鄂州市地质灾害易发性空间分析

肖志勇, 石长柏, 张 波, 张金朝, 卢胜周

(湖北省地质局 第五地质大队,湖北 黄石 435002)

鄂州市地质灾害易发性空间分析

肖志勇, 石长柏, 张 波, 张金朝, 卢胜周

(湖北省地质局 第五地质大队,湖北 黄石 435002)

鄂州市处于长江中游经济带发展战略位置,区内地质环境条件脆弱,地质灾害易发,给当地社会发展带来了重大影响。通过调查和利用GIS进行地质灾害易发性空间分析,鄂州市地质灾害主要受地形地貌、地层岩性及人类工程活动等因素的影响,地质灾害在空间上整体呈东南多,西北少分布,局部上在强烈人类工程活动带易发,沿交通路线集中发育,矿集区最为显著,丘陵区集中分布,软弱和硬脆性岩层中易发。这成为未来地质灾害重要形成区,在后续的地质灾害防治规划中,应重点加强防范。

地质环境;地质灾害;易发性;GIS;鄂州

鄂州市位于湖北省东南部,长江中游南岸,西与武汉市接壤,东至西南与黄石市毗连,北临长江与黄冈市隔江相望。区内地质环境条件脆弱,雨量充沛,矿产资源开发、交通与城市建设等人类工程活动强烈。从2005—2015年,全市地质灾害造成的直接经济损失增长37 940.9万元[1-2]。可见,地质灾害的发育严重制约地方经济和社会的发展。因此,开展区域地质灾害易发性空间分析工作,为鄂州市防灾减灾和制定区域防灾规划提供依据,具有现实的防灾减灾意义和社会经济发展意义。

1 自然地理与地质环境

1.1 自然地理

1.1.1 地形地貌

鄂州市总体地势东南高西北低,中部平坦,相对高差为474.1 m。分布四种类型地貌单元:北部为岗状平原;南部东侧由沼山构成丘陵地貌，西侧为岗状平原；东部主要由白雉山、峰尖子山组成丘陵地貌，外围为岗状平原，毗邻长江燕矶—杨叶一带为冲积阶地;中部由梁子湖、鸭儿湖、三山湖、洋澜湖横贯鄂州腹地,形成冲湖积平原。

1.1.2 气象水文

鄂州市具亚热带季风气候特征,四季分明,雨量充沛,阳光充足,历年平均气温17 ℃。年平均降雨量为1 218.7 mm,年最大降雨量2 006.7 mm,年最小降雨量784.3 mm,日最大降雨量为216.6 mm,时最大降雨量为78.6 mm。降雨多集中于5—9月,占全年降雨量的75%。鄂州市临江环湖,地表水系发育,湖泊众多,主要湖泊有梁子湖、鸭儿湖、三山湖、花马湖等。水域面积334 km2,占全市总面积22.2%。境内有三种地下水类型:孔隙水、裂隙水、岩溶水。其相应的含水介质为松散岩类、岩浆岩类和碳酸盐岩类。

1.2 地质环境

1.2.1 工程地质岩组

按力学性质,鄂州市出露的地层岩性可划分为8类:松散岩组(Ⅰ)、软硬相间层状砂岩泥岩互层岩组(Ⅱ)、软硬相间层状火山岩岩组(Ⅲ)、较坚硬—软弱层状砂页岩岩组(Ⅳ)、坚硬—较坚硬层状砂砾岩岩组(Ⅴ)、坚硬块状侵入岩岩组(Ⅵ)、坚硬较坚硬中—厚层状强—中等岩溶化灰岩、泥灰岩夹软质页岩岩组(Ⅶ)、坚硬厚层状强岩溶化岩组(Ⅷ)。

1.2.2 地质构造

鄂州市属扬子台坪中的三级构造单元。断裂构造发育,主要有北西西向组、北西向组、北东向组和北北东向组,断裂构造大多具多期活动特征。

2 地质灾害易发现状分析

2.1 地质灾害空间分布

据调查,鄂州市地质灾害发育102处,其中滑坡17处,不稳定斜坡50处,地面塌陷30处,泥石流2处,崩塌3处,分别占地质灾害总数17%、49%、29%、2%、3%,如图1所示。

