山东省枣庄市地质灾害现状研究及防治建议

2022-02-18张斌王标胡蕾张朋朋颜晓莉王小丹

山东国土资源 2022年1期

张斌，王标，胡蕾，张朋朋，颜晓莉，王小丹

(山东省物化探勘查院，山东省地质勘查工程技术研究中心，山东省土壤地球化学工程实验室，山东济南 250013)

0 引言

山东省各地质部门在枣庄市进行了大量的地质灾害调查、评估、地质环境影响评价等方面的工作，枣庄地区地质灾害调查评价方面研究程度较高。2020年，在以往1∶50万、1∶10万、1∶5万以及地质灾害排查工作的基础上，山东省地质环境监测总站组织开展各市地质灾害核查工作，查明了枣庄市各类地质灾害发育现状及影响因素。对枣庄市地质灾害核查数据进行综合研究，总结分析枣庄市地质灾害分布特征和发育规律，划分地质灾害易发程度分区和防治分区，提出合理的防治规划建议和防治措施，为枣庄市地质灾害防治工作提供基础依据。

1 自然地理及社会经济概况

1.1 交通位置与社会经济概况

枣庄市地处山东省南部，东接临沂、南邻徐州、西连济宁、北临微山湖，辖区面积4538km2，是以煤炭、电力、建材工业为重点的组群型工矿城市，为山东省重要的能源基地之一[1]。

1.2 地形地貌概况

枣庄市地形总趋势是北东高，南及西南低。北部、东部为低山丘陵。地貌类型有低山、丘陵和平原等，地貌成因类型及其特征表现为与地质构造的一致性。

1.3 气象水文概况

枣庄市地处暖温带半湿润大陆性季风气候区，四季分明，冬春气候干燥，夏秋雨量充沛。

境内地表水系发育，主要河流有峄城大沙河、韩庄运河、城河、郭河等，主要水库有马河水库、岩马水库、石咀子水库等。

1.4 地层与岩浆岩

枣庄市处于华北-柴达木地层大区，华北地层区，鲁西地层分区，区内地层发育比较齐全(图1)，自下而上划分为：新太古代泰山岩群、新元古代土门群、古生代寒武纪长清群、九龙群、奥陶系、石炭-二叠纪月门沟群及新生代古近纪官庄群和第四系。

岩浆岩主要出露于滕州北部，山亭区东北部，山亭区桑村一带，主要有新太古代晚期岩浆岩和中生代燕山晚期岩浆岩。

1.5 构造

枣庄市大部分大地构造位置位于华北板块(Ⅰ)、鲁西隆起区(Ⅱ)、鲁中隆起(Ⅱa)的西南部，只有滕州处于鲁西南潜隆起(Ⅱb)[2]。区域内以断裂为主，褶皱次之(图1)。

1.6 水文地质

枣庄市属于鲁西北平原松散岩类水文地质区冲积洪积平原淡水水文亚区和鲁中南中低山丘陵碳酸盐岩类为主水文地质区邹城-枣庄单斜断陷水文地质亚区。按照地下水含水岩组储水空隙特征划分，地下水类型主要有松散岩类孔隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水和碎屑岩侵入岩裂隙水等。

1.7 人类工程活动

枣庄市是国家确定的重点产煤基地，现已探明储量达60亿t，含煤面积达800km2。由于多年的煤炭、石膏矿开采，形成大面积采空区，顶板下沉，造成大面积地面塌陷，塌陷的产生和发展浪费了大量的农田，破坏交通和房屋，威胁人民生命财产安全，同时也对矿山企业的自身建设构成了威胁[3-5]。

随着城市和工业的发展，地下水的开采强度日益增加，在过度开采的情况下，导致岩土体结构应力状态发生变化和地下水均衡条件的破坏，在枣庄市十里泉、羊庄、荆泉、西王庄水源地形成岩溶塌陷地质灾害隐患[6-7]。

2 地质灾害发育现状及分布特征

2.1 地质灾害发育现状

枣庄市地质灾害基础研究程度较高，以往进行了大量的地质灾害基础研究等工作。

2020年，在不同比例尺地质灾害调查及枣庄市地质灾害排查工作所确定的地质灾害点以及2017年以来自然资源部门新增的地质灾害点等以往地质环境调查的基础上，开展枣庄市地质灾害核查工作。枣庄市共保留地质灾害隐患点80处(图2)。

