戴 興，楊國芳，陳 鑫

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450001； 2.陵川縣自然資源局，山西 陵川 048300；3.山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司 伯方煤礦分公司，山西 高平 048411)

陵川縣位于山西省東南端，北靠壺關(guān)、長治，西連高平、澤州，東南與河南輝縣、修武接壤，為山西省東南之門戶，南北長52.7 km，東西寬53.2 km，面積1 751 km2。1992—2000年，由山西省地質(zhì)環(huán)境中心開展了山西省1∶50萬地質(zhì)環(huán)境問題調(diào)查，對陵川縣地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行了簡要敘述；2004年陵川縣完成了地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃工作，第一次較為系統(tǒng)的對縣域內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了調(diào)查和分類；2013年河南省焦作地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)有限公司再次對全縣地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了核查，對新增和消亡的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行了更新；2014年山西省第二地質(zhì)工程勘察院在以往地質(zhì)災(zāi)害核查成果的基礎(chǔ)上提交了陵川縣地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃(2014—2020年)，為地質(zhì)災(zāi)害的治理提供了詳細(xì)的規(guī)劃；2018年河南省焦作地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)有限公司完成了該縣的地質(zhì)災(zāi)害詳查工作，更加詳盡的對縣域內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并研究了各種的類地質(zhì)災(zāi)害的特征[1]。由于種種原因，對地質(zhì)災(zāi)害的專業(yè)調(diào)查和綜合研究還不夠，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育規(guī)律尚不清楚。故本文旨在研究陵川縣不穩(wěn)定斜坡隱患類地質(zhì)災(zāi)害形成條件以及發(fā)育規(guī)律，為各級地方政府制定地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃、實(shí)施地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警工程、制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃提供依據(jù)。

1 自然地理概況

1.1 地形地貌

陵川縣位于山西省東南部，境內(nèi)東北、東和南部高山環(huán)繞，坡陡溝深，地形起伏較大，海拔為+800～+1 800 m，北、中及西部崗嶺起伏，坡緩谷淺，地形起伏較小，海拔+1 000～+1 476 m。東部有王莽嶺，海拔+1 500 m，東南有馬武山，海拔+1 673 m。這三大山脈連綿起伏，構(gòu)成本縣東北—東南的天然屏障。南部奪火鄉(xiāng)小飲羊河村附近河流出境處最低，海拔+628 m。

1.2 氣象

據(jù)陵川縣氣象站1981—2016年觀測資料，多年平均氣溫7～9 ℃，1月份最冷，平均氣溫-5～-8 ℃，7月份最熱，平均氣溫20～24 ℃，極端最高氣溫34.4 ℃(1997年7月)，極端最低氣溫-21.7 ℃(1970年1月5日)。多年平均降水量受地形影響較明顯，多年平均降水量約606.5 mm。5 min最大降雨量11.5 mm(1987年7月25日)，10 min最大降雨量20.3 mm(1991年8月2日)，1 h最大降雨量119.5 mm(2007年7月28日古郊鄉(xiāng))，1 d最大降雨量198.2 mm(2010年8月19日王莽嶺)。

1.3 水文

陵川縣境內(nèi)河流分屬黃河和海河兩大水系，其中較大的河流有5條：廖東河、原平河、武家灣河、香磨河、北召河，前兩者屬于黃河水系丹河流域，后三者屬于海河水系衛(wèi)河流域。廖東河發(fā)源于六泉鄉(xiāng)廖池村，由東北向西南流經(jīng)冶南、八渠、上郊、潞城、郊底、丈河、臺北等地，全長42 km，縣境內(nèi)流域面積約521 km2，沿途匯入13條主要支流，年徑流量0.14億m3，清水流量0.38 m3/s。在其上游建有云谷圖水庫、上郊水庫、桑家坪水庫、石景山水庫等，云谷圖水庫位于縣城東云谷圖附近，總庫容300萬m3，蓄水量2萬m3，最大泄洪量154.5 m3/s；上郊水庫位于潞城鎮(zhèn)東北上郊村東，總庫容1 196萬m3，蓄水量132萬 m3/s，最大泄洪量675 m3/s；桑家坪水庫位于附城鎮(zhèn)桑家坪北，總庫容640萬m3，蓄水量25萬m3，最大泄洪量196 m3/s；石景山水庫位于潞城鎮(zhèn)北石景山村西，總庫容125萬 m3，最大泄洪量31.5 m3/s。

2 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境

2.1 地層巖性

陵川縣出露地層主要為太古界贊皇群，中元古界長城系，古生界的寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系，中生界的三疊系和新生界的第四系；此外，燕山期侵入巖分布于六泉鄉(xiāng)中部，巖性為閃長巖，與圍巖呈斜交侵入或假整合接觸。

