水城县发耳重点区域地质灾害特征分析及防治分区

党 杰 董 吉 张 旭 吴忠银 杨杰华

(贵州省地质环境监测院，贵阳 550001)

贵州省西部的水城县是省内地质灾害高发区，脆弱的地质环境及强烈的人类工程活动，使得区内地质灾害具有“灾种全、灾害重、隐患多、发生频繁”的特点[1-2]。同时，水城县又是贵州省矿产资源大县，采煤等人类工程活动造成许多严重的矿山地质灾害问题，全县约28.30%的地质灾害为采煤活动影响[3]。李海军等[4]通过对水城县发耳镇周边区域开展详细调查，研究了区内发耳煤矿尖山营滑坡特征及成因机制；邹银先等[5]研究了尖山营地质灾害的变形机制及稳定性分析；刘庆义等[6]则通过数值模拟研究了区内缓倾内斜坡多处采煤下的覆岩变形特征。

研究区位于贵州省六盘水市水城县发耳镇、都格镇、鸡场乡三个乡镇交界区域，总体地势为东西两侧高、中部低，北盘江在研究区内自北向南径流而过。受河流切割影响，地形起伏较大,最大高差881 m。研究区属亚热带高原季风气候区，据雨量站资料统计，区内多年平均降水量1137.0 mm，最大日降水量达103.6 mm，最大三日降水量为201.2 mm。

1 发耳区域地质灾害基本情况

研究区地处剥蚀、侵蚀低中山沟谷地带，由于河流、地表水切割，冲沟纵横，地形起伏高差较大、坡度陡。研究区山体上部为飞仙关组和嘉陵江组地层，岩性为粉砂岩、泥岩和灰岩、泥灰岩，下部为龙潭组泥岩、页岩及煤层，总体形成“软硬相间”、“上硬下软”的地层结构。受构造和卸荷作用影响，岩体破碎、节理裂隙发育，且附近有地震活动发生。在诸多因素的影响下，研究区基础地质环境极为脆弱，地质灾害较为发育。

根据前期资料、InSAR变形监测、遥感影像解译、地质结构调查及野外实地调查等方法，调查到水城县发耳区域现共有地质灾害点29处，其中滑坡16处，地裂缝7处，崩塌 4处，不稳定斜坡1处，泥石流1处(表1)。其规模主要以中小型为主，其中巨型灾害1处，占总灾害点数量的3%；大型灾害2处，占总灾害点数量的7%；中型灾害17处，占总灾害点数量的59%；小型灾害9处，占总灾害点数量的31%。

表1 研究区地质灾害点统计表

2 发耳区域地质灾害分布特征

研究区地质灾害分布主要受控于地形地貌、地层岩性、人类工程活动等因素，其分布亦与这些控制因素具有密切关系。

2.1 基于地形地貌的地质灾害分布特征

研究区总体地势为东西两侧高、中部低，受北盘江水系的切割，地形起伏较大，为沟谷切割的侵蚀沟谷地貌。根据调查统计，研究区29处地质灾害主要发生于地形较陡的陡坡、陡崖地带，其中滑坡地质灾害主要发生于坡度为20°～65°的陡坡地带，崩塌地质灾害主要发生于坡度65°～90°的陡坡、陡崖地带，地裂缝主要发生于坡度10°～35°的斜坡地带，不稳定斜坡主要发生于坡度30°～65°的陡坡地带，泥石流主要发生于坡度10°～35°的斜坡沟谷地带。研究区内基于地形坡度的地质灾害分布如图1。

图1 基于地形坡度的地质灾害分布图

2.2 基于地层岩性的地质灾害分布特征

根据调查统计，研究区29处地质灾害主要发生于飞仙关组(21处，占比73%)、嘉陵江组(3处，占比10%)和龙潭组(5处，占比17%)地层，其中崩塌地质灾害主要发生于地形高陡的嘉陵江组灰岩之中，其次为飞仙关组粉砂岩、泥岩之中；滑坡地质灾害主要发生于飞仙关组粉砂岩、泥岩之中，其次为龙潭组泥岩之中；不稳定斜坡主要发生于飞仙关组粉砂岩、泥岩之中；地裂缝主要发育于飞仙关组粉砂岩、泥岩之中；泥石流地质灾害主要发育于飞仙关组粉砂岩、泥岩风化形成的堆积物中。

具体到各灾害类型，滑坡地质灾害中，飞仙关组有13处，龙潭组中有3处；崩塌地质灾害中，嘉陵江组有3处，飞仙关组有1处；地裂缝地质灾害中，飞仙关组有5处，龙潭组有2处；不稳定斜坡地质灾害中，飞仙关组有1处；泥石流灾害中，飞仙关组有1处(见图2)。

