周付彬

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院(山東省地勘局第二地質(zhì)大隊(duì))，山東濟(jì)寧 272100)

0 引言

2021年5月12日是我國第13個(gè)全國防災(zāi)減災(zāi)日，今年的主題是“防范化解災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，筑牢安全發(fā)展基礎(chǔ)”。自然資源部及各級(jí)專門行政管理部門、相關(guān)企、事業(yè)單位，以不同形式組織舉辦地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)知識(shí)宣傳，幫助人們了解、認(rèn)識(shí)與防治地質(zhì)災(zāi)害有關(guān)知識(shí)。在地球運(yùn)動(dòng)過程中，巖石圈、生物圈、水圈和大氣圈不停地交換物質(zhì)與能量，產(chǎn)生各種地質(zhì)作用，引起地表巖土體發(fā)生變形移動(dòng)，當(dāng)危害到人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全，便造成地質(zhì)災(zāi)害。

我國人口眾多，山區(qū)面積大(占70%國土)，是世界上地質(zhì)災(zāi)害最發(fā)育的國家之一。尤其是南方地區(qū)，山區(qū)人口密度相對(duì)大(全國面積的25%，容納了55%的人)，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)高。青藏高原、黃土高原、天山南北也有加劇趨勢。地質(zhì)災(zāi)害主要有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂縫和地面沉降等六種。魯南地區(qū)受地理、地形、氣象誘發(fā)等因素影響不大，發(fā)生滑坡、崩塌、泥石流災(zāi)害情況不多，但因抽取地下水、采礦等人類生產(chǎn)活動(dòng)造成的地面塌陷、地裂縫、地面沉降災(zāi)害的情況從20世紀(jì)80年代初就已經(jīng)發(fā)生了。為了宣傳防災(zāi)減災(zāi)，引起當(dāng)?shù)厝藗兏叨戎匾?，?guī)范生產(chǎn)活動(dòng)，保持經(jīng)濟(jì)、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，本文就魯南地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。

1 概況

1.1 位置與交通

研究區(qū)位于山東省南部，范圍包括菏澤、濟(jì)寧、棗莊、臨沂和日照五市。區(qū)內(nèi)交通便利，京福、京滬、德商、同三高速公路和京滬鐵路、京九鐵路、膠新鐵路及京滬高速鐵路縱貫?zāi)媳?，日蘭高速鐵路2022年將全線貫通(其中日照至曲阜段已開通)，日東高速公路、兗石鐵路橫貫東西，陸上交通十分便利。

1.2 地形地貌

根據(jù)形態(tài)及成因特點(diǎn)，可分為魯中南中低山丘陵區(qū)、魯東低山丘陵區(qū)和魯西北平原區(qū)3個(gè)大區(qū)。

(1)魯中南中低山丘陵區(qū)。位于研究區(qū)中部，其東部大體以沂沭斷裂帶東緣的昌邑—大店斷裂(地貌上為濰河、沭河谷地)與魯東丘陵區(qū)分界；其西部大體以湖帶斷裂(地貌上為京杭運(yùn)河、南四湖)與魯西平原區(qū)分界。丘陵區(qū)內(nèi)NW向、近EW向斷裂構(gòu)造發(fā)育，控制著山脈、谷地、河流走向，對(duì)區(qū)域氣候、地下水、植被有很大影響。魯中南中低山地丘陵區(qū)中部凸起，四周低下，包括中山、低山、丘陵和山間平原四種類型的地貌單元。

(2)魯東低山丘陵區(qū)。位于研究區(qū)東部，東臨黃海，西部大體以沂沭斷裂帶東緣的昌邑—大店斷裂與魯中南山地丘陵區(qū)相鄰。主要分布著中生代花崗巖類侵入巖及中太古代唐家莊巖群、新太古代膠東巖群、古遠(yuǎn)古代荊山群、青山群、王氏群。區(qū)內(nèi)氣候溫和濕潤，自然條件優(yōu)越，農(nóng)耕發(fā)達(dá)。但還有相當(dāng)大的地域丘陵多、土層薄，水資源較缺乏，水土流失也較嚴(yán)重，植被覆蓋率低。該區(qū)包括低山、丘陵和山間平原三種類型的地貌單元。

