秦岭中部太白县地质灾害发育特征及危险性评估.pdf

第 3 2卷第 1 2期 2 0 1 3年 1 2月 地质通报 GEoLoGI CAL BULLETI N oF CHI NA Vo1 3 2 NO 1 2 D e c ， 20 1 3 秦岭中部太 白县地质灾害发育特征及危险性评估 王 涛 ，吴树仁 ，石菊松 ，李 滨 ，辛 鹏 WA NG T a o ， Wu S h u r e n ， S HI J u s o n g ， L I B i n ， XI N P e n g 中国地质科学院地质力学研 究所 国土资源部新构造运动与地质灾害重点 实验室， 北京 1 0 0 0 8 1 I n s t i t u t e o f G e o m e c h a n i c s C h i n e s e A c a d e m y of G e o l o g i c a l S c i e n c e s K e y L a b o r a t o r y of N e o t e c t o n i c s Mo v e m e n t & G e o h z a r d s Mi n i s t r y o f L a n d a n d Mi n e r a l R e s o u r c e s ， B e r i n g 1 0 0 0 8 1 ， C h i n a 摘要 ： 以陕西省太白县为例 ， 分析 了秦岭 中部 山区地质灾害形成的地质环境条件 ， 重点指 出在植被茂密山区， 异常强降雨及农耕 、 建 房、 修路和矿 山开采 4种人类工程 活动对地质灾害的关键诱发作用。对崩塌、 滑坡、 泥石流和不稳定斜坡 4类典型地质 灾害进行 了 亚类细分和发 育特征分析， 并总结指 出了地质灾害区域宏观分布特征。筛选了 9 种关键的地质灾害影响和诱发因素 ， 基于将集中调 查区指示的地质灾害发育规律 ， 外推应用于全区地质灾害评估的 思路 ， 利用信息量模型对太白县全 区进行 了地质 灾害危险性 定量 评估 结果显示高危险 区主要集中分布在县域北部人 口聚居 的盆地 区， 以及 南部河流与公路沿线地段 。定量检验显示， 危险性评估 结果与地质 灾害的 实际分布十分吻合 ， 表明基于信息量模型的地质 灾害危险性评估方法能够很好地适用于秦岭腹地 山区。 关键词 ： 秦岭 ； 太白县 ； 地质 灾害； 信 息量； 危险性 中图分类号 ： P 6 9 4 文献标志码： A 文章编号 ： 1 6 7 1 2 5 5 2 ( 2 0 1 3 ) 1 2 1 9 7 6 0 8 W a n g T，W u S R，S h i J S ， Li B， Xi n P Ca s e s t u d y o f l a n d s l i d e c h a r a c t e r i s t i c s a n d h a z a r d a s s e s s me n t in Ta i b a i Co u n t y ， c e n t r a l Qi n l i n g Mo u n t a in s G e o l o g i c a l B u l l e t i n o f C h i n a , 2 0 1 3 ， 3 2 ( 1 2 ) ： 1 9 7 6 1 9 8 3 Abs t r a ct ：T a k ing Ta ib a i Cou nt y in S ha a n xi Pr o v inc e a s a n e xa mp l e ，t h is pa pe r ha s a na l yz e d g e o l o g ic al e nv ir o n me nt c o nd it ion s o f l a n d s l i d e s i n c e n t r a l Qi n l in g Mo u n t a i n s I t is e mp h a s i z e d t h a t i n t h e mo u n t a in o u s a r e a u n d e r t hi c k v e g e t