陕北崩塌灾害发育特征和空间分布规律——以神木县为例

姚超伟，李永红，刘海南，杜江丽，仵拨云，彭捷

（陕西省地质环境监测总站，西安 710054）

随着全球性气候变化，各类极端天气不断增加，自然诱发灾害的频率日益加大。特别是陕北地区近年接连发生多起地质灾害，由于突发性强，致灾后果严重，屡见报端，引起了社会广泛关注。其中以崩塌灾害前兆不明显，一旦发生多为群死群伤，成为陕北地区的“伤亡性地质灾害”，而且数量还呈增加趋势。

神木县是陕北地区的经济第一强县，地质环境条件复杂多样，以采煤为主的人类工程活动强烈，崩塌灾害占到全县地质灾害总数的76%，发育极为典型［1]。本文依托“陕西省榆林市神木县地质灾害详细调查”项目，在野外实地调查的基础上，结合相关资料数据，对神木县崩塌的发育特征及空间分布规律进行探讨，以期为陕北地区的减灾防灾工作提供一定参考。

1 神木县地质环境条件与崩塌概况

1.1 地质环境条件概况

神木县地处黄土高原与毛乌素沙漠过渡区，新构造运动以地壳的振荡性上升为主，且西部相对于东部的地壳上升幅度要大得多，从而造成神木县西北高、东南低的地形，海拔738.7～1 448.7 m，相对高差达710 m。因此神木县形成“西平东沟”地貌，即西部为平坦的沙漠滩地地貌，东部为沟深谷密的河谷阶地区和土石丘陵区。神木县属半干旱大陆性气候，多年平均降水量为423.2 mm，时间上主要集中在7～9月，空间上从西北向东南递增。县域内水系均属黄河流域，干流深切，支流密布，其中窟野河、秃尾河为两条最大支流，北部湖泊较多，但受高强度采煤等因素影响，区内水体湿地面积呈现萎缩趋势［2]。神木县属于华北地层区鄂尔多斯地层小区，出露有三叠系、侏罗系、白垩系、新近系和第四系地层［3]。含水层有第四系松散层孔隙潜水、基岩孔隙裂隙潜水和基岩裂隙承压水［4]。20世纪以前有记录的地震仅发生过9次，震级均小于6级，20世纪至今无地震灾害发生的记载。近年来，由于煤矿大规模开采，神木县煤矿采空区遍布，采空区塌陷导致的矿震时有发生，但均小于4级。

1.2 神木县崩塌灾害概况

（1）地质灾害概况

目前，神木县共有地质灾害点264处，地质灾害类型为崩塌、滑坡、地面塌陷，其中崩塌200处、滑坡34处、地面塌陷30处（表1）。据不完全统计，截止2013年8月，神木县因地质灾害已至少造成16人死亡，89间房屋、201.3 h m2田地、3 935 m公路损毁。

表1 神木县地质灾害类型

（2）崩塌地质灾害概况

崩塌是神木县最发育的地质灾害，具分布广、数量大、活动性强的特点。本次调查共发现崩塌200处。从规模来看，巨型1处、大型21处、中型105处、小型73处；从稳定性看，稳定性差60处、稳定较差119处、稳定性好21处；从险情等级看，中型9处、小型157处、不危险34处。威胁633户、2 639人、1 577间房、32 250 m公路。

2 崩塌发育特征

据200处崩塌实地详细调查资料，对相关数据进行分区和统计，得出坡度、坡向、高度、厚度、宽度、斜坡岩土体类型主要集中分布区间，以及最集中分布区［5]。

2.1 斜坡坡向

坡向是指斜坡坡面朝向的方位角，不同坡向所受日照时间和太阳辐射强度不同，由于差异性水热作用致使崩塌灾害的发育程度与坡向存在关联。把神木县200个崩塌所处斜坡坡向按照每45°的间隔，划分为8种类别（图1）：N（0°～22.5°，337.5°～360°），NE（22.5°～67.5°），E（67.5°～112.5°），SE（112.5°～157.5°），S（157.5°～202.5°），SW（202.5°～247.5°），W（247.5°～292.5°），N W（292.5°～337.5°）。