(3)魯西平原區(qū)。位于研究區(qū)西部，其東部以湖帶斷裂(地貌上為京杭運(yùn)河、南四湖)與魯中南山地丘陵區(qū)相鄰，西部、南部至山東省界，屬于華北平原的一部分，由黃河沖積及山前沖洪積物堆積而成。為大面積的第四系沉積層覆蓋，由于歷史上黃河多次決口、改道和沉積，形成一系列高差不大的河道高地和河間洼地。該區(qū)包括丘陵和低平原兩種類型的地貌單元。

1.3 氣象水文

研究區(qū)屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)型大陸氣候，具有降水集中、雨熱同季，春秋短暫、冬夏較長的特點(diǎn)。同時(shí)本區(qū)東部受海洋氣候影響，潮濕涼爽；西部受大陸季風(fēng)影響，冬冷夏熱。多年(1955～2007)平均年降水量一般在550～950 mm，時(shí)空分配很不均衡。時(shí)間上，年內(nèi)分配具有明顯的季節(jié)性，全年降雨量的70%～75%集中在汛期(6～9月)，年際間則存在著明顯的豐、枯交替現(xiàn)象，并且連續(xù)豐水年和連續(xù)枯水年的出現(xiàn)也十分明顯；空間分布上，降水量由東部山區(qū)向西部平原逐漸減少，山區(qū)600～900 mm，西部平原則500～700 mm。

區(qū)內(nèi)地表水體有河流、湖泊及水庫，河流主要有黃河、京杭運(yùn)河、大汶河、沂河、沭河、泗河、萬福河、洙趙新河等，湖泊主要為南四湖，水庫主要分布在魯中南山區(qū)，共有大中小型水庫1700多座。區(qū)內(nèi)河流大多屬于雨源型河流，徑流量受控于降水量的時(shí)空分布，不但年際間變化較大，年內(nèi)分配也極不均勻。除黃河、京杭運(yùn)河和沿海諸河外，運(yùn)河以西自西向東徑流，運(yùn)河以東自北東、東向南西、西徑流。近年來，由于降水量偏少、上游地區(qū)水庫截流蓄水等原因，大部分河流長期干涸或僅在汛期短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)徑流。

1.4 礦產(chǎn)資源分布

本區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源比較豐富，已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)60多種，其中以煤、石灰?guī)r、鐵、石油、金、石膏、稀土、地?zé)岬葹橹鳌?/p>

濟(jì)寧、菏澤、棗莊3市預(yù)測煤炭地質(zhì)儲(chǔ)量450億噸，其中已探明保有資源儲(chǔ)量220億噸，煤炭產(chǎn)量目前占全省的70%以上。本區(qū)煤炭資源開發(fā)條件較好，大型煤田主要有兗州煤田、濟(jì)寧煤田、滕南煤田、巨野煤田，中型煤田主要有陶棗煤田、寧汶煤田、滕北煤田和臨沂煤田。區(qū)內(nèi)煤炭資源僅在沂沭斷裂帶以西有分布，成煤時(shí)代為石炭—二疊系。

石膏礦在區(qū)內(nèi)儲(chǔ)量豐富，已探明儲(chǔ)量350億噸，主要分布于平邑盆地、泗水盆地及臺(tái)兒莊盆地，成因類型屬內(nèi)陸湖相沉積型，埋藏淺。

這些儲(chǔ)量豐富的礦產(chǎn)資源的開采也為后期地面塌陷埋下了伏筆，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞，給生態(tài)修復(fù)帶來一定難度。

2 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

2.1 巖溶塌陷

巖溶塌陷的發(fā)生是在特定的地質(zhì)環(huán)境條件下，隨著人類活動(dòng)的逐步加劇而出現(xiàn)的。由于巖溶塌陷的不確定性和突發(fā)性，塌陷過程短，且具有重復(fù)性，因此巖溶塌陷的危害性一般較為嚴(yán)重。

棗莊和臨沂地區(qū)是山東省發(fā)生巖溶地面塌陷較為嚴(yán)重的地區(qū)，最早塌陷出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代初期。巖溶塌陷易發(fā)于供水水源地附近，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1970～2005年共發(fā)生巖溶地面塌陷300余處，塌陷坑地表呈圓形、橢圓形或碟形，面積、深度大小不等(個(gè)別塌坑沿灰?guī)r裂隙走向發(fā)育呈長條狀)，一般深度小于10 m，直徑3～10 m不等，最大達(dá)80 m，剖面形態(tài)多呈直筒狀和壇狀，局部地區(qū)塌陷呈串珠狀連體塌陷。

