防城港地区地质灾害发育特征及成因机制探讨

张宏鑫 ，刘怀庆 ，余绍文 ，黄秀凤 ，林荣俊

（1.中国地质调查武汉地质调查中心，武汉430205；2.广西壮族自治区地质调查院，南宁530023）

地质灾害严重威胁人类生命、财产安全，也对环境、资源、生态等具有较大破坏性[1－5]，研究区域地质灾害的发育特征和形成机制对防灾减灾工作具有重要意义。前人在不同的区域基于不同工作尺度进行了大量的调查研究工作，刘广宁等根据地质灾害调查成果，研究了西陵峡水田坝区域各类地质灾害发育特点及成因机制[1]；王娇等结合自然因素和人类活动特征，对福建省建瓯市地质灾害成因进行了分析，并针对典型地灾点进行了解剖[2]；张茂省等基于地质灾害详查结果，对延安市宝塔区崩塌、滑坡、 不稳定斜坡的分布特征和影响因素进行了探讨[3]；倪化勇等、李亚星等、赵建军等、尚瑾瑜等、曾贞等在不同尺度上对不同地区的地质灾害分布规律、发育特征及成因机制方面进行了研究[4－21]。 但是针对防城港地区地质灾害的调查研究工作较少。2005 年，广西壮族自治区地质勘查总院开展“广西壮族自治区防城港市地质灾害调查与区划” 工作，工作精度 1∶10000[22]；2013－2015 年，中国地质调查局武汉地质调查中心开展了“防城港地区1∶5 万水文地质工程地质调查评价（那梭幅、江平幅、防城幅）”工作[23]。至2015 年，研究区共发育地质灾害74处（图 1），造成 2 人死亡，37 间房屋被损毁，直接经济损失79.44 万，总体上具有规模小、局部危害大的特点。本文基于本次工作取得的大量调查数据和对前人调查成果的梳理，进行统计分析，系统总结防城港地区的地质灾害发育特征，并对其成因机制进行探讨。

1 地质环境背景

1.1 气象水文

图1 研究区地质灾害分布示意图Fig.1 Distribution diagram of geological disasters in the study area

研究区位于中国南部沿海， 十万大山东南侧，地势大致为西北高，东南低，由西北向东南倾斜。研究区陆地面积1226.8 km2，属亚热带季风湿润气候区，年均降雨量在2200 ～3200 mm，降雨主要集中在6-9 月份，约占全年降水量的71%。 港湾河流密布，主要港湾有钦州湾、防城湾和珍珠湾（均属北部湾海域），主要河流有江平江、防城江、茅岭江、滩营江等大小河流共计10 余条，均发源于十万大山，自东北流向西南，注入北部湾。

1.2 地质背景

研究区以丘陵地貌为主， 小范围分布低山地貌、河谷地貌和海积平原地貌，其中低山地貌主要分布在那梭以北的十万大山边缘，海积平原地貌仅分布在江平镇一带；隶属华南地层大区中的东南地层区， 地层从志留系至第四系均有不同程度的出露，以志留系、泥盆系、二叠系、三叠系、侏罗系及第四系为主，其中志留系分布最广，第四系分布范围较小。 岩性上以砂岩、粉砂岩、泥岩为主，小范围出露花岗岩、玢岩及第四系松散层；构造上，属南华准地台钦州残余地槽中的三级构造单元钦州凹陷和十万大山断陷盆地区，褶皱和断裂较发育，主要构造线基本与十万大山山脊平行， 以NE 向为主，伴有少量NW 向断裂，构造主要集中于那梭至钦州港的区域内。

