孫智杰, 孫 威, 羅莉威, 彭 慧, 范 威

(湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,湖北 武漢 430034)

地質(zhì)災(zāi)害是指受自然因素或者人為活動(dòng)引發(fā)的,危害人民生命和財(cái)產(chǎn)安全的山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質(zhì)作用有關(guān)的災(zāi)害[1]。巖土體是礦產(chǎn)資源、地質(zhì)災(zāi)害和工程建設(shè)的重要載體和物質(zhì)基礎(chǔ),它的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)、空間分布及其產(chǎn)出狀態(tài)等在一定的動(dòng)力作用下,與地質(zhì)災(zāi)害的形成有著極其密切的關(guān)系,成為致災(zāi)的重要因素之一[2]。

1 地質(zhì)環(huán)境背景

武漢市位于江漢平原東部,長(zhǎng)江與漢水交匯處,是國(guó)家歷史文化名城、中部地區(qū)的中心城市,總面積8 569.15 km2,其中水域面積達(dá)2 217.6 km2,占全市土地面積的26%。地勢(shì)總體表現(xiàn)為北高南低,北部低山林立,中部為低平的長(zhǎng)江中游沖積平原,南部丘陵、壟崗環(huán)抱,全市低山、丘陵、壟崗與平原面積分別占總面

積的5.8%、12.3%、42.6%和39.3%。

市內(nèi)主要分布碎屑巖、碳酸鹽巖、變質(zhì)巖,花崗巖呈各類侵入體及各時(shí)代巖脈零星產(chǎn)出[3]。斜坡地帶廣泛分布風(fēng)化巖層及殘坡積土層,易形成滑坡、崩塌、泥石流;覆蓋型隱伏巖溶條帶發(fā)育,為地面塌陷的產(chǎn)生提供了基礎(chǔ)條件;一、二級(jí)階地下伏深厚的淤泥質(zhì)土,是地面沉降發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2 巖土體類型

2.1 土體

第四系松散堆積物廣泛分布于武漢市的平原、壟崗及河流兩岸、山谷低洼地帶,地表面積的90%為松散堆積層覆蓋。按照土體工程地質(zhì)特征,可劃分為粘結(jié)性土和松散狀土兩類,并進(jìn)一步劃分為5個(gè)巖組(表1)。

表1 土體工程地質(zhì)類型一覽表Table 1 List of the soil’s engineering geological types

2.2 巖體

巖體分為巖漿巖、碎屑巖、碳酸鹽巖和變質(zhì)巖四個(gè)巖類,再根據(jù)其巖石強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和巖性劃分巖組,共分11個(gè)巖組(表2)。

表2 巖體工程地質(zhì)類型一覽表Table 2 List of the rock’s engineering geological types

3 地質(zhì)災(zāi)害與巖土體類型

武漢市共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害210處,包括滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地面沉降五種類型,其中滑坡135處,崩塌33處,泥石流2處,地面塌陷33處,地面沉降7處(圖1)。數(shù)量上以滑坡、崩塌居多,危害程度則以地面塌陷、地面沉降更為嚴(yán)重。

圖1 武漢市地質(zhì)災(zāi)害類型圖Fig.1 The geological hazard types of Wuhan1.滑坡;2.崩塌;3.泥石流;4.地面塌陷;5.地面沉降。

對(duì)地質(zhì)災(zāi)害分布情況與巖土體類型分布情況進(jìn)行疊加處理,通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),各類地質(zhì)災(zāi)害在不同的巖土體類型中發(fā)育的數(shù)量差別較大(圖2)。

從不同巖土體類型之中地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度上分析(圖3),地質(zhì)災(zāi)害在粘接性土類中發(fā)育數(shù)量最多,類型以土質(zhì)滑坡和地面沉降為主,占全市地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的44.29%;其次為碎屑巖類,主要為滑坡、崩塌以及采空區(qū)地面塌陷,占總數(shù)的22.86%;碳酸鹽巖類中主要發(fā)育巖溶地面塌陷,局部發(fā)育有滑坡、崩塌、泥石流,占總數(shù)的17.14%;變質(zhì)巖類中發(fā)育滑坡、崩塌、泥石流,占總數(shù)的15.71%;松散狀土類、巖漿巖類中未發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害。

圖2 各類地質(zhì)災(zāi)害在不同巖土體類型中的發(fā)育數(shù)量圖Fig.2 The number of each geological hazard in different types of rock and soil1.粘結(jié)性土類;2.松散狀土類;3.巖漿巖類;4.碎屑巖類;5.碳酸鹽巖類;6.變質(zhì)巖類。

