烟台市地质灾害发育现状及影响因素分析

2018-11-22袁芳杨艳张生海殷焘

山东国土资源 2018年12期

袁芳,杨艳，张生海，殷焘

(1.山东省第三地质矿产勘查院，山东烟台 264000；2.烟台市园林管理处，山东烟台 264000)

0 引言

烟台市地处山东半岛东部，地质灾害较发育，20世纪七八十年代，多处发生泥石流灾害，造成了经济损失及人员伤亡。近年来，随着经济的发展，人类活动不断加强，对地质体的稳定性造成一定程度的破坏，地质灾害呈加剧的趋势，特别是矿产资源的开发，遗留了大量的高陡边坡和地下采空区，形成了崩塌和采空塌陷隐患。

烟台市地质灾害调查始于2001—2008年间开展的山东省山丘区“县(市、区)地质灾害调查与区划(1∶10万)”工作，烟台市共提交了8个市(区)的“1∶10万地质灾害调查与区划报告”；2011年开展了山丘区大比例尺(1∶5万)《县(市、区)地质灾害调查与区划》专项工作，烟台市共提交了10个市(区)的1∶5万地质灾害调查报告，查明了各市(区)的地质灾害分布现状；2016年山东省国土资源厅组织开展各市地质灾害排查工作，通过该次排查，查明了烟台市各类地质灾害发育现状及影响因素，为后期地质灾害防治工作提供了依据。

1 地质环境背景条件

1.1 气象水文

烟台市属暖温带季风型大陆性气候，四季分明，年平均气温12.5℃，年平均降水量632.7mm，年最大降水量为988.5mm(1998年)，年最小降水量为341.0mm(1999年)，累年最大一日降水量为208.0mm，年平均蒸发量1745.7mm。烟台市海岸线长达909km，南北靠近渤海、黄海，境内河流属半岛边缘水系，以半岛山脊为分水岭，南北分流，源短流急，大部分独流入海。流域面积较大的河流有辛安河、大沽夹河、黄水河、界河、王河、五龙河和大沽河；全市兴建水库1097座，总库容172669万m3，大型水库有福山区门楼水库、龙口市王屋水库、莱阳市沐浴水库。

1.2 地形地貌

烟台市地形总趋势是中部高，南北低，北部地势较陡，南部地势较平缓，地形比较复杂。其中低山占地面积36.62%、丘陵占39.7%，低山区主要位于烟台市域中部，主要由大泽山、艾山、罗山、牙山、昆嵛山等构成，山体多由花岗岩组成，地势陡峻，海拔在500m以上，最高峰为昆嵛山泰礴顶，海拔922.8m，丘陵区分布于低山周围及其延伸部分，海拔100～300m，沟谷内冲洪积物发育。在山东省地貌分区属鲁东低山丘陵区，按成因划分为构造侵蚀低山丘陵区、构造剥蚀丘陵亚区、剥蚀堆积山间平原和堆积山间平原—滨海平原。

1.3 地层

烟台市地层属华北地层大区，主要出露元古代、中生代和新生代第四纪地层，其岩石类型、岩性组合、厚度及分布范围等各不相同，其中元古代地层分布较广，为一套角闪岩相—绿片岩相变质的海相沉积岩；中生代地层为一套陆相沉积碎屑岩和火山岩；新生代第四纪地层则分布于山间谷地和沿海平原。时代最老的地层为中太古代唐家庄岩群和新太古代胶东岩群，大多呈包体状零星分布，为一套经受了麻粒岩相—低角闪岩相变质的海相火山岩—碎屑岩沉积岩。

烟台市岩浆岩非常发育，尤其是花岗岩质岩石广泛分布，以元古代、中生代时期侵入岩为主，分布广，面积大，多以岩基状产出，岩性主要为角闪石岩、二长花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩、伟晶花岗岩等。

1.4 构造

烟台市处于华北板块和秦岭-大别山-苏鲁造山带2个Ⅰ级构造单元，区内构造主要有褶皱构造、韧性剪切带和断裂构造。其中断裂构造以脆性断裂为主，分布广泛，NE向和NNE向断裂最为发育，大多控制着金属、非金属矿床以及温泉、地震活动。