a tio n ， u n u s u al t o r r e n t i a l r a i n a n d 4 k i n d s o f h u ma n e n gi n e e rin g a c tiv itie s c o mp o s e d o f fir min g ， h o u s e b u i l d i n g ， r o a d c o n s t r u c tio n a n d m in i n g e n gi n e e r i n g p l a y c r u c ia l r o l e s in t ri g g e ri n g l a n d s l id e s 4 t y p ic al l a n d s l id e typ e s ， i e ， c o l l a p s e ， l a n d s l id e ， d e b ri s fl o w a n d u n s t a b l e s l o p e ， a r e d is t in g u is h e d a n d a n a l y z e d ， a n d r e gi o n a l ma c r o s c o p i c d i s t rib u tio n o f l a n d s l id e i s s u mma riz e d 9 ma j o r f a c t o r s i n fl u e n c i n g a n d t r i g g e rin g l a n d s l i d e a r e e x t r a c t - e d Qu a n tifie d l a n d s l i d e h a z a r d a s s e s s me n t b a s e d o n i n f o r ma t io n c o n t e n t mo d e l wi t h i n Ta i b a i Co u n t y wa s c a r r ie d O U t b a s e d o n t h e t hou g ht of a pp l y ing l a n d s l id e d e v e l o ping p a t t e r n o f t h e d e t a i le d in ve s ti g a t e d a r e a t o who l e r e g ional a s s e s s me nt The r e s u l t s ho ws t h a t t h e h ig h h a z a r d z o n e s ma in l y l ie in t h e r e s id e n t ial a r e a o f n o r t h e r n b a s in a n d l o c al a r e a s alo n g s o u t h e r n ri v e r a n d r o a d in t h e c o u n ty Th e qu a nt it a tive ve ri fic a tion r e s u l t s ho ws t ha t t hi s h a z a r d di s t ri b uti o n f e a t u r e is c on s is t e nt wit h t h e r e al dis t ri b ut io n o f l an ds l id e s I t is ind ic a t e d t h a t t h e l and s l i d e h a z a r d a s s e s s me n t me t h o d wi t h i n f o rm a tio n c o n t e n t mo d e l i s we l l a p p h c a b l e t O c e n t r al Qi Mi n g mo u n t a i n o u s a r e a Ke y wo r d s ： Qin l in g Mo u n t a i n s ； Ta i b a i Co u n ty； l a n d s h d e ； i n f o rm a tio n c o n t e n t ； h a z a r d 秦岭是横亘于中国中部的巨型纬向山脉 ， 东西绵 延约 1 5 0 0 k m。 