3.1 滑坡與巖土體類型

滑坡是武漢市最多發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害類型,共135處,占全市地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的64.29%。其中土質(zhì)64處,占47.40%;巖質(zhì)49處,占36.30%;巖土混合質(zhì)22處,占16.30%。因滑坡體下伏基巖巖性及風(fēng)化程度不同,地表第四系物質(zhì)組成各不相同,滑坡的發(fā)育程度也有所差異。

圖3 不同巖土體類型中地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度圖Fig.3 The development of geological hazards in different types of rock and soil1.粘結(jié)性土類;2.松散狀土類;3.巖漿巖類;4.碎屑巖類;5.碳酸鹽巖類;6.變質(zhì)巖類。

3.1.1 滑體與巖土體類型

滑體是滑坡的整個(gè)滑動(dòng)部分,分析表明,粘結(jié)性土、碎屑巖類、變質(zhì)巖類為區(qū)內(nèi)滑坡易發(fā)巖土體?；w物質(zhì)組成為粘土最多,共64處,占總數(shù)的47.41%;其次為石英砂巖,共28處,占20.74%(表3)。

表3 武漢市滑坡滑體巖土體類型一覽表Table 3 List of landslide lithology in Wuhan

3.1.2 滑床與巖土體類型

滑床是滑坡體滑動(dòng)時(shí)所依附的下伏巖體,也是滑坡發(fā)育所在斜坡的母巖。分析表明,滑床主要發(fā)育在碎屑巖類及變質(zhì)巖類中,其中石英砂巖共68處,占50.37%(表4)。

表4 武漢市滑坡滑床巖土體類型一覽表Table 4 List of slide bed lithology in Wuhan

從巖土體類型及其特性分析,滑坡在堅(jiān)硬中—厚層狀石英砂巖中發(fā)育最多,堅(jiān)硬塊狀混合巖、片麻巖和堅(jiān)硬—較堅(jiān)硬層狀—片狀片巖兩類巖組次之。上述巖組分布區(qū)內(nèi),部分地段曾屬于采礦區(qū),露天采石活動(dòng)較頻繁,加之巖性軟弱易風(fēng)化,滑坡較易發(fā)生。

3.2 崩塌與巖土體類型

武漢市崩塌共33處,占全市地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的24.44%。其中表層土質(zhì)崩塌4處,占12.12%;巖質(zhì)崩塌29處,占87.88%。因巖石物理力學(xué)性質(zhì)差異,巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度不同,崩塌的發(fā)育程度也有所差異。

據(jù)對(duì)崩塌體母巖巖土體類型分析表明,碎屑巖類、變質(zhì)巖類為區(qū)內(nèi)崩塌易發(fā)巖土體。崩塌在片巖中發(fā)育最多,共13處,占39.39%;其次為石英砂巖,共10處,占30.30%(表5)。

表5 武漢市崩塌巖土體類型一覽表Table 5 List of collapse lithology in Wuhan

從巖土體類型及其特性分析,最有利于崩塌形成的巖組是堅(jiān)硬—較堅(jiān)硬層狀—片狀片巖巖組,其次為堅(jiān)硬中—厚層狀石英砂巖巖組。上述巖組分布區(qū)內(nèi),部分地段巖體構(gòu)造裂隙發(fā)育,巖石呈塊狀,在人類工程活動(dòng)等外力作用下,易脫離母巖發(fā)生崩塌。

3.3 泥石流與巖土體類型

武漢市泥石流發(fā)育較少,全市僅2處,占全市地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的0.95%。泥石流的發(fā)育程度與物源區(qū)的土體物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成及巖石的風(fēng)化程度密切相關(guān)。

從巖土體類型及其特性分析,一處為含軟弱夾層、受人類采礦活動(dòng)影響的堅(jiān)硬塊狀、層狀巖溶中等發(fā)育灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、燧石結(jié)核灰?guī)r巖組,另一處為風(fēng)化較強(qiáng)的堅(jiān)硬—較堅(jiān)硬層狀—片狀片巖巖組。巖體軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育,表層較破碎,斜坡表面堆積了大量的風(fēng)化巖塊,為泥石流的形成提供了豐富的固體物質(zhì)來(lái)源。

3.4 地面塌陷與巖土體類型

3.4.1 巖溶地面塌陷與巖土體類型

巖溶塌陷是武漢市影響最大的地質(zhì)災(zāi)害,共31處,占全市地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的14.76%。武漢市廣泛分布碳酸鹽巖,且?guī)r溶發(fā)育較強(qiáng)烈,含有豐富的巖溶水,為巖溶地面塌陷的產(chǎn)生與廣泛分布孕育了條件。

