地质灾害风险调查中孤（滚）石的地质成因类型和孕灾情况分析——以漳州云洞岩调查区为例

汤智超

（福建省196 地质大队 福建漳州 363007）

0 引言

福建省闽东南沿海区花岗岩广泛出露（厦门、泉州、漳州尤为突出），漳州云洞岩位于漳州市龙文区蓝田街道蔡坂村，距漳州市中心仅8 km，是漳州市区唯一的国家4A 级旅游景区、省级风景名胜区、省级重点文物保护单位，被誉为“闽南第一洞天”。云洞岩主要由花岗闪长岩、晶洞花岗岩体组成，由于岩体长期受到风化、剥蚀等外力地质作用，形成了别致的花岗岩地貌。在整个云洞岩从山脚至山顶几乎由各种形态各异的花岗岩孤（滚）石组成，云洞岩作为孤（滚）石的典型分布区域，主要具有孤（滚）石分布范围较广、大小不一、复杂叠加关系等特点［1］。云洞岩常年均有大量游客进行登山活动，人类活动频繁，加之坡脚处多为蔡坂村居民区、旅游休闲配套设施区等，因此对云洞岩孤（滚）石的调查显得尤为重要。本次通过项目工作，梳理、总结出云洞岩孤（滚）石主要地质成因类型、稳定性影响因素，以及典型孤（滚）石潜在致灾情况分析，并提出相应防治措施。

1 调查区概况

1.1 调查区范围

根据以往收集的资料及前期踏勘成果，云洞岩孤（滚）石调查区潜在影响对象集中分布在云洞岩南侧斜坡坡底及上山旅游道路两侧，北侧斜坡潜在影响范围均为林地，植被发育，无承灾体。因此本次地面调查以南侧斜坡及上山旅游道路两侧分布的滚石为主，北侧斜坡仅作一般调查，主要利用高精度无人机进行航测，调查范围见图1。

图1 云洞岩孤（滚）石调查区工作范围、路线和点位

1.2 地形地貌概况

云洞岩位于漳州市龙文区东部，主峰海拔280 m，属丘陵地貌，其西侧为漳州平原。在云洞岩南坡及北坡局部区域存在陡崖、陡坡、缓坡、平台等多种微地貌类型，其山岩突兀，怪石嶙峋。

1.3 地层岩性及构造

（1）侵入岩。云洞岩主要为燕山期侵入岩，岩性绝大多数属酸性、中酸性花岗岩类，受区域侵入岩体影响较大，主要为第一次侵入岩属长泰岩体，出露在厦门—南靖断裂带上，岩体接触面为花岗闪长岩相及第三次侵入岩属新村晶洞花岗岩，多数岩体边界弯曲，绝大多数仅出露边缘相。

（2）构造。云洞岩地处环太平洋地质构造带，其花岗岩形成于中生代晚期（距今0.8 亿～1 亿a），该地质时期地幔顶部的岩浆多次侵入到地壳中，经历多次的地质构造运动和多次海侵海退，随着地壳上升，受到长期的风化、侵蚀、剥蚀之后，构成别致多姿的花岗岩地貌。

1.4 气象水文条件

云洞岩属亚热带海洋性季风气候，夏季主导风为东南风，冬季为西北风，全年平均气温21.4 ℃，年平均降雨量1 560 mm，无霜期330 d。根据现场调查，云洞岩山顶及斜坡未发现泉眼及地表水体，坡脚见有人工开挖池塘。在暴雨或持续降雨期间，在滚石裂隙见有渗水现象。

2 调查成果

2.1 旅游路线调查（地面调查）

云洞岩（孤）滚石调查区地面调查面积0.60 km2，调查路线均从斜坡坡底至坡顶，主要沿着旅游道路两侧孤（滚）石开展详细调查。本次地面调查共4 条调查路线，重点调查对景区旅游路线安全威胁较大的孤（滚）石118 个，具体工作量见表1。

表1 调查工作量一览表

各路线具体调查情况如下：

（1）0 号调查路线由南侧斜坡坡底至坡顶，滚石空间上沿着斜坡中下部分布较为稀疏，中上部分布较为密集；中下部滚石堆叠现象较少，多数为单个滚石独立存在，下底面多为坡积土或残积土，节理裂隙多不发育，周边植被较发育；中上部普遍见有大小不等滚石相互堆叠现象，多数滚石发育裂隙，并存在临空面，滚石粒径较大，周边植被较为稀疏。