1.3 水文地质条件

地下水类型有基岩裂隙水、孔隙水和风化网状裂隙水。在低山、丘陵区地下水以基岩裂隙水为主，含水层岩性主要为粉砂岩、 泥质粉砂岩及砂岩，在江平、 那梭局部地区为花岗岩风化网状裂隙水，含水层岩性主要为花岗岩、玢岩，而在江平平原则以第四系松散沉积层的孔隙水为主，含水层岩性为粗中砾及卵砾石。地下水水位变化分区性明显，低山、丘陵区浅层地下水主要接受大气降水补给，水位埋深相对较深，水位年变幅较大；而在河谷平原区则地下水水位埋深较浅，且年变幅相对较小。

2 地质灾害类型及规模

研究区共发现地质灾害74 处， 地质灾害类型主要有崩塌、滑坡和不稳定斜坡，其中崩塌66 处，滑坡7 处，不稳定斜坡1 处（表1），地质灾害总体发育密度 6.03 处 ／100 km2。至 2015 年，共造成 2 人死亡，37 间房屋被损毁，直接经济损失79.44 万元，总体上具有规模小、局部危害大的特点。 崩塌是区内最主要的地质灾害类型（表1），其次为滑坡，各类地质灾害发育规模均以小型为主。按地质灾害体的规模和物质组成统计分析，具有以下几个特征：

（1）以小型地质灾害为主，小型地质灾害发育71 处，占总地灾数量的95.95%，其中又以小（三）型为主，中型地质灾害仅发育3 处，占总数的4.05%，无大型、特大型地质灾害发育（表1）。

（2）灾害体的组成绝大多数为土质，残坡积土为主要致灾体。 土质灾体发育69 处，占比94.5%。发育部位多为房前屋后、公路两侧，多为人工边坡的不合理开挖引起的牵引式滑坡或滑移式崩塌。

3 地质灾害发育特征统计分析

3.1 时间发育特征

地质灾害的发生时间集中在2004-2005 年及2013-2015 年，其中2004-2005 年最为突出，形成地质灾害43 处，占比58.9%（表2）。季节性明显，5～9 月是地质灾害频发时段，占比90.54%，其中6 ～8 月尤为突出， 发生地质灾害60 处， 占比82.19%（图2），显示出受降雨控制的特征。 从图2 还可以看出：

（1）所有滑坡均发生在累积降雨量＞100 mm 的情况，当累计降雨量＞100 mm 时，有发生山地地质灾害的风险；

表1 区内地质灾害规模级别划分表Table 1 Scale classification of geological disasters

表2 区内地质灾害发育时间一览表Table 2 Development time of geological hazards

图2 地质灾害与月平均降雨量关系图Fig.2 Relationship between geological disasters and average monthly rainfall

（2）当降雨量＞300 mm 时，地质灾害数量明显增多，频率明显增高。

3.2 按乡镇分布

研究区包含防城区和东兴市两个行政单元，各占总面积约50%，共下辖8 镇、4 乡。 防城区地质灾害尤为发育，各类地质灾害达55 处。除东兴镇外各乡镇均有地质灾害发育。地质灾害发育较多的乡镇为防城镇、公车镇及那梭镇，发育密度较大的是公车镇、扶隆乡和茅岭乡，其中公车镇达到12.91 处／100 km2， 整个区内地质灾害平均密度为6.03 个／100 km2（表 3）。

3.3 地形地貌

研究区发育陡坡低山、高丘陵、垄状低丘、海积平原和河谷阶地等6 种地貌类型，以高丘陵和垄状低丘为主。 垄状低丘、河谷阶地地区是地质灾害的高发地区，分别占总灾害数的50%和24.32%，低山地区次之，占16.22%，而高丘陵地区地质灾害发育较少（表 4）。

不同地貌单元的结合部位是地质灾害的多发地区，有45 处发育在地貌过渡地带，占比60.81%。从表5 不难看出，崩塌、滑坡和不稳定斜坡均主要发育在地貌结合部， 这与过渡地带陡坡向缓坡过渡，地形坡度变化有直接关系，加之人类活动对地貌改造主要体现在这个区域，开挖边坡建房、修建公路切坡等都集中在这些地区。