由图1可看出不同坡向区间内崩塌的发育情况，神木县崩塌灾害在S、SW、W这三种坡向较为集中发育，共计115处，达到崩塌总数的57.5%。原因是北半球建筑物受采光需要的影响，大都采取坐北朝南修建，切坡建房多为S、SW倾向；神木县整体西北高、东南低，地表径流水系向东南流动，山区公路沿沟谷而建，临路的山体朝向多S、SW、W，受风化、人类工程活动影响显著，更容易发生崩塌。

图1 不同坡向区间分布的崩塌个数

2.2 斜坡坡度

坡度表示斜坡的陡缓程度，是崩塌发育的重要控制因素，坡度大的斜坡更易形成崩塌。将本次调查的200个崩塌所处斜坡坡度按照每10°间隔，划分为9个区间（图2）：0°～10°，10°～20°，20°～30°，30°～40°，40°～50°，50°～60°，60°～70°，70°～80°，80°～90°。

图2 不同坡度区间分布的崩塌个数

从图2能够得出不同坡度区间的崩塌发育情况，200处崩塌所处的斜坡坡度在40°～90°之间。其中坡度40°～60°的斜坡易发程度较低，计30处；60°～90°的斜坡高易发，计170处，且多数位于沟谷内，由工程削坡形成卸荷裂缝，处于活跃期，稳定性差。这表明崩塌灾害的发生随着坡度增加急剧增多，崩塌的发生几率与斜坡陡缓呈正比关系。

2.3 斜坡高度

随着斜坡变高变陡，坡体的应力状态发生改变，张力范围扩大，在坡脚处形成应力集中而使坡体的稳定性不断降低［6]。将本次所调查的200处崩塌的坡高分为5级（图3）：0～30 m，30～60 m，60～90 m，90～120 m，＞120 m。

从图3可以看出，崩塌灾害主要发育在斜坡高度0～60 m范围内，崩塌共171处，占到总数的85.5%，60～90 m范围内崩塌18处，占9%，90 m以上崩塌数量较少，仅11处，占5.5%。说明神木县崩塌多发育在坡高小于60 m的区域。

2.4 斜坡厚度

200处崩塌厚度分布范围为1～22 m，主要集中在2～10 m（图4）。

图4 不同斜坡厚度分布的崩塌个数

其中25处厚度约2 m，59处厚度为3 m，86处厚度为5 m，18处厚度为10 m，而厚度为1 m和15 m的崩塌个数分别为7处和2处。由此说明：神木县基岩理裂隙切割块体深度或厚度介于2～10 m之间。

2.5 斜坡宽度

神木县崩塌宽度分布于10～3 000 m之间。宽度在50～100 m的崩塌最多，有55处，占崩塌总数27.5%（图5）；其次是10～50 m的有46处，占崩塌总数23%；100～150 m的有37处，占崩塌总数18.5%；150～200 m 的有29处，占崩塌总数14.5%；200～150 m的有6处，占崩塌总数3%；250～300 m的有10处，占崩塌总数5%；宽度大于300 m崩塌灾害17处，占崩塌总数8.5%。

由此可知：该段发育的崩塌宽度主要在10～200 m之间。崩塌的宽度受人类工程活动的影响，说明工程建设过程中边坡开挖的长度集中分布于10～200 m间。

2.6 斜坡岩土体类型

斜坡岩土体是崩塌形成的物质基础，不同岩土体由于其本身结构类型的不同，对崩塌灾害造成的影响存在差异，从而控制崩塌灾害的发育。将200个崩塌所处斜坡分成5类（图6）：土岩（粘性土＋砂泥岩）双层结构、土粘土岩（粘性土＋红粘土）、双层结构与岩体（砂泥岩）单层结构、土体（粘性土）单层结构、土岩多层结构等。