1—崩塌；2—滑坡；3—采空塌陷；4—岩溶塌陷；5—区市界线图2 枣庄市地质灾害点分布图

枣庄市地质灾害类型有崩塌、滑坡、采空塌陷和岩溶塌陷，其中崩塌、滑坡、岩溶塌陷规模等级以小型为主、采空塌陷以大中型规模为主(表1)。部分岩溶塌陷灾害点以乡镇、街道为单位进行合并保留。

表1 枣庄市地质灾害统计结果表

80处地质灾害点威胁人口480人，威胁财产3689.2万元。枣庄市历史已发灾害107处，死亡6人，直接经济损失39023.97万元。

2.2 地质灾害发育时间空间分布特征

采空塌陷年内发生时间较为分散，全年各个时间段均有发生；崩塌、岩溶塌陷发生时间受降水的影响比较大，多发生于汛期中或汛期后。

地质灾害的形成和发育程度受自然条件和人为因素共同影响，枣庄市地质灾害空间分布具一定规律性。崩塌、滑坡是枣庄地区主要的地质灾害类型，多发生在北部、东北部低山丘陵区；山间、山前平原岩溶水富集区多发生岩溶塌陷，如滕州市荆泉水源地片区、市中区十里泉水源地片区、市中区丁庄-东王庄水源地片区等[8-11]；煤矿、石膏矿是枣庄市的优势矿种，在煤系地层分布区由采矿形成采空塌陷的情况较为普遍[12]，以陶枣煤田、官桥煤田为代表。

3 地质灾害易发程度综合分区评价

3.1 分区方法

本次地质灾害易发程度综合分区评价采用地质灾害综合危险性指数法进行评价，具体评价步骤和过程如下[13-16]。

3.1.1 单元网格划分

运用栅格数据处理方法对调查区进行剖分，每个单元面积为1km×1km。

3.1.2 计算方法

地质灾害综合危险性指数的计算方法：

Z=Zq·r1+Zx·r2

(1)

式中：Z—地质灾害综合危险性指数；Zq—潜在地质灾害强度指数；r1—潜在地质灾害强度权值，根据枣庄市实际，本次取0.7；Zx—现状地质灾害强度指数；r2—现状地质灾害强度权值，根据枣庄市实际，本次取0.3。

3.1.3 潜在地质地质灾害强度指数计算

Zq=∑Ti·Ai=D·Ai+X·Ai+Q·Ai+R·Ai(2)

式中：Zq—潜在地质灾害(崩塌、滑坡)强度指数；Ti—分别为控制评价单元地质灾害形成的地质条件(D)、地形地貌条件(X)、气候植被条件(Q)、人为条件(R)充分程度的标度分值(表2、表3)，各评价指标的选取与评判标准依据具体情况而定；Ai—分别为各形成条件的权值(表2)，根据实际情况进行分配。

表2 潜在地质灾害强度评价因子强度分级表

表3 潜在地质灾害强度评价因子等级分值及权值表

3.1.4 现状地质灾害强度指数计算

Zx=∑Li·Bi=G·Bi+M·Bi+P·Bi+W·Bi(3)

式中：Zx—现状地质灾害(采空塌陷、岩溶塌陷)强度指数；Li—分别为评价单元地质灾害规模(G)、分布密度(M)、活动频次(P)、险情(W)的标度分值(表4)；Bi—分别为反映评价单元地质灾害强度指数计算参数的权值(表5)。

表4 现状地质灾害强度评价因子强度分级表

表5 现状地质灾害强度评价因子等级分值及权值表

各评价因子权重的确定采用了层次分析法，组织水工环地质专家对各层次、各因素的相对重要性提供出定量指标，然后将各参评因素构造判断矩阵，利用MATLAB7.0软件进行计算，由此可以得出各个参评因素的特征向量，即权重值。

3.1.5 地质灾害危险性综合指数计算

根据各单元的地质、地形地貌、气候以及人类工程活动等条件，利用MapGIS空间分析功能，求取评价单元的潜在地质灾害强度指数与现状地质灾害强度指数，分级赋值进行换算叠加，获得评价单元的地质灾害综合危险性指数。

