長吉圖經濟區地質災害易發性區劃研究

石旭飛，江 山，郭曉東，趙海卿

中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧 沈陽 110000

0 引言

長（長春）吉（吉林）圖（圖們）經濟區是我國東北地區重要的工業基地，是振興東北老工業基地國家戰略的重要組成部分［1］.但是，在城市建設與發展過程中，各種自然與人為誘發的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質災害［2-4］嚴重阻礙了長吉圖經濟區經濟社會的發展［5-6］.因此，如何保持人類經濟活動在無害少災的環境中生存發展并保持與地質環境較為協調的關系，是擺在區域規劃者、城市建設者、環境地質研究者面前一個難題.

解決上述問題的一個重要方法是對研究區地質災害易發性進行區劃.目前國內外研究地質災害易發性區劃的方法主要有GIS法［7-10］、數理統計法［11-15］、數學模型法［16-19］.由于地質災害系統的復雜性和不確定性［20-21］，上述方法均是基于地質災害的影響因素和地質現象作出宏觀評價，有關地質災害易發性區劃定量研究還較為缺乏.

綜上，本研究在調查分析長吉圖經濟區內存在的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等環境地質問題的數量及其影響因素的基礎上，利用地質災害綜合危險性指數法對上述地質災害的易發性進行定量研究并分區，為研究區優化配置利用地質資源與國土空間規劃提供科學依據.

1 研究區概況

長吉圖經濟區位于吉林省中東部，包括吉林省長春市城區、德惠市、九臺市和農安縣，吉林市城區、蛟河市和永吉縣，及延邊朝鮮族自治州全境，面積約72 000 km2.研究區屬溫帶大陸性季風氣候，降水多集中于6—9月份，占全年降水量的80%以上.雨季多暴雨，常造成江河泛濫，誘發地質災害.區內河網密布，以長白山群峰為中心，向西北和東北分別形成松花江、圖們江二大水系（圖1）.

圖1 長吉圖經濟區地貌分區及多年平均降水量等值線圖Fig.1 Geomorphic division and multiyear average precipitation isoline in the CJT Economic Zone

研究區地勢東南高西北低，起伏較大.全區自東向西以北東向為主的山嶺、盆地平行排列，相間分布.研究區基巖主要有以奧陶系和侏羅系泥巖、砂質泥巖、粉砂巖互層為主要特征的泥質巖類以及變質的中基性－酸性巖漿巖、碳酸鹽巖和三疊系、白堊系夾煤層的沉積碎屑巖.研究區第四系分布廣泛，以河流沖積、沖洪積和冰川堆積為主.中更新統黃土狀亞砂土、亞黏土比較發育.

研究區地下水資源豐富，在山區地下水主要賦存于基巖裂隙中，而在平原區及山間盆地、河谷區地下水主要賦存于松散堆積物的孔隙中，富水性差別大.

2 研究方法

地質災害易發區指具備地質災害發生的地質構造、地形地貌和氣候條件，或可能發生地質災害的區域.作者在分析研究區內主要環境地質問題的特征與影響因素的基礎上，利用原國土資源部下發的《＜縣（市）地質災害調查與區劃基本要求＞實施細則》［22］中的地質災害綜合危險性指數法對研究區地質災害易發區進行劃分，進而分析研究區環境地質問題的分布特征.

將研究區進行網格剖分，每個單元面積為1 km×l km～3 km×3 km.對于地質條件變化不大的地區，單元面積可取高限；對于地質條件復雜的地區，單元面積可取低限.計算每個單元格的地質災害綜合危險性指數Z：

式中：Zq為潛在地質災害強度指數；r1為潛在地質災害強度權值；Zx為現狀地質災害強度指數；r2為現狀地質災害強度權值.

潛在地質災害強度指數按以下公式計算：

式中，Ti分別為控制評價單元地質災害形成的地質條件（D）、地形地貌條件（X）、氣候植被條件（Q）、人為條件（R）充分程度的表度分值，各評價指標的選取與評判標準依據具體情況而定；Ai分別為各條件的權值，根據實際情況分配.

現狀地質災害強度指數可以用單元格災害點密度、災害面積密度以及災害體積密度求得：

式中，a為歸一化處理后的災害個數密度系數；b為歸一化處理后的災害面積密度系數；c為歸一化處理后的災害體積密度系數，地面塌陷災害體積密度系數為0.

根據各評價單元的地質、地形地貌、氣候以及人類工程活動等條件，利用MapGIS軟件空間分析功能計算各評價單元的潛在地質災害強度指數與現狀地質災害強度指數，賦權后計算得到各評價單元的地質災害綜合危險性指數，并根據計算結果合并相同單元格，劃定地質災害易發區.