1.5 人类工程活动

近年来，烟台市经济发展迅速，人类工程活动日益增强，主要表现在3个方面：一是矿产资源开采，目前烟台市矿山总数为1488个，其中持证矿山和在建矿山301个，主要分布于莱州市、龙口市、招远市、蓬莱市、海阳市、栖霞市、莱阳市、牟平区、莱山区、福山区，关闭和废弃矿山共计1187个，除长岛县，其余12县(市、区)均有分布，开采矿种主要以金矿、铁矿、滑石矿及建筑石材矿为主，地下开采形成了大量地下采空区，造成了采空塌陷和地裂缝隐患，露天开采形成的不稳定边坡面存在大量危岩体未清理，存在崩塌隐患；二是基础工程建设，特别是公路建设存在大量切坡工程，部分地段未进行必要的工程治理，遗留的公路边坡容易发生滑坡、崩塌等地质灾害；三是地下水开采，目前烟台已建有多处地下水源地，特别工农业用水及矿山排水导致地下水水位下降，在岩溶发育区造成岩溶塌陷地质灾害。

2 地质灾害现状及发育特征

2.1 地质灾害发育现状

烟台市共发育地质灾害隐患点471处，崩塌隐患点322处，占地质灾害总数的68%，泥石流69处，占地质灾害总数的15%，滑坡隐患点5处，占地质灾害总数的1%，采空塌陷67处，占地质灾害总数的14%，岩溶塌陷8处，占地质灾害总数的2%(图1)。按地质灾害规模划分，烟台市471处地质灾害及隐患点规模以小型为主，共计431处，中型38处，大型2处(表1)。

图1 烟台市各类地质灾害隐患点数量及所占比例

规模崩塌滑坡泥石流采空塌陷岩溶塌陷合计巨型特大型大型22中型11123338小型311444648431累计322569678471

烟台市471处地质灾害及隐患点中，其中栖霞市、牟平区、莱州市和蓬莱市数量最多，分别占地质灾害总数的16%,14%,11%和10%;莱阳市、长岛县和芝罘区次之，福山区数量最少，仅占地质灾害总数的2%。从分布密度上看，长岛县地质灾害分布密度最大，每百平方千米高达67.86处，其次是芝罘区和莱山区，密度最小的县市为海阳市和福山区，每百平方千米不足2处。

2.2 崩塌发育特征

烟台市崩塌主要为岩质崩塌，根据其成因不同又分为自然岩质崩塌和人工岩质崩塌两类。自然岩质崩塌主要为山体顶部或山坡处硬质岩石，在漫长的地质历史过程因受各期次构造活动影响，节理裂隙发育，特别是一些垂直或顺层节理发育的山体，在风化、重力、暴雨、地震等各种内、外力作用下极易开裂、坠落，但因远离居民区，一般危害较小；人工岩质崩塌主要是由于采石或修路等工程活动，不合理地开挖山体，形成临空面过大的边坡，甚至出现上凸下凹的坡形，坡体卸荷裂隙发育，岩石破碎，在暴雨、重力、振动等作用下易坠落产生崩塌。

烟台市共计崩塌隐患点322处，在各县市区均有分布，其中莱阳市、牟平区分布最广，其次为莱州市、长岛县、芝罘区和莱山区，福山区最少，仅4处(图2)。

图2 各县市区崩塌分布图

2.3 泥石流发育特征

急促的水流、充分的松散固体物质是形成泥石流的必要条件[1-2]，烟台市泥石流地质灾害共计69处，主要类型为沟谷型和坡面型泥石流。其中沟谷型泥石流占77%。多集中分布在栖霞市、牟平区、蓬莱市等山区暴雨量大的山间沟谷内，地面标高一般300～500m，其发生具多期次性，物质来源主要为崩滑岩体和山坡田间垒石，泥石流类型主要为水石流。

矿山开采活动强度高的莱州市、招远市等山区，矿山开采形成的尾矿、毛石等固体废弃物堆积规模较大，在遇到台风暴雨或持续的局部暴雨容易引发坡面型泥石流。据统计，烟台市69处泥石流灾害中，其中15处为坡面型泥石流，占总数的23%，该类泥石流所处地势较低，地面标高一般<300m，其中稳定性差的堆积体是泥石流的主要物质来源。