（2）1 号调查路线由南侧斜坡坡底至坡顶，滚石空间分布不均匀，集中分布在斜坡坡底及坡顶处，该路线上部较典型的特征是大小不等滚石发育于2 个基岩裂隙之间，接触面较小，下底面均处于临空状态，并位于旅游路线上方，滚石两侧基岩可见砂土状强风化。

（3）2 号调查路线终点为南侧斜坡中部，与1 号路线相连接，该路线滚石零星分布，斜坡类型为土质斜坡，多数滚石局部嵌入或半嵌入至坡积土内，个别滚石因下底面坡积土被冲刷而形成临空面，滚石粒径普遍较小，滚石周边植被较发育。

（4）3 号调查路线共调查滚石17 个，由南侧斜坡坡腰至坡顶，该条路线上滚石均匀分布，多数滚石单个存在，滚石堆叠现象较少。周边植被多数为榕树，少量杂木，榕树根系较发育，下底面多为坡积土，坡积土内可见榕树根系，但未见植被根劈作用。

2.2 调查区外围调查

滚石地质灾害的发生通常受外界环境干扰，导致滚石自身力学平衡遭到破坏，在重力作用下沿着斜坡向下翻滚、跳跃等运动方式，由于速度快，冲击力大，往往对下方承灾体造成较为严重的破坏［2］。本次对云洞岩外围主要调查是否存在残留在现场的滚石、受破坏的承灾体、滚石发生后形成破坏轨迹等，并询问当地居民历史上是否发生过滚石地质灾害的一些基本情况。本次共采集16 个调查点。

通过对云洞岩孤（滚）石调查区外围调查发现，其周边植被发育，建筑物稀疏，人口密度较小，多数为临时搭建工棚、简易木屋等，土地利用类型多为农田、园地、村道等，调查斜坡、坡脚等处未发现地表水及泉眼出露。各调查点周边尚未发现新发生或历史上发生的滚石滚落及受破坏痕迹。经询问当地居民，近年来未发生滚石地质灾害［3］。

2.3 航测影像解译（倾斜摄影三维建模）

数字航空摄影测量主要针对云洞岩孤（滚）石调查区，利用高精度无人机（飞马D2000），设定相对航高96 m 进行测量，测量面积0.68 km2，影像分辨率1.5 cm，测量精度完全满足本次调查工作需要。

经现场航测，室内影像拼接、解译，本次共解译滚石1 419 个，主要解译滚石大小、形状、下底面物质组成，斜坡坡向、坡度、滚石长轴方向、滚石堆叠情况、裂隙发育程度等相关参数。通过对滚石各参数进行综合分析，定性评价每个滚石的稳定性，并对调查或解译的每个滚石填写相应的调查表，保证每个滚石稳定性评价有迹可循［3］。

3 地质成因类型分析

孤（滚）石与崩塌、滑坡等重力地质现象一样，是斜坡或边坡重力演化的一种形式［2］，即重力作用下内部因素和外部因素共同作用的结果，其成因受到地形地貌、地震、降雨、植被根劈作用、人类工程活动等外部因素的影响。滚石在不同的外因影响下，成因存在一定差异。根据本次地面调查成果，大致将云洞岩孤（滚）石调查区内滚石分为4 种成因类型，见图2。

图2 云洞岩孤（滚）石调查区不同成因分区示意图

3.1 整体崩落

主要分布在南部斜坡东侧～东南侧一带，地形坡度相对平缓，多数由于地震或构造活动，导致受到强烈的外力作用，大小不等滚石经一段距离的位移，在地形低洼处堆积。其主要特点为大小不等滚石之间相互叠置，具有复杂的堆叠关系，并形成大小不等的“石洞”。孤（滚）石分布较为集中，且数量多，滚石之间粒径相差较大（分选性差），往往形成一定的临空面，但滚石间的相互作用力处于平衡状态，在无外力作用下，仅靠自身重力作用，难以发生滚石下落、回弹、跳跃等运动形式，总体处于相对稳定状态。