图2 研究区基于地层岩性的地质灾害分布图

2.3 人类工程活动与地质灾害

根据调查统计结果，研究区因矿产资源开发诱发的地质灾害为25处，占区域内地质灾害总数的84%，且这些地质灾害主要由煤矿矿山开采引发。具体到各灾害类型，滑坡地质灾害中，工程活动引发的有15处，自然因素引发的有1处；崩塌地质灾害中，工程活动引发的有2处，自然因素引发的有2处；地裂缝地质灾害中，工程活动引发的有6处，自然引发的0处；不稳定斜坡灾害中，工程活动引发的有1处，自然因素引发的0处；泥石流灾害中，工程活动引发的有1处，自然因素引发的有0处(见图3)。

图3 研究区地质灾害分布与矿山分布关系

3 发耳区域地质灾害形成条件

3.1 地形地貌影响

研究区整体位于滇东高原向黔中丘原和广西丘陵的过渡地带，地处乌蒙山脉东北段之东南。受北盘江水系的切割，地形起伏较大，形成了广泛的山地景观。新构造运动中地块抬升、河流下切导致研究区内地形起伏高差大，形成典型向斜成山的现象。境内最高点位于西南侧鸡场乡屯上村山脊处，海拔高程1785 m，最低点位于南侧北盘江出研究区处，海拔高904 m，最大高差881 m。境内河流深切， “V”形谷发育，地形切割较深，相对高差多在300～700 m之间。侵蚀地貌、溶蚀—侵蚀地貌和岩溶地貌都较发育，群峰耸立、地形复杂。研究区地势及坡度图如图1所示。

在这样的复杂地形地貌之下，研究区大部分区域为地形坡度20°以上的斜坡地带，陡坡、陡崖分布众多，区内仅有局部沟谷谷底地带及局部小范围为地形较缓的缓坡、洼地，规模一般较小，分布不连续。

重力是造成滑坡、崩塌等地质灾害发生的根本性原因，研究区地形坡度陡、高差大，坡度不仅影响坡体的应力分布，而且对斜坡地表水径流、斜坡体上松散堆积物的分布和厚度等起着决定性作用。在降雨等外部因素诱发下，这样的地形地貌条件极易发生地质灾害。

3.2 地质构造与地震影响

研究区总体地处扬子陆块上扬子地块威宁穹盆构造变形区的发耳穹盆区。发耳穹盆区主要展布于水城县发耳-盘州市坪地一带，断层发育少、规模小，褶皱形式以穹窿、构造盆地为主。

受区域内向斜构造、坡体结构的影响，斜坡岩体结构复杂，既有构造形成的结构面，又有卸荷断裂形成的浅部结构面。各结构面的交切使得岩体完整性差，岩体较为破碎。现场调查表明，在飞仙关底部砂岩中，分布有三层以上泥岩、粉砂质泥岩，其中在距飞仙关底部约18 m处有一层厚达9 m的泥岩出露，其产状与砂岩层产状近乎一致，形成软弱不连续结构面。节理裂隙发育，主要有四组陡倾的优势节理：①165°∠64°；②92°∠75°；③54°∠86°；④123°∠63°。节理面多平直粗糙，少数近地表部位稍有张开，并充填次生泥，在砂岩中，其发育间隔一般为0.15～0.40 m，最小0.09 m。针对研究区地质灾害发育最为普遍的飞仙关组和龙潭组地层，选取基岩出露较好的位置，布置测窗进行了结构面统计，统计结果如图4a～图4d所示。

图4a 结构面走向玫瑰花图

图4d 倾向分布拟合图

各结构面的组合特征所示，斜坡层状岩体受结构面切割影响强烈，考虑到斜坡临空面的情况，结构面及层面相互组合，切割岩体，使得研究区内陡坎部位有大量切割的岩块，大大降低了形成的岩体强度，也影响了斜坡整体稳定性，构成了斜坡整体发生变形甚至失稳破坏的控制性边界。

可以看出，该区域发育的4组优势结构面，分别倾向北东和东南方向，且裂隙多张开，呈拉张状态，体现出明显的卸荷特征；结构面均呈交角剪切关系，结构面与层面产状相互切割，形成大小不一的楔形体，有产生崩塌的可能性。

