珠江-西江经济带梧州段地质灾害发育规律及成因

(中国地质调查局 武汉地质调查中心，湖北 武汉 430205)

珠江-西江经济带是2014年国家发改委批准规划的新区，地理区位优势显著。梧州段处于其内，地处粤桂两省(区)及东西部交界的重要连接地带，是近、现代“两广商埠”“水上门户”。梧州段地质构造复杂、地质环境及其脆弱，地质灾害点多面广，在强降雨等极端气候影响下，地质灾害隐患点频繁发生变形破坏甚至失稳。给人类生命财产造成重创[1-2]。对国民经济的发展和社会安定造成严重影响。2018年4月初，自然资源部办公厅印发通知，对2018年地质灾害防治工作作出总体部署，明确提出：全面贯彻落实党的十九大精神，要切实加强地质灾害防治，将地质灾害防治作为生态文明建设和防灾减灾体系建设的重要内容。本文选择珠江-西江经济带梧州段，在1：50 000地质灾害调查的基础上，通过野外翔实调查资料的梳理、统计、分析，掌握了该区域地质灾害的发育特征、时空分布规律，进而对其成因机制及影响因素进行了系统分析，可为区内国土规划、重大工程建设、区域防灾减灾提供参考。

1 区域自然地理及地质环境概况

珠江-西江经济带梧州段地处粤桂两省交界区域，西江亿吨“黄金水道”核心区段，是横跨联结粤桂乃至东西的交通大动脉。总面积470 km2。研究区属亚热带季风气候区，气候温湿多雨；区内多年平均气温20℃～22℃，极端高温39.7 ℃，极端低温-3.0 ℃。多年平均降雨量1 459.0～1 700.0 mm，最大年降雨量1 925.9 mm，最小年降雨量1 002.9 mm，日降雨量≥50.0 mm的暴雨天数多年平均在4.1～5.2 d之间，最多年份为8.0～12.0 d；降雨量≥100.0 mm的大暴雨天数多年平均为0.5～1.1 d，最多年份2.0～3.0 d；最大日降雨量可达334.5 mm。研究区河流水系发育，地表水资源比较丰富。西江在南侧自西向东横贯研究区，境内流长28.5 km，区内溪流网布，主要发育有江北的桂江、江南的旺步冲、桃花冲、珠品冲、龙珠冲和界河冲。地形地貌特点是四周高，中间低，地势由南北向中部西江倾斜，地形坡度集中发育在15°～40°之间。西江沿岸区域为地势较低的Ⅰ～Ⅲ级河谷阶地，高程一般为20～60 m，其他80%以上地区为丘陵地貌，高程一般为80～300 m。地层岩性上，区内主要出露地层有上元古界震旦系、下古生界寒武系、新生界第四系以及燕山早、晚期的花岗岩。地质构造上，研究区位于华南加里东褶皱系钦州残余海槽与大瑶山凸起交汇处，地处滨太平洋构造域与特提斯构造域的复合区内。以北东东向断裂、北东向断裂、北西向断裂和南北向断裂为主，交织成网、错综复杂。

2 地质灾害类型及规模

研究区地质灾害极其发育，通过调查，该区域主要发育滑坡、崩塌(危岩)、不稳定斜坡、泥石流等地质灾害，共计151处。其中滑坡41处，占比27.2%；崩塌(危岩)35处，占比23.2%；不稳定斜坡73处，占地质灾害总数的48.3%；泥石流2处，仅在旺步冲和桃花冲潜在发育，占比1.3%；灾害点面密度为32处/100 km2。灾害主要发育分布在岩体风化强烈、人类工程活动频繁的区域。从地质灾害规模来看，区内地质灾害规模以小型为主(小(一)型：1万m3≤V<10万m3；小(二)型：V<1万m3)，见表1 。

3 地质灾害时空分布及发育规律

3.1 区县发育分布特征

受到地形地貌、气象水文、岩性组合、地质构造、人类工程活动等多方面因素影响，区内地质灾害在区域上发育、分布特征差异性明显[3-5]。研究区包含梧州市长洲区、万秀区、龙圩区、苍梧县和肇庆市封开县4个行政单元中的部分区域，其中封开县占调查区面积最大，其辖区内发育各类地质灾害达84处，其次是龙圩区和万秀区，3个区地质灾害发育数量占比达85%以上，见表2。