2.1.1 棗莊巖溶塌陷的發(fā)展與現(xiàn)狀

棗莊巖溶塌陷最早發(fā)生于1981年4月，其初為點(diǎn)狀塌坑，深度一般小于10 m，呈橢圓形或圓形，直徑3～10 m，最大達(dá)80 m，以后塌陷范圍不斷擴(kuò)大，延伸至水源地的邊緣地帶，甚至到棗莊城內(nèi)。到目前為止，累計(jì)產(chǎn)生塌陷坑200余處，陸續(xù)都在治理中。

20世紀(jì)80年代以來，十里泉地段開采量處于超采狀態(tài)，致使1981年4月首次產(chǎn)生巖溶塌陷，1996年水位最大埋深為40.08 m，達(dá)到歷史最低點(diǎn)，致使1996～1998年成為十里泉地段塌陷多發(fā)期，1998年后，該地段開采量有所減少，塌陷規(guī)模和次數(shù)有所減少。

丁莊—東王莊地段巖溶地下水于20世紀(jì)80年代初得到開發(fā)，1982年首先在十里泉電廠開采井附近產(chǎn)生塌陷，1989年兩地段開采量已超過允許開采量近10 000 m3/d，達(dá)63 800 m3/d，其后一直處于超采狀態(tài)，導(dǎo)致在集中開采區(qū)多處地段發(fā)生巖溶塌陷。

1998年以后，會(huì)寶嶺水庫地表水被引用作工業(yè)用水，巖溶水開采量有所減少，2000年以后巖溶水水位已有所回升，塌陷有明顯的減緩，2002年后基本未發(fā)現(xiàn)巖溶塌陷。

2.1.2 臨沂地區(qū)巖溶塌陷的發(fā)展與現(xiàn)狀

自1982年發(fā)生第一次巖溶塌陷以來，至1992年間，每隔1～3年均發(fā)生塌陷，年最大發(fā)生次數(shù)為2次；1993～1995年，年發(fā)生塌陷次數(shù)2～3次；1996～2001年為相對(duì)穩(wěn)定期，無塌陷發(fā)生；2002年發(fā)生1次，2003年巖溶塌陷發(fā)生4次，創(chuàng)歷史最高；2004年未發(fā)生巖溶塌陷，2005年發(fā)生1次。

巖溶塌陷點(diǎn)主要分布在臨沂城區(qū)，已發(fā)生六十余起。塌陷多呈點(diǎn)狀分布，并具一地多發(fā)性，部分地段較集中、密度大。

2.2 采空塌陷

魯南經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)煤炭資源豐富，濟(jì)寧、菏澤、棗莊三市的煤炭產(chǎn)量占全省的70%以上，分布有兗州、濟(jì)寧、滕州、官橋、陶棗、韓臺(tái)、巨野、寧汶、臨沂等九大煤田，其中滕州、兗州、濟(jì)寧、巨野四大煤田的儲(chǔ)量均在30億噸以上。資源開采為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境修復(fù)帶來沉重負(fù)擔(dān)。

濟(jì)寧市有60多座礦山進(jìn)行開采，至2005年全市煤礦采空塌陷區(qū)總面積約169.99 km2，且仍將以每年較大面積的塌陷速度擴(kuò)展。

棗莊市也是以煤炭為主的資源型城市，其中煤炭礦區(qū)總面積277.1 km2，石膏礦區(qū)總面積17.7 km2，分別占礦區(qū)總面積的91%和5.8%。長期的大規(guī)模開采，使采空區(qū)巖石冒落，引起地面沉陷。

臨沂市煤炭集中于蘭山區(qū)和羅莊區(qū)，在郯城、費(fèi)縣、蒙陰、平邑有少量分布，開采礦山規(guī)模均為小型，原煤產(chǎn)量只占全省總產(chǎn)量的1%，近年來煤炭資源近于枯竭，多數(shù)礦山已閉坑。截止2005年底采空區(qū)面積累計(jì)達(dá)到10 km2，沉降中心深約1.5 m。

2.3 地面沉降

地面沉降主要發(fā)生于區(qū)內(nèi)的菏澤和濟(jì)寧兩區(qū)，因受巨厚松散巖層覆蓋，長期抽取地下水，導(dǎo)致地下水位出現(xiàn)持續(xù)降低，孔隙水壓力減小，土層釋水壓密而形成的。

區(qū)內(nèi)地面沉降最早在1978年發(fā)現(xiàn)于菏澤市城區(qū)，此后又于1988年在濟(jì)寧市城區(qū)出現(xiàn)。地面沉降的產(chǎn)生、發(fā)展及沉降范圍的展布與地下水位的下降及水位降落漏斗的分布范圍關(guān)系密切。

