辽宁太平湾地区地质灾害特征及其对机动通行能力的影响

高博，陈桂虎，王刚，刘建宇,隋佳轩

1.中国地质调查局牡丹江自然资源综合调查中心，黑龙江 牡丹江157000；2.吉林省地质环境监测总站，长春130021

0 引言

地质灾害的致灾因素具有自然和社会的双重属性，其形成、发展与危害程度是降雨、地形地质等自然条件和人类经济活动等社会因素共同影响的结果[1--3]。调查区地处辽东断块山地丘陵区，季风气候明显，地质环境条件复杂，地质构造发育。已经发生的突发性地质灾害点9处，其中崩塌灾害1处、滑坡灾害3处、泥石流灾害2处、地面塌陷3处。当调查区汛期发生区域性暴雨，流经松散土石、坡岭陡峻的山区河流在水源动力增大的条件下，易发生滑坡和泥石流等地质灾害；公路修筑及露天矿石开采时，人为切坡导致边坡角度过陡，形成临空面，使斜坡卸荷失去原有的应力平衡，发生崩塌等地质灾害。通过对调查区公路大多依山而建的先天地质因素的综合分析，划分出极高、高、中、低4类地质灾害易发区，并分析其对机动通行能力的不同影响，初步架构该地区地质灾害风险评估体系，对区内经济建设、人员安全、机动通行评价提供依据。

1 地质环境背景条件

1.1 地形地貌

本区地处辽东断块山地丘陵区，东南濒临鸭绿江，为长白山山系与千山山脉过渡地带，地形起伏较大，山峰连绵。鸭绿江断裂带沿岸在断裂及差异性升降运动的作用下，造成西部多为中低山，地形较为陡峻，东部多为山地丘陵，坡度相对较缓，总体上由西北向东南降低，呈阶地式地形[4]。调查区地貌形态多样，主要地貌类型有构造剥蚀低山丘陵、高丘、山间谷地和玄武岩台地。构造剥蚀低山区主要分布于调查区南部、东部的大部分地区，海拔在500～1 000 m之间，呈东西向展布。相对高差300～500 m，山坡坡度多为20°～30°；高山丘陵区主要分布在调查区长甸镇及其以南等地。海拔在100～500 m，大体沿鸭绿江展布，山势低矮、谷坡宽缓、顶峰稍圆，河流下切稍弱，丘陵外形浑圆、波状起伏；山间谷地分布在鸭绿江水系沿河两岸，海拔在200 m以下，为调查区主要耕地分布区；玄武岩台地仅极少量分布于调查区西北角，为第四纪火山玄武岩台地发育区。

1.2 地质构造及地层岩性特征

调查区大地构造位置属中朝准地台的东部，前印支期为地台形成和发展阶段；印支旋回主幕以后成为大陆边缘活动带[4]。调查区主控构造主要出露在鸭绿江江道及沿岸两侧，呈NE方向贯通，彼此有成生关系的多条断裂及所直接控制的断陷盆地。在多次构造复活及岩浆侵入的作用下，调查区内地质构造复杂，其中以断裂表现尤为明显。褶皱构造在调查区内总体分为两段，南段为东西向向斜、北段为单斜构造；断裂构造按构造线方向可分为NE、NW和EW向3组。新构造运动主要表现为长期缓慢的间歇性差异升降运动和断裂活动。

调查区内沉积岩、岩浆岩及变质岩3大岩类均有出露，岩石类型多样，岩性复杂多变。岩体主要为下元古界辽河群地层及燕山期侵入岩体,是虎皮峪—红石砬子复背斜的组成部分。岩组划分为里尔峪组、高家峪组和大石桥组，各地层单元均系整合接触关系。调查区内燕山期侵入岩面积大，多以岩株、岩基状分布，岩性主要为花岗岩、闪长岩、花岗闪长岩和花岗斑岩等；在太古代和早元古代时期的变质作用下，变质岩及混合花岗岩分布广泛，岩石类型主要包括斜长片麻岩、斜长角闪岩、变粒岩、浅粒岩、片岩及巨混合花岗岩等[5](图1)。

2 地质灾害发育类型及分布特征

2.1 地质灾害发育类型

调查区内主要发育崩塌、滑坡、泥石流及地面塌陷等地质灾害。其所造成的危害主要表现为致人伤亡、损毁房屋和破坏阻塞公路等，本文主要针对地质灾害对机动通行能力的影响展开调查。

