烟台市地质灾害与岩土体类型相关性分析

袁芳，白莹，朱慧超

(山东省第三地质矿产勘查院，山东 烟台 264000)

0 引言

烟台市地处山东半岛中部，是山东省东部沿海城市之一。区内地质构造较复杂，西部主要地处华北板块(Ⅰ级)所属胶辽隆起区(Ⅱ级)的胶北隆起(Ⅲ级)，东部主要位于秦岭-大别-苏鲁造山带(Ⅰ级)所属胶南-威海隆起区(Ⅱ级)的威海隆起(Ⅲ级)。受地形地貌、地层岩性、地质构造等条件控制，全区主要分为坚硬块状侵入岩类工程地质区、坚硬块状—似层状喷出岩类工程地质区、坚硬层状变质岩类工程地质区、坚硬—较坚硬变质岩夹大理岩、灰岩类工程地质区、较坚硬碎屑岩类工程地质区、松散岩类工程地质区和松软土体工程地质区。2016年开展的最新一轮地质灾害排查结果表明，烟台市地质灾害分布规律及发育程度不仅受人类工程活动、地形地貌、降水、地质构造、地震及植被等因素影响，也与岩土体类型密切相关。

1 地质环境背景

1.1 地形地貌

烟台市位于鲁东半岛低山丘陵区，地势总体表现为中部高，南北低，北部地势较陡，南部地势较平缓。地形分为低山、丘陵、平原和洼地，其中低山区位于市域中部，占总面积的36.62%；丘陵区分布于低山区周围及其延伸部分，占总面积的39.7%；平原以河流、山前冲积平原和滨海冲积平原为主，占烟台市总面积的20.78%；洼地占地面积较小，仅占烟台市总面积的2.90%，主要分布在莱阳西南部及莱州、龙口沿海一带。

1.2 地层岩性

烟台市地层属华北地层大区、晋冀鲁豫地层区鲁东地层分区，区内地层总面积6668.66km2，占全区面积的48.52%，主要出露中太古代唐家庄岩群、并新太古代胶东岩群、元古代、中生代和新生代第四纪地层。其中分布最广的为元古代地层，主要为早元古代荆山群、粉子山群、芝罘群和晚元古代蓬莱群，为一套经角闪岩相—绿片岩相变质的海相沉积岩；新生代第四系则分布于山间谷地和沿海平原。区内岩浆岩发育，主要为花岗岩质岩石。

1.3 地质构造

烟台市地质构造主要包括褶皱构造、韧性剪切带和断裂构造，其中断裂构造极为发育，以NE向和NNE向断裂为主，集中发育在招远、蓬莱、莱州、牟平及海阳地区，控制着该区金属矿床、非金属矿床和地震活动。

1.4 矿产资源开发

烟台市矿产资源丰富，以金矿、铁矿、萤石矿、滑石矿、水泥灰岩矿和大理岩矿为主，其中金矿、铁矿、萤石矿和滑石矿的开采主要以地下开采为主，造成了采空塌陷隐患；水泥灰岩矿和大理岩矿以露天开采为主，形成的不稳定边坡易造成崩塌、滑坡隐患。

2 岩土体类型及特征

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，岩土体是各类地质灾害发生的载体和物质基础。同一地区岩土体的类型、性质及结构的不同，导致了地质灾害发育特征的差异[1-2]。

2.1 岩土体类型

烟台市境内出露的岩石类型多样，根据岩石的物理力学性质及其完整性、坚硬程度、岩性等，可将其划分为7个工程地质岩组，即：侵入岩岩组，喷出岩岩组，层状变质岩岩组，大理岩、灰岩岩组，碎屑岩岩组，第四系松散岩岩组和松软土体，各岩组岩性及分布位置见表1、图1。