2.4 采空塌陷发育特征

目前烟台市各类矿山开采造成的采空塌陷(无责任主体)共67处，以突发性为主，为矿产资源地下开采后形成采空区而造成，主要分布在莱州市的优游山—粉子山、莱州市东北部金矿开采区、招远市的蚕庄地区、玲珑矿田区、栖霞市庙后滑石矿区、蓬莱市东南部金矿开采区、牟平区的金牛山矿区等地。塌陷的表现形式一般为塌陷坑，多是由距离地表较浅的废弃巷道、采空区的顶板突然垮塌造成的[3-4]，采空塌陷发生前在周围常伴有倾向塌陷坑的平行、环状裂缝或沿陷坑长轴方向的地裂缝。目前地面塌陷造成的直接经济损失较少，但是潜在的经济损失非常巨大。

2.5 岩溶塌陷发育特征

烟台市岩溶塌陷主要分布在栖霞市中桥灰岩分布区和牟平区大窑镇李家庄大理岩分布区。中桥地区岩溶塌陷最早发生于2014年，于2016年7月—2017年集中发生，共计7处，最大塌陷面积80m2，形状为圆形或椭圆形，最大可视深度约3.5m，属于小型塌陷；李家庄岩溶塌陷发生于2017年，位于李家庄村西的果园内，塌陷坑面积约140m2，形状为椭圆形。在空间上，岩溶塌陷除受控于可溶岩和上覆松散物的分布，还与地形条件和断裂构造的发育关系密切，中桥地区和李家庄岩溶塌陷均发生在断裂构造发育、地形比较平坦的地区，这些地区一般利于地表水的汇集和地下水的补给，并且溶洞发育，在地下水变化较大及强降雨条件下，加速地面塌陷的发生[5-7]。

2.6 滑坡发育特征

烟台市共计5处滑坡隐患点，莱山区1处，其余4处集中分布于长岛县，均为岩质滑坡。长岛县滑坡地段地势比较高，坡度陡，主要岩性为石英岩、板岩、千枚状板岩互层，岩体破碎，且存在人工开挖坡脚。在强降雨及地震等条件下，发生滑坡地质灾害。烟台市滑坡灾害规模均为小型，运动形式以推移式为主。

3 地质灾害影响因素分析

3.1 地形地貌与地质灾害

据统计，烟台市471处地质灾害隐患点中，在构造剥蚀丘陵区分布334处，构造侵蚀低山丘陵区分布123处，分别占总数的71%和26%，其他几种地貌类型仅占3%(表2)。

表2 各地貌类型地质灾害隐患点分布(处)

由此可以看出，烟台市中部的低山丘陵区为泥石流的多发地带，该区沟谷内物源丰富，地形陡峻，汇水面积大，为泥石流的发育提供了较好的物源和水动力条件；烟台市崩塌隐患点均为岩质崩塌，主要分布在丘陵区和低山丘陵区，且微地貌都是直线陡坡[8-9]，边坡形态为直线，且陡立，坡脚大多接近90°，坡面垂直，危岩体一般分布于坡面上部，有的坡面上凸下凹，在强降雨、振动、重力等作用下危岩体易坠落产生崩塌；采空塌陷虽然主要分布在丘陵区，但主要还是受控于矿产资源分布范围及开采方式。

3.2 岩土体类型与地质灾害

据统计，烟台市322处崩塌隐患点，层状变质岩中发育最多，占崩塌隐患点总数的50%，该类岩石节理裂隙发育，风化破碎强烈，在山前地带，由于开挖坡脚建房、修路易形成崩塌隐患；其次为块状侵入岩岩体，岩性多为花岗质、二长花岗岩等，早期露天采矿形成的高陡边坡，坡面遗留大量的块状危岩体，造成崩塌地质灾害隐患；其他岩土体类型中发育的崩塌地质灾害隐患较少。因此，不考虑矿山开采因素，烟台市最有利于崩塌形成的岩组是坚硬—较坚硬的层状变质岩组，在裂隙发育地段，在外力作用下，易形成崩塌[10-12]。

