甘肅省麥積區地質災害發育特征及其成災模式研究

張治家

（甘肅省地質礦產勘查開發局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730020）

麥積區位于秦嶺西端北麓，是天水市的“東大門”，地處陜、甘、川之要沖。前期地礦、鐵道、交通、水保等部門和有關科研院所開展了不同精度的區域地質、水文地質、工程地質、環境地質和災害地質等工作，為本次工作的開展奠定了堅實的基礎[1-2]。但工作目的、工作方法和工作程度各不相同，地質災害調查程度尚不夠全面、隱患識別率不高、理論認識不足[3]，與第一次全國自然災害綜合風險普查存在一定差距，有待進一步開展工作。

1 區域地質環境概況

1.1 水文與地形地貌

麥積區屬溫帶半濕潤半干旱氣候，夏季涼爽、冬無大雪，春溫高于秋溫，四季分明、季風氣候明顯的特征。降水量在年內分布很不均勻，6～9月份降水量占全年降水量的64%，且多以暴雨形式出現；降水量的分布趨勢呈現由東南向西北逐漸減少，年際變化比較顯著，豐水年降水量為枯水年的2.35倍。地跨長江、黃河兩大流域，水文網發育，主要有渭河及其支流藉河、牛頭河、東柯河和潁川河等，多年平均徑流量3.60×108m3，平均徑流深167.82mm。地勢上屬西秦嶺山地與隴西黃土丘陵的過渡帶，形成渭河流域和嘉陵江流域的分水嶺，自分水嶺向南北兩側逐漸降低的變化趨勢；最高點是火炎山，海拔2559.7m，最低處是渭河的胡店，海拔800m；丘陵區地形坡度為15°～40°，相對高差200～400m；基巖山地坡度多在35°以上，相對高差500～800m，主要地貌類型為侵蝕構造中低山區、剝蝕構造丘陵區、侵蝕堆積河谷區和重力地貌。

1.2 地層巖性

區內主要出露第四系黃土、沖洪積物和崩滑堆積物；新近系河湖相泥巖和砂質泥巖；古近系河流相含礫砂巖；東南部和中部局部出露白堊系礫巖、含礫粗砂巖、砂質泥巖；上泥盆統大草灘群洪積扇裙或山前磨拉石砂礫巖、砂巖、粉砂巖，中泥盆統舒家壩群石英砂巖、粉砂巖、粉砂質板巖和板巖夾泥砂質灰巖；下古生界牛頭河群黑云母二長片麻巖、角閃片巖夾大理巖及角閃巖。

區內侵入巖出露廣泛，多呈巖基及巖枝狀產出，主要為印支期、燕山期黑云母斑狀花崗巖、中粗—中細粒花崗巖等。

1.3 地質構造

區內屬祁連—北秦嶺造山帶結合部位，可細分為5個構造帶，自北而南為隴山—固川中元古構造帶、葫蘆河—望家坡加里東構造帶、牛頭河—花廟河古元古構造帶、關子鎮—李子園加里東構造帶、李壩—舒家壩華力西期構造帶，它們之間均以區域性邊界斷裂或韌性剪切變形帶所分隔，經多次裂解、裂陷與多樣式造山作用形成的，中生代以來的構造活動對先期構造又進行了改造和疊加。

1.4 新構造運動與地震

區內位于青藏高原東北緣地貌階梯帶，新構造運動十分活躍，以大面積不均勻間歇性升降為主，表現為河谷多形成深切峽谷以及渭河高階地形成。區內位于天水—蘭州地震帶，構造活動強烈，發生過多次強震和古地震記錄，目前正處于地震活躍期（第五個）的能量釋放階段，預計未來百年內有發生6 級地震以上的可能。地震烈度為Ⅷ度區，設計基本加速度為0.3g。

1.5 水文地質特征與人類活動

區內地下水分布于黃土丘陵、基巖山地及河（溝）谷平原中，細分為基巖裂隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和松散巖類孔隙水三大地下水類型，其中以松散巖類孔隙水利用程度較高，其它兩種地下水利用程度偏低，處于原始天然利用狀態。一般情況下，地下水徑流為0.1～0.5L/(s·km2)，局部地區可達3～6L/(s·km2)。區內人類活動主要有亂砍濫伐，破壞植被；開山取石，建筑垃圾、生活垃圾隨意堆放，直接破壞地質環境；開挖坡體、修房建路、道路，引發地質災害。

2 地質災害發育特征

本次工作共確定地質災害隱患點475處。其中，滑坡災害隱患點226處，占總數的47.6%，崩塌災害隱患點146處，占總數的30.7%，泥石流災害隱患點100處，占總數的21.1%，地面塌陷災害隱患點3處，占總數的0.6%。