研究區(qū)內(nèi)火成巖比較發(fā)育，巖石類型齊全，基性、超基性、中性、中酸性、酸性乃至堿性巖石均有所見，以中酸性巖石最為發(fā)育，中性巖次之。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

縣域內(nèi)地層產(chǎn)狀平緩，總體為由東南向西北傾斜的單斜構(gòu)造，構(gòu)造比較簡單，主要構(gòu)造體系有近南北向構(gòu)造和東西向構(gòu)造兩大體系。近南北向構(gòu)造：縣境內(nèi)該構(gòu)造形跡由黃虎掌斷層、老牛灣斷層、東井郊斷層、小井溝斷層和西安里—六泉巖漿巖構(gòu)造帶組成，東西向斷裂構(gòu)造帶主要為梯堂斷層、甘河斷層、茶棚—葫蘆寺斷層[2]。

2.3 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

陵川縣位于華北地臺山西斷隆的太行山塊隆與沁水臺坳的過渡地段，上升運(yùn)動(dòng)是境內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的主體，第四紀(jì)以來，境內(nèi)總體遭受侵蝕，普遍缺失下更新統(tǒng)地層，中更新統(tǒng)地層僅零星分布于縣境西部的西河底鎮(zhèn)和禮義鎮(zhèn)，上更新統(tǒng)地層主要分布于縣境的中西部，全新統(tǒng)地層主要分布于河谷區(qū)且厚度不大，體現(xiàn)了強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)的特征。

2.4 地震

根據(jù)GB 18306—2015《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，陵川縣地震動(dòng)峰值加速度為：縣境西部0.05g，中—東部0.10g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，地震基本裂度為：西部Ⅵ度，中—東部Ⅶ度。區(qū)域地震活動(dòng)較為頻繁，陵川縣最大震級為3.5級。依據(jù)GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，陵川縣抗震設(shè)防烈度7°，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，抗震設(shè)計(jì)分組第3組。

3 地質(zhì)災(zāi)害類型與特征

全縣地質(zhì)災(zāi)害(隱患)類型有崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡(崩塌隱患、滑坡隱患)、泥石流和地面塌陷，共92處，其中崩塌13處、滑坡14處、不穩(wěn)定斜坡50處(崩塌隱患45處、滑坡隱患5處)、泥石流6處、地面塌陷9處，見表1?，F(xiàn)重點(diǎn)研究對本縣影響較大的不穩(wěn)定斜坡隱患類地質(zhì)災(zāi)害[3]。

表1 陵川縣地質(zhì)災(zāi)害隱患數(shù)量統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical of geological hazards in Lingchuan County

3.1 分布

研究對以往存在的不穩(wěn)定斜坡通過實(shí)地調(diào)查訪問，分析其斜坡形態(tài)、變形特征及發(fā)展趨勢，將其細(xì)分為崩塌隱患和滑坡隱患，此次共調(diào)查崩塌隱患和滑坡隱患50處，其中崩塌隱患45處，滑坡隱患5處。崩塌隱患和滑坡隱患在全縣12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布(圖1)。圖1中，分布較多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為崇文鎮(zhèn)(11處)和古郊鄉(xiāng)(9處)，其次為秦家莊鄉(xiāng)(5處)和附城鎮(zhèn)(4處)，楊村鎮(zhèn)、平城鎮(zhèn)和潞城鎮(zhèn)各為3處，西河底鎮(zhèn)2處，禮義鎮(zhèn)、六泉鄉(xiāng)和馬圪當(dāng)鄉(xiāng)各為1處。分布特征具有明顯的區(qū)域性，主要集中在陵沁線、陵修線、曲輝線和王莽嶺景區(qū)內(nèi)，在區(qū)域上呈現(xiàn)出線狀分布特點(diǎn)[4]。

圖1 陵川縣崩塌隱患和滑坡隱患分布Fig.1 Distribution of potential collapse and landslide hazards in Lingchuan County

3.2 特征

根據(jù)崩塌隱患和滑坡隱患斜坡的物質(zhì)組成，將其劃分為土質(zhì)斜坡和巖質(zhì)斜坡2種基本類型。其中，巖質(zhì)斜坡35處，占總數(shù)的70%，巖性主要為灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥巖和砂巖；土質(zhì)斜坡15處，占總數(shù)的30%，其中黃土斜坡11處，坡積物斜坡4處(表2)。

表2 斜坡巖性分類Tab.2 Classification of slope lithology 處

崩塌隱患和滑坡隱患斜坡按主導(dǎo)成因分為自然和人類工程活動(dòng)2類，其中人類工程活動(dòng)形成的41處，占總數(shù)的82.0%；自然斜坡9處，占總數(shù)的18.0%。

