铜陵市地质灾害特征及发育规律

汪 璐

（安徽省地质矿产勘查局321地质队）

铜陵市地处安徽沿江丘陵平原地区，区内地质构造复杂，碳酸盐岩广泛发育，地质灾害频发，严重威胁了人民群众的生命财产安全，影响了正常生产生活。如1996年铜山铜矿滑坡，直接导致选厂损毁，损失达300余万元；1992—1996年铜陵军分区库房滑坡，滑坡土方达1.8×104m3；1999年汛期，市建成区产生滑坡18处，造成4家矿山停采，20余栋房屋毁坏［1］。2016年，铜陵五峰山山前缘出现小幅隆起和局部裂缝，严重威胁到山脚下五峰村［2］，1955年小街地区岩溶塌陷，至2017年，先后有31处被列为岩溶塌陷地质灾害点［3］。本研究以铜陵市1∶5万地质灾害调查成果为基础，阐明该区域地质灾害发育类型、地质灾害特征及地质灾害分布规律，对于指导区内地质灾害防控具有十分重要的意义。

1 地质环境背景因

1.1 地形地貌

铜陵市属沿江丘陵平原区，总体地势东南高、西北低，地形复杂多样，平原、丘陵、山地兼有。平原主要分布在长江及其支流两岸，地形平坦开阔，标高10～20 m；受构造控制，低山丘陵整体呈NE向展布，主要分布于大通—铜官山、天门一带，地形起伏大，一般为100～500 m，最高点为天门山576.6 m。地貌类型主要分为平原、丘陵两个大类，平原、浅丘状平原、低丘、高丘4个亚类，微地貌类型主要有冲沟、坳谷、岗地等。

1.2 地层岩性

根据沉积建造特征，区域地层可划分为9个构造层（表1），区域地层的基本特征为志留系—中三叠统下部东马鞍山组以海相沉积为主，中三叠统上部月山组—古近系以陆相碎屑岩夹火山岩为主。

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1.3 地质构造

铜陵地区构造复杂，由一系列NE走向“S”状、相间序列排列的开阔式复向斜和紧闭式背斜组成，自西向东分别为金口岭向斜、铜官山背斜、大通—顺安复向斜、永春桥背斜—舒家店背斜、新屋里向斜、戴公山背斜。背斜较为狭窄而紧闭，向斜较宽阔，轴向北东，轴面呈“S”状弯曲，枢纽略有起伏，总体向NE向倾伏，倾伏角为5°～15°，受NW向断裂影响导致NE端相对“左型”位移且依次迭落，背斜核部出露地层逐渐变新。

盖层断裂构造十分发育（图1），主要为NE、NW向断裂，具有多期性、继承性的特点，NE向断层以逆冲断层为主，规模较大，位于背向斜两翼，与背向斜走向一致，NW向断层以正断层为主，横切背斜与向斜构造，使地层沿走向错断不连续。上述断层形成先后顺序为NE向断层（走向断层）与褶皱同期形成，时代早，NW向断层时代晚［4］。

（1）NE向断裂构造。与褶皱轴向一致，走向45°～55°。主要由一系列断续分布的断层组成，常发育在褶皱的翼部，总体表现为压剪性断裂带，具有逆断层性质，为印支期及印支期后形成。

（2）NW向断裂构造。断裂走向320°左右，以逆冲平移断裂和挤压破碎带为主，常切穿早期褶皱构造和断裂构造，具有多期不同性质活动特点，但主要表现为左行走滑正断层特点，多为印支后期和更晚时期形成。

（3）SN向断裂构造。一般呈近SN向或NNE向延伸，数量少但规模较大，常对早期构造形成较大的破坏。

（4）NNE向断裂构造。表现为压剪性断裂性质，规模一般不大，断续分布，走向20°～30°，一般陡倾，断裂变形强烈，发育碎裂岩，局部见糜棱岩，主要形成燕山期。

（5）NNW向断裂构造。断裂走向350°左右，以平移断裂和挤压破碎带为主，常切穿早期褶皱构造和断裂构造，具有多期不同性质活动特点，但主要表现为左行走滑正断层特点，多为印支后期和更晚时期形成。

2 地质灾害类型及特征

铜陵市地质灾害较发育，类型为岩溶塌陷、采空塌陷、滑坡崩塌。铜陵市现存地质灾害24处。以滑坡地质灾害为主，计13处，占总数的54%，次为岩溶塌陷，计8处，占总数的34%；其余尚有采空塌陷2处，占总数的8%；崩塌1处，占灾害总数的4%（表2）。

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2.1 滑坡

据调查，铜陵市现存13处滑坡，规模以小型为主，仅有1处为中型。按照滑坡体岩土类型划分，岩质滑坡2处、土质滑坡3处、碎石土滑坡8处，土质滑坡和岩质滑坡所占比例分别为84.62%和15.38%，以土质滑坡为主。按照运动形式划分，牵引式滑坡占10处，推移式滑坡占3处，所占比例分别为76.92%和23.08%。