1—侵入岩岩组；2—喷出岩岩组；3—层状变质岩岩组；4—大理岩、灰岩岩组；5—碎屑岩岩组；6—第四系松散岩岩组；7—松散土体图1 烟台市岩土体类型图

表1 烟台市工程地质岩组类型

2.2 各岩土体类型主要特征分析

2.2.1 侵入岩岩组

该区分布于三山岛—龙口市区和蓬莱东部地区，岩性以花岗岩类、闪长岩类、辉长岩类为主。岩石坚硬、性脆、致密、块状结构，质地致密坚硬，整体性良好，抗风化能力强，节理裂隙不甚发育，稳定性较好。受地质构造、岩石结构、矿物成分的不同以及地貌形态差异的影响，风化程度及风化带厚度各处不一。在地形低缓的丘陵地带风化层厚度可达10～20m，在地势较高的地段风化层厚度仅为1～5m。该岩组分布地段地形及基岩面起伏较大、切割较深、地势陡峭，岩体易失稳崩落，危岩易产生崩塌、沿软弱结构面易产生滑塌。

2.2.2 喷出岩岩组

小面积分布于蓬莱—龙口东部一带，以青山群火山岩类和新近系、第四系玄武岩为主。玄武岩致密、坚硬、块状，部分为中、厚层或似层状，柱状节理发育，具气孔构造，多为泥质充填。风化带厚度随地形而异，山区一般为1～5m，覆盖区和沟谷地带较厚，达数十米。

2.2.3 层状变质岩岩组

该区在烟台市内分布广泛，层状混合岩化变质岩分布于烟台市区的胶东岩群和莱州、牟平等地的粉子山群；薄层状板岩分布于长岛的蓬莱群。层状混合岩化变质岩岩性主要为黑云斜长片麻岩、石英岩等，岩体呈层状结构，岩石坚硬、致密，具有片麻构造，节理、裂隙较发育；云母片岩、滑石片岩、绿泥石片岩为其软弱夹层，其力学性质较差，抗滑和稳定性较差，强风化层厚度一般为2～5m，弱风化带厚度15～40m。薄层状板岩岩石致密，以薄层状结构为主，性脆、易风化成碎片，遇水后层面易产生滑动。

2.2.4 大理岩、灰岩岩组

大面积分布于蓬莱—养马岛一带，出露面积大。该区岩性主要为片岩、片麻岩，其中夹有大理岩、灰岩、泥灰岩。片岩为薄层状结构、片理构造明显，岩石易风化。大理岩致密、性脆，为层状结构，浅部岩溶、裂隙较发育；灰岩坚硬、致密、性脆。但由于夹层工程地质性质不均，部分地区岩溶发育，软弱结构面易使岩体失稳，产生滑塌，边坡易不稳定，大理岩、灰岩易发生岩溶塌陷。

2.2.5 碎屑岩岩组

主要分布在海阳市南部、莱阳市南部及龙口盆地内，岩性主要为砂岩、砾岩、泥岩、青山群火山岩等。但由于岩石力学性质不均，其中夹有泥岩、页岩、泥灰岩等软弱岩石，泥岩遇水软化，易使岩体失稳，形成崩塌或滑坡地质灾害。

2.2.6 第四系松散岩岩组

主要分布于河谷两侧、山前冲积平原地带，该岩组成因类型多样，以冲积、冲洪积、残坡积为主，尤以残破积最为发育，主要由砂性土、碎石土、碎块石混粉质黏土组成，结构松散，物理力学强度低，遇水软化，多为泥石流的主要物源。

2.2.7 松软土体

主要分布于海湾及近海洼地，岩性多为黑灰色淤泥，局部为淤泥质粉质黏土及海陆交互相沉积的淤泥质砂、淤泥质砂砾石等，结构松散，海拔高度在5m左右，厚度一般为10m，大部为盐碱土、淤泥，该类土体普遍存在高压缩性的淤泥质土，易发生不均匀沉降。