3.4 高程和地形坡度

地质灾害发育与高程密切相关，集中分布于海拔100 m 以下地区， 又以海拔低于50 m 区域最为突出（表6）。 而海拔200 m 以上地区地质灾害较不发育。 高程50 m 以下的地质灾害发育49 处，发生频率较高，占比66.22%，人类活动主要集中在这些地区，表明人类活动是地质灾害发育的主要外在因素。

斜坡坡度也是影响地质灾害发育的一个主要因素，研究区30～50°斜坡地质灾害最为发育，共发育 47 处，占总数的 63.5%（图 3），其中又以 40～50°斜坡为主；其次为50～70°斜坡，占总数的28%；在大于70°和小于30°的斜坡地质灾害发育较少，前者由于坡度过大，不利于残坡积物的堆积，而后者由于坡度过小，地势平缓，且人类较少切坡，土层不易滑动。

图3 地质灾害与地形坡度关系饼图Fig.3 Relationship between geological disasters and terrain slope

3.5 岩性和斜坡结构类型

岩土体是地质灾害的主要载体，根据调查结果统计，研究区地质灾害在志留系连滩组（S1ln）分布最多，有32 处，占总灾点的43.24%；花岗岩地区发育 11 处，占比 14.86%；二叠系上统第一段（P3a）发育10 处，占比 13.51%；二叠系上统第三、四段（P3c＋d）发育 9 处，占比 12.16%；志留系防城组（S3fn）发育 7处，占比9.46%，余下地层地质灾害发育较少（表7）。 不同时代的地层岩性上具有明显的区别，研究区地质灾害主要分布于下伏基岩为砂岩和砂岩夹泥岩地区，占比81.1%，花岗岩区次之，纯泥岩地区最不发育 （表8）， 这与地层时代具有良好的相关性。 由此可见，研究区劣质岩性段主要发育在志留系连滩组（S1ln）、花岗岩和二叠系上统第一段（P3a），灾点占总数的71.61%。 造成这种分布结果的原因有多种，包括地层分布面积、劣质岩性段占比、地层所处地貌单元等。泥岩地区地质灾害不发育与其残坡积物粘粒含量较高有很大关系。

表3 区内各乡地质灾害按行政区分布情况表一览表Table 3 List of distribution of geological disasters in each township according to the administrative area

表4 地质灾害不同地貌单元情况表一览表Table 4 List of different geomorphic units of geological disasters

表5 地质灾害不同地貌结合部位情况表一览表Table 5 List of combined parts of different landforms in geological disasters

表6 海拔高程与地质灾害分布一览表Table 6 Altitude and distribution of geological hazards

坡体结构在一定程度上影响了坡体的整体抗崩、滑能力。研究区顺向、斜向、横向、逆向和块状结构斜坡均有发育。 逆向斜坡中地质灾害最为发育，有43 处，占比58.1%；斜向斜坡次之，有12 处，占比16.2%；块状结构斜坡11 处，占比14.9；横向结构斜坡和顺向坡中均为4 处，占比5.4%。

3.6 地质构造

研究区褶皱和断裂均较发育，构造线基本与十万大山山脊平行， 以NE 向为主， 伴有少量北NW断裂[23]。 主要褶皱有那丽背斜、沙田向斜、防城向斜、那梭向斜；主要断裂有那丁断层、大番坡断层、桔子坪断层、江山-茅岭沙坳断层、河洲-茅岭断层、华石-马路大断层、 那弯-滩营断层及扶隆-大录断层等。 构造主要发育在那梭至钦州港的区域内，其中大多数构造仅局部出露于研究区。断裂构造破坏了原始的地形地貌，断裂带附近（两侧2 km 以内）岩土体受到不同程度的破坏，结构松散、破碎，易形成地质灾害[1]。 调查结果显示，有42 处地质灾害发育在断层2 km 范围内，占总数的56.76%。