据调查，滑坡平面形态主要为舌形、半圆形及不规则形，其中半圆形3处、舌形6处、不规则形4处，各占地质灾害隐患点的23%、46%、31%。滑坡剖面形态主要呈凸型、凹型、直线型及复合型，其中凸型有4处，凹型有4处、直线型各有4处、复合型1处，各占地质灾害隐患点总数的31%、31%、31%、7%（表3）。

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2.2 岩溶塌陷

据调查，现存8处岩溶塌陷，其中小型规模5处、中型规模3处。塌陷坑平面形态具有圆形、椭圆形、长条形、不规则形等。剖面形态具有坛状、圆柱状、漏斗状、碟状等，以坛状和圆柱状为主。塌陷坑直径和深度多小于5 m。直径小于5 m的塌陷占总数的73.7%，深度小于5 m的塌陷占总数的87.1%，直径和深度大于10 m的较为少见（表4）。

注：d为塌陷直径，h为塌陷深度。

2.3 采空塌陷

据调查，现存的2处采空塌陷地质灾害隐患点规模均为中型。铜陵地区矿山一般为金属矿山，采用井下开采方式，相较于煤矿井下巷道，采空区规模不大。因此，铜陵地区采空塌陷较少表现为大规模的地面沉陷，多表现为塌陷坑、地裂缝和地面沉陷。

（1）塌陷坑。以井下采空区为中心形成塌陷坑，多呈圆筒状、长条状，深数米至数十米。

（2）地裂缝。地下采动引起的地表拉伸变形，一般长10～30 m，宽0.02～0.3 m，与塌陷坑或地面沉陷伴生出现，一般与采空区边界外侧呈环状分布，较少出现在采空区正上方。

3 地质灾害发育规律

3.1 滑坡发育规律

（1）坡度坡向。铜陵市滑坡地质灾害点主要分布于原始坡度10°～20°，但根据实际调查，大部分滑坡坡度处于50°～90°，多是由于人工切坡形成。地质灾害在各个方向均有发育，没有明显的指向性，由于建房切坡引发的滑坡、崩塌一般分布在山坡向阳面的坡脚处，这是因为居民住房一般位于阳坡以便拥有良好的采光性。道路切坡则没有明显的方向性。

（2）地形地貌。主要分布于铜陵市中南部丘陵区，地形起伏变化大，地质构造（褶皱、断层）发育强烈，岩体风化破碎程度高，铜陵市北部为沿江冲积平原区，地形平坦，虽然人类工程活动（建房、修路）强烈，但基本无切坡现象，因此滑坡崩塌地质灾害较少。

（3）构造与工程地质岩组。滑坡地质灾害多分布在背斜近轴部位置，褶皱构造在水平应力作用下，背斜隆起至轴面近直立，多伴随形成一系列张性裂隙，岩石破碎严重，对地质灾害的控制作用较为明显。铜陵市土质滑坡多位于第四系残坡积层、少数为人工填土层（矿山排土场），成分多为含砾黏土、碎石土或黏土夹碎石，结构较松散，物理力学性质较差，遇水易软化。铜陵市岩质滑坡与工程地质岩组关系密切，主要表现为：①较坚硬—软弱厚层状砂砾岩、砾岩（N2a+K）和较坚硬—软弱薄层状硅质页岩、砂质页岩（P2d、P2l、P1g1）；②发育泥质、碳质软弱夹层的粉砂岩、粉砂质页岩及薄层状含泥质石灰岩（D3w2、T1y、T1h）；③极易风化的块状闪长岩、花岗闪长岩等岩组构成滑坡体。

（4）时域分布。根据对铜陵市历史上滑坡崩塌地质灾害的统计分析发现，该区域滑坡崩塌地质灾害主要发生在大水年份，并且多发生在汛期，尤其是5—8月份。

3.2 岩溶塌陷发育规律

3.2.1 分布规律

岩溶塌陷地质灾害分布于岩溶充水矿山周边的山间冲沟、坳谷且隐伏溶沟、溶槽等岩溶现象发育的负地形中。这是因为岩溶充水矿山附近地下水活动（矿山抽排水）相对更强烈、负地形中地表水易于汇集，同时发育的溶沟、溶槽等溶蚀现象使地表水与地下水之间联系更为紧密［5］。区域岩溶塌陷主要分布于下伏基岩为栖霞组、南陵湖组地层的浅覆盖型岩溶区以及褶皱核部或近核部部位。主要原因为核部地层破碎、地下水活动强烈，造成塌陷密集分布；沿断裂破碎带呈带状分布，尤其是张性或张扭性断裂带两侧塌陷分布密集；塌陷均为上覆土层破坏陷落的土层塌陷，尚未发现基岩塌陷。