坡度是影響斜坡穩(wěn)定性的重要因素之一，崩塌隱患和滑坡隱患斜坡按照發(fā)育的坡度區(qū)間劃分結(jié)果見表3。

表3 斜坡坡度區(qū)間災(zāi)害數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistical table of the number of disasters in the slope section 處

4 形成條件分析

4.1 地形條件

斜坡類地質(zhì)災(zāi)害(崩塌、滑坡、崩塌隱患、滑坡隱患)一般發(fā)育于較陡峭的地形，有67.2%的崩塌和崩塌隱患發(fā)育于坡度大于60°的陡坡上，可見地形坡度是崩塌發(fā)生的前提條件，其為崩塌的發(fā)生提供了高陡臨空面，高勢能的有利條件。滑坡和滑坡隱患主要發(fā)育于較緩的斜坡中，有63.2%的滑坡發(fā)生于坡度10°～20°的緩坡中[5-6]。相比之下，滑坡發(fā)育的地形坡度遠(yuǎn)小于崩塌發(fā)生的地形坡度。斜坡坡高與斜坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生有一定的關(guān)系。在各方面相同條件下，隨著坡高的增大，坡體安全系數(shù)減小，故斜坡坡高也是影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的一個(gè)重要條件。

4.2 物質(zhì)條件

境內(nèi)土質(zhì)斜坡巖性以Q3黃土為主，局部有Q2黃土出露，控制面結(jié)構(gòu)類型以節(jié)理裂隙面和土巖接觸面為主。本區(qū)黃土具有結(jié)構(gòu)疏松、力學(xué)性質(zhì)較差、透水性強(qiáng)等特點(diǎn)，下部黏土透水性弱，為相對隔水層，黃土巖性及結(jié)構(gòu)為滑坡、崩塌活動(dòng)提供了物質(zhì)條件。

巖質(zhì)斜坡主要為石炭系泥巖、頁巖、燧石灰?guī)r和寒武系灰?guī)r、頁巖，在研究區(qū)的中西部主要發(fā)育于石炭系地層，該套地層為海陸交互相沉積地層，巖層軟硬相間，泥巖和頁巖抗風(fēng)化能力差，多為強(qiáng)風(fēng)化，巖體破碎，遇水易軟化，工程地質(zhì)性質(zhì)差，砂巖和灰?guī)r抗風(fēng)化能力強(qiáng)，多為微風(fēng)化，巖層差異風(fēng)化現(xiàn)象明顯，易產(chǎn)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害[7-9]。在研究區(qū)的東部和東北部以灰?guī)r和頁巖崩塌為主，崩塌體主要分布在省道和縣道等主干道兩側(cè)，由于修路開挖坡體，形成高陡邊坡，多未采取支護(hù)措施，巖石裸露，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，在降雨、風(fēng)化、震動(dòng)等作用下，易產(chǎn)生崩塌隱患。

4.3 降水條件

降水是斜坡失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素，土質(zhì)斜坡對水的作用十分敏感，土質(zhì)斜坡在在浸水或飽和狀態(tài)下，上部疏松土體迅速崩解，下部黃土積膨脹、軟化，力學(xué)強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度急劇降低，容易導(dǎo)致斜坡變性破壞，產(chǎn)生崩塌，沿軟弱結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)形成滑坡。巖質(zhì)陡坡(崖)表部節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體開啟程度好，降雨時(shí)雨水迅速滲入巖體裂隙中，軟化斜坡中下部的軟質(zhì)巖層，同時(shí)來不及消散，產(chǎn)生很大的空隙水壓力，導(dǎo)致高位巖體產(chǎn)生崩塌。

4.4 人類活動(dòng)

工程建設(shè)削坡、填土、加載、棄土、震動(dòng)等，常直接引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，污水不當(dāng)排放、砍伐樹木、不合理耕種、水庫地震等也可能構(gòu)成不穩(wěn)定斜坡轉(zhuǎn)換為地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素，植被破壞、溫室氣體排放等生態(tài)環(huán)境破壞造成的氣候變化也間接影響地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。近年來，人類工程活動(dòng)顯著增強(qiáng)，水電開發(fā)及配套公路建設(shè)，通鄉(xiāng)公路的修建，開挖坡腳，致使坡體應(yīng)力失衡導(dǎo)致崩塌、滑坡產(chǎn)生。如陵修線沿線崩塌由切坡修路形成，趙漳水村滑坡由采礦堆積棄渣形成，焦會(huì)村滑坡由開挖坡腳建房形成。