表7 地质灾害点与下伏基岩地层时代关系一览表Table 7 Relationship between geological disaster point and stratum

表8 地质灾害点与下伏基岩岩性关系一览表Table 8 Relationship between geological disaster point and lithology

3.7 植被

植被对滑坡、崩塌的影响比较复杂，既有有利的一面，也有不利的一面。 从研究区地质灾害发育情况来看，发生地质灾害的山坡土地利用类型绝大多为灌木林和裸露斜坡（图4），这些山坡原始林多被破坏，地表土较为松动，地表水易入渗，从而诱发滑坡；其次为耕地及建筑用地，因此，人类对自然的不合理开发也易导致地质灾害的发生。

图4 地质灾害与土地利用类型统计图Fig.4 Relationship between geological disaster point and land use type

4 成因机制探讨

探讨地质灾害的成因机制，是为了根据地质灾害的成灾特点，采取有效的预防措施，来减少、减轻灾害造成的损失。 研究区地质灾害主要为崩塌、滑坡和不稳定斜坡，影响其分布发育的因素可归纳为内在因素和外在因素， 内在因素包括地形地貌、地层岩性、斜坡结构、地质构造等；外在因素指诱发、触发地质灾害产生的条件，包括降雨强度及人类工程活动等。

4.1 内在因素

4.1.1 地形地貌

地形地貌是崩塌滑坡发育的先决条件，为其提供了临空条件[16]，对斜坡稳定性的影响主要体现在其坡面的应力分布和汇流作用的不同[2]。 研究区低山区峰顶标高500～1000 m，切割深度300～800 m，坡度30～60°，现大部分地区已经无人居住，无受灾主体，地质灾害发育较少；高丘陵区山顶标高200～500 m，切割深度100～150 m，山坡坡度一般在15°左右，地势平缓，水土保持良好，地质灾害发育较少；垄状低丘区标高50-200 m，相对高差30～100 m，地形坡度在30～50°，坡体主要由残坡积物构成，结构松散、破碎，且部分地区坡角大于残坡积土体的天然休止角，易发生变形破坏；河谷阶地地区地质灾害亦主要为河谷两侧残坡积土斜坡产生的破坏变形，土体结构松散、且多为涉水斜坡，在河水位长期升降、冲刷作用下，极易发生变形破坏乃至失稳。此外，各地貌类型之间的过渡地带往往是陡缓坡结合部位，残坡积物厚度较大，结构松散，易产生破坏变形。 根据统计结果，74.32%的地质灾害发育在垄状低丘和河谷阶地地貌区， 有60.81%的地质灾害发育在地貌过渡地带，不难看出，地形地貌与地质灾害的发育密切相关。

4.1.2 地层岩性及斜坡结构类型

岩土体是地灾体重要的物质基础，岩土体的性质、结构及分布，控制着地质灾害的类型、规模及分布，是地质灾害发生、发展的内在决定因素。研究区内大范围分布志留系涟滩组和二叠系薄-中层状砂岩夹泥岩劣质岩组，强风化层岩性破碎、裂隙发育、岩层陡倾，软、硬岩层的差异性风化。 风化界面和岩、土体界面是研究区土质滑坡、崩塌的控制性结构面，残坡积土广泛分布，厚度一般0.5～3 m，岩性为碎石土、含碎石粘土等，土质松散，稳定性差，在降雨、人工加载或切坡等诱发因素的影响下，易产生边坡失稳，形成崩塌、滑坡等地质灾害。 研究区81.1%的地质灾害分布于下伏基岩为砂岩和砂岩夹泥岩地区。 地质灾害以小型为主，残坡积层厚度较小是其中一个重要原因。

斜坡结构是地层岩性、地质构造和沟谷地貌的综合体现[16]，其类型对于地质灾害的类型、变形破坏乃至失稳模式具有重要的控制作用[1]。 顺向斜坡发生滑塌的可能性较大，当斜坡的坡角大于软弱面的倾角时，就更有可能发生滑塌；逆向斜坡和斜向斜坡当存在软弱结构面和控制性节理面时，发生崩塌的可能性更大。 据统计，研究区有58.1%的地质灾害发生在逆向斜坡内，其中的93.02%为崩塌。