图1 地质灾害类型统计图Fig.1 Statistical chart of geological disaster type

鄂州市地质灾害在空间上呈东南分布多、西北少分布,如图2、图3所示。主要集中分布在汀祖镇、泽林镇和市内城区等地,这主要与该地区经济的发展有关。其中,汀祖镇和泽林镇是矿业集中分布区,是经济发展重镇,发育地质灾害48处。城区的地质灾害主要分布在西山街办,辖区内人口聚集,人类工程活动强烈,地质灾害发育较多,达20处。

图2 地质灾害点空间分布图Fig.2 Space distribution of geological disaster points

鄂州市各类矿山企业有53家,主要位于东南部(如图4)。因矿山开采引发的地质灾害问题最为突出,诱发地质灾害38处,占地质灾害总数37.25%;沿公路两侧发育34处地质灾害,占地质灾害总数33.33%。其中,S239省道西山沿江段,发育9处地质灾害,碧黄线沿线发育13处地质灾害,如图5所示。

图3 地质灾害点分布统计图Fig.3 Statistical chart of geological disaster points distribution

图4 矿区影响带内地质灾害分布图Fig.4 Space distribution of geological disaster points in the influence area of mine1.地质灾害;2.采矿区。

按地貌单元划分(如图6),鄂州市地质灾害在丘陵地貌上发育数量最多,占地质灾害总数66.67%,其次是岗状平原、冲洪积平原;长江一级阶地上发育最少,占地质灾害总数1.96%。整体上,市内地质灾害的发育随着地势的平缓,呈逐渐减少趋势。

根据工程地质岩组的分类,鄂州市地质灾害在松散岩组(Ⅰ)与坚硬块状侵入岩岩组(Ⅵ)中发育最多,均占地质灾害总数30.39%;坚硬厚层状强岩溶化岩组(Ⅷ)中发育最少,占地质灾害总数1.96%,如图7所示。

从目前发育的空间分布可知,鄂州市地质灾害在空间分布上整体呈东南多,西北少。从局部来看,具有如下分布特征:①在强烈人类工程活动带分布,沿交通路线集中发育,矿集区最为显著;②在丘陵区集中分布;③在软弱和硬脆性岩层分布区易发。

图5 地质灾害点与交通路线分布图Fig.5 Space distribution of geological disaster points and traffic road

图6 地质灾害与地貌单元统计图Fig.6 Statistical chart of geological disaster and geomorphology unit

图7 地质灾害与工程地质岩类统计图Fig.7 Statistical chart of geological disaster and engineering geology rock

2.2 地质灾害易发性特征分析

从目前的发育现状可知,鄂州市地质灾害易发空间分布主要受下列因素影响:

受人类工程活动影响,因居民建房、公路交通建设、矿山开采等人类工程活动形成坡度较陡的临空面,为斜坡变形提供了有利的发展条件,使抗滑力减小,下滑力增大。再加上植被的破坏,岩土体松动,坡面大面积裸露,又未进行有效的防护,新鲜面的岩土体经过长时间的暴露,经过雨水冲刷,风化程度加剧,在雨水、加卸荷等外力作用下产生崩滑。另外,地下矿产的开采,导致地下结构悬空,加上大量抽排地下水使地下水位大幅下降和爆破振动等影响,地面岩土体在自重和外载的作用下,诱发地面塌陷及变形的发生。因此,在城镇开发建设区和矿业开发区,地质灾害易发。

受地形地貌控制,鄂州市地质灾害的发育随着地势的平缓,呈逐渐减少趋势。由于丘陵地貌,山体耸立,斜坡高度大,为地质灾害的发育提供了变形破坏潜能。而随着地势的变缓,地质灾害具备变形破坏的潜能减小,发育的数量相对减少,但人类工程活动加剧(如开挖切坡建房修路),导致岗状平原虽然起伏不大,但地质灾害仍有一定数量发育。因此,地势陡峻的区域成为地质灾害易发区。

受地层岩性控制,随着岩层的力学性质由弱变强(从Ⅰ-Ⅳ类和Ⅶ-Ⅷ类岩层),地质灾害发育的数量逐渐减少。由于软弱地层力学性质弱,易形成土状或泥状的软弱夹层,成为潜在的破坏面(如滑动面或滑动带)[3-4];相反,硬质岩类岩体抗风化和抗变形破坏能力强,不易形成地质灾害。但岩层力学性质强弱并不一定与地质灾害的发育成正比,还与岩石功能用途有关。由燕山期中酸性侵入体形成的闪长岩、闪长玢岩、花岗闪长岩等硬脆性岩体和在此地层中形成的矿产,成为建筑石材和铁矿等资源开采的对象,为地质灾害的发育提供了温床,导致在硬脆性岩层中有大量地质灾害发育。因此,受岩层力学性质和功能用途的影响,地质灾害在软弱和硬脆性岩层中易发。