秦岭构造带经过长期的发展演化 ， 其内 部组成与构造变形十分复杂【1 J ， 尤其是新生代以来秦 岭主脊的强烈隆升及河流侵蚀切割作用罔 逐步奠定 了秦岭山区地质体结构破碎、 岩土体强度弱化、 地形 起伏度大等基础背景条件。同时 ， 秦岭山区整体降水 较为丰沛， 且高山峡谷不乏短时强降雨及连阴雨异常 天气 。 易于诱发以浅表层崩塌 、 滑坡、 泥石流等为主的 表生地质灾 害 ；尤其是近年来 山区矿产 资源开发 、 跨 流域调水、 道路基础设施建设等工程活动 日益增多 ， 进一步加剧了秦岭山区地质灾害的发育形势。 然而 目前 秦岭 山 区地 质灾 害研究 尚无法 满足 收稿 日期： 2 0 1 3 0 7 1 1 ： 修订 日期 ： 2 0 1 3 0 8 - 2 0 资助项 目： 国家“ 十二五” 科技支撑计划项 目课题 ( 编号 ： 2 叭2 B AK1 o B O 2 、 2 0 1 1 B AK1 2 B 0 9 ) 、 中国地质调查局项 目( 编号 作者简介 ： 王涛( 1 9 8 2 一) ， 男 ， 博 士， 助理研究员 ， 从事地质灾 害评估与 防治研究。E ma i l ： wa n g t a o i g 1 6 3 C O N 1 9 7 8 地 质通 报 G E O L O G I C A L B U L L E T I N O F C H I N A 2 0 t 3年 文、人类工程活动等角度分别剖析区内孕育地质灾 害 的工程 地质 背景 。 2 1 地 质构 造与地 震 太 白县地处中秦岭大地构造分区 县境内由北 向南被凤县一 鹦鸽咀断裂和靖 口关一 核桃坪断裂依 次分割为秦岭群强变质变形带、商丹蛇绿构造混杂 带和南秦岭北部晚古生代推覆变形带 3个次级构造 单元 ，其中南部推覆变形带发育苏家沟背斜等 6处 褶皱构造。 太白县及邻区新构造运动方式表现为 ， 新 生代以来秦岭主脊急剧上升，渭河盆地相对沿秦岭 北缘断裂迅速下陷 ，整个秦岭山地作北仰南俯的掀 斜运动， 形成高山峡谷地貌 ： 不均衡上升过程中的断 陷作用形成了一系列断陷盆地或坳陷，如县境北部 的太 白盆地等。 在上新世晚期以来 ， 渭河谷底最大下 降幅度超过 3 k m 同时太 白山以上升为主的新构造 运动仍在继续。 太白县史载地震活动相对较弱 ，境 内地震及外 围强震 ( 包括 5 1 2汶川地震 ) 对县域的影 响烈度均 小于或等于度。鉴于中国西部地震诱发大面积滑 坡 的最小烈度约为度P 叫， 可以推断太 白县境 内地 震 导致 群发性 滑坡 的危 险性 较小 因此 在不 考虑 罕 遇地震危险的情况下 。潜在地震诱发太 白县区域滑 坡 灾 害的危 险性 可 以忽略 。 2 2地层岩 性 与工 程地质 分组 太 白县境 内主要 出露下元古界秦岭群 、上古 生界泥盆 系变质岩 、 中生代侵入花 岗岩体等 ， 其次 出露下古生界 、古生代侵入花 岗岩体及第 四系松 散沉积层 ； 石炭系和白垩系在境 内零星分布。根据 地 质建造 、 岩性强度 、 结 构等特征 ， 将 县境 内地层 岩性划分为 1 3套工程地质岩组 ( 图 2 ) 。其中 ， 偏硬 岩 组 出露 面积 约 占县域 面 积 的 6 0 主要 出露 于鳌 山一 太白山两侧 山坡及 以北地 区、黄柏塬东南及 王 家 坡一 太 白河 镇 西 南 局 部 地 区 ：偏 软 岩 组 出露 面积约 占 3 0 ， 主要位于县境西南地 区 ： 松散岩组 出露面积约 占 1 0 ， 主要分布于鳌山一太 白山山顶 夷平面及县境北部盆地 区。 2 3气 象与水 文 太白县境 内属大陆性季风气候 ，处于南北气候 交界地带 ， 加之各处海拔高度迥然不 同， 境 内各区气 候相差较大。