3 地质灾害与岩土体类型相关性分析

3.1 地质灾害总体分布特征

烟台市共发育地质灾害隐患点471处，主要类型包括崩塌、滑坡、泥石流、采空塌陷和岩溶塌陷。由于灾害体母岩本身岩性差异和后期风化作用强弱差异，直接造成了各类岩土体类型分布区内地质灾害发育程度和类型的明显差异[3]。

从各岩土体类型分布区地质灾害发育数量上分析，数量最多的是层状变质岩组，共计182处，占烟台市地质灾害总数的39%；侵入岩岩组中发育地质灾害共计172处，占地质灾害总数的36%，大理岩、灰岩岩组和碎屑岩岩组中发育地质灾害分别为75处和25处，分别占地质灾害总数的16%和5%，第四系松散岩岩组中发育地质灾害14处，占地质灾害总数的3%，松软土体中无地质灾害分布(表2，图2)。

从地质灾害发育密度上分析(图3)，大理岩、灰岩岩组中地质灾害发育密度最大，为10.01处/100km2，其次为层状变质岩岩组，地质灾害发育密度为5.59处/100km2，侵入岩岩组中地质灾害发育密度为4.32处/100km2，第四系松散岩组中地质灾害发育密度最小，为0.39处/100km2。

表2 烟台市各岩土体类型分布区地质灾害发育情况(处)

Ⅰ—侵入岩岩组；Ⅱ—喷出岩岩组；Ⅲ—层状变质岩岩组；Ⅳ—大理岩、灰岩岩组；Ⅴ—碎屑岩岩组；Ⅵ—第四纪松散岩岩组图2 烟台市地质灾害在各岩组中所占比例图

从以上分析结果可知，烟台市地质灾害发育程度与岩土体类型关系密切，岩土体结构与地质环境的差异，是导致地质灾害发育程度差别的主要因素，由表1和图2综合分析认为，大理岩、灰岩岩组、层状变质岩岩组和侵入岩岩组分布区最易引发地质灾害。

图3 烟台市地质灾害隐患点在岩土体类型中密度图

3.2 不同地质灾害类型与岩土体类型关系

3.2.1 崩塌与岩土体类型关系

崩塌是烟台市数量最多的灾种，共计322处，占烟台市地质灾害总数的68%，均为岩类崩塌，其中层状变质岩分布区崩塌数量最多，达128处，占崩塌地质灾害总数的40%，其次为侵入岩岩组，达106处，占崩塌地质灾害总数的33%，喷出岩岩组中分布最少，共计3处，占崩塌地质灾害总数的1%(图4)。

Ⅰ—侵入岩岩组；Ⅱ—喷出岩岩组；Ⅲ—层状变质岩岩组；Ⅳ—大理岩、灰岩岩组；Ⅴ—碎屑岩岩组；Ⅵ—第四纪松散岩岩组图4 崩塌在各岩组中分别比例图

各岩组中单位面积(100km2)崩塌的分布密度在大理岩、灰岩岩组中最大，为8.3处/100km2，其次为层状变质岩岩组，为3.9处/100km2，侵入岩岩组和喷出岩岩组中崩塌分布密度均为2.7处/100km2，碎屑岩岩组中密度最小，为1.1处/100km2。各岩组的崩塌密度反映了各岩土体物理力学性质的不同，岩性对地质灾害的影响主要通过其岩石结构、物质组成和风化程度决定的[1,4]。变质岩岩石节理裂隙发育，风化破碎强烈，易形成崩塌隐患[5]。

3.2.2 滑坡与岩土体类型关系

烟台市共发育5处滑坡地质灾害，均分布在变质岩岩组中，岩性多为石英岩、板岩、千枚状板岩互层，该类变质岩风化强烈，风化层中岩体裂隙发育，渗水性良好，下部较致密，起隔水作用，当水下渗后，在其分界处形成软弱滑动面，从而使上层岩体失稳产生滑动。

3.2.3 泥石流与岩土体类型关系

烟台市共发育泥石流69处，其中人工堆积渣石形成的泥石流隐患15处，占泥石流总数的22%，均为坡面型泥石流，主要分布在矿山开采活动强度高的莱州市、招远市等山区，物源主要为由矿山开采形成的尾矿、毛石等固体废弃物，该类泥石流与岩土体类型关系较小。