3.2 沿高程和坡度发育分布规律

垂直方向，通过地质灾害所分布的高程，可以直观反映不同高程的地形地貌、地层岩性、物质组成特征与地质灾害孕育的地质环境条件[6]。经调查、统计(后缘高程)，高程大于200 m以上多为山丘顶部区域，均属植被茂密覆盖区，坡度相对平缓，地质灾害极少发育。地质灾害多集中发育在高程50～150 m(见图1)，其地质灾害总和105处，多为滑坡、不稳定斜坡，占比达70%。

从地形坡度上分析，有120处地质灾害发育、分布在坡度25°～55°的斜坡上(见图2)，占灾害总数的80%以上。

表2 研究区各区县地质灾害统计表Tab.2 Statistics of geohazards in townships of the research area

图1 地质灾害与高程的关系Fig.1 Relationship between geohazards and elevation

图2 地质灾害与地形坡度的关系Fig.2 Relationship between geohazards and topographic slope

3.3 地层岩性和岸坡结构分布特征

经调查、统计，寒武系共发育地质灾害74处，主要分布在小内冲组(∈x)和黄洞口组(∈h)碎屑岩中，占地质灾害总数的49.00%；震旦系共发育地质灾害53处，主要分布在培地组(Zp)碎屑岩中，占比35.10%；花岗岩中发育19处，占比12.58%；第四系中发育5处，占地质灾害总数的3.31%。由此可见，研究区地质灾害主要发育在分布面积广泛的寒武系、震旦系劣质岩性段，其数量超过地质灾害总数的80%(见图3)。

图3 地质灾害与岩性的关系Fig.3 Relationship between geohazards and formation lithology

从岸坡结构分析，研究区内地质灾害在顺向、斜向、横向、逆向、堆积层结构斜坡均有发育。发育在逆向结构斜坡中的地质灾害数58处，占比为38.41%，其次是顺向、横向、斜向、堆积层斜坡，见图4。

图4 地质灾害与斜坡结构类型的关系Fig.4 Relationship between geohazards and slope structure type

3.4 沿地质构造发育特征

研究区褶皱构造简单，仅发育登元背斜，发育在东南角广东封开县登元一带，主要为近南北向的秭归向斜；褶皱附近调查中仅零星有不稳定斜坡发育。但研究区断裂较为发育，主要发育走向NE、NEE、NW和SN向4组。调查显示，地质灾害的发育程度受断裂构造影响显著，其中大型的断裂有白洲断裂、竹洲塘断裂、大雷顶断裂、大村-旺甫断裂、金岩断裂和平浪断裂，区内发育长的均超过10 km。通过对断裂两侧各1 km范围内地质灾害发育数量进行统计分析，沿主要断裂2 km2范围内共发育地质灾害109处，占比70%以上，且均超过25处/100 km2，而在平浪断裂、竹洲塘断裂两侧达60处/100 km2(见表3)，面密度远大于研究区平均发育面密度。究其原因为：在断裂构造影响下原本的地形地貌、地表水系发生明显改变，断裂构造使其影响范围内的岩层、岩土体遭到不同程度的破坏，结构松散、破碎，易形成地质灾害。

表3 地质灾沿害沿主要断裂构造发育统计Tab.3 Statistics for the development of geohazards along major fault structures

3.5 时间发育特征

降雨期间历来是地质灾害的高发期[7]。通过野外实地调查、搜集当地防灾减灾部门记录资料以及对当地群测群防相关人员的走访，针对每个灾害点的变形、破坏、失稳时间进行了梳理统计。调查显示，地质灾害主要发生在汛期5～8月，地质灾害的发生频次与降水量呈明显的正相关关系。数十年一遇的强降雨往往诱发群发性地质灾害，其爆发时间与降雨过程同步或略有滞后，且具夜发性。历史上共有2次大规模群发性地质灾害事件，其特征具有显著的相似性。1966年6月12日的强降雨过程，历时17 h，连续小时降雨量达315 mm；2006年6月8日的强降雨过程，历时15 h，连续小时降雨量达305 mm。2次特大暴雨都是出现在6月，强降水时段均出现于01：00～07：00，最强60 min雨强的开始时间均出现在02：50～03：00之间。2次强降雨均诱发了群发性滑坡、崩塌和泥石流地质灾害，造成巨大的经济损失和人员伤亡。