3 地质灾害易发性空间预测及评价

3.1 地质灾害易发性空间预测

地质灾害的发育与多种因素有关,这些因素可以划分为两类,第一类为地质环境因素,对于地质灾害来说,这是内在因素(先天因素),主要包括地质构造、地形地貌、地层岩性等;第二类为外在因素(触发因素),包括降雨、人类工程活动等[5]。因此,在空间分布发育现状分析的基础上,结合相关内外因素的影响,综合选取了地貌单元、工程地质岩组、地质构造、坡度、高差、坡形、城市建设、采矿活动等因子,建立了地质灾害易发性指标层次分析结构。在此基础上,首先以主要地质灾害发育程度为主,兼顾地质环境背景条件、人类工程活动对地质环境的影响程度;其次以定性为主、定量为辅的原则,应用层次分析法[6-7]对所选的评价指标进行分析;最后划分目标层(A)、准则层(B)、属性层(C),建立地质灾害易发性空间预测模型,如图8所示。按照各评价因子内在的关系,通过专家打分,对各因子进行两两比较建立判断矩阵,进行层次排序,确定各因子的权重值,并进行一致性检验。其中,易发性评价因子判断矩阵及权重如表1、表2所示。

利用ArcGIS软件的空间分析功能,将各影响因子进行加权叠加,计算得到的单元易发程度指数最高值为21.82,最小值为0.94。依此,利用统计学中常用的自然断点法,根据易发性指数大小划分地质灾害的易发性为高(易发性指数>10.27)、中(易发性指数为4.55～10.27)、低(易发性指数<4.55)等三级。鄂州市地质灾害易发性空间预测结果如图9所示。

图8 地质灾害易发性空间预测模型Fig.8 Spatial prediction model of geological disaster susceptibility

因子地貌单元C1高差C2坡形C3坡度C4工程地质岩组C5地质构造C6城市建设C7采矿活动C8发育密度C9先天因子B1地貌单元C11高差C231坡形C331/21坡度C4311/21工程地质岩组C531/2331地质构造C6313221触发因子B2城市建设C732311/31/311采矿活动C822222311发育因子B3发育密度C9222223211

注:λmax=10.089 8,一致性比例=0.093 3<0.1,满足一致性检验。

表2 地质灾害易发性评价因子权重表Table 2 Weight of the evaluation factors of geological disaster susceptibility

3.2 地质灾害易发性空间评价

从地质灾害易发性空间预测图可知,鄂州市地质灾害高易发性分为三个区:鄂州市中心北部西山—雷山一带(Ⅰ1),属丘陵区,出露地层以第四系残坡积层及泥盆系上统云台观组砂页岩为主的软弱岩层,有西山公园风景区建设,地质灾害以滑坡、不稳定斜坡为主,建议规范建设和加强防护;鄂州市东部泽林镇中心城镇—程潮铁矿—涂桥村一带(Ⅰ2)和碧石渡镇—汀祖镇一带(Ⅰ3),属丘陵区,出露地层以侏罗系中下统和三叠系上统、中上统砂岩、砂页岩为主的软弱岩层及岩浆岩岩层,为矿山分布区,地质灾害以不稳定斜坡、地面塌陷为主,建议合理规范开采和治理矿山环境。中易发性分为7个区:鄂州市西北部庙岭镇岱家山一带(Ⅱ1)和葛店镇白浒镇村一带(Ⅱ2),属岗状平原,出露地层以第四系残坡积层及泥盆系上统云台观组砂页岩为主的软弱岩层,为经济开发区,地质灾害以滑坡、不稳定斜坡为主,建议合理规划建设;华容镇罗湖村一带(Ⅱ3)和长港镇—东沟镇长港河一带(Ⅱ6),属冲湖积平原区,地表第四系冲湖积层广布,无基岩出露,以切坡修路建房为主的人类工程活动较强,地质灾害以滑坡、不稳定斜坡为主,建议合理规范建设;新庙镇—沙窝乡—花湖镇一带(Ⅱ4),属丘陵区,出露的地层主要以侏罗系和三叠系的砂页岩为主的软弱岩层,以切坡修路建房为主的人类工程活动较强,地质灾害以滑坡、不稳定斜坡为主,建议工程建设合理选址或避让;碧石渡南部一带(Ⅱ5)和沼山镇—太和镇一带(Ⅱ7),属丘陵区,出露白垩系下统火山沉积岩,以城镇建设、采矿为主的人类工程活动较强,地质灾害以不稳定斜坡和地面塌陷为主,建议合理规范建设和开发。