3.1.6 地质灾害易发区划分

依据地质灾害综合危险性指数，通过MapGIS空间分析，划定地质灾害高易发区、中易发区、低易发区、不易发区[17-18]。具体分区标准见表6。

表6 地质灾害易发区分区标准一览表

3.2 易发区分区结果

枣庄市易发区分区结果见图3。

1—地质灾害高易发区；2—地质灾害中易发区；3—地质灾害低易发区；4—地质灾害不易发区；5—区市界线；6—易发区编号图3 枣庄市易发区分区图

3.2.1 地质灾害高易发区

地质灾害高易发区分布面积约为241.61km2，约占全市面积的5.32%，共分布地质灾害点45处，占总数量的56.25%(表7)。

表7 地质灾害高易发区分布情况一览表

3.2.2 地质灾害中易发区

地质灾害中易发区分布面积约为1020.34km2，约占全市面积的22.49%，共分布地质灾害点30处，占总数量的37.5%(表8)。

表8 地质灾害中易发区分布情况一览表

3.2.3 地质灾害低易发区(C)和不易发区(D)

其余区域为地质灾害低易发区(C)和不易发区(D)，均为具有发生崩塌地质灾害的条件区域或未发现地质灾害、现状未造成危害区域，分布面积约为3276.00km2，涉及4个崩塌地质灾害点。

3.3 地质灾害防治分区及防治建议

在地质灾害易发性区划、地质灾害危险程度区划基础上，依据地质环境条件、地质灾害发育现状、灾害变化趋势、灾害危害特征，进行综合分析，将枣庄市划分为重点、次重点和一般防治区三级，根据每一级防治区内灾害稳定现状、发展趋势、危险程度等因素进一步划分地质灾害防治亚区(图4)[19]。坚持“以人为本”的原则，城镇、村庄，主要交通干线和重要工程设施为重点防治对象，其所在区域作为重点防治区；农田、林地、灌丛荒地等为一般防治对象，所在区域作为次重点或一般防治区；重点防治区和次重点防治区以外的其他区域为一般防治区。

1—地质灾害重点防治区；2—地质灾害次重点防治区；3—地质灾害一般防治区；4—县区界线；5—防治分区编号图4 枣庄市防治分区图

3.3.1 重点防治区

主要分布在荆泉、羊庄、十里泉、西王庄等水源地；陶枣煤田、官桥煤田、滕北煤田底阁-冯湖石膏矿区；徐庄-北庄-凫城、单窝-王府山山丘区。分布区域大致为枣庄市岩溶塌陷、采空塌陷、崩塌等地质灾害高易发区，总面积461.72km2，占枣庄市总面积的10.18%，涉及地质灾害点63个。其中，岩溶塌陷7个，崩塌27个，滑坡1个，采空塌陷28个。该区域地质灾害点威胁城镇、村庄、主要交通干线和重要工程设施，稳定性差，危害程度高，需重点防治。

3.3.2 次重点防治区

主要为滕州市山丘区、山亭区重点防治区外的山丘区、市中区北部山丘区、薛城区丘陵区局部、峄城区榴园镇局部以及台儿庄区张山子镇煤矿，区域包括部分采空塌陷高易发区和岩溶塌陷、崩塌中易发区，该区域总面积为800.23km2，分布地质灾害点12个，其中，崩塌8个，岩溶塌陷2个，采空塌陷1个，滑坡1个。地质灾害易发程度和灾害危害程度相对较轻。

3.3.3 一般防治区

分布在重点防治区和次重点防治区以外的区域，总面积约为3276.00km2，占全市总面积的72.19%。该区域内分布地质灾害点4个，类型均为崩塌。一般防治区内地质条件稳定、易发程度和危害程度小。

对重点防治区逐步建立、完善地质灾害自动化监测网络，筹措资金对危害重大的地质灾害隐患点进行治理，逐步开展受地质灾害威胁的居民的搬迁避让工作。次重点防治区建立健全地质灾害防治预案和应急预案，完善地质灾害群测群防体系和群专结合的监测预报体系，逐步开展对地质灾害隐患点的治理工作。一般防治区内地质条件稳定，主要以监测为主[20]。