烟台市滑坡地质灾害主要分布在长岛县，滑坡发育区岩性多为石英岩、板岩、千枚状板岩互层，在人工开挖坡脚、强降雨等条件下，发生滑坡地质灾害。

岩石风化程度决定了沟谷型泥石流物源条件，岩石风化强烈地区，物源丰富，在强降雨条件下，易形成泥石流灾害。

地面塌陷除了受采矿活动的影响，还与采空区上覆岩层强度、层厚等有关，其决定了地表塌陷发生时间及其发育规模。上覆岩层强度高、分层厚度大的硬质岩层，冒落塌陷过程所需时间长，甚至地表长期不变形；分层厚度薄的较软弱岩层，产生地面塌陷速度较快，且规模相对较大。而可溶岩的发育是岩溶塌陷形成的必要条件之一。

3.3 地质构造与地质灾害

区域地质构造对地质灾害的形成发育有着明显的影响作用[13-14]。一是控制地貌的形成发育，在构造运动上升区形成低山地貌，山势险峻，沟谷深切，临空面发育，易于发生崩塌、滑坡和泥石流灾害；二是改变了岩土体的结构、物理性质和力学强度，尤其在褶皱轴部、转折端、断裂带及其两侧，风化层厚，岩石破碎，裂隙发育，易发生崩塌和滑坡灾害。

从区内地质灾害分布情况来看，区内地面塌陷多分布在金矿带上，金矿分布与断裂构造关系密切，所以，区内地质构造与地面塌陷的发育关系较为密切。

3.4 降水与地质灾害

地下水对区内的地质灾害具有诱发和促进作用，主要表现在3个方面：①促进岩土体的风化：降水进入地下，沿着岩石裂隙渗入，可降低岩体之间的凝聚力，促进岩石风化速度，使岩土体向更加松散的方向发展，导致岩土体的完整性产生破坏；②增加岩土体的重量：降水渗入地下岩土层，沿裂隙运移充填空间，在强降雨、长时间降雨情况下，岩土体极易达到饱和状态，增加岩土体本身的重量和不稳定的重力，破坏原来的平衡状态，在不稳定的条件下，使岩土体为达到新的平衡和稳定产生位移；③对岩土体的失稳具有润滑作用：降水渗入地下岩土层，会使各种构造面强度降低，凝聚力减少，为不稳定岩土体的崩落和滑动提供条件。

3.5 人类工程活动与地质灾害

目前，国内对人类工程活动引发地质灾害的问题开展了大量的研究，周平根[15]分析了人类各类工程活动在不同的地质条件下诱发地质灾害的现象，张咸恭[16]论述了人类活动诱发地质灾害的特点。据统计，烟台市由人类工程活动引发的地质灾害占总数的80%，其中以矿山开采所占比例最大，由表3可以看出，不同的人类工程活动，引发的地质灾害类型不同。

表3 人类工程活动与地质灾害或隐患点关系

3.5.1 矿产资源开发与各类地质灾害

烟台市矿产资源丰富，不同类型矿山开采造成的地质灾害类型差别较大[17]，花岗岩、大理岩、石灰岩等非金属矿产以露天开采为主，多形成高陡边坡，引发的地质灾害类型以崩塌为主，主要特点是分布较广、数量多，烟台市除芝罘区和长岛县，均分布有露天采矿形成的崩塌隐患点。但此类矿山开采造成崩塌灾害发生率低，并且影响面积和死亡人数较小。

煤矿、铁矿、金矿、萤石矿和滑石矿的开采主要以地下开采为主，地下开采形成了大量地下采空区，造成了采空塌陷和地裂缝隐患[18]，并且开采过程中产生的机械振动和爆破等增大了采空塌陷和地裂缝灾害的可能性。另外，矿山开采形成的大量废石、尾砂直接倾倒沟谷、山坡，既破坏生态环境，又为汛期泥石流的发生提供物源，如莱山区莱山街道冶头村西北的冲沟内堆积的废石，为早期铁矿开采所致，堆积量达几十万立方米，成为泥石流灾害隐患。

3.5.2 铁路、公路建设与崩塌灾害

铁路、公路建设形成的边坡高度一般在10～40m，个别地段坡度近90°，临空面大，局部甚至出现上凸下凹的坡形，开山修路破坏了岩体的自然结构，个别地段开挖时爆破也使坡面产生大量裂隙，岩体卸荷裂隙发育，与层理面等其他结构面将岩体切割成大小、形状不一的岩块，个别地段风化较重，岩石破碎，在暴雨、重力、振动、冻融等作用下易坠落产生崩塌。调查显示，在修筑不同等级的公路时，由于建设规模、资金等条件的不同，高等级公路在建设过程中形成的边坡大部分都采取了相应的防护措施，而低等级的公路边坡均缺乏必要的护坡措施，为地质灾害的发生、发展埋下隐患。