从图6可以看出，岩体单层结构在人类工程活动影响下更容易发生崩塌灾害，崩塌数量占到总数的40%。这是由于神木县境内多出露砂泥岩，岩体相对土体在卸荷作用下，易产生卸荷裂隙，同时单层岩体的厚度一般不大，砂泥岩互层的岩体差异风化导致的危岩体悬空普遍存在。

图5 不同斜坡宽度分布的崩塌个数

图6 不同岩土体类型分布的崩塌个数

综上，神木县崩塌灾害所处斜坡坡向以S、SW、W为主，坡度多在60°～90°，坡高多小于60 m，厚度以3 m、5 m为主，坡宽多在0～200 m之间，岩土体类型多为岩体单层结构。

3 崩塌空间分布规律

3.1 崩塌在不同地貌单元的分布规模

由于地形地貌的差异、人类工程活动的影响程度不同，东部丘陵区崩塌较发育（图7），共132处，占全县崩塌总数的66%；河谷阶地区次之，共66处，占全县崩塌总数的33%；西部沙漠滩地区最少，共发育2处，占全县崩塌的1%。

图7 不同地貌单元内崩塌的分布

东部丘陵区是境内地质灾害分布最广的区域，该地貌单元沟深谷密，斜坡相对较陡，工农业等生产生活活动强度较大，切坡建房、开山修路、矿山开采等剧烈影响地质环境，特别是切坡建房，严重破坏了原有边坡的应力平衡状态，坡面陡直裸露，节理裂隙发育，崩塌密集形成，严重威胁人民生命财产安全［7]。据调查，该范围内崩塌灾害的数量占全县总数的66%，主要分布于人口密集、工程活动较强地段。

河谷阶地区是神木县崩塌灾害发育最集中的地貌单元，包含了黄河、窟野河、秃尾河水系，该区域范围内河流下蚀严重，地形相对高差大，基岩出露较厚，两岸斜坡近似直立，阶面、漫滩却较为平坦，人类切坡建房、开山修路的工程活动等对地质环境影响极大，尤其是204省道、301省道，形成的边坡高陡破碎，随着风化作用，崩塌极易发生。该地貌单元内发育的崩塌灾害数量占全县崩塌总数的33%，主要分布于公路两侧地段。

西部沙漠滩地区是境内崩塌分布较少的区域，人口分布较少，工程活动不强烈，且地势平坦，灾害较少发育，该区共计2处，分布于高家堡镇西南，占总数的1%。

3.2 崩塌在不同流域间的分布规律

流域差异对地质灾害的影响，主要表现在河（沟）谷流水对河谷岸坡的侧蚀、对河（沟）道下切、搬运作用和雨期地表汇水对坡面的面蚀冲刷作用。经调查分析认为，对神木县崩塌灾害的作用突出表现在如下：本区黄河及支流窟野河、秃尾河等支沟沿岸由于河流的下切和侧蚀作用，斜坡基岩祼露、高陡，加之风化等因素影响，斜坡稳定性下降，崩塌灾害十分发育。

图8 不同流域内的崩塌分布

其中窟野河流域内崩塌灾害点最多为131处（图8），神木县窟野河段地形切割较深，其中在县城长约8 k m的河段内发育崩塌灾害15处，平均每公里就有2个崩塌灾害点。

秃尾河流域内崩塌灾害点虽然仅有26处，但部分黄土沟壑地形高差大，河流曲率大，崩塌灾害点密度大，其成因多与河流侧切有关，发育特征是坡体下部受河流侧切侵蚀掏空，上部土体沿层内裂隙面或土岩接触面滑动或崩落。

黄河沿岸及其他较小的支沟内发育43处崩塌灾害点。

由此可知，神木县崩塌灾害在不同流域内的分布不同。窟野河流域分布最多，占总数的65.5%；黄河沿岸及其他较小的支沟次之，占总数的21.5%；秃尾河流域分布最少，占总数的13%。

3.3 崩塌在不同镇（办事处）的分布规律

神木县下辖15镇6个办事处，不同的镇（办事处）由于地形地貌、地层岩性、水文地质条件等的不同及社会经济发展水平、人类工程活动强度的差异，其崩塌灾害分布是不均匀的（表2）。