3 主要地質災害及其影響因素

3.1 崩塌

崩塌是長吉圖經濟區突發性地質災害中發生頻度最大的災害類型，區內一般包括巖崩和土崩兩種類型.

研究區巖崩多分布在坡角受人為破壞、巖體裸露、坡度較陡的山坡處，尤其是江河沿岸，具有崩落滾動特點，水平位移較小.區內土崩坡角基本處于天然狀態，坡度40～45°左右，多發生于表層松散物質發育、植被稀少的山體坡角處.崩塌時具有一定的水平位移，面積較大，厚度較小.單體崩塌具有多次重復發生性，表現為某一崩塌帶（群）一年內或多年內多次重復發生，有時每年發生2～5次，如長白山天池地區.

研究區崩塌的區域空間分布規律主要表現為在某些地區成群、成帶、連片地集中分布，絕大多數分布在中低山區，其次為低山丘陵區，尤其是集中分布在老嶺中山區及圖們江沿岸，均發育在地形高差大（一般高差大于300 m）、坡度陡（坡角40°以上）的地區.區內崩塌點巖土體類型以巖漿巖為主，占72.8%；碎屑巖占15.9%；變質巖占11.2%.此與區內巖體類型分布面積比例基本一致.從發生時間上看，發生于6—9月的崩塌占研究區全年崩塌的87.4%，其中7—8月占65.6%，說明崩塌與降水關系密切，具有明顯的正相關性.

3.2 泥石流

泥石流是研究區東部中低山區分布較普遍、活動較頻繁的地質災害，主要以河谷型水石流和溝谷型泥石流為主.區內引發泥石流地質災害的降雨臨界值約為：24 h降水量大于100 mm，或48 h連續降水量大于150 mm.研究區大型泥石流周期為10~20年發生一次，小型泥石流災害發生周期為2~3年發生一次.

研究區泥石流絕大部分分布在張廣才嶺－龍崗山的中低山區.河谷型水石流分布在山間坡降較大、地形開闊，物源廣泛的河谷中，其形成區與流通區無明顯界線，搬運路程較長，具有流速快、能量大、破壞力強的特點.溝谷型泥石流分布于中低山山區易于匯水、地形坡度大、沖溝發育、無常年流水、碎屑物質豐富的溝谷中，物源范圍小，具有發生頻率高、規模小的特點.

研究區泥石流多以稀性泥石流為主，一般均發育多條泥石流支溝，坡降20°左右，常成群集中分布.從泥石流中的固體碎屑物質組成上看，河谷型由碎石、礫石、砂及黏土組成，粒徑大小相差不太懸殊，有一定的磨圓度和分選性；溝谷型由塊石、角礫、砂、黏土及耕植土組成，粒徑大小相差十分懸殊，磨圓度差，且無分選性.泥石流流體運動特征也有差別.河谷型泥石流屬稀性泥石流，固體碎屑物質在流體中具有明顯的垂直分帶性，土粒與砂粒呈懸浮狀態，紊流運動，被搬運距離遠；碎石、礫石在流體中為半懸浮狀態，在流體下部以翻滾、跳躍和被推移的搬運，被搬運距離相對較近.溝谷型泥石流屬黏性，固體碎屑物質含量高，其運動除靠流體搬運外，由于坡度大，自身還具有較大的下滑力.因此，固體碎屑物質在流體中沒有明顯的垂直分帶性，塊石、碎石、砂、土混雜.研究區泥石流的堆積特征主要有：河谷型泥石流堆積區比例大，自上而下略有粒徑由大到小的總體趨勢，多次活動后，堆積扇軸方向變化較小，堆積物疊加為主；溝谷型泥石流堆積區比例很小，粒徑分布無明顯規律，多次活動后，堆積扇扇軸擺動大，堆積物相接，部分疊加方式分布.

坡面型泥石流主要分布在老嶺山脈，一般分布在山體坡角40～50°的坡面稍凹處，其特點是流通區極短，供給區與堆積區幾乎相連.堆積物近錐體型，規模一般較小，泥石流溝總長度百余米左右，供給區長度50～80 m，堆積區長30～60 m，堆積物無分選，暴發時間短.

3.3 滑坡

研究區內滑坡分布較少，但危害較大，多屬巖體蠕動滑坡，具有間歇性活動特點，已發生的滑坡均為小型.研究區內滑坡按動力成因多屬自然滑坡，按滑坡體物質組成劃分多屬土體滑坡，滑動面為碎石土滑坡體與基巖接觸面.區內滑坡具有較明顯的形態特征一致性，即滑坡要素基本相同.滑坡體上部由破碎松散的土石組成，表面起伏不平，周界不明顯；滑坡壁高度1～5 m左右，陡度60～70°左右；滑動面（帶）傾向與坡體總體坡度基本一致，與滑動方向基本一致的剪切裂縫成群出現，一般延伸長度20～30 m，個別達50 m左右，多數寬度為5～10 cm，最寬達30 cm，相對錯距一般0.3～1.0 m，最大為1.5 m.