区内共调查55处崩塌灾害及隐患点，其动力影响因素主要为自然和人为两类；规模主要有大型、中型和小型3种；运动形式主要有剥坠落、滑塌及混合型(表1)；崩塌体岩性属岩质和土质(图2)。

调查区滑坡可分为自然因素和人为因素两种，其中区内以强降雨天气的自然因素为主要诱发因素，人为工程活动为次要诱发因素，主要由建筑房屋削坡引起[6--7]。区内共调查15处小型土质滑坡灾害隐患点，其中11处自然滑坡、4处人为滑坡。潜在滑坡灾害规模为小型滑坡占滑坡总数的1/3、中型占1/5。稳定性差的占1/15，较差的占1/15。斜坡坡度一般在30°之上，覆盖层厚度在0.8～2.5 m之间，成分主要为砂土和碎石土。滑移结构面较为单一，多以组合接触面为滑移面，如松散盖层与下伏基岩接触带，滑动面普遍与坡面一致，滑动面产出复杂，且具有多级滑动的特点。区内共调查5处泥石流灾害和潜在灾害点。其中已经发生规模大小不一的泥石流灾害3处。按成因划分，主要为暴雨型泥石流；如按地形地貌划分，则以沟谷型泥石流为主[8](图3)。

调查区内出露地面塌陷灾害3处，为岩溶塌陷和采空塌陷两类，已发现岩溶塌陷1处。坑体以直径0.5～5 m，深度0.5～2 m出露，总体呈集群式带状展布；已发生小型采空塌陷灾害2处，塌陷单体以椭圆形、圆形和长条形为主，少量呈不规则状，直径3.5～50 m，深度3～15 m，总体呈集群式带状展布，均属于不稳定状态[4]。

2.2 地质灾害分布特征

结合对调查区内主要公路、铁路离路500 m范围内，以及部分矿区、冲沟，共识别出87处地质灾害调查点，遥感解译境外部分5处(图4)。确定其中78处为潜在地质灾害点(表2)，其分布特点为：崩塌灾害、滑坡灾害主要位于调查区内公路、铁路两侧及露天矿场等人类工程活动较为强烈的地段；泥石流主要分布于西部和南部的中低山区；采空塌陷区主要分布于太平湾街道庙台子沟金矿区和毛甸子乡北头道阳岔硼矿区。

a, b.岩质斜坡；c, d.土质斜坡。图2 崩塌斜坡的物质组成Fig.2 Substance composition of collapsed slopes

a.泥石流物源区松散堆积物；b.排泄区；c.物源区崩落石块；d.沟坡松散土体。图3 典型潜在泥石流沟Fig.3 Characteristics of typical potential debris flow gully

表2 调查区潜在地质灾害情况统计表

Table 2 Potential geological disasters in investigated district

地质灾害类型数量稳定性险情点数比例/%差较差特大重大较大一般崩塌5570.5134200847滑坡1519.231200114泥石流56.0140104地面塌陷34.3030012合计78100.01761011067

区内崩塌灾害主要位于地形切割强烈和边坡陡峻的公路两侧以及民房建筑前后，并以公路两侧居多，微地貌特征多属陡坡或陡崖，边坡角多在 45°以上(图5)。发生时间均集中于汛期多发的5～9月。

区内滑坡灾害分布，主要位于地形坡度在 25°～60°之间的陡坡地带和人类工程活动较强烈的公路两侧及民房建筑前后，已发生的3处滑坡灾害，其坡度均在 25°～45°之间。发生时间均集中于汛期多发的7～8月。 滑坡体均位于残坡积物发育地段，岩性为黏土夹碎石。坡体外形多为半圆、微凸状，后缘拉张裂缝发育，一般呈圈椅状，局部错动变形甚至滑塌。坡体裂缝一般沿斜坡向发育，呈直线状、弧形状等形态，长短不一，多断续分布，滑体之上树木歪斜、马刀树现象较为发育(图6)。

图4 调查区地质灾害分布图Fig.4 Geological disasters layout map of investigated district

调查区内泥石流灾害的发生主要集中于 7～8月份。确认已发生泥石流2处(2处均发生在太平湾街道小错草沟附近)，3处潜在泥石流主要分布于西部和南部的中低山区；从可能发生的泥石流的物质组成分析，均属于泥石型泥石流，主要由黏土和碎石组成；从出露程度分析，太平湾街道小错草沟泥石流规模最大，位于调查区中部人类工程活动较强烈的低山丘陵区。

