新疆伊宁县滑坡灾害发育特征及影响因素分析

2022-12-22赵吉海安永刚孙耀锋

西部探矿工程 2022年10期

赵吉海，安永刚，孙耀锋

（新疆地质调查院,新疆乌鲁木齐 830000）

伊宁县地处伊犁河谷中部，整体地势起伏较大，地貌形态相对复杂，在河谷和斜坡地带人类工程活动较多且集中，区内岩性以岩浆岩和沉积岩为主，加之断裂、褶皱等构造活动较发育，岩体较为破碎。县域内发育的地质灾害有滑坡、崩塌、泥石流和地面塌陷四种，其遍及全县10个乡镇。根据2016～2020年伊宁县地灾防治规划统计，全县共发生106起地质灾害，无人员伤亡，主要造成大多数牲畜死亡、道路被毁、草场破坏等，直接经济损失273.9万元，其中：滑坡造成经济损失262.7万元，崩塌损失5万元，泥石流损失2.7万元，地面塌陷损失3.5万元。结合现场调查，伊宁县最主要的地质灾害类型以滑坡为主。本次研究通过野外实地调查并结合已有资料的基础上，查明了县域内地质灾害及隐患的分布、发育特征和地质环境条件，在此基础上，对境内218处滑坡点进行统计分析，确定滑坡灾害的发生与地层、岩性、地形坡度、坡向以及地面高程等因素间的关系，为后期滑坡灾害防治及监测预警产量选取提供一定的依据。

1 地质环境条件

1.1 地形地貌

伊宁县位于天山山脉西段，北依科古尔琴山，走向为NW，东部为EW走向的阿吾热拉山，中部为山前丘陵，呈南北向垄岗状延展，南部为山前冲积—洪积倾斜平原及伊犁河冲积平原，整体地势北高南低，由北东向南西倾斜，地形相对复杂[1]。依据地貌形态成因，总体上可划分为三个大地貌单元和8个亚单元，分别为侵蚀褶皱断块山（Ⅰ1，Ⅰ2，Ⅰ3）、剥蚀堆积块状隆起山（Ⅱ1，Ⅱ2，Ⅱ3）和堆积平原（Ⅲ1，Ⅲ2）（图1）。

图1 伊宁县地形地貌及滑坡灾害分布图

1.2 气象水文

根据伊宁县近二十余年的气象资料（表1，图2）可知，伊宁县属于温带大陆性半干旱气候，冬春温暖湿润，夏秋干燥较热，昼夜温差明显，每年一月最冷，平均气温可达-7.6℃，7月最热，平均气温达22.6℃，极端最高、最低气温分别为41℃和-34.3℃，总体来看伊宁县热量资源比较丰富，气温变化较为剧烈[2]。

表1 拟建场地地下水成分统计表

图2 伊宁县多年气象要素曲线图

表1 伊宁县多年平均气温、降水量和蒸发量

伊宁县地形地势特殊，境内自然降水较丰富，多年平均降水量可达330mm，平均蒸发量为1621mm，蒸发量是降水量的4.9倍，其中11月份降水量最大、4月份次之，分别达到了51.2mm和44.5mm，降雨量从北向南，随着纬度的降低而降低。县域内河流众多，水资源较为丰富，全县地表水年径流量可达5.04×108m3，年平均流量达15.98m3/s，县境内除了过境河流喀什河和伊犁河之外，北山发育有多条中小水系（图1）。

1.3 地层岩性

伊宁县境内出露的地层有元古界的蓟县系、青白口系、南华系以及震旦系；古生界的寒武系、奥陶系、志留系、石炭系、二叠系和中生界的三叠系、侏罗系，白垩系以及新生界出露的古近系地层及第四系[3]（图3）。侵入岩主要为石炭系、奥陶系和二叠系的花岗岩和闪长岩，分布相对分散，在县域内的北部高山区、中部中山区以及东南部中低山区均有出露。

1.4 地质构造

县域内主要有两条断裂，分别为北部的科古琴断裂和中部喀什河断裂。科古琴断裂全长约145km左右，近东西走向，西起果子沟上游，向东延伸至库斯提乌苏河上游，是古生界和元古界的分界断裂；而中部的喀什河断裂全长逾350km，总体呈北西西方向延伸，是天山内部逆冲活动规模相对较大的一条变形构造，此断裂由多条断层组成，断面N倾，为天山腹地重要的地震断裂带（图3a）。

1.5 工程地质

县域内工程地质条件相对复杂，整体处于天山不稳定工程地质亚区。根据成岩作用程度和岩土颗粒间的连接牢固程度，将其分为岩体和土体两大类。据建造类型、结构类型并结合强度，岩体又可分为3类工程地质岩组，分别为层状较坚硬火山碎屑岩组、块状坚硬花岗岩、闪长岩等侵入岩岩组和互层状较软弱以砂岩、砾岩为主的碎屑岩岩组（图3b）。