其余48处为沟谷型泥石流，分布区域岩土体类型以层状变质岩和块状侵入岩为主，多集中在栖霞市、牟平区、蓬莱市等山区暴雨量大的山间沟谷内，该区域地表岩层经受了多期变质作用，表面风化较为强烈，沟谷植被较发育，物质来源主要为崩滑岩体和山坡田间垒石[6-8]。

3.2.4 采空塌陷与岩土体类型

采空塌陷是烟台市地面塌陷最主要的类型，占全市地面塌陷总数的89%，其成因与人类开矿活动密切相关，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，多为冒顶型塌陷[9-10]。

从采空塌陷在各岩土体类型中分布比例来看，烟台市采空塌陷主要分布在侵入岩岩组和层状变质岩岩组中，分别占采空塌陷总数的49%和30%，大理岩、灰岩岩组共分布7处，占采空塌陷总数的10%，第四系松散岩组中共分布6处，占采空塌陷总数的9%，碎屑岩岩组中分布最少，仅1处(图5)。

Ⅰ—侵入岩岩组；Ⅱ—喷出岩岩组；Ⅲ—层状变质岩岩组；Ⅳ—大理岩、灰岩岩组；Ⅴ—碎屑岩岩组；Ⅵ—第四纪松散岩岩组图5 采空塌陷在各岩组中分布比例图

岩土体对采空塌陷的影响主要表现在采空区上覆岩层强度、层厚[11-12]。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[13-14]，特别是在矿山开采爆破影响下，更是加快了地表变形的速度，造成突发性采空塌陷[15]。

3.2.5 岩溶塌陷与岩土体类型

烟台市发育岩溶塌陷共计8处，主要分布在栖霞市中桥地区和牟平区大窑镇李家庄，其中中桥地区7处，其岩土体结构为上部第四系松散土体、下部灰岩的二元结构，第四系松散土体直接覆盖于灰岩之上，第四系松散土体厚度一般13.4～27.0m，岩性以冲积、冲洪积砂砾石、中粗砂、粉质黏土为主；下伏灰岩岩溶发育形态以溶隙、溶洞为主，并含丰富的岩溶水，当地下水位长期在第四系与下伏石灰岩接触带上下波动时，引发上覆土层塌落形成岩溶塌陷[16-20]。

牟平区大窑镇李家庄岩溶塌陷岩土体结构类型为上部第四系松散土体、下部大理岩的二元结构，第四系松散土体直接覆盖于大理岩之上，第四系松散土体厚度一般0.9～26m，岩性以冲洪积碎石土、粉质黏土为主；大理岩岩溶发育形态以溶洞为主，在地下水超量开采条件下，上覆土层塌落形成岩溶塌陷。

4 结语

(1)岩土体类型及结构是评价地质灾害易发程度分区的重要因素，该次地质灾害与岩土体类型相关性分析，可为烟台市地质灾害易发程度分区和地质灾害汛期气象预警预报工作定量分析评价提供依据，也可为重要地质灾害隐患点防治方案编制提供参考依据。

(2)崩塌、滑坡地质灾害主要分布在层状变质岩岩组，建议在层状变质岩分布区开展城市开发建设，应加强对建房、修路等工程活动的控制，尤其是在地质灾害易发区内尽量避免切坡活动。

(3)岩溶塌陷发育区土体结构主要为上部第四系松散土体、下部灰岩或大理岩的二元结构，岩溶塌陷的发生受制于地下水动力场的变化，建议加强地下水监测工作，探索建立岩溶塌陷预警体系。

(4)采空塌陷不但与岩土体类型关系密切，还主要受控于矿山开采活动。因此，针对金矿、铁矿等地下开采区应制定专门的采空塌陷防治方案和监测方案，切实防范采空塌陷的发生。