2.3.1 濟(jì)寧地面沉降分布及特征

1988～1998年，地面沉降漏斗中心分布在濟(jì)寧市城區(qū)以北，洸府河以西的區(qū)域，最大沉降量達(dá)208.9 mm，沉降速度20.89 mm/a。城區(qū)地面沉降范圍逐漸擴(kuò)大，1988～1992年市區(qū)地面沉降量大于50 mm的范圍約2 km2；到1998年6月，市區(qū)地面沉降量超過50 mm的范圍已擴(kuò)大到79 km2，其中沉降量大于150 mm的范圍達(dá)到了2.8 km2。

1998年7月至2005年8月，沉降中心最大沉降量已達(dá)335.4 mm，累計(jì)最大沉降量為171.8 mm，位于城區(qū)西部南張南部一帶的水源地開采井附近，最大沉降速度為24.20 mm/a。

2005年累計(jì)沉降量大于150 mm的范圍擴(kuò)大到了79 km2，超過50 mm的范圍約為172 km2，包括了整個(gè)市中區(qū)，并逐漸向市區(qū)西北、東北部發(fā)展，明顯受控于地下水開采的方向和開采量。

2.3.2 菏澤地面沉降分布及特征

菏澤城區(qū)地處巨厚的松散巖層覆蓋區(qū)，深層孔隙淡水資源豐富，城市供水以松散層孔隙水為主。隨著開采量的增加，地下水水位持續(xù)下降，城區(qū)地面沉降也隨之發(fā)生。菏澤地面沉降主要分布于菏澤市牡丹城區(qū)的深層地下水強(qiáng)開采、水位降深較大的地段和東明石油開采區(qū)。

1978年進(jìn)行的菏澤—東明間大地水準(zhǔn)測量，發(fā)現(xiàn)菏澤市產(chǎn)生地面沉降。據(jù)某水準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)資料，1978～1986年，該水準(zhǔn)點(diǎn)地面累計(jì)下降77.4 mm，年平均下降8.6 mm。2002年10月對(duì)某區(qū)塊進(jìn)行第一次地面沉降水準(zhǔn)測量，2003年11月進(jìn)行了第二次水準(zhǔn)測量，根據(jù)兩次所測數(shù)據(jù)，反映出該區(qū)塊地面在不同程度的下沉，最大沉降速度26.80 mm/a，沉降趨勢呈現(xiàn)東快西慢，且向城區(qū)東南傾斜狀態(tài)，個(gè)別地方呈現(xiàn)漏斗現(xiàn)象，與20世紀(jì)80年代相比，沉降速度有加快趨勢。至2005年，菏澤城區(qū)地面沉降量最大已達(dá)378.80 mm，平均沉降速度14.02 mm/a，沉降量大于30 mm的面積201 km2。

2.4 地裂縫

地裂縫多伴隨地面塌陷發(fā)生，區(qū)內(nèi)石膏礦區(qū)礦層厚度大，開采方式落后，產(chǎn)生的地裂縫最為明顯，平邑縣石膏礦區(qū)采空塌陷伴生的地裂縫最為嚴(yán)重。

2.4.1 平邑石膏礦區(qū)采空塌陷伴生的地裂縫

平邑縣石膏礦區(qū)位于平邑縣北部平邑?cái)嘞菖璧貎?nèi)，石膏礦體賦存于平邑?cái)嘞菖璧毓沤倒偾f群卞橋組第二巖性段中，礦體厚度大、品位高、埋藏淺，易于開采。已有十幾年開采石膏的歷史，大小礦山十幾座，各礦山地下都形成了一定規(guī)模的采空區(qū)，相繼出現(xiàn)地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害。

1999年6月26日，平邑縣某石膏礦區(qū)發(fā)生地裂縫，開裂中心由4條東西向平行大裂縫組成，該裂縫帶南北寬32 m，東西長115 m，以該帶為中心向四周出現(xiàn)北北東、北西西向放射狀、弧形小裂縫，波及范圍東西向168 m，南北寬130 m。開裂中心4條東西向大裂縫，均呈楔形，最南部一條規(guī)模較大，其東西長115 m，寬0.5～1.2 m，其中寬1.0～1.2 m的長度有30 m，位于中西部，可見深度3.4～4.5 m，底部滲水。向北3條裂縫規(guī)模漸小，裂縫寬度小于0.7 m，東西長50～110 m。周圍放射狀北西、北東向小裂縫30條左右，寬0.05～0.30 m，長5～30 m，一般呈弧形、雁行排列。此次地質(zhì)災(zāi)害雖然影響較嚴(yán)重，但由于具緩變性，除農(nóng)作物受損外，未造成人員傷亡，直接影響了32.7畝農(nóng)作物的灌溉施肥。