调查区内地面塌陷灾害主要包括岩溶塌陷和采空塌陷两类。岩溶塌陷主要分布于太平湾红铜沟及毛甸子乡小梨树园附近沟谷发育的斜坡地带；采空塌陷主要出露于太平湾街道庙台子沟金矿区和毛甸子乡北头道阳岔硼矿区。从地层岩性方面分析，两处采空塌陷均位于多金属含矿构造带；从平面展布形态分析，调查区内的采空塌陷主要是由多个椭圆形、圆形及不规则状的小型塌陷单体呈集群式带状展布，且总体展布与采空区分布吻合。

2.3 地质灾害易发性划分

2.3.1 极高易发区和高易发区

极高易发区和高易发区分布面积为215.73 km2，占调查区面积的23.11%。极高易发区和高易发区主要分布在太平湾街道和毛甸乡蒲石河两岸，以及长甸镇的鸭绿江沿岸；头道阳岔、张家堡、长岭子沟、大南沟、小错草沟及大错草沟附近，北阳沟到寺院沟等地易发性等级较高，极高易发区及高易发区平面延伸距离为1～10 km,是人类工程活动比较集中、交通用地也比较集中的地区，这些外在的工程活动对边坡应力的改变不但大而且频繁，斜坡变形后的应力不断调整，加速了斜坡的变形破坏过程，对边坡的稳定性影响较大，导致这些地段比较容易产生中、大型崩塌、滑坡或泥石流等地质灾害[9--10](图7)。

a.阶梯型；b.凹型；c.凸型；d.直线型。图5 崩塌不同坡型Fig.5 Various types of collapsed slopes

图6 大西岔镇南吊幌子村滑坡灾害出露特征Fig.6 Emerging characteristics of landslide in Diaohuangzi village of Daxicha town

2.3.2 中易发区

区内中易发区分布面积为288.90 km2，占调查区面积的30.95%。中易发区主要分布在调查区太平湾街道及长甸镇，具体分布在调查区地质灾害高易发区两侧和地势较陡的区域，钱柜沟、小松树沟、大耳朵沟、庙后沟、小砬子沟到大砬子沟地段，三把葫芦沟至于家大沟地段、外大麻子沟至杨家沟地段等均是地质灾害中易发区分布的地段。这些区域人类活动较集中，同时受蒲石河及鸭绿江活动断层对沟谷切割的影响，这些区域灾害易发性较高，容易发生中小型崩塌和滑坡等地质灾害。

图7 调查区地质灾害易发性分区图Fig.7 Geological disaster susceptibility map of investigated district

2.3.3 低易发区

调查区低易发区分布面积为428.89 km2，占调查区面积的45.94%。主要分布在毛甸子乡和太平湾街道，这些区域大多数属地势平坦或森林覆盖较好的山体、人类活动扰动较小或岩土体未经扰动的区域。这些区域岩土体稳定性较好，不易产生崩塌、滑坡及泥石流等地质灾害(表3)。

表3 各预测因素状态信息量表

3 地质灾害对机动通行能力的影响

根据调查区道路两侧地质灾害特征，对区内各主干道路进行危险性评价(图8)。中高危险性路段主要分布在斜坡较陡、周围有较大地质灾害的公路区域；低危险性路段分布在地势较为平坦的区域，周围地质灾害规模较小甚至没有地质灾害。

3.1 崩塌对机动通行能力的影响

调查区内崩塌体影响范围没有达到公路，其危害程度为无；崩塌体能够影响到公路内侧的1/4以内，其危害程度为小；崩塌体能够影响到公路内侧的1/4～3/4，其危害程度为中等；崩塌体能够影响到公路内侧3/4以上，导致道路堵塞，其危害程度为大(表4)。

图8 调查区地质灾害对机动通行能力危险性划分Fig.8 Geological disasters vulnerability map of motor traffic capacity in investigated district