3.4 地面塌陷

地面塌陷是研究區造成單位面積國民經濟損失最大的地質災害，多為采礦引起.多年以來，各礦山均有不同程度的地面塌陷發生，尤其是琿春市、九臺市、蛟河市等煤礦分布較多的城市.研究區地面塌陷坑一般為近橢圓形或近圓形，比采空區范圍稍大，塌陷深度從內到外，由大變小，有時數個塌陷坑相連或部分重疊.

4 環境地質問題易發性區劃及其分布特征

通過利用地質災害綜合危險性指數法對研究區地質災害易發性進行計算，將研究區環境地質問題分為4個高易發區、2個中易發區和3個低易發區（圖2）.

圖2 長吉圖經濟區環境地質問題分區圖Fig.2 Environmental geological zoning map of the CJT Economic Zone

4.1 地質災害高易發區（I）

主要分布于地質構造密集，巖土體類型復雜，年降雨量較大的長白中低山區，分布面積16 048 km2，占研究區總面積的22.31%.區內有崩塌369處，滑坡61處，泥石流285處，地裂縫及地面塌陷11處，共計726處，占研究區地質災害點總數的46.75%，平均地質災害點密度為4.52個/100 km2.

（1）和龍－龍井－延吉－琿春高易發區（I1）

位于長吉圖經濟區的東南部的和龍市、龍井市、延吉市及琿春市和西北部的的安圖縣部分地區，分布面積11 751 km2，占研究區總面積的16.34%.區內巖土體類型主要為堅硬的中厚層狀以砂礫巖為主的巖組、軟弱的中層—薄層狀以砂礫巖為主的巖組及堅硬塊狀以花崗巖為主的侵入巖巖組，北西向及北東向斷裂發育.區內地貌由長白火山與熔巖臺地區、延邊中山低山區及延吉、和龍、圖們、琿春丘陵盆地等組成.區內有崩塌336處，泥石流152處，滑坡58處、地裂縫及地面塌陷7處，共計553處，占研究區地質災害點總數的35.61%，平均密度為4.71個/100 km2，為崩塌、滑坡、泥石流高易發區域.

（2）嘎呀河上游高易發區（I2）

位于汪清縣嘎呀河上游沿岸，分布面積2 772 km2，占研究區總面積的3.85%.區內巖土體類型主要為砂礫巖及軟弱的中厚—薄層狀黏土，為泥石流的形成提供了豐富的物源條件.區內地貌類型主要為中低山.區內有泥石流76處，崩塌14處，滑坡2處，共計92處，占研究區地質災害點總數的5.92%，平均密度為3.32個/100 km2，為泥石流高易發區.

（3）安圖縣松江－永慶高易發區（I3）

位于研究區東南部安圖縣所屬三道鄉、松江鎮、兩江鎮、小沙河鄉及永慶鄉，分布面積1 406 km2，占研究區總面積的1.95%.區內巖土體類型以較堅硬夾軟弱的中厚—薄層狀砂礫巖黏土巖互層巖組為主，地貌類型主要為中低山.區內有泥石流55處，崩塌14處，地裂縫及地面塌陷4處，共計73處，占研究區地質災害點總數的4.70%，平均密度為5.19個/100 km2，為泥石流高易發區域.

（4）長白山天池高易發區（I4）

位于長白山天池周邊，分布面積119 km2，占研究區總面積的0.17%.區內巖土體類型主要為塊狀堅硬玄武巖，地貌屬長白山火山中山區，地形坡度大.崩塌、泥石流地質災害發生頻率高，現有崩塌5處，泥石流2處，滑坡1處，總計8處，占研究區地質災害點總數的0.52%，平均密度為6.72個/100 km2，為崩塌、泥石流、滑坡高易發區域.

4.2 地質災害中易發區（II）

主要分布在巖土體類型較多或地質構造較密集的東部低山丘陵及部分中低山地區，分布面積34 599 km2，占研究區總面積48.10%.區內有崩塌364處，滑坡63處，泥石流179處，地面塌陷及地裂縫65處，共計671處，占研究區地質災害點總數的43.21%，平均密度為1.94個/100 km2.