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)，研究区基本地震动峰值加速度为0.05 g，基本地震动反应谱特征周期为0.40 s，相应地震烈度为Ⅵ度。区域地壳稳定性相对较好。地震对研究区地质灾害的影响相对较小。根据地震部门记载统计，研究区周边有地震记录的地震震级≥4级的发生2次，最大震级4.2级；<4级的地震发生过146次。根据中国地震台网监测结果，研究区附近区域在近1年内发生的地震有6次。其中在2018年09月26 日18时32分47秒，水城县营盘镇(东经104.72，北纬26.21)发生3.2级地震，震源深度8 km，震中位置距离研究区最近仅有4 km距离，地震作用对研究区内地质体具有一定的影响。

3.3 岩土体工程地质特征影响

研究区出露的地层主要为二叠系、三叠系以及第四系地层。区内第四系松散堆积层较少，沿河流和冲沟有少量冲洪积，在缓坡上，常有厚度不等的残坡积层覆盖，其岩性主要为各种成因堆积物、粘土、泥砾及砂砾等。

三叠系地层主要分布于研究区陡崖、陡坡区域，是组成区内山体的主要地层，岩性以硬质岩、较硬岩为主。其中，嘉陵江组(T1-2j)地层岩性主要为灰岩、泥灰岩、泥质白云岩及泥、砂岩，厚度约361～473 m，区内出露不全，其主要成为区域内的陡崖分布区；飞仙关组(T1f)地层岩性主要为紫色、灰绿色粉砂岩、泥岩夹薄层灰岩及条带，厚度约393～684 m，其主要构成研究区的陡坡及部分陡崖分布区。

图4c 倾角分布拟合图

图4b 结构面倾向玫瑰花图

二叠系地层主要分布于区内缓坡地带以及沟谷地带，是山体底部地层，岩性主要为较软岩、软质岩，部分区段出露硬质岩类。其中龙潭组(P31)地层岩性主要为黄色、黄绿色砂页岩、泥岩夹煤层，厚度约147～360 m，其主要构成研究区内的缓坡分布区及部分沟谷地带；峨眉山玄武岩(P2-3em)地层岩性主要为玄武岩、凝灰岩、凝灰质页岩，主要分布于研究区外围，出露不完全，其主要构成研究区外围尤其是西南侧的山体。

这样的岩土体工程地质组合，形成“软硬相间”、“上硬下软”的地层结构，易于发生崩塌、滑坡、不稳定斜坡等地质灾害。

3.4 气象水文条件影响

研究区属亚热带高原季风气候区，降水丰沛，雨热同期，有明显的旱季和雨季之分。年均降水量1137.0 mm，近十年(2010—2019)实测最大一日降水量达103.6 mm，最大三日降水量为201.2 mm，最大一日降水量约为三日降水量的52%。研究区内降水大多集中在5—10月，约占全年降水量的78.35%，其中尤以6—8月最为集中且降水强度大，是暴雨的多发季节。区内汛期降雨以大雨、暴雨居多，时间短、雨量大，在高温与降雨的交替作用下，岩土体极易发生结构破坏，造成稳定性降低。

降水是诱发地质灾害的关键因素之一，通过对区域的降雨情况进行分析可知，该区的降水量较大且较为集中。降雨之后，坡面流沿节理裂隙进入地下，而泥岩或粉砂质泥岩遇水易软化，在自重力作用下向软弱面倾斜，如采空塌陷区、临空面、岩体结构软弱面等。部分区域出现局部应力集中，产生裂缝、膨胀、地面沉降等变形破坏。

区域地表和地下水资源丰富，在水流的作用下，导致隐患点内土体的容重改变，增加土体下滑力，为滑坡隐患点的形成提供了物质基础；同时改变岩土体结构，从而改变岩土体的c、φ值，使岩土体的不连续面上的摩阻力减小和作用在不连续面上的剪应力效应增强，结果沿不连续面诱发岩土体的剪切运动；此外，地下水通过渗透压力对岩土体施加一个推力，即在岩土体中产生一个剪应力，从而降低岩土体的抗剪强度，推动岩体向不稳定一侧倾斜变形。

研究区内河流属珠江水系北盘江流域。区内北盘江总体由北向南方向径流，在其两侧有近东西向的次级支流、季节性流水汇入北盘江。区内水文条件决定了研究区内冲沟的流向以及斜坡坡向，进而影响研究区内斜坡体在重力作用下的变形演化特征。河谷、冲沟的冲刷切割，对斜坡体稳定性产生重要影响。区内水文条件主要受大气降雨补给，岩土体内富水情况也与大气降水相一致并略有滞后，多数地质灾害的发生，都与大气降水以及岩土体的饱水状态有关。

3.5 人类工程活动影响

随着经济活动的发展，研究区内人类工程活动强烈，主要为煤炭开采、公路修建、陡坡耕植等，其中采煤活动对区内地质灾害的发展具有重要影响。研究区采煤历史悠久，分布区域面积较大，区内含煤地层主要为龙潭组，可采煤层13层，煤层厚度、间距以及层数均较稳定。