位置规模崩塌类型影响半径诱发因素 易发程度S319长甸镇拉门沟下坡转弯路段小滑塌公路内侧1/4～3/4降雨、爆破震动等中易发S202长甸镇苏甸村路段小滑塌公路内侧1/4强降雨、爆破震动等低易发X624毛甸子乡五道岭路段中剥坠落公路内侧1/4～3/4降雨、坡脚开挖和爆破震动等中易发S319长甸镇于家大沟路段中滑塌公路内侧1/4～3/4降雨、人工开挖和爆破震动等高易发凤上线铁路上河口段小混合式铁路内侧1/4降雨、爆破震动等中易发X605太平湾街道小蒲石河村河岸北侧中滑塌公路内侧1/4降雨、爆破震动等中易发

3.2 滑坡对机动通行能力的影响

通过调查，区内已发生的滑坡灾害有3处，主要发生在自然土质或自然岩土质斜坡之上。3处已发生滑坡的滑坡量分布为750 m3、5 032 m3和800 m3，均属于小型滑坡。其中外大麻子滑坡灾害属于土质滑坡，远离调查区内主要通行干线，距山下小河有60 m，附近亦无桥梁和居民点，因此对机动通行不会产生影响。望宝下甸子滑坡灾害无明显整体变形破坏迹象，滑坡体上植被也未见歪斜现象，目前稳定性较好，可不用规避，且其远离公路及河道中心，对机动通行不会产生明显影响。大湾沟滑坡为牵引式滑坡，在该滑坡后缘所见裂缝宽度最大处可达15 cm，且有不断变大趋势，反映其稳定性较差，在强降雨天气下或大规模开挖坡脚的情况下，易发生再次滑动。由于该滑坡点远离调查区内主要通行干线，因此对机动通行不会造成明显影响，但强降雨天气应注意规避灾害(表5，图9)。

图9 太平湾街道大湾沟滑坡灾害点示意图Fig.9 General view of Dawangou landslide spots of Taiping Bay street

表5 调查区主要路段已发生土质滑坡灾害一览表

3.3 泥石流对机动通行能力的影响

小错草沟泥石流沟按泥石流沟谷属高度易发泥石流沟谷(图10)。在强降雨天气等不利自然条件下，由于物源规模较大、易发程度高，产生泥石流会冲毁小错草沟一带的乡道及周围土体，对此路段机动通行产生较为严重的影响。

a, b.快速崩滑段；c.重力加速段；d, e.快速气垫飞行--撞击段；f.刮铲减速碎屑流带；g, h.堆积淹没段。图10 小错草沟泥石流分段性特征及影响范围Fig.10 Segment characteristics and influence scope of debris flow in Xiaocuocaogou

3.4 其他因素对机动通行能力的影响

通过野外调查和研究表明，大型地质灾害的发育主要受控于特殊的地形地貌、山体结构以及断裂强烈活动的动力特征等方面，常形成完整的断裂活动--差异性隆升--风化剥蚀的演化序列(图11)。活动断裂的发育为地质块体的快速差异性隆升奠定了基础，造成河流深切，为地质灾害产生有利条件[11--15]。

调查区地处鸭绿江断裂带，断裂带结构面发育密集，活动断裂带及其附近一定范围内斜坡的完整性较差，岩体破碎程度高、岩土体力学性质及稳定性较差，导致调查区内崩塌、滑坡极易发生，为滑坡的形成创造了有利条件；对道路变形具有间接促生作用(图12)。

图11 鸭绿江深部断层断裂--隆升--剥蚀更迭示意图Fig.11 General view of deep fault of Yalu River changing from rupture, uplift to denudation

4 结论

(1)调查区影响机动通行能力的地质灾害主要为崩塌灾害，且多发生于坡度在60°以上，坡高>10 m的岩质凸型斜坡的阳面。多数崩塌属于小规模，剥离面为节理面、构造错动带以及覆盖层与基岩接触面。

(2)调查区内地质灾害主要分布太平湾街道和毛甸乡蒲石河两岸及长甸镇鸭绿江沿岸，属于极高易发区及高易发区，平面延伸距离为1～10 km，对机动通行能力影响较大。

(3)调查区灾害多分布在深大断裂与活动断裂的挤压破碎带、断裂交汇部位及其附近；且在活动构造断裂带应力的直接作用下对道路的拉张扭曲变形产生影响。

(4)调查区崩塌灾害多为人类活动作用的结果。修筑公路及露天开采时人为切坡，导致边坡角过陡，形成新的临空面，使斜坡因大量卸荷失去原有的应力平衡，发生崩塌。