甘肃省酒泉市地质灾害形成条件及分布特征浅析

2020-11-30曹鸿雁

世界有色金属 2020年18期

曹鸿雁

（甘肃省地矿局第四地质勘查院，甘肃酒泉 735000）

酒泉为甘肃省地级市，位于甘肃省河西走廊西端的阿尔金山、祁连山与马鬃山之间，北部除少部分与蒙古国接壤外，大部与内蒙古阿拉善盟相邻，西接新疆维吾尔自治区，南接青海省海西蒙古族藏族自治州和海北藏族自治州，东邻张掖市，东西长约680km，南北宽约550km，总面积19.2万km2，占甘肃省面积的42%。酒泉境内312国道横贯东西，酒航公路、敦格公路通达南北，全市公路总里17328km，高速公路里程623km，等级公路里程16001km，兰新铁路及第二双线、敦煌铁路横贯酒泉东西[1]。区内年降水量100mm～800mm，降雨分配较为集中，其中6月～9月占全年降水量的70%以上，且受到局部暴雨影响，经常引发泥石流、滑坡等自然灾害。酒泉市除受到自然地理环境、地质环境条件的影响外，矿山开采等人为活动也都使地质灾害区域扩大增强。灾害越来越频繁，直接危害着当代人们的生命财产安全，影响社会稳定[2]，因此通过分析甘肃省酒泉市地质灾害形成条件及分布特征，发现自然灾害规律，利用国家有限的资金最大程度增强全市防灾减灾能力。

1 甘肃省酒泉市地质灾害形成条件

1.1 泥石流形成条件

泥石流受自然地理、地质环境条件及人类工程活动等因素的影响，泥石流主要分布在肃州区南部祁连山北麓及阿尔金山脉、党河南山北麓中低山区，植被稀疏，泥石流规模以中型、小型为主[3]。沿山泥石流沟流域内山大沟深，地形陡峭，相对高差大，坡度陡，这种特有的地形，有利于降水在短时间内汇集，并沿程冲蚀沟床及沟岸堆积物在主沟道集中形成汇流，从而为泥石流的形成创造了基本条件。并且受到人类工程活动影响，区域性断裂及小型褶皱发育，岩体破碎，新构造运动不断抬升，为松散固体物质提供了良好的补给条件。

在区域活动条件下，分析可移动土石方量、滑坡区汇水面积、滑坡形成区上坡坡度以及日最大降水量，得到泥石流与滑坡作用强度E为：

其中，A为可移动土石方量；F1为滑坡区汇水面积；i为滑坡形成区上坡坡度；Rp为日最大降水量，根据酒泉市日最大降水量的不同，Rp＞100mm取值为5、70mm～100mm取值为4、40mm～70mm取值为3、10mm～40mm取值为2。

根据公式（1）计算结果，参照《城市防洪工程设计规范》中对泥石流强度分段序列，将其强度分为四个等级，如表1所示。

表1 泥石流作用强度等级

除环境影响因素外，人类工程活动诸如矿山开采（石棉矿、石灰石矿）等较为强烈，泥石流相对发育，以阿尔金山脉北麓前山区地带为代表。并且在党河、榆林河、疏勒河、石油河流域上游分布大规模的露天矿区，地表植被遭到破坏，以及采矿废渣堆积，地质生态环境恶化有直接的关系。

1.2 崩塌形成条件

崩塌会在特定的地层中集中分布主要为岩质崩塌、不稳定斜坡主要发育在震旦系地层之中，其它地层中则数量相对较少，该地层特有的物理性状使之构成了本区崩塌形成的固有载体。斜坡的坡度30°～50°，斜坡结构特征具有上部为残坡积堆积物，下部为完整性较好的基岩结构面，该类斜坡在降水、地震等内外动力地质作用下有利于坡体变形，促使坡体发生位移而形成滑坡。并在人类工程活动强烈的地段集中发育。区内崩塌、不稳定斜坡的发育与人类活动紧密相关，诸如开矿开挖山体，修建公路等人为活动强烈的区域往往是灾害集中发育的地段。

地形、地貌是控制崩塌形成和斜坡失稳的基本条件，部分高而陡的斜坡所形成的有效临空面为崩塌的形成和斜坡失稳具备了条件。不稳定斜坡隐患点结构类型为碎石土类斜坡或岩质边坡受地形条件控制影响主要表现在坡度、坡高两个方面。坍塌发生的可能性与其作用强度、容重等有着直接关系。根据往年酒泉市坍塌资料，对有关因子进行分级后，确定各因子权重与赋值，其坍塌危险程度等于坍塌危险因子赋值与权重乘积之和：