2.1 地質災害類型

（1）滑坡：區內發育的主要地質災害類型之一，分布廣，數量多，規模大，部分地段成群發育。按巖土體性質劃分為黃土滑坡130個、黃土—泥巖滑坡73個（圖1A）和堆積層滑坡23個（圖1B）；按滑體厚度劃分為淺層滑坡152個、中層滑坡52個、深層滑坡21個和超深層滑坡1個；按滑坡規模劃分為特大型滑坡24個、大型滑坡20個、中型滑坡80個和小型滑坡102個。

（2）崩塌：區內主要發育于黃土丘陵區和基巖山區。按物質組成分為土質崩塌135個（圖1C）和巖質崩塌11個（圖1D）；按規模分為大型12個，中型71個和小型63個。

（3）泥石流：是區內主要地質災害類型之一，發育密度2.9 條/100km2。按物質組成分為泥流37 條、泥石流55條和水石流8條；按易發程度分為高易發5條、中易發76 條和低易發19 條；按規模分為大型15 條、中型61條和小型24條。泥石流集中發生于每年7～9月份，這3 個月平均降水量282.76mm，占年平均降水量的52.63%，且多以大雨、暴雨形式出現。

（4）地面塌陷：區內地面塌陷有3 處。渭南鎮渭西村和道北辦呂家村變電所東面地面塌陷為歷史遺留防空洞口塌陷造成，規模小，現狀條件下已夯填、硬化；另一處位于五龍鎮安家山村文化廣場，為黃土濕陷造成，硬化路面發生不同程度變形，危害性較大。

2.2 地質災害發育特征

受水文氣象、植被、地質環境條件的制約和人類工程活動的影響，區內的地質災害發育呈普遍性和不均勻性、多發性及突發性特征。

（1）普遍性和不均勻性：區內的地質災害隱患點較為發育，其中以滑坡、崩塌、泥石流為主，尤以滑坡在全區的鄉鎮及街道辦事處均有分布。渭河及其支流河谷區下游段地質災害點相對密集，東南部相對較少；各個鄉鎮的災害密集程度和災害類型存在較大的差異，主要分布于馬跑泉鎮、花牛鎮、社棠鎮、伯陽鎮、甘泉鎮、麥積鎮、東岔鎮7個城鎮，地質災害點達到了307處，占全區總數量的的64.6%；此外，地形條件控制、地層巖性、地質構造和人類工程活動等也存在地質災害分布的不均勻性。

（2）多發性：在時間上的反復性及空間上的群發性。滑坡、崩塌、泥石流等地質災害均不同程度表現出多發性特征，尤以泥石流表現最為明顯。泥石流活動周期與雨季周期和強降雨保持較為一致的關系；區內較大的泥石流溝均發生多次泥石流事件，存在著較大的多發性和反復性；滑坡集中發育區也是泥石流高發育區。

（3）突發性：滑坡多屬低速間歇型，一般不會直接造成人員傷亡，而泥石流、崩塌災害突發性強，難以預防，往往人員或財產來不及撤離，危害相當嚴重。

3 孕災地質條件分析

3.1 地形地貌與地質災害

地形和地貌控制著地質災害的發育特征和分布規律。

（1）對泥石流的影響：對區內泥石流的溝谷的溝床比降、溝坡坡度和流域形態統計發現，溝谷平均溝床比降在30‰～400‰對泥石流的形成和運動最為有利；泥石流谷坡坡度優勢區間為20°～50°，易發性與相對高差呈正比關系；樹葉狀流域形態易發生泥石流。

（2）對滑坡、崩塌的影響：斜坡地形是滑坡、崩塌產生的基礎條件，其主要受坡型、坡度、坡高和坡向等四個方面影響地質災害的發生[4]。

①坡型：區內階梯型斜坡發育的滑坡最多，為96處，凸形為45處、直線型為31處、凹型為54處，多分布于天然坡度較大以及人類工程活動較強烈的公路沿線和溝谷地帶，溝谷常呈“V”型谷，切割深度大，較陡、斜坡高，臨空條件較好。崩塌多發育于公路沿線或河流兩岸高階地前緣陡坎處或人為削坡建房形成的陡坎處，崩塌災害多發育在直線型斜坡中。

②坡度：區內滑坡多發生于坡度在20°～40°之間，大于60°的陡崖多發育崩塌而不表現為滑坡破壞形式。

③坡高：區內滑坡主要集中坡高30～50m段，之后隨著坡高的增大，發生滑坡的比率變化不大，但坡高達到300m以后趨于減小，說明滑坡多發生在人類工程活動強烈地帶。崩塌常發生于50m 以下的斜坡，表明歷經長期風化，斜坡高差越大越趨于穩定；人類工程活動和水流沖蝕對斜坡高差較低的斜坡產生影響，往往造成形成陡坡，增加發生崩塌的概率。

3.2 地質構造與地質災害

區內構造復雜，斷裂和褶皺十分發育，大型滑坡群（帶）等主要位于強震中分布區，且北西西和北東向的褶皺軸和壓扭性走滑斷裂帶的復合部位最為發育。

（1）斷裂：特別是深大斷裂和活動斷裂構造能使巖體破碎、地應力集中、地形突變、地下水作用活躍，給滑坡、崩塌的發育創造良好的背景條件，極易形成高陡邊坡，且巖土體松散。

