生于地形較陡的陡坡、陡崖地帶，且地質災害主要發生于飛仙關組(21處，占比73%)、嘉陵江組(3處，占比10%)和龍潭組(5處，占比17%)地層，因礦產資源開發誘發的地質災害為25處，占區域內地質災害總數的84%，且這些地質災害主要由煤礦礦山開采引發。

(3)發耳區域地質災害形成條件主要有地形地貌、地質構造與地震、巖土體工程地質條件、氣象水文條件、人類工程活動等因素。

(4)根據防治分區劃分原則與方法，將研究區劃分為重點防治區、次重點防治區和一般防治區三個級區7個亞區，其中重點防治區分為2個亞區，次重點防治區分為2個亞區，一般防治區分為3個亞區。