2.4.2 菏澤黃河故道區(qū)第四系地裂縫

自20世紀(jì)90年代初以來，菏澤南部黃河故道帶已發(fā)生多起地面塌陷、地裂縫，致使道路破壞，房屋受損。菏澤黃河故道帶地表巖性以粉細(xì)砂或粉土為主。災(zāi)情多發(fā)生于雨季，由地質(zhì)、氣象及地下水水位大幅升降等原因共同作用而引起。

1992年7月10日，單縣某地發(fā)生地裂縫，地裂縫走向以北西方向?yàn)橹?，?0～200 mm，單條長10～20 m不等，有十幾條之多，并伴有地面塌陷發(fā)生，造成一橋梁撕裂，多數(shù)房屋因地裂縫造成不同程度破壞。

1993年8月5日，曹縣某地發(fā)生地裂縫，呈北西和北東兩個(gè)走向，單長20 m，寬100 mm，深4～5 m，可見地裂縫4條，其中一條切房基而過，另一條穿過一農(nóng)家院落，造成房屋開裂。

2.4.3 棗莊市嶧城區(qū)第四系地裂縫

主要分布于嶧城斷塊內(nèi)，影響面積約15 km2。最早發(fā)生于1986年枯水期，以后逐漸加劇。地裂縫長一般10～100 m，局部大于100 m，寬20～50 mm，最寬可達(dá)100 mm。較大規(guī)模的開裂方向呈近東西，與地下水主徑流方向一致，不存在水平位移或上下錯(cuò)動(dòng)痕跡。據(jù)調(diào)查，開裂坍塌房屋13 752間，房屋裂縫寬一般20～40 mm，寬的可達(dá)80～100 mm。一些供水井、橋涵等水利工程受到不同程度的破壞，經(jīng)濟(jì)損失約7500萬元。膨脹土是形成地裂縫的基礎(chǔ)條件，人工長期開采地下水和降水入滲補(bǔ)給兩種反向的水循環(huán)運(yùn)動(dòng)是形成地裂縫的外在條件。發(fā)生地裂縫的地段一般在表層存在膨脹土，膨脹土具有膨脹性強(qiáng)，脹縮變形可逆的特點(diǎn)，在連續(xù)的失水、補(bǔ)水作用下，引起地面不均勻脹縮變形，使地面產(chǎn)生裂縫。

3 防治措施

一是搬遷，面臨已知的危險(xiǎn)，能搬盡搬，建議受威脅群眾，積極響應(yīng)國家政策，多方統(tǒng)籌資金，徹底避開危險(xiǎn)隱患；二是工程治理，如果不具備搬遷條件，需要采取綜合治理措施，例如排危除險(xiǎn)、工程加固、植樹造林等；三是規(guī)劃管控，遵守國土空間規(guī)劃和用途管制，從源頭上控制新增風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

地質(zhì)災(zāi)害造成的危害是巨大的，因采礦塌陷已造成多個(gè)鎮(zhèn)機(jī)關(guān)、學(xué)校、工廠、村莊和良種試驗(yàn)場被迫搬遷。塌陷改變了土壤結(jié)構(gòu)，水肥沿傾斜的地裂縫滲漏流失，形成嚴(yán)重的“跑水、跑肥、跑土”三跑田，導(dǎo)致土壤肥力不斷下降。事實(shí)證明，在沒有礦山長遠(yuǎn)規(guī)劃開采的情況下，事后治理難度逐年加大。地面沉降造成的破壞程度雖較小，但也引發(fā)了房屋開裂、水源地井管上升破壞、城市排水管道錯(cuò)位、城市防洪能力降低等破壞，對(duì)城市環(huán)境產(chǎn)生了不利的影響。

魯南地區(qū)因抽取地下水、采礦等人類生產(chǎn)活動(dòng)過度造成了地面塌陷、地裂縫、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害。隨著對(duì)災(zāi)害的認(rèn)知加深，近十年，政府大量投入，陸續(xù)開展了治理措施，生態(tài)環(huán)境已經(jīng)得到很大改善。