（1）吉林－蛟河－敦化－汪清中易發區（II1）

位于研究區中部及東部的蛟河市、永吉縣、敦化市、汪清及安圖縣的部分地區，分布面積32 595 km2，占研究區總面積的45.31%.區內巖土體類型復雜，變質巖、花崗巖、碎屑巖、土體均有分布，地貌類型大部分為低山丘陵，部分為中低山.區內有崩塌313處，滑坡62處，泥石流173處，地面塌陷及地裂縫53處，共計601處，占研究區地質災害點總數的38.70%，平均密度為1.84個/100 km2.區內受人類工程活動影響比較強，巖土體較為松散，在公路沿線及巖土體類型接觸帶附近發生崩塌災害較多，加之年平均降雨量較大，在汛期常發生泥石流等突發性地質災害，為崩塌、泥石流中易發區域.

（2）九臺－上河灣中易發區（II2）

位于九臺市，呈帶狀分布，面積2 004 km2，占研究區總面積的2.79%.區內巖土體類型為砂礫巖、火山巖及砂類土，地貌類型為低山丘陵及沖洪積臺地，地形坡度10～40°.區內煤礦、采石場較多，人類工程活動比較劇烈，地面塌陷災害較為發育.區內有崩塌51處，滑坡1處，泥石流6處，地面塌陷及地裂縫12處，共計70處，占研究區地質災害點總數的4.51%，平均密度為2.79個/100 km2.由于區內九臺煤礦開采并且修建鐵路、公路較多，因此引發地質災害發生較多，屬崩塌、地面塌陷為主的中等易發區域.

4.3 地質災害低易發區（III）

主要分布在巖土體類型較少，地質構造密度較低的地區以及平原區，分布面積21 288 km2，占研究區總面積的29.59%.區內有崩塌123處，滑坡10處，泥石流23處，地面塌陷及地裂縫1處，共計157處，占研究區地質災害點總數的10.11%，平均密度為0.74個/100 km2.該區域大部地區地形比較平緩，地質構造較不發育，丘陵區森林植被覆蓋較好，不易發生危害性較大的地質災害.

（1）雙陽－萬昌－孤店子低易發區（III1）

位于伊舒槽地、伊通縣及吉林市，分布面積5 270 km2，占研究區總面積的7.33%.區內有崩塌28處，滑坡3處，泥石流11處，地面塌陷及地裂縫1處，共計43處，占研究區地質災害點總數的2.77%，平均密度為0.82個/100 km2.區內巖土體類型較簡單，以砂類土和黏性土為主.該區域地質災害以土質崩塌、水土流失為主，主要分布在河流沿岸，其表現形式多為人工切坡或河流沖刷形成的陡坎而導致的崩塌.

（2）林海－海浪低易發區（III2）

位于蛟河市與敦化市北部蛟河、牡丹江的上游，分布面積4 672 km2，占研究區總面積的6.49%.區內有崩塌28處，滑坡6處，泥石流12處，共計46處，占研究區地質災害點總數的2.96%，平均密度為0.98個/100 km2.區內巖土體類型主要有堅硬塊狀中厚花崗巖、薄層狀軟弱花崗巖風化殼、較堅硬塊狀－厚層狀火山碎屑巖，為崩塌低易發區域.

（3）平原地區為主地質災害低易發區（III3）

主要分布在長春－德惠－農安一帶，地形比較平坦，分布面積11 346 km2，占研究區總面積的15.77%.區內共有67處小型崩塌點，1處滑坡點，共計68處，占研究區地質災害點總數的4.38%，平均密度為0.60個/100 km2.區內巖土體類型較簡單，主要為黃土狀亞黏土、亞砂土、砂、泥巖等.區內地質災害以土質崩塌為主，多分布在河流沿岸，其表現形式多為人工切坡或河流沖刷形成的陡坎.

5 結論

（1）研究區內崩塌、滑坡、泥石流地質災害發生的主要影響因素是降水、地形地貌、巖土體類型、地質構造、人類工程活動.區內地質災害的發生多由以上數種因素共同作用產生，其中降水是誘發地質災害的最主要的原因，其次為地形地貌.

（2）研究區內的和龍市、龍井市、延吉市、琿春市、安圖縣部分地區、汪清縣嘎呀河上游沿岸以及長白山天池周邊等地為崩塌、滑坡、泥石流等地質災害高易發區，共有地質災害點726處，占研究區地質災害點總數的46.75%；蛟河市、永吉縣、敦化市、汪清縣等低山丘陵地區為崩塌、滑坡、泥石流地質災害中易發區，共有地質災害點671處，占研究區地質災害點總數的43.21%；伊通縣、吉林市和長春－德惠－農安一帶為崩塌、滑坡、泥石流地質災害低易發區，共有地質災害點157處，占研究區地質災害點總數的10.11%.

（3）研究區內崩塌、滑坡、泥石流等地質災害高易發區分布面積約占研究區總面積的22.31%，平均密度為4.52個/100 km2；中易發區分布面積約占研究區總面積48.10%，平均密度為1.94個/100 km2；低易發區分布面積約占研究區總面積29.59%，平均密度為0.74個/100 km2.