4.1.3 地质构造

地质构造对地质灾害的形成有多方面影响：断裂破碎带内岩土体破碎、结构松散，为滑坡、崩塌提供了物质来源；层面、断面、节理面和不整合面等各类结构面控制着滑动面的空间位置和崩塌、滑坡的边界。研究区紧闭的褶皱构造形成了普遍陡倾的地层，后期受断裂改造在断裂带两侧劈理化严重且普遍，这就形成了残坡积层及强风化岩体破碎且结构松散的斜坡，在外动力条件下，易失稳形成地质灾害。 研究区有56.76%的地质灾害发育在断裂带两侧2 km 范围内， 显示了研究区断裂构造对地质灾害形成的控制作用。

4.2 外部因素

4.2.1 降雨

降雨是诱发地质灾害的重要因素[1-2，16]，是地质灾害发生的直接诱导因子。降雨对灾害的产生及分布具有明显的控制作用，研究区大部分灾害发生在雨季。长时间的降雨和暴雨形成的地表水顺土体孔隙渗入地下，一是补给地下水，使地下水位或地下水压升高，对岩土体产生浮托作用，土体软化，含水饱和，导致土体体积膨胀，抗剪强度降低，二是减小岩土体间的摩擦力和粘聚力，影响了斜坡的稳定性，当出现隔水层时， 沿润湿的软弱结构面极易产生滑塌。90.54%的地质灾害发生在5 ～9 月，表明降雨是研究区控制地质灾害发育最重要的自然因素。

4.2.2 人类工程活动

地质灾害的形成， 除了自然发展内在因素以外，往往和人类工程活动息息相关。 研究区人类活动以削坡建房和切坡修建公路为主。人类削坡建房（图5a）、公路切坡（图5b）等开挖边坡后形成高陡的临空面（坡度 30～70°，坡高多大于 5m），岩土体内的应力重新分布，并在坡脚部位形成最大剪应力集中带，加之坡面基本无护坡治理，岩土体极易变形破坏。在长时间降雨或暴雨诱发下，坡脚局部失稳，牵引力及岩土体自身重力作用下， 坡顶易形成裂缝，地表降水沿裂缝下渗，造成上部土体连续性失稳而导致土质崩塌、滑坡的发生，人类活动范围内产生的滑坡多与此有关。

5 结论

（1） 研究区共发育地质灾害 74 处，灾点密度为6.03 处／100 km2，灾害类型主要为崩塌、滑坡和不稳定斜坡：以崩塌为主，占比89.19%；规模以小型为主，占比95.95%；土质灾体最为发育，占比94.5%。

（2） 地质灾害多发育在高程 50 m 以下、 坡度20～40°斜坡地带；超过80%的地质灾害发育在下伏基岩为砂岩和砂岩夹泥岩地区；43.24%的地质灾害发育在志留系连滩组（S1lt）；58.1%的地灾发育在逆向结构岸坡中； 具有沿主要构造断裂分布的特点，时间上，地质灾害主要发育在雨季6～9 月。

（3） 诱发地质灾害的内部因素为地形地貌、地层岩性和斜坡结构类型、 地质构造以及植被等；外部因素为降雨和人类工程活动。

图5 防城镇冲仑村建房切破诱发崩塌（a）和崩塘公路切破诱发崩塌（b）Fig.5 Collapse induced by building cutting in Chonglun Village （a）and collapse induced by cutting at BengTang Road （b）

广西水文地质工程地质勘察院黎俭鹏、周子瑜、李练、腾龙等参加了项目的野外调查工作，编辑部董好刚教授高级工程师给本文提出了十分宝贵的修改意见，在此深表谢意。