3.2 风化残留

主要分布在斜坡坡顶，地形坡度平缓，滚石多呈单个分布，下底面多为基岩。由于地势平坦，在无外力作用下，仅靠自身重力作用，难以发生滚石下落、回弹、跳跃等运动形式，总体上相对稳定。但个别滚石位于斜坡（陡崖）边缘，局部存在临空面，滚石在外力作用下，可能发生沿斜坡或陡崖自由飞落。由于高差大、坡度陡，此类型滚石往往冲击力巨大，破坏性强。

3.3 滚落

主要分布在南部斜坡西侧一带，自然坡度较陡，滚石位于斜坡坡面上。由于受到各种因素影响，一部分滚石堆积在地形平缓区域，受外界影响因素较小，稳定性较好；另一部分滚石滚落过程中受到障碍物的阻挡而停留在斜坡上（坡度较陡）。当外界因素发生改变，如降雨导致滚石下底面坡积土力学性质发生改变、植被受到破坏等导致力学平衡发生改变，在自身重力作用下，滚石可能再次发生滚落，形成滚石地质灾害，此类滚石稳定性相对较差，受外界因素干扰较强，其稳定性需引起重视。

3.4 剥落

该成因分布范围较局限，仅分布在云洞岩南北两侧陡崖。滚石位于陡坡坡面上，其块体大小受节理裂隙及基岩风化程度等因素影响，当块体剥离并滑落至静止时，其相对较稳定，在上部块体不断滑落并堆叠时，由于堆载力的不断增大，整个堆体受力不平衡，块体会发生沿着陡坡二次滑落的可能性。

4 稳定性影响因素分析

云洞岩孤（滚）石稳定性受诸多因素共同影响，起到决定性作用的主要为滚石形状、所处斜坡（边坡）坡度及物质组成内因，而诱发其发生滚石地质灾害的因素主要为降雨、人为活动等外因。

（1）滚石形状：滚石的形状对滚石稳定性起着决定性作用。工作区内滚石形态多种多样，多呈近圆状、椭球状或不规则状，部分呈板状、楔形。当滚石形状呈圆形或近圆形，在外力作用下，力学平衡发生改变时，极易沿斜坡发生滚落；当滚石形状呈板状、长柱状等，受形状限制，难以沿斜坡发生滚落，稳定性相对较好；当滚石呈椭球状时，若其长轴方向与斜坡坡向一致，则相对稳定；若短轴方向与斜坡坡向一致，则稳定性较差。

（2）斜坡（边坡）坡度：云洞岩孤（滚）石发部分分布于平缓斜坡，局部分布于较陡的斜坡，直接影响坡面上块体的稳定性和运动路径，滚石受自身重力作用较大，稳定性相对较低，较容易发生滚落。

（3）坡面的物质组成：云洞岩孤（滚）石调查区坡面物质组成主要为岩石和松散堆积物2 种，其中松散堆积物主要为坡积土和残积土等，岩石则包括基岩或滚石。另外，坡面的物质组成及物理力学性质则决定滚石在坡面上运动时的摩擦系数（包括滑动摩擦和滚动摩擦）、回弹系数等。当坡面为松散堆积物时，由于属软弱结构面，在降雨或地表水浸泡时，强度将大大降低，摩擦力随之下降，因此滚石下底面为松散堆积物时，稳定性相对较差，反之当下底面为基岩时，稳定性相对更好。

（4）降雨：该区受暴雨或持续降雨影响较为明显，在雨后，部分地表水沿着滚石节理、裂隙渗入滚石内部或作用在结构面，而水具有润滑作用及提高静水压力等作用，可能使本已接近极限平衡状态的滚石失稳，对其稳定性产生不利的影响。

（5）人类活动：云洞岩孤（滚）石调查区属云洞岩风景区，无人为开挖、爆破等活动，但因该区西北侧为工业区，工程活动频繁，各种大型机械、车辆产生的震动对滚石稳定性可产生一定的影响。