其中，P为坍塌危险程度；Wa为坍塌作用强度，其因子权重为0.6912；rc为坍塌容重，其因子权重为0.0735；b为坍塌权重；EHc为坍塌赋值，其因子权重为0.2353。根据计算结果，其结果值越高，则危险程度越高。

根据调查区坡度区间内的不稳定斜坡数量统计可以发现，随着坡度的增大不稳定斜坡点发生的比率也随之递增，10°～20°之间不稳定斜坡发生的比率在10.53%，60°～70°之间的比率剧增至21.05%，随着坡度的减缓，由陡坡转变为缓坡，灾害发生概率也逐渐降低。按照各坡高区间内不稳定斜坡点数量，可以看出，不稳定斜坡多发生在高差50m以下。而高差在100m～300m之间的斜坡多位于壮年期沟谷两侧沟坡，尚处于平衡调整阶段，在沟谷不断下切侵蚀及其它作用综合影响下易失稳发生滑坡。

1.3 地面塌陷形成条件

地面塌陷多发生在矿区采空区，主要为地下开采矿产时形成的巷道在开采活动后未回填充实，矿区采空区往往是地面塌陷形成的主要地区。降水及地表水渗流是本区地面塌陷的主要诱因。在水的浸润下，矿区巷道顶板及围岩会软化脱落，从而导致工程力学性能降低，致使顶板脱落，支撑柱及围岩倒塌，从而进一步诱发塌陷的可能。部分矿区矿洞及井口位于沟道内地势较低的位置，井口周边未设置防洪措施或防洪措施简单，暴雨季节，沟道内汇集的洪水存在倒灌的现象，增大了矿洞充水的可能性。就本区而言，年内降雨集中期，地面塌陷发生的机率较高，且地面塌陷多伴有地裂缝存在，如图1所示。

图1 辉铜山塌陷坑及地裂缝

虽然酒泉市各地地质灾害普遍发育，但各个乡镇的灾害密集程度和灾害类型都存在很大差异。首先，地质灾害的分布完全受控于地形地貌、地层岩性、地质构造、岩土体结构、地下水、气象水文和植被状况等自然因素，人类工程活动对灾害的分布发育有很大的影响作用。

2 甘肃省酒泉市地质灾害分布特征

2.1 泥石流分布特征

泥石流是一种暴发在山区沟谷中饱含大量泥沙块石的特殊洪流，在山地夷平过程中由剧烈侵蚀作用引发的一种泥沙快速运动现象，是水土流失和山地环境恶化发展到极其严重阶段的重要标志。主要分为山区沟谷泥石流、平原区沟谷型泥石流以及水石流。山区沟谷泥石流主要分布在调查区祁连山、阿尔金山、党河南山等山脉两侧山前地带，流域形态多为“瓢”形和“勺”形，并以小流域沟谷型稀性泥石流为主，松散固体补给物质主要来源于坡面侵蚀、沟岸坍塌等重力堆积物。平原区沟谷型泥石流主要分布在阿克塞盆地南部的洪积平原，流域形态多呈“长条状”，为稀性泥石流，其形成区、径流堆积区不明显。该地带泥石流的物质来源主要为沟岸坍塌和沟床松散物质补给。水石流主要多为稀性沟谷型水石流沟，个别为山坡型水石流沟。爆发频率一般为1次/2～3年。区内泥流的固体物质来源主要为坡面风化松散残积物，沟岸滑坡、崩塌等重力堆积物以及沟底冲洪积物再搬运。

2.2 崩塌分布特征

崩塌灾害多发生在高陡斜坡处，如峡谷陡坡、冲沟沟坡、深切河谷的凹岸，以及有利于岩土体崩落的临空面。引发因素主要是降雨和人类工程活动。区内岩质崩塌多发生在沟坡及沿线公路，其主要特征为：地形陡峭，坡度大于55°，坡面凹凸不平，坡体构造节理或卸荷裂隙发育且存在临空面。沟坡多为片岩、板岩和千枚岩等变质岩组成的边坡，规模以小型居多，体积一般从数方到几十方，形成机制一般分倾倒、滑移、鼓胀、拉裂和错断五种。多因修建公路、采石、露天开矿等人类大型工程开挖诱发较为典型岩质崩塌有：肃北县党城湾黑达坂崩塌如图2所示。