县境内多年平均降雨量 7 2 0 ram， 降水 集 中在 7 9月 ， 其 中 ， 县境西北部和东南部降水较 多 ，降雨 中心分 布在黄柏塬乡 ，年均 降水量大 于 9 0 0 mm( 图 1 ) ， 汛期强降雨是区内崩滑流地质灾害的 主要诱发因素 。太白县纵跨渭河和汉江流域 ， 主要河 流包括石头河 、 渭水河 、 红岩河 、 太 白河和黄牛河 5 条 ( 图3 ) 。由于北陡南缓的地形特征， 境内北坡河水 流程较短 ， 水 流湍急 。 南坡河 水流程较 长 ， 水 流较缓 。 2 4 人类 工程活 动 太 白县地处秦岭腹地高山峡谷区，人 口主要沿 河谷盆地、 沟道沿线 、 低 山缓坡等地段分布 ， 人类工 程活动对这些地段的地质体扰动破坏也较为严重。 太白县境内影响或诱发崩滑流地质灾害的人类工程 活动主要包括农业耕作 、 修建房屋、 修筑公路 ( 图 4 ) 及矿山开采 4 种 ，代表了秦 巴山区城镇中丁程活动 诱发地质灾害的一般模式 。各类工程活动的具体致 灾机理如下述。 农业耕作一般对缓坡地表层植被造成破坏 ， 特 别在作物长成之前和收割以后 ，降雨和地表径流侵 蚀浅表层岩土体 ， 主要形式包括面蚀或片蚀 、 细沟侵 蚀甚至重力滑塌侵蚀等。例如县境北部新近堆积黄 土分布区 ， 土体 自身具有显著的膨胀性 ， 饱水状态下 会转化为流塑状态 ； 在农 田土地裸露时期 ， 极易形成 降雨型浅表层面状泥流 。 甚至导致浅层流滑或滑塌 ， 危及农 田和坡底民居安全 。 由于地处秦岭山脉深处 ，适宜_ 程建设的平缓 开阔空间较少 ， 因此建房 、 修路等工程不断向斜坡地 段推进 导致工程集中地段出现大量浅层坡体滑塌 现象。 如果在施工过程中缺乏斜坡加 固及治理措施 。 会对建筑物和道路设施等构成威胁 。 太白县及周边矿产资源丰富 ，开矿活动产生的 大量废渣和尾矿等松散物源分布在沟谷中，在暴雨 条件下容易诱发大规模泥石流 危及沟谷沿途厂房 、 设施 、 矿工办公居住区等， 例如太白河镇兴隆村庙沟 泥石流隐患。 不仅如此 ， 由于采矿活动直接深入地质 体内部甚至深部 。施工机械开挖及爆破震动导致山 体结构松动、力学强度弱化 ，经常诱发山体内部塌 陷， 甚至延伸至地表 ， 形成局部塌陷或地裂缝等次生 灾害， 危及矿工和作业设备安全。 3 地质灾害类型与发育特征 太白县地质灾害整体的发育特征表现为新生灾 害较多且规模较小 ，以滑坡、崩塌和不稳定斜坡为 主 ， 泥石 流相对 较少 。 滑坡 主要为 浅表松 散堆 积层 的 小规模滑动 ，崩塌和不稳定斜坡主要沿公路强烈切 1 9 8 0 地 质通 报 GEO L OGI C AL BU L L ET I N O F C HI N A 2 0 1 3年 表 1 太 白县主要地质 灾害类型及其亚类 Ta b le 1 M a i n g e o h a z a r d t y p e s a n d t h e i r s u b c la s s e s i n Ta i b a i Co u n t y 3 2滑 坡 从时间尺度分析 ， 县境内滑坡均属于现代滑坡 ， 究其原 因在于 ， 山区大规模开发之前 ， 植被及坡体赋 存的地质环境保存完好 ，不具备形成大规模滑坡的 条件 ，小型滑坡造成的零星破坏也可依赖坡体植被 自然修复。 目前查明的滑坡灾害主要是近现代城镇 快速发展、 山区开发不断深入、 极端异常降雨不断增 多等因素综合作用的结果。 从滑体物质分析 ， 土质和 碎块石类滑坡比率 占滑坡总数的 8 8 ，指示在构造 密集和强烈风化条件下。岩体浅表层形成的大量碎 裂一散体化岩体或残坡积层、 第四纪黄土、 河流阶地 砂砾石层等松散岩组 ， 在斜坡开挖处被剥露 出来 ， 在 短时暴雨或连阴雨条件下 ，极易形成表层滑坡或流 滑灾害。 3 3 泥 石流 泥石流相对崩滑灾害数量 明显较少 。从物质 组成分析 ，泥石 流主要发育于高 山向盆地过渡的 峡谷 区，物质组成 以水石流为主 。从流域分布分 析 ， 县境东 北部渭河流域 的泥石流规模较大 ， 且 以 自然暴雨型沟谷水石流 为主：西南部汉江支流 的 红岩河 和太 白河 流域 的金属 矿产采矿点 较多 ， 支 沟 中的大量人工堆弃体 在强 降雨作用下易形成泥 石流。