5 典型孤（滚）石潜在孕灾情况及防治措施

5.1 蠕动孕灾及防治措施

5.1.1 蠕动孕灾分析

通过本次对云洞岩孤（滚）石调查区调查，发现个别滚石存在蠕动现象，稳定性较差。当受外界因素影响时，如滚石周边植被变形情况、下底面堆叠滚石开裂情况等，可能继续蠕动，具有潜在的危险性。当力学平衡发生改变，可能发生突发性滚石灾害。

以较典型的孤（滚）石（编号YDYGS102）为例。该滚石位于1 号调查路线上，出露可见长3.5 m，宽6.6 m，高6.0 m。所处斜坡坡向285°，发育2 组裂隙，产状330°∠45°，270°∠40°。周边植被较发育，多为杂木，下底面为坡积土，后侧存在滚石堆叠现象，见图3。

图3 根据下方堆叠滚石情况观察滚石蠕动现象

该滚石潜在蠕动判断依据如下：

（1）滚石倾伏方向与所处斜坡坡向基本一致。

（2）滚石下底面为坡积土，为软弱面。

（3）滚石上方存在滚石堆叠现象，上方堆载受力方向与倾伏方向基本一致。

（4）该滚石下方与另一滚石相互堆叠，下方滚石因受力，见有开裂现象。由于该滚石存在蠕动，导致下方滚石受力，发生开裂。

（5）该滚石所处斜坡坡度大，滚石重心及外倾临空面往斜坡方向移动。

5.1.2 蠕动孕灾防治措施

针对该滚石，主要采取主动防护与被动防护相结合的方式，主要措施有3 个：①可在滚石下方修建混泥土挡墙支撑滚石，减缓或停止滚石位移，或用钢丝绳或钢绞线等拉住等措施保持滚石受力平衡；②安排专门定期巡查，并设立警示牌；③安装简易监测仪器，对滚石实时监测。

5.2 失稳致灾及防治措施

5.2.1 失稳孕灾分析

滚石稳定性受多种因素影响，如滚石裂隙发育情况、周边植被及根系发育程度、滚石所处位置、斜坡坡度、地下水及地表水、滚石参数等。滚石现状处于较稳定状态，但在某些因素发生改变时，滚石可能由稳定状态向不稳定转变。

本次对云洞岩旅游道路两侧分布的滚石调查发现，部分滚石调查现状处于较稳定状态，但在影响其稳定性因素发生改变时或受到其他外力作用下，可能导致滚石发生失稳。

以较为典型的孤（滚）石（编号YDYGS205）为例。该孤（滚）石调查编号YDYGS205，所处斜坡坡度约40～45°，近似于长柱状，滚石分布斜坡坡向235°。滚石出露可见长1.8 m，宽2.8 m，高1.6 m，节理裂隙不发育，滚石长轴方向345°，下底面为坡积土，局部嵌入坡积土内，前缘见临空面，规格0.7 m×1.5 m。周边植被较发育，多为乔木夹灌木，根系发育，滚石现状处于较稳定，见图4。

图4 YDYGS205 孤（滚）石照片

从图4 可以看出，该滚石所处斜坡与其长轴方向不一致，局部嵌入至坡积土内，影响其稳定性因素主要为下底面坡积土，其次为周边植被根系发育情况。当在强降雨条件下，在地表水冲刷下底面坡积土（较为松散）时，导致滚石临空面增大，加之根系对滚石存在一定的作用力，可能导致该滚石稳定性变差。

5.2.2 失稳孕灾防治措施

该孤（滚）石位于旅游道路上方的斜坡坡面上，石头下底面为坡积土，下方发育植被根系，并存在地表水冲刷痕迹，对游客潜在威胁相对较大。该滚石体积较小，清除难度相对较低，可利用较低成本，来消除滚石灾害威胁，因此，以清除滚石为主要防治手段。

6 结语

通过对漳州云洞岩孤（滚）石调查区的调查分析，查明了云洞岩孤（滚）石有整体崩落成因、风化残留成因、滚落成因、剥落式成因共4 种地质成因类型，以及主要影响调查区（孤）滚石稳定性的有滚石形状、所处斜坡（边坡）坡度及物质组成等内因，而诱发其发生滚石地质灾害的因素主要为降雨、人为活动等外因，针对调查区较典型的（孤）滚石孕灾情况提出相应的防治措施，可为今后孤（滚）石调查和防治措施提供借鉴。