图9 鄂州市地质灾害易发性空间预测图Fig.9 Spatial prediction chart of geological disaster susceptibility in Ezhou

综上可知,鄂州市地质灾害易发性空间演变特征为东南部高发密集、西北部低发分散,在丘陵区、地层软弱及矿产分布区和强烈人类工程活动区易发,在地势平缓区低发。整体上与现状空间分布规律一致。

4 结论及建议

(1) 鄂州市发育地质灾害102处,主要以不稳定斜坡和地面塌陷为主。从目前发育的空间分布可知,整体上呈东南多、西北少分布,局部上在强烈人类工程活动带易发,沿交通路线集中发育,矿集区最为显著,丘陵区集中分布,软弱和硬脆性岩层分布区易发。

(2) 在前期地质条件形成的基础上,经后期的城镇建设、采矿等人类工程活动诱发作用下,鄂州市地质灾害易发性空间分布主要受人类工程活动影响、受地形地貌和地层岩性等因素控制,这决定了地质灾害的发育分布。

(3) 根据易发性空间预测分析,鄂州市地质灾害空间演变整体特征与现状分布规律一致:东南部高发集中、西北部低发分散,在丘陵区、地层软弱及矿产分布区和强烈人类工程活动区易发,在地势平缓区低发。因此,在地势较陡的丘陵区、地层软弱及矿产分布的区域上,进行切坡建房、修路、开采等人类工程活动,成为地质灾害重大隐患区,应重点加强防范治理和因地制宜规划城镇建设发展。

[1] 鄂州市地方志编撰委员会.鄂州市志(1983—2007)[M].武汉:湖北人民出版社,2014:42-43.

[2] 张波,肖志勇.湖北省鄂州市地质灾害详细调查报告[R].武汉:湖北省地质环境总站,2016.

[3] 王建峰,晏同珍.易滑动微型构造的工程地质及岩土工程意义[J].中国地质灾害与防治学报,1997,8(1):32-37.

[4] 白永健,铁永波,倪化勇,等.鲜水河流域地质灾害时空分布及孕灾环境研究[J].灾害学,2014,29(4):69-75.

[5] 王孔伟,赵小明,邓成进,等.三峡库区作辑托背斜和巴东断裂带和滑坡类型的关系[J].吉林大学学报(地球科学版),2013,43(1):169-177.

[6] 王哲,易发成.基于层次分析法的绵阳市地质灾害易发性评价[J].甘肃地质,2009,18(1):14-23.

[7] 李爱军.层次分析法结合MapGIS在地质灾害易发性评价的运用[J].甘肃地质,2013,22(4):78-83.

Space Analysis on Geological Disaster Susceptibility in Ezhou

XIAO Zhiyong, SHI Changbo, ZHANG Bo, ZHANG Jinchao, LU Shengzhou

(FifthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Huangshi,Hubei435002)

Ezhou is located in the middle reaches of Yangtze River economic zone where the vulnerable geological environment conditions and geological disaster development cause great influence to local society development.According to space analysis on geological disaster susceptibility with surveys and GIS,geological disaster in Ezhou is mainly controlled by topography and geomorphology,rock and soil property and affected by such factors as human engineering activities.The geological disaster is distributed more in southeast and less in northwest.Locally,the geological disaster susceptibility is in strong human engineering activities area,and along the traffic road,the most the concentrating area of mine.It is concentrated distributed in hills and weak and hard brittle rock area.Thus,this is important development area of geological disaster in future,afterwards which is deserved to focus on strengthening prevention for the control plan of geological disaster.

geological environment; geological disaster; susceptibility; GIS; Ezhou

P694

A

1671-1211(2017)06-0774-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.020

2017-08-21;改回日期2017-09-30

肖志勇(1989-),男,助理工程师,硕士,地质工程专业,从事地质灾害机理分析与防护设计工作。E-mail:i_bound@163.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171110.1309.002.html数字出版日期2017-11-10 13:09

费雯丽)