尽管此类 沟谷汇水 面积相J ： I J B 部流域较小 ， 但是物 源十分丰 富 ， 且粒 度细小 ， 便 于搬运 ， 潜在 泥石流危 险性较高 。 3 4 不稳定斜 坡 不稳定斜坡是指可能演化成滑坡或崩塌的危险 斜坡体 也可称为潜在滑坡或潜在崩塌 ， 主要分布于 主干公路沿线的人工岩质边坡地带。由于大多数不 稳定斜坡地形高陡、 岩体结构松弛、 多呈节理化一碎 裂化状态斜坡演化趋势以崩塌为主。需要注意的 是 ， 新修公路边坡的临空面多为新鲜岩体组成， 短时 期 内仍保 留一定强度，但随着持续性卸荷、降雨入 渗 、 车辆振动等的影响 ， 坡体可能逐步演化形成崩塌 或滑坡灾害 。 4 基于信息量模型的地质灾害危险性评估 4 1 信 息量模 型概 述 在地质灾害危险性评估过程 中，信息量模型可 以较好地融合专家经验灾害影响因素及地质灾害相 关性的客观信息 ， 算法稳定性较好且内涵明确 。 以此 模型进行定量评估 ，不仅可以反映各种成灾因素的 相对敏感程度 ，还可反映特定影响因素中不同指标 区间的致灾效应大小 。信息量模型可以利用样本频 率的形式描述不同因素指标区间对地质灾害形成的 贡献大小 ， 具体信息量 的表达式为： 如 n _ I n ， n ) 其 中， 氐 一成灾因素 中第 区 间地 质 灾 害 发 生的信息量 ， 一成灾 因素 A 中第 区间的地质灾 害面积值或灾点数 ， s 一成灾因素 A 中第 区间的 分布 面积 ， _ 一区域地质 灾害的总 面积或 总点数 ， 5 一区域总面积。 需要说 明， 信息量 值通常有正负之分 ， 正 值表 明该因素区间对地质灾害形成的贡献量大于区 域本底值或平均水平 ， 利于地质灾害发生 ： 负值表明 该因素区间不利于地质灾害发生 ： 0值表明该 因素 区间对地质灾害形成的贡献水平中等 ， 与区域因素 本底值相当。 太 白县境 内地质灾害点密度本底值的计算过 程如下 ： 面积以集 中调查区为准 ， 即野外调查路线 及其周边 3 k in之内的缓冲地带 ， 累积面积达 1 9 6 1 3 6 k m 。为了提升地质灾害数据的翔实性和准 确性 ， 文中将密集成段分布、 合并编 录的灾害点进 行 了数 量还原 ， 境 内共涉及地质灾 害点 2 3 9 处 。因此 得到太 白县地质灾害点密度区域平均值 P ( B) = 2 3 9 处 1 9 6 1 3 6 k m2 = 0 1 2 2处 k m2 ， 以此作为所有地质 第 3 2卷 第 1 2期 王涛等 ： 陕西秦 岭中部太 白县地质灾害发育特征及危险性评估 1 9 8 1 灾害影 响因素信息量值计算 的分母值 。 鉴于研究 区地质灾害发育模式以滑坡、 崩塌、 不稳定斜坡等斜坡失稳破坏为主 。 泥石流数量仅 占 灾害总数 的 4 为了保证评估可以涵盖主要灾害 类型且又不至于冗繁复杂化 。 将所有地质灾害点合 并 ， 进行综合地质灾害或广义的滑坡 ( L a n d s l i d e ) 危 险性评估 。 4 2 地质 灾 害影 响 因素分 析 基于信息量模型要求 ， 还须建立研究区地质灾 害评价指标体系。太白县内影响和控制地质灾害形 成的主要因素分为地质环境因素和动态诱发因素两 类 。其 中， 相对稳定的、 缓变的地质环境因素包括地 质构造 、 地形地貌、 地层岩性 、 岩性组合关系、 斜坡结 构 、 流水侵蚀 、 植被覆盖等 可用于区内地质灾害易 发性( S u s c e p t i b i l i t y ) 评估 ； 具有时空不确定性 的动态 诱发因素主要包括降雨、 人类工程活动等 ， 通常在易 发性评估的基础上 用于地质灾害潜在危险性 ( Ha z a r d ) 评估和区划 。由于地震对 区内地质灾害不 具有明显诱发作用 ， 在危险性评估 中可不予考虑。 以下筛选出 9种关键的地质灾害影响和诱发因素 ( 表 2 ) 作为太 白县地质灾害成灾模式分析及危险性 评估 的基本依据。 针对上述评价指标体系 一些指标 的致灾效应 需要进行辩证分析 。例如河流侵蚀作用 ， 由于不同 发育阶段河流对岸坡的侵蚀改造方式 ， 即崩滑流发 育特征有所 区别 ， 因此在分析河流侵蚀对地质灾害 影响时 应合理地区分主流及各级支流对沿岸滑坡 发育 的影响差异 。