3.5.3 工程建设与崩塌、滑坡灾害

随着城市建设的不断发展，烟台市普遍存在着开挖坡脚、占地建筑现象，切坡形成了大量的高陡边坡，严重破坏了斜坡的原始稳定性，造成崩塌、滑坡隐患，这种类型的崩塌、滑坡隐患在芝罘区、莱山区和长岛县较为常见。如芝罘区芝罘街道东旺山南和东山街道烟台双语实验学校东侧的崩塌隐患点，皆为工程建设时人工切坡形成，长岛县北城村东北滑坡隐患点为人工开挖坡脚形成。

3.5.4 地下水超量开采与岩溶塌陷

2016年7月，栖霞市中桥、泗水等村相继发生岩溶塌陷，之后2017年7月继续塌陷，并且牟平区大窑镇李家庄村也发生岩溶塌陷，调查表明，两地区的岩溶塌陷均与地下水超量开采导致地下水位变化有关。根据《山东省烟台市城市应急供水水源地调查研究报告》，中桥地区正常允许开采量为2.5万m3/d，目前现状开采量(不计当地民用和小工业作坊取水量)为3.26万m3/d(均为周围水泥厂、自来水厂等厂区用水)，已超正常允许开采量的23%；而牟平区李家庄由于近年枯水期干旱，村民大量抽取地下水灌溉农田，导致地下水水位变幅增大。

超量开采地下水，地下水的流动使岩溶洞穴和裂隙中的土颗粒被带走，长期作用下，基岩表层形成空洞。而此时水位变化较大的情况下，加剧了上部松散盖层结构的破坏[19-20]。在强降雨条件下，上覆松散层饱和重力突然增加，导致上覆土体在短时间内发生塌落。中桥地区岩溶塌陷均为降雨时段或雨后发生。

4 结语

烟台市地质灾害类型主要包括崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷和岩溶塌陷，其中地面塌陷主要发生于牟平区、栖霞市、蓬莱市、招远市、龙口市和莱州市境内的矿山采空区；泥石流则主要发生于栖霞市、牟平区、蓬莱市等矿山活动强度低的山区，以及矿山活动强度高的莱州市、招远市等尾矿、毛石等固废堆积的山区，崩塌在13个县市区均有分布。

诱发地质灾害的因素是复杂的，而人类工程活动作为重要因素之一，为各类地质灾害的发生埋下了隐患，当有强降雨、地震等自然因素的共同作用，人类工程活动埋下的隐患容易集中显现。因此，在进行工程活动的同时也应对其引发的地质灾害问题加以重视，以减少和预防其带来的次生地质灾害。

參考文獻:

[1] 刘传正.中国崩塌滑坡泥石流灾害成因类型[J].地质论评，2014,60(4)：858-868.

[2] 常允新，宋长斌.山东省崩塌、滑坡、泥石流灾害发育现状与趋势分析[J].山东地质，2000，16(4):40-44.

[3] 郭进平,刘晓飞，金属矿床开采地表破坏机理及防控方法[J].金属矿山，2014(2)：6-11.

[4] 李庶林.论我国金属矿山地质灾害与防治对策[J].中国地质灾害与防治学报，2002，13(4)：44-48

[5] 张丽芬，曾夏生,姚运生，等.我国岩溶塌陷研究综述[J].中国地质灾害与防治学报,2007,18(3):126-130.

[6] 刘传正.我国岩溶塌陷分布规律的探讨[J].中国地质灾害与防治学报，1997(S1)：11-17.

[7] 贺可强，王滨，万继涛.枣庄市岩溶塌陷形成机理与致塌模型的研究[J].岩土力学，2002，23(6)：564-569.

[8] 姚春梅，杨全城.山丘区突发性地质灾害发育与地形地貌相关性分析[J].中国人口·资源与环境，2015，25(5)：396-399.

[9] 杨全城.山东省山丘地区地质灾害发育与地形地貌相关性分析[J].中国地质灾害防治学报，2015,26(2)：93-96.

[10] 冯克印，刘善军.山东省地质灾害发育与岩土体类型相关性分析[J].中国人口.资源与环境，2016，26(11)：363-364.