图3 伊宁县地质图和工程地质岩组图

层状较坚硬火山碎屑岩组分布于县境西北部科古尔琴山、阿吾热拉勒山等高山区，岩性主要为粉砂岩、砂岩、页岩、灰岩、碳酸盐岩、海相碎屑岩等，局部夹钙质粉砂岩和砂岩。岩石结构主要以层状和片状为主，碎裂结构次之，岩石力学强度中等，干抗压强度在30～50MPa之间，工程地质条件较好，在山区沟谷深壑处和断裂破碎带区域容易形成崩塌，从而为泥石流提供丰富的物源。

块状坚硬花岗岩、闪长岩等侵入岩岩组集中分布在县境中部山区，西北角和东南角零星分布，整体呈东西条带状展布，岩性主要为闪长岩和花岗岩类，为华力西期中晚期侵入岩。岩体结构类型以块状结构为主，镶嵌结构次之，岩性均一，坚硬致密，完整性好，力学强度高，干抗压强度好（R＞80MPa），工程地质性能较好。

互层状较软弱以砂岩、砾岩为主的碎屑岩岩组分布于县境中部山前地带和东南角的丘陵地带，岩性主要为砂岩、砾岩、砂砾岩、泥岩等，岩体结构类型以块状为主，镶嵌结构次之，岩石力学性质中等，干抗压强度弱，工程地质条件一般，岩石遇水易软化崩解，失水坚硬，透水性相对较弱，有利于黄土滑坡的形成。此外局部区域由于构造运动的影响，岩石多呈中等—强风化程度，且县内多处煤矿（庆华煤矿等）分布于此，易形成地面塌陷。

黄土状亚砂土单层土体多分布于县境内山前及山麓地带，北部中高山区有零星分布，其主要为第四系更新统风积成因的黄土，多为浅黄色、灰黄色，野外观察土质结构密实，稍湿，有虫洞，含钙质结核和螺壳，其垂直节理较发育。从土的颗粒分析成果看出均属于粉土。黄土多分布于低山丘陵地形，地形坡度较为起伏，多属于牧民的夏冬牧场，也是农牧民活动较为频繁的地区。区域内牛羊等畜牧数量较多，局部地区植被覆盖率较低，人为开挖沟槽、掘地采药及畜牧活动等人类活动，将导致山体涵养水份和保持水土能力大大降低，由于黄土垂直节理发育，在融雪、持续性降雨或暴雨的条件下，水体沿垂直节理和裂隙由高处向低处流动，当长期作用和润滑于一个结构面时，抗剪强度急剧下降，进而形成滑坡灾害。县域内滑坡灾害滑体多为黄土，主要发生在河谷两侧的低山丘陵，可能对两侧居民区、活动的人类及牛羊等牲畜造成危害。

2 滑坡发育特征

伊宁县地质灾害较为发育，其中以滑坡灾害为重要地质灾害类型，本次野外实地调查滑坡灾害点共计218处，占地质灾害总数的92.76%。重要滑坡点的基本特征见表2，其中主要的滑坡有喀拉亚尕奇乡潘津布拉克滑坡和潘津布拉克六组滑坡等。

表2 伊宁县滑坡灾害点基本特征表

根据《滑坡崩塌泥石流调查规范1:50000》中的划分标准[4]，从规模上来看，县域内218处滑坡灾害点中无大型和特大型规模的滑坡，中型滑坡10处，小型滑坡为208处，分别占滑坡总数的4.59%和95.41%（图4）；从物质组成上，主要为土质滑坡，滑体物质以黄土为主，占滑坡总数的95.87%，岩质滑坡较少；从形成时代上，以新滑坡和老滑坡为主，占比分别达到49.54%和47.25%，而古滑坡较少；从整体稳定性上，以基本稳定性滑坡为主，而处于不稳定状态的滑坡相对少；从运动形式上，主要为牵引式滑坡，占滑坡总数的55.05%。从诱发因素上，以自然滑坡为主，工程滑坡较少；从滑体厚度上，大部分滑坡为浅层滑坡（厚度小于10m），少部分为中层滑坡（厚度10～25m），无深层滑坡。具体情况见表3。

表3 滑坡分类结果表

图4 滑坡规模统计图

续表2伊宁县滑坡灾害点基本特征表

3 滑坡致灾因素分析

地质灾害的形成是由内外因共同作用的结果，它们之间相互影响，相互补充，多种因素综合作用确定，如地层岩性、地形地貌和地质构造等因素是灾害体形成的基础条件，而降雨、融雪、地震及人类工程活动等因素是地质灾害形成的诱发因素。伊宁县滑坡总体上与地层岩性、地形地貌和岩土体结构等密切相关，而滑坡灾害的发生则与融雪、降水和人类工程活动等因素关系较为密切。