根据太 白县地质灾害沿河分布差 异 将县境内河流水系按照两类考虑其致灾效应 ： 主 流包括# k J i I 河一石头河 、 红岩河、 黄牛河、 太 白河和 渭水河 5条 ， 其余各级水系作为支流考虑。同理 ， 将 县境 内公路按照主干公路与次级公路进行分类 ， 以 反映不同规模工程对坡体扰动程度的差异。其中， 主干道路包括麟留公路、 姜眉公路 、 眉凤公路 、 王太 公路和太洋公路 5条。 4 3地 质 灾害危 险性 评估 根据信息量模型计算原理 综合了主流与支 流、 主干道路与次级道路影响辩证考虑的方法 ， 对 太 白县地质灾害影 响因素中 1 1种指标进行了次 级区间划分 ， 并分别计算 了各指标 区间的信息量。 通过各 因素图层重新赋值 和叠加运算 ， 可得到地 质灾害危险性评估结果( 图 5 ) 。评估结果显示 ， 太 白县地质灾害高危 险区面积约 1 8 9 k m2 ， 占县域总 面积的 6 8 8 ， 呈片状或带状集 中分布在# l J l 河一 石头河两岸 、 嘴头盆地及其北侧主要支流两岸 、 红 岩河 中下游公路沿线 、 靖 口盆地、 太 白河 中下游、 太洋公路 3 5 k m 以下路段 、 渭水河上游局部地带 等 ： 中等危险区面积约 1 0 5 4 k m2 ， 占县域总面积的 3 8 3 4 ， 主要分布在高危 险区外围地带 、 主流上游 或高级别 冲沟地段 ： 低危险 区面积约 1 5 0 6 k mz ， 占 县域总面积 的 5 4 7 8 。 主要分布在人类活动罕至 和地质环境 良好的原始森林地 区。 与调查揭示的地质灾害点进行对 比可知 ， 地质 灾害高 、低危险区分别与 已有灾 点集 中分布 区及 表 2太 白县地质灾害关键影响因素及其致灾意义 T a b l e 2 I n d i c a t i n g m e a n i n g o f c r u c i a l i n flu e n t i a l a n d i n d u c i n g f a c t o r s o f g e o h a z a r d s i n Ta i b a i Co u n t y 第 3 2卷 第 1 2期 王涛等 ： 陕西秦岭中部太 白县地 质灾 害发育特征及危险性评估 1 9 8 3 丑 幽f 籁 岳 舡 舞 不同危险性等级累积面积比 图 6 太 白县地质灾害危 险性评估结果 的 A UC检验 曲线 F ig 6 AUC ve ri f y ing c u r v e o f l a nd s l ide ha z a r d a s s e s s me n t r e s u l t in Ta ib a i Co u n 频发 ， 但是规模较小 ， 以崩滑灾害为主， 泥石流较少。 在空间分布方面 崩滑灾害主要沿人 口聚居地呈片 状分布、 沿主干道路切坡段呈断续线状分布 ； 泥石流 主要沿区内东北部水动力条件较强的桃川河一石头 河南侧峡谷 ，以及西南部松散物储量丰富的红岩河 下游和太 白河下游支沟分布。 在区域地质灾害危险性评估中， 应在成灾机理分 析的基础上， 辩证地评价不同层次或级别的因素对地 质灾害的影响程度 ： 在进行影响因素与地质灾害相关 性分析时， 为了更准确地反映地质灾害强度或发育程 度 应避免简单使用地质灾害数量进行统计 ， 而应采 用地质灾害点密度或面密度进行统计分析。 通过基于信息量模型的地质灾害危险性评估 ， 得到太 白县地质灾害高危险 区约 占县域 总面积的 7 整体呈片状或带状集 中分布在桃川河一石头河 两岸地带 、 嘴头盆地 、 红岩河 中下游公路沿线地带 、 靖 口盆地 、 太白河中下游、 太洋公路 3 5 k m 以下路段 、渭水河上游局部等地段 ； 在汛期强降雨期 间， 应加 强防范。 对评估结果的有效性检验表明， 基于信息量 模型的地质灾害危险性评估方法对秦岭中部太 白县 的适用性很好 。 致谢：在野外调查和资料搜集工作 中得到太白 县 国土局 的协 助 ， 谨此 表 示感谢 。 参考 文 献 1 张 国伟， 梅志超