（2）地震：地震背景條件復雜，活動頻繁，Ⅶ度及Ⅶ度以上區易發生區域性規模較大滑坡災害；Ⅶ度以下區僅在部分區段發生小規模滑坡。

3.3 工程地質巖組與地質災害

區內的巖體類型可分為4類巖組，土體可分為3類巖組。發育地質災害數量最多的地層為黃土、泥巖巖土體廣泛分布區，發育的數量多達338處，巨型和大型規模地質災害也多發育在這兩個巖組。造成這種現象的原因是區內這兩類巖土體的物理力學性質存在很大的差異，黃土的透水性相對較好，而泥巖的透水性較差，為主要的隔水層，并且泥巖遇水易軟化、泥化，其力學性質顯著降低，成為形成滑坡的良好地層，使滑坡發育具有良好的物質基礎。受構造的影響，這套易滑地層的巖層傾向與斜坡的坡向一致或者交角較小，且巖土體破碎，易于順層或者切層滑坡，因此，是區內滑坡、崩塌等地質災害集中多發區，也間接加劇了泥石流災害的發育。

3.4 水文地質條件與地質災害

地下水通過物理（潤滑、軟化和泥化作用）、化學作用（離子交換和溶解作用）改變巖土體的結構，從而改變巖土體的C、φ值；利用孔隙靜水壓力作用影響巖體的有效應力，從而降低巖土體的強度；通過孔隙動水壓力的作用，施加巖土體剪應力，降低巖土體的抗剪強度等。

3.5 人類工程活動與地質災害

人類工程活動對泥石流的影響作用主要表現在以下方面：濫砍濫伐；陡坡耕種；開礦采石，修路建房棄土垃圾、采礦廢石廢土亂棄亂堆，某種程度上擴展了泥石流發育。

4 成災模式

4.1 滑坡、崩塌成災模式

區內滑坡、崩塌的主要承災對象主要為居民、道路和農田。居民和道路均位于滑坡、崩塌前緣地帶，農田主要在滑坡體的中上部地段。根據滑坡的變形破壞模式和承災對象相對滑坡體的位置，滑坡、崩塌成災模式有“滑移變形+掩埋或推倒破壞模式”和“滑移變形+拉裂破壞模式”兩類。前者主要由土體內部或土體沿巖土分界面產生滑移變形、巖體沿巖層面或軟弱夾層或風化帶（面）產生滑移變形所致，使滑坡中前緣的居發或道路等受到掩埋、開裂或毀壞而產生的致災模式；后者主要為由土體內部或土體沿巖土分界面產生滑移變形致使農田開裂或毀壞的致災模式[1]。

4.2 泥石流成災模式

根據區域地質環境背景和泥石流的各類特征將區內泥石流成災模式分為滑坡—碎屑流—泥石流型模式和支溝群發匯集型模式。

（1）滑坡—碎屑流—泥石流模式：突發性事件（如地震）造成溝域中上部發生滑坡—碎屑流，順溝堆積了巨厚松散堆積體，造成溝床抬高，溝床變寬，流道變的不明，常在堆積體終端形成陡坎（坡）；堆積物一般以石塊和小礫石為主，厚一般十幾米到幾十米不等，分選性差，磨圓度差，結構疏松；后期強降雨引發洪水，常以揭底侵蝕、側蝕或溯源侵蝕等方式裹挾松散堆積物物源形成泥石流[2]。

（2）支溝群發匯集型模式：主要由一條主溝和周邊多條支溝構成，主溝縱坡降緩，支溝縱坡降大。主溝和支溝沿線常堆積有豐富的松散堆積物，當遇到強降雨天氣，支溝先發生泥石流，一起匯聚于主溝，并主溝周邊松散堆積體發生泥石流。支溝泥石流一般規模小，但沖擊力強，流速快，常為稀性泥石流；在發育期形成V 形谷，縱坡降大，以下切為主，內部發育大量的崩滑堆積體，為大型泥石流啟動的重要物源；主溝泥石流規模大、但流速慢，具漫流特征，常為粘性泥石流，形成溝域樹枝狀溝系，發育成熟時形成U 形谷，縱坡降小，溝底發生坡洪積堆積；隨著時間的推移，支溝群物源轉為主溝物源，支溝物源逐漸減少，造成支溝發生泥石流的頻率和規模減小，主溝發生大規模泥石流。

5 結語

甘肅省麥積區共確定地質災害隱患點475處，主要有滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷四種類型，以滑坡和崩塌為主，并呈現普遍性和不均勻性、多發性及突發性。地形地貌、工程地質巖組、地質構造、水文地質條件和人類活動對地質災害產生了不同程度的影響。滑坡、崩塌成災模式主要為滑移變形+掩埋或推倒破壞模式和滑移變形+拉裂破壞模式；泥石流成災模式主要為支溝群發匯集型模式和滑坡—碎屑流—泥石流型模式。