3.1 地层岩性与滑坡

伊宁县境内的滑坡大多为土质滑坡，滑体物质以第四系黄土状粉土为主；而岩质滑坡较少，其滑体物质主要为残坡积物和崩坡积碎石土，整体来看，滑坡体结构松散，滑床以砂岩、泥岩及硬基岩为主。

母岩的风化破碎，逐渐形成了松散堆积层，其力学性质与母岩关系较为密切，如安山岩、花岗岩等硬质岩体和层状或块状的砂岩岩体多形成崩积、崩坡积体，松散堆积物中的软弱交互层和软硬相间的岩体均不利于斜坡体的稳定。在形成松散堆积物的过程中，也在自身调节，处于平衡状态，但当外部因素不断累加时（如降水、坡形和坡面荷载的改变），将会逐渐打破这种平衡，从而容易引发滑坡[5-6]。

伊宁县滑坡多为浅层滑坡，厚度小，一般在10m以内。滑坡多沿基覆交界面（基岩面和软岩面）滑动；滑床或下伏硬基岩主要为石炭系的凝灰岩、灰岩和砂质灰岩及新近系的砂质泥岩和砂岩等地层。

3.2 地形坡度与滑坡

根据调查资料统计可知，伊宁县滑坡坡度多在10°～64°之间，其中最小坡度为10°，最大坡度为64°。虽然地形坡度没有改变斜坡内部应力的分布状态，但对坡体内应力的大小有重要的影响，坡度与应力在一定程度上呈线性正相关关系，即随着坡度的增加，应力值也会相应增加[7]。根据坡度与滑坡的对比关系图（图5）可知，地形坡度在20°～45°时滑坡出现概率最大，占比可达60.55%。斜坡坡度大于45°时，坡面会出现一定的集中剪应力，导致发生崩滑性滑坡，其滑移速度快，使滑体物质快速脱离滑床，达到平衡状态，此类型多以表层和浅层滑坡为主。

图5 伊宁县滑坡与坡度关系对比图

3.3 工程岩组与滑坡

伊宁县境内发育有不同地质时期的多种工程岩组，主要包括以下五种：①互层状较软弱以砂岩、砾岩为主的碎屑岩组（县境内中部及东南角山前丘陵地带）、②层状较坚硬火山碎屑岩组（县境内西北部的中山区）、③块状坚硬花岗岩、闪长岩岩组（县境内中部中高山区）、④黄土状亚砂土单层土体（低山丘陵及山麓地带）和⑤砂砾石单层土体（县境内南部河床和低阶地上）；其中以①和②岩组灾害分布较多。

由于滑坡灾害与工程地质岩土体有明显的对应关系，加之其受黄土分布的控制，伊宁县的滑坡主要发生在三种岩组与土体的组合上。其一为黄土直接覆盖在互层状较软弱基岩上，由于黄土层较厚，滑动带位于土体和软岩的接触面上，在降雨和融雪条件下，水分不易下渗，在表层达到饱和，在后期坡面加载、降雨等长期作用下易发生滑坡；第二种为黄土单层土体，这类滑坡由于黄土特殊的性质，一般无统一滑动面；第三种为黄土上覆于基岩之上，这类滑坡由于黄土覆盖层相对较薄，在后期降雨等条件下，容易沿基覆交界面滑动，多为推移式滑坡。

3.4 地面高程与滑坡

在调查区内不同的高程地区，其斜坡相对高度差异较大，高程与斜坡变形破坏具有一定的相关关系。根据滑坡发育高程柱状图（图6）可知，伊宁县滑坡主要分布在圆顶低山区（1630～2050m），该区域内地质条件相对复杂，多处可见软岩组或坚硬火山岩组出露，且上覆的第四系黄土层或残坡积物较为松散，加之斜坡坡度较陡，因此滑坡灾害相对较多。

图6 伊宁县滑坡发育高程柱状图

3.5 坡向与滑坡

从坡向与滑坡的关系图中（图7）可以看出，位于北、北东、北西和西面坡向的阴坡上的滑坡为119处，占灾害总数的54.59%，而处于东、南、东南和西南坡向的阳坡上的滑坡为99处，占灾害总数的45.41%，由此可知县内黄土阴坡面的滑坡相对较多。由于山坡不同的朝向，其小气候和水热条件会有所差异，最终导致斜坡土体的水量、风化程度等要素不同。阴坡太阳辐射柔和，水分蒸发量少，土壤相对湿润，植被生长较好，使得黄土层运移较难，因此黄土的沉积环境相对较好，土层较厚，而阳坡正好相反，黄土层较薄，一旦受降水等因素的影响，阴坡面的滑坡规模大，影响范围广，损失相对严重[8]。