研究区煤层开采后，斜坡应力重分布形成“应力增高区”和“应力减弱区”，斜坡变形强烈，采空区顶板及边界是坡体内变形最强烈的区域，采空区顶板冒落下沉，使得采空区覆岩向采空区方向移动，造成采空区边界拉张应力集中，产生拉裂缝。受临空面的影响，拉张裂缝进一步扩展。斜坡开采完毕后在长期降雨作用下，变形破坏进一步加剧，冒落垮塌范围扩大，斜坡坡顶塑性区由张拉变形转为剪切变形，斜坡采空区覆岩有朝向临空面的蠕滑变形，如果继续发展，斜坡稳定性会降低很多，最终形成整体滑坡、崩塌等地质灾害。

4 发耳区域地质灾害防治区划

4.1 防治分区原则

地质灾害防治分区是在地质灾害易发性评价、危险性评价、易损性评价和风险评价的基础上，考虑各类地质灾害的分布特征以及威胁范围，考虑人口集中区、资源开采及土地规划等的情况，综合确定地质灾害防治优先级和紧迫性。发耳区域地质灾害防治分区的原则为：

(1)地质灾害风险区内，遭受地质灾害危害和威胁严重且危险性大的人口集中居住区、交通干线、基础设施、旅游景区、规划开发区、重大工程项目、资源开采开发区等，划分为重点防治区。

(2)地质灾害风险区内，遭受地质灾害危害和威胁较严重且危险性中等的村庄、道路、工程所在地及国民经济规划较重要建设项目和开发区段，较重要交通干线两侧等，划分为次重点防治区。

(3)将上述区以外的范围，划分为一般防治区。

(4)保持行政单元的相对完整性，便于管理和实施，局部以重要工程设施、交通干线、大中型工矿企业等划定。

4.2 防治分区方法

地质灾害防治分区，是根据区域地质灾害易发程度(Fy)、地质灾害危险程度(Fw)、地质灾害易损程度(Fs)、地质灾害风险程度(Ff)等分区因子，采用综合因子评判法，将各因子分为三个等级并量化赋值(见表2)，基于栅格及矢量数据，以网格为单元，采用公式F=Fy+Fw+Fs+Ff利用ArcGIS软件进行叠加分析。

表2 研究区地质灾害防治分区因子赋值表

根据单元的积分值(F)进行统计分析，找出分区的组合特征值，经综合分析确定分区标准，如表3，根据分区标准将调查区划分为3个类型的防治区：重点防治区、次重点防治区和一般防治区。再根据各区的防治对象进一步划分亚区段。

4.3 发耳区域地质灾害防治分区结果

根据区域地质灾害野外调查结果，结合研究区地质灾害分布特征、形成因素、稳定性特征、危害特征等，对研究区地质灾害进行综合分析及风险评价。根据防治分区划分原则与方法，将研究区划分为重点防治区、次重点防治区和一般防治区三个级区7个亚区，其中重点防治区分为2个亚区，次重点防治区分为2个亚区，一般防治区分为3个亚区。各分区特征如表4，分区图见图5。

表4 贵州省水城县发耳重点区域地质灾害防治分区统计表

图5 研究区地质灾害防治分区

5 结论

(1)贵州省水城县发耳重点区域地形起伏高差较大，坡度陡。地层总体形成“软硬相间”、“上硬下软”的地层结构，受构造和卸荷作用影响，岩体破碎、节理裂隙发育，地质灾害较为发育。根据调查，研究区现共有地质灾害点29处，其中滑坡16处，地裂缝7处，崩塌 4处，不稳定斜坡1处，泥石流1处。

(2)通过分析，研究区地质灾害分布主要受控于地形地貌、地层岩性及人类工程活动等条件。29处地质灾害主要发生于地形较陡的陡坡、陡崖地带，且地质灾害主要发生于飞仙关组(21处，占比73%)、嘉陵江组(3处，占比10%)和龙潭组(5处，占比17%)地层，因矿产资源开发诱发的地质灾害为25处，占区域内地质灾害总数的84%，且这些地质灾害主要由煤矿矿山开采引发。

(3)发耳区域地质灾害形成条件主要有地形地貌、地质构造与地震、岩土体工程地质条件、气象水文条件、人类工程活动等因素。

(4)根据防治分区划分原则与方法，将研究区划分为重点防治区、次重点防治区和一般防治区三个级区7个亚区，其中重点防治区分为2个亚区，次重点防治区分为2个亚区，一般防治区分为3个亚区。