3.2.2 影响因素

通过对铜陵地区塌陷发育深度及覆盖层厚度的统计分析，覆盖层厚度与岩溶塌陷发育数量呈负相关关系，土层厚度越大，土洞顶板埋深越大，土洞发育进展越缓慢，能经受地下水潜蚀的过程越长，越难以塌陷；反之，上覆土层厚度越薄，土洞顶板埋深越小，土洞发育进展就越快，越容易产生塌陷。

根据调查，岩溶发育程度越高，塌陷密度越大；反之，则小。在具体位置上，体现为岩溶发育强烈的区段是塌陷主要分布区，如小街、新桥、朝山、白家山地区下伏基岩为灰岩，基岩面起伏大，溶沟、溶槽、溶蚀裂隙发育，岩溶塌陷分布密度大。

背向斜轴部、断裂带及伴生裂隙、岩体接触带等地质构造将地层切割呈网状，形成地下水渗流运移的良好通道，为碳酸盐岩沿网状裂隙溶蚀创造了良好环境，为塌陷的形成提供了有利条件。

3.3 采空塌陷发育规律

区域采空塌陷发育规律可描述为：①采空塌陷多发生在矿区及周边500 m以内范围内；②采空塌陷主要为浅层塌陷，塌陷深度一般小于30 m，极少数塌陷深度大于30 m；③单个塌陷具有突发性，多发生在矿山大爆破时，滞后时间短；④从整体上看，铜陵市采空塌陷多集中发生在20世纪90年代至21世纪初采矿活动集中期；⑤采空塌陷多分布在矿层埋深浅、厚度大、倾角陡、采空面积大且未及时充填处。

4 典型滑坡地质灾害点分析

4.1 滑坡特征

本研究针对五峰山岩质滑坡案例进行分析。该处滑坡位于铜陵市义安区五峰村，滑坡体宽约300 m、长约320 m，面积约80 000 m2，滑带埋深最深达40 m，预测体积约30×104m3。滑坡全貌见图2，平面形态为舌形、剖面形态为复合型，为岩质、推移式滑坡，滑带土岩性为全—强风化泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩，滑床为中风化石英砂岩。滑坡可见明显的滑坡后壁和滑坡侧壁、坡体存在拉张裂缝、滑坡体前缘陡坎处存在小型崩塌且前缘道路处存在鼓胀等现象。

4.2 地质环境条件

滑坡区地貌属低山丘陵地貌类型，处于五峰山北侧，周边1 km海拔55～394.3 m，自然坡度10°～35°、前缘局部45°～60°；滑坡体坡面产状330°∠10°～30°、岩层产状320°～55°∠35～42°（前缘局部存在倒转现象），为顺层坡；节理面产状分别为235°∠46°和115°∠71°，形成“X”形共轭节理，结构面张开度为1～3 mm，部分大于3 mm，延伸长，泥质充填或半充填，结合差；滑坡周边主要人类工程活动为矿业开采活动，现滑坡前缘存在多处采矿遗留陡坎、巷道口；滑坡体岩性为残坡积层松散碎石土层和五通组上段全—强风化石英砂岩、石英粉砂岩夹多层泥质软弱层，最厚处达40 m，透水性极强。

4.3 成因分析

滑坡上部土体结构松散、透水性强，下部为全—强风化粉砂岩夹泥质夹层、遇水易软化，物理力学性质差。根据滑坡体变形特征并结合滑坡体地质环境条件，认为五峰山滑坡变形机制或变形破坏模式是一个受控于坡体层间软弱层夹层“滑移—弯曲—剪断”模式或“滑移—剪断”模式。

滑坡后缘存在下错陡坎（滑坡后壁、侧壁），表明后部已产生滑动；前缘产生隆起（道路鼓胀），较原始地形高出数米，表明前缘受挤压，前缘陡坎处岩层产状与岩层整体产状不一致。上述现象均与上述分析的变形破坏模式相吻合。

5 结论

（1）铜陵市地质灾害类型以滑坡为主，其次为岩溶塌陷、采空塌陷、崩塌，各类地质灾害占比分别为54%、34%、8%、4%，地质灾害规模多为小—中型。滑坡地质灾害以牵引式土质滑坡为主，从分布规律上看，多分布在铜陵中南部低山丘陵区，与人类工程活动关系最为密切，5—8月份汛期为滑坡高发期。岩溶塌陷多形成于矿山周边，与矿山疏干排水关系密切，多发育栖霞组、南陵湖组碳酸盐岩及褶皱和断裂构造部位。采空塌陷发育于井采金属矿山周边，尤其是早期采矿活动产生的采空塌陷多发。

（2）通过对铜陵市地质灾害发育特征与发育规律的综合研究，认为今后在生产中进行切坡作业时，应进行支护结构设计，避免由人工切坡引发的滑坡、崩塌地质灾害；矿山应做好开采设计，防止采空塌陷造成重大安全隐患，并采取相应的工程措施，如进行外围注浆降低矿山与外围水文单元的联系等，预防岩溶塌陷的发生。