4 成因机制分析

4.1 内在因素

4.1.1地形地貌

地形地貌特征是地质灾害活动的基础，不同类型地质灾害的发生与其所处的地形地貌条件、相对高差、地形坡度的差异性密切相关[8]。研究区内属低丘岗地貌，高程超过250 m处由于近山顶，地势平坦、植被覆盖率高，地质灾害发育较少；高程50～150 m为第四系松散堆积物集中分布区，同时为人类工程活动集中区，地质灾害高发。此外，地质灾害多发育在20°～55°斜坡中，此类斜坡有较好松散物质赋存和接受降雨的空间。小于25°的斜坡，地形平缓，土层不易滑动，大于55°的斜坡坡度较大，不利于松散物的赋存。该区域的崩塌(危岩)多数发育地形坡度均大于45°。在西江水位涨落升降、冲刷淘蚀作用下，沿江地质灾害体也会发生变形破坏乃至失稳。由此可见，地质灾害的数量及发育分布特征与地貌条件密切相关。

4.1.2地层岩性

研究区大面积发育寒武系、震旦系碎屑岩，多为砂岩、泥岩、泥质粉砂岩软硬互层结构。针对滑坡，地层岩性是其失稳坡内在条件。由于地层岩性的差异，力学性质各不相同，滑坡发生的难易程度明显不同。两套岩组中的泥岩夹层，在构造影响及其他外力、降雨作用下，极易形成泥状软弱夹层，进而形成潜在的滑动面或滑动带，为滑动失稳创造良好的条件；同时，碎屑岩总体抗风化能力弱，节理裂隙发育、岩体破碎，易形成松散堆积物。相反，硬质岩类，岩体抗风化能力强，不易形成潜在滑移面和滑体物质。对于崩塌(危岩)而言，软硬互层对其极为不利，尤其上硬下软的岩性组合，容易发生危岩崩塌。由于差异性风化，抗风化能力低的软弱岩层，易风化内凹形成岩腔，上部坚硬的岩体挑出，在风化、降雨作用下极易发生变形破坏。在重力作用下，平挑呈“悬臂梁”状的块状岩体，因重心不稳而产生崩塌[9]。

4.1.3斜坡结构类型

斜坡结构类型对于地质灾害的孕育、破坏、失稳具有显著的控制作用[10-11]。研究区发育在顺向和逆向结构斜坡地质灾害84处，占比55%。顺向斜坡中由于软弱夹层的存在[12]，形成潜在滑面，加之发育大量切层节理，在降雨、自重作用下极易发生滑动失稳(见图5)；寒武、震旦系碎裂结构逆向结构斜坡中，发育大量陡倾坡外的节理、裂隙，岩体结构极其松散，在外界条件及重力作用下极易发生崩滑失稳(见图6)。

图5 省道304滑坡(顺向斜坡)Fig.5 Landslide near the 304 provincial road (bedding slope)

4.1.4地质构造

研究区仅东南角发育登元背斜，区内地质灾害发育与断裂构造有明显的相关性(见图7),但背斜两翼地质灾害发育较少。区内断裂构造多呈张扭性、压扭性，其两侧地层受到强烈挤压，多形成数十米宽的破碎带，局部存在软弱面或软弱带，如断层泥、角砾岩等，岩土体力学性质较差，易风化剥蚀，岩体的完整性极差，多形成破碎、松散堆积物，为地质灾害提供了良好的物源条件[13]。同时松散结构易于降雨入渗和水体运移，为地质灾害发生提供有利条件。调查分析表明，NE、NW两组交错断裂对区内地质灾害有明显的控制作用，沿这两组断裂两侧发育地质灾害数量最多。

图6 李家湾崩滑体(逆向斜坡)Fig.6 Lijiawan landslide(reverse slope)

4.2 外在因素

4.2.1降 雨

大气降雨对地质灾害影响尤其是对滑坡、崩塌灾害的影响十分强烈[14-15]。通过实地调查结合以往数据资料收集，地质灾害多发生在汛期5～8月份。为了进一步掌握地质灾害与降雨的相关性，课题组于2016年自建气象监测站，对雨量进行实时监测，同时调查过程中进行雨前排查、雨中巡查、雨后复查的汛期“三查”工作。通过1 a的降雨及地质灾害变形破坏数据梳理分析表明：80%以上地质灾害发生在5～8月降雨集中时段，并且一段时间持续性的弱降雨和突发强降雨对地质灾害影响显著。调查发现：对于持续性的弱降雨，地质灾害发生有明显的滞后性，滞后期5～10 d，对于强降雨，当日便有一定数量地质灾害变形破坏，其后3～5 d地质灾害发生数量最多。由图8可见，2017年5月中旬至7月中旬地质灾害发生最为频繁，是这期间不间断降雨和频繁强降雨叠加所致[16]。由此可见，降雨是研究区内地质灾害发生的重要外在因素。