5 發(fā)育規(guī)律

5.1 空間分布規(guī)律

(1)與人類工程活動(dòng)強(qiáng)度密切相關(guān)。陵川縣不穩(wěn)定斜坡隱患點(diǎn)分布遍及全縣12個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，數(shù)量最多的是崇文鎮(zhèn)，其次為秦家莊鄉(xiāng)和古郊鄉(xiāng)。全縣不穩(wěn)定斜坡隱患點(diǎn)分布密度5.25處/100 km2，密度較大的鄉(xiāng)(鎮(zhèn))依次為秦家莊鄉(xiāng)、楊村鎮(zhèn)、崇文鎮(zhèn)、平城鎮(zhèn)和禮義鎮(zhèn)5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)密度較小，基本在8處/100 km2以下。秦家莊鄉(xiāng)密度最大，達(dá)15.96處/100 km2，六泉鄉(xiāng)密度最小，為1.26處/100 km2。東部和東南部的不穩(wěn)定斜坡隱患點(diǎn)主要集中在人類工程活動(dòng)較多的王莽嶺景區(qū)和交通道路(陵沁線、曲輝線、陵修線、陵馬線)沿線，在空間上呈現(xiàn)出線狀分布特征。由此也可看出，不穩(wěn)定斜坡隱患點(diǎn)主要分布于人類工程活動(dòng)較密集的中西部區(qū)域和東部的道路主干道兩側(cè)。

(2)地質(zhì)災(zāi)害受地形地貌、植被控制明顯。研究區(qū)地貌從東南部的中山區(qū)、中部的低中山區(qū)依次過渡到西北部的黃土覆蓋丘陵區(qū)，不穩(wěn)定斜坡隱患點(diǎn)的分布密度也從東南部到西北部逐漸變大，與地貌類型的分布密切相關(guān)。崩塌、滑坡主要分布在西北部的黃土覆蓋丘陵區(qū)，該區(qū)植被以農(nóng)作物為主，人口密度大，人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，故地質(zhì)災(zāi)害也較為發(fā)育[10]。

(3)在地層巖性不利組合部位相對集中。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)分析，研究區(qū)易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地層巖性主要為第四系上更系統(tǒng)黃土，石炭系太原組泥頁巖、石炭系本溪組泥巖和奧陶系峰峰組泥灰?guī)r等。

第四系上更系統(tǒng)黃土主要分布在研究區(qū)的中西部，共發(fā)育不穩(wěn)定斜坡隱患處25處，其中崩塌18處，滑坡7處。該組黃土垂直節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)疏松，在高陡邊坡部位，卸荷裂隙和風(fēng)化裂隙發(fā)育，故在黃土高陡邊坡地段，黃土崩塌密集，在其與粉土、粉質(zhì)黏土不同巖性接觸面易形成軟弱結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)生滑坡災(zāi)害。

石炭系太原組為一套泥頁巖和灰?guī)r交互沉積的地層，泥巖和灰?guī)r工程地質(zhì)性質(zhì)差別大，二者差異風(fēng)化現(xiàn)象明顯，在斜坡上表現(xiàn)為泥巖風(fēng)化剝落形成凹腔，上部灰?guī)r外凸，易發(fā)生崩塌災(zāi)害。本溪組泥巖鋁土含量高，具有較好的隔水能力，且遇水易軟化，抗剪強(qiáng)度降低，易發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害[11]。

奧陶系峰峰組泥灰?guī)r易風(fēng)化成泥狀，工程地質(zhì)性質(zhì)較差，由于切坡修路，常形成高陡邊坡，在降雨的作用下易發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

5.2 時(shí)間分布規(guī)律

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)不穩(wěn)定斜坡隱患類地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展與氣象條件緊密聯(lián)系。每年的3—4月，凍融作用較強(qiáng)，高陡邊坡巖土體松動(dòng)失穩(wěn)，易發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。研究區(qū)崩塌、滑坡的發(fā)生集中在每年6—8月，其中降雨高峰期(7月)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率最高，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率與降雨量對應(yīng)呈單峰型分布。以有時(shí)間記載的地質(zhì)災(zāi)害事件統(tǒng)計(jì)，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率與降雨量的大小基本一致。

6 結(jié)論

山西省陵川縣為晉東南地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育最為嚴(yán)重的縣，本文選擇該縣域不穩(wěn)定斜坡隱患類地質(zhì)災(zāi)害為研究對象，從地形、物質(zhì)、降水、人類活動(dòng)4個(gè)方面分析了其形成條件，并研究了其發(fā)育的時(shí)空規(guī)律，認(rèn)為其發(fā)育與人類活動(dòng)強(qiáng)度、地形地貌植被控制、巖層巖性的不利部位等空間要素有密切關(guān)系，并且受到降雨等季節(jié)因素影響，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育具有季節(jié)性和周期性。通過對不穩(wěn)定斜坡隱患類地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育規(guī)律的研究，對防災(zāi)減災(zāi)工作有重要的前瞻性的指導(dǎo)作用，對縣域的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全起到了一定的預(yù)防和保護(hù)作用。