依據(jù)碳酸鹽巖上覆巖土體類型,在剖面上,可在覆蓋型巖溶、埋藏型巖溶之上劃分為五種結(jié)構(gòu)類型[4]。分析表明,武漢市巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生于四種巖土體結(jié)構(gòu)類型中,其中Ⅰ型(即典型的“二元結(jié)構(gòu)”)最多發(fā),共22處,占70.97%(表6)。

3.4.2 采空區(qū)地面塌陷與巖土體類型

武漢市采空型塌陷共2處,占全市地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的0.95%。

表6 武漢市巖溶塌陷巖土體結(jié)構(gòu)類型一覽表Table 6 List of karst collapse lithology in Wuhan

采空區(qū)地面塌陷主要與地下開(kāi)采石膏礦相關(guān),礦體賦存于三疊系中下統(tǒng)—白堊系下統(tǒng)之中,巖土體類型屬堅(jiān)硬—較堅(jiān)硬中厚層狀砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。

3.5 地面沉降與巖土體類型

軟土地面沉降是武漢市首要防治的緩變型地質(zhì)災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì),全市共發(fā)生162處地面沉降現(xiàn)象,可按受災(zāi)區(qū)域集中劃分為7個(gè)沉降點(diǎn),占全市地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的3.33%。

長(zhǎng)江、漢江沖積平原地區(qū)廣泛分布淤泥類軟土,一級(jí)階地地下水與地表水聯(lián)系密切,呈季節(jié)性變化,加之基坑降水措施造成的地下水位下降,使高壓縮性淤泥類軟土產(chǎn)生固結(jié),從而引發(fā)了地面沉降。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 武漢市主要地質(zhì)災(zāi)害類型為滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷及地面沉降。受巖土體間的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)、空間分布及產(chǎn)出狀態(tài)等因素影響,地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度與其密切相關(guān)。

(2) 市內(nèi)壟崗、丘陵地段殘坡積粘性土堆積較厚,由于人工切坡形成臨空面,在降雨作用下易形成土質(zhì)滑坡;一、二級(jí)階地湖積軟土分布廣泛,受人工加載、抽排水作用,易引發(fā)地面沉降;碎屑巖類因巖性致密堅(jiān)硬,抗風(fēng)化能力差,導(dǎo)水性較差,在人類工程活動(dòng)作用下易形成滑坡、崩塌等災(zāi)害,另部分層位賦存有礦產(chǎn)資源,若未按規(guī)范開(kāi)采地下礦產(chǎn)可能引發(fā)采空區(qū)地面塌陷;碳酸鹽巖類溶蝕作用較強(qiáng),局部發(fā)育地下溶洞,上覆松散類土受潛蝕運(yùn)移后形成空洞,在人類工程活動(dòng)作用下易發(fā)生巖溶地面塌陷;變質(zhì)巖類巖層經(jīng)節(jié)理裂隙切割、風(fēng)化后,在降雨、人類工程活動(dòng)等因素作用下,坡度較陡的區(qū)段易形成滑坡、崩塌、泥石流災(zāi)害。

(3) 在城市開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中,根據(jù)不同巖土體類型與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的關(guān)系,在粘結(jié)性土、碎屑巖類及變質(zhì)巖類分布區(qū)內(nèi),應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)建房、修路等工程活動(dòng)的控制,合理規(guī)劃、科學(xué)選址,采取可靠的工程處理措施,在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)內(nèi)盡量避免切坡建設(shè),對(duì)礦山逐步開(kāi)展恢復(fù)治理,避免滑坡、崩塌、泥石流地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生;在碳酸鹽巖、淤泥質(zhì)軟土分布區(qū)內(nèi),應(yīng)重點(diǎn)開(kāi)展專業(yè)監(jiān)測(cè)工作,加強(qiáng)管控地下水,嚴(yán)格實(shí)施建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)管,將地質(zhì)災(zāi)害防治工作貫穿于工程建設(shè)的立項(xiàng)、選址、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收等各個(gè)階段,切實(shí)減少地面塌陷、地面沉降地質(zhì)災(zāi)害可能引發(fā)的損失。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院.地質(zhì)災(zāi)害防治條例:中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院令第394號(hào)[A/OL].(2004-06-25)[2017-06-29].http://www.mlr.gov.cn/zwgk/flfq/dzhjgl/200406/t20040625_13574.htm.

[2] 李宗發(fā).貴州構(gòu)造—巖土體分區(qū)及其與地質(zhì)災(zāi)害形成的關(guān)系[J].貴州科學(xué),2012,30(3):32-37.

[3] 張峰,湯旻燁.湖北省武漢市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃報(bào)告[R].武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,2008.

[4] 羅小杰.武漢地區(qū)碳酸鹽巖“六帶五型”劃分與巖溶地質(zhì)災(zāi)害防治[J].水利學(xué)報(bào),2014,45(2):171-179.