4.2.2水位升降

由于长洲枢纽船闸的建设，西江水位随旱季、汛期而升降。水位上升会使沿岸涉水斜坡岩体受到江水浸泡、入渗，导致内部裂隙的拓展和延伸。此外，江水的浸泡促使岩体内部的凝聚力和摩擦力也逐步降低，岩体发生弱化，岩体力学性质降低，同时对潜在滑带起到润滑作用，抗剪强度降低，对于存在泥岩夹层的顺向碎裂岩斜坡尤为明显。水位下降会使斜坡内部赋存水体向外运移，此过程中水体的牵引、拖拽作用显著，促使潜在滑体随水运移，对于松散堆积型斜坡尤为明显。地质灾害前缘在受江水长期升降干湿循环条件作用下，会强烈变形破坏，最终导致整体发生失稳[17-18]。

图7 地质灾害与褶皱及断裂分布Fig.7 Distribution of geohazards,folds and fractures

图8 2017年降雨量与地质灾害的关系Fig.8 Relationship between rainfall and geological hazards

4.2.3人类工程活动

研究区地质灾害的形成受人类工程活动影响极其明显[19-20]，主要表现为公路建设、城镇迁建、居民建房、矿产资源开发等。区内由人类工程活动诱发的地质灾害点51处，占比33.77%。尤其在正在开工建设的粤桂合作先行试验区，频繁的人类工程活动破坏了原本稳定的斜坡状态，形成了大量的不稳定斜坡。调查过程中发现：坡体开挖造成应力释放，卸荷作用明显，其后卸荷裂隙发生延伸、贯通，岩体趋于破碎、松散，缓倾角的坡体易形成滑坡、不稳定斜坡隐患；而陡倾角的坡体易形成危岩、崩塌隐患。同时，先行试验区内有大规模的填挖工程，在填挖之前斜坡在自然条件下处于稳定状态(见图9(a))，当对山脊进行开挖转填至两侧支沟内时，通过碾压、夯实，自然状态下也保持基本稳定状态(见图9(b))，当在降雨和坡底水流侵蚀、冲刷条件下，填方区将出现土体松动，地表、尤其填方平台坡顶近边缘处，出现平行于坡面或与主沟方向小角度斜交的的拉张裂缝，由于土体各向异性，裂缝延伸、张开、错动形态不一。随着拉裂缝的拓展、贯通边缘处逐渐出现局部坍塌、下挫，形成小型台阶状平台(见图9(c))，最终破坏失稳堆积堵塞下方冲沟(见图9(d))，在强降雨或持续性降雨条件下将形成泥石流灾害[21]。这是区内泥石流形成的重要成因机制。区内江南旺步冲、桃花冲等几条大型冲沟要尤为关注该问题。

图9 人类工程活动诱发泥石流致灾机理模式Fig.9 Mechanism of debris flow induced by human engineering activities

5 结 语

通过调查，研究区地质灾害点多、面广、规模小，共发育151处地质灾害，灾害类型主要为滑坡、崩塌(危岩)和不稳定斜坡，泥石流仅发育2处，地质灾害点面密度32处/100 km2。其中不稳定斜坡最为发育，占比45%以上，地质灾害规模以小型为主。空间上，地质灾害分布不均，50%以上发育在封开县；且多发育在高程50～150 m、坡度25°～55°斜坡地带；80%以上地质灾害发育在寒武系小内冲组(∈x)和黄洞口组(∈h)、震旦系培地组(Zp)碎屑岩中；55%以上地质灾害发育在顺向、逆向结构岸坡中；且沿主要构造断裂呈条带状分布、NE向断裂对地质灾害有明显控制作用。时间上，主要发生在汛期5～8月。诱发地质灾害的内在因素主要为：地形地貌、地层岩性、岸坡结构类型和地质构造。外在因素主要为降雨、水位升降和人类工程活动。据当前地质灾害发育分布现状、变形破坏特征和发展趋势，建议落实群测群防，尤其是汛期的“三查”工作，同时推进群测群防向群专结合转变，要大力提升地质灾害隐患排查技术水平，破解地质灾害隐患发现难、认识难的问题。