其中崩塌发育最多的前5个镇（办事处）为：永兴办事处，计28处，占崩塌总数的14%；店塔镇25处，占12.5%；贺家川镇21处，占10.5%；万镇镇19处，占9.5%；栏杆堡镇17处，占8.5%。锦界镇、尔林兔镇、大柳塔镇、大保当镇崩塌灾害不发育。

表2 各镇（办事处）崩塌数量统计表

综上，神木县崩塌灾害主要分布于丘陵和河谷阶地地貌单元内，且以窟野河流域居多，是永兴、店塔、贺家川、万镇、栏杆堡等镇（办事处）的重点防御对象。

4 崩塌时间分布规律

通常认为，崩塌灾害在6～10月份易发多发，尤其是7～8月暴雨期，大气降水沿裂缝灌入边坡土体，增大了土体负荷，破坏了土体结构，软化了软弱面，降低了土体的粘聚力，加重了下滑力，使其上覆已裂离稳定土体的土块失去支撑而产生崩塌［8]。

但是在陕北地区不容忽视的是，其冬季严寒期长，春季气温快升多变，由冻胀、冻融诱发崩塌灾害造成群死群伤现象经常发生。如2010年3月10日凌晨1时30分，陕北地区榆林市子洲县双湖峪镇石沟发生崩塌灾害（图9），44人被埋。

图9 冻融冻胀引发崩塌

实际上每年雨季过后，气温逐渐降低，坡体顶部或坡脚处潮湿带中的水分难以蒸发，在冬季发生冻胀，水—冰—土相互作用，岩土体节理裂隙或孔隙被撑大，在春季消融，裂隙或孔隙结构逐渐调整，如此循环，从而影响岩土体的表层坡体结构，在坡肩附近形成剥落，在坡脚处形成掏蚀［9]。冻融冻胀还对坡体中节理裂隙的发育起到加速作用，初春时气温回升，坡顶积雪、冰层逐渐融化，水分沿节理裂隙下渗，加之春季气温多变，尤其是夜间气温较低，节理裂隙中的水分易再次凝结、膨胀，对节理裂隙形成劈裂，加速崩塌发育［10]。

总体来说，随着诱发因素不断增加，以及境内气候差异较大，加上贯穿全年的工程活动扰动，陕北崩塌灾害发生时间从季节性灾害向全年性灾害发生转变。由此可见全年为崩塌灾害防范期，任何时候都不能有麻痹大意和侥幸的心理。

5 防治对策

根据本文得出的陕北地区崩塌灾害发育特征和空间分布规律，充分考虑陕北特有地质环境，为防治工作提供建议［11]：

（1）对于大多数崩塌灾害点，威胁人数较少，工程治理费用昂贵，避让成为最优选择。

（2）对地质灾害易发区内的工程建设项目，必须先进行地质灾害危险性评估，查明现有崩塌，预测可能加剧或诱发的崩塌，保证工程项目安全。

（3）加大政府投入，科学开展崩塌灾害治理工程，消除灾害隐患。

（4）加强重点地区的地质灾害防治知识教育，提高群众减灾防灾意识，健全群测群防网络系统。

（5）建立崩塌灾害相应防灾预案，加强防范，发现灾险情及时处置。

6 结语

陕北地质环境条件复杂，沟壑纵横，加上近年来人类工程活动强烈，崩塌已成为陕北地区数量最多、分布最广、危害最大的伤亡性地质灾害，并有急剧增多的趋势。以神木县为例，统计分析“陕西省榆林市神木县地质灾害详细调查”取得的成果资料，得出陕北地区崩塌灾害多发生在丘陵和河谷阶地地貌单元内大于60°的坡体上，坡向以S、SW、W为主，坡高小于60 m，厚度约为3 m、5 m，坡宽在10～200 m之间，斜坡岩土体类型多为岩体单层结构；发生时间与常规认识有所差异，并非仅在汛期而是全年易发。防治工作要加强重点宣传培训，以预防为主，从而保护人民生命财产安全，保障经济和社会的可持续发展。

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