武鄉縣地質災害主控因素及發育規律淺析

李 遠

（山西省地質勘查局二一二地質隊，山西長治046000）

1 概述

武鄉縣地處山西省東南部，長治市北緣。由于近年來開采地下礦產資源，大住房建設、公路開發等人類活動加劇，兼之武鄉縣地質環境條件的特殊性，誘發了大量地質災害。地質災害對武鄉縣人民群眾及其財產造成極為嚴重的威脅，因此研究武鄉縣地質災害主控因素及發育規律具有十分重要的意義。本文根據武鄉縣地質環境條件，詳細剖析了武鄉縣地質災害主控因素與其發育規律的關系。

2 地質環境主控因素

2.1 氣象及河流

武鄉縣屬暖溫帶大陸性氣候，四季變化明顯，冬季寒冷少雪，春季干燥多風，夏季炎熱多雨，秋季濕溫和涼爽。由于地形復雜，加之地理相對高差和自然諸多因素影響，本縣各地氣溫差因海拔高低不同而異。最熱的監漳灘，年平均氣溫約9.4℃；最冷的華兒垴（黃巖垴），年平均氣溫只有3℃上下。全縣多年年平均氣溫9.4℃。武鄉縣多年平均降水量為496.2mm，全縣年最大降水量為826.1mm（2003年）；年最小降水量為290mm（2002年），月最大降水量為264.5mm（1993年8月），日最大降水量為150.6mm（1989年8月16日）。

武鄉縣境內主要河流有濁漳河北源干流及其一級支流涅河、蟠洪河、賈豁河，以及次一級支流馬牧河、高寨寺河；另外還有云簇河一級支流石盤河一級汾河支流昌源河等。按其流域主要為海河、黃河兩大水系。區內最大的水庫為關河水庫。境內河流常年有水，水力資源豐富。

2.2 地形與地貌

武鄉縣地跨太行、太岳兩山，太行山脈由東北向西南蜿蜒，太岳山脈從西北向西南延伸。地勢呈東西高、中間低的馬鞍形。縣境東部的大部分地區海拔在1400m以上，最高峰花兒垴（黃巖垴）海拔2008m；西部地區海拔在1300m左右，最高峰子金山海拔1809m；北部和南部的大部分山嶺海拔在1000～1300m之間；中部和濁漳河主要支流沿岸的地勢較平緩。最低處監漳至西川一帶海拔900m左右。

按形態及成因類型可將武鄉縣地貌類型劃分為5個大區。其中中山區面積415.12km2，占總面積的25.69%；低中山區面積301.67km2，占總面積的18.67%；黃土丘陵面積819.75km2，占總面積的50.73%；堆積河谷面積79.18km2，占總面積的4.9%；臺地面積29.62km2，占總面積的1.83%。

2.3 地層巖性與構造

武鄉縣地跨沁水向斜兩翼，東翼自東向西，由老至新出露地層為寒武系、奧陶系碳酸鹽巖。至墨鐙鄉、洪水鎮、蟠龍鎮一帶，石炭系中統太原組和二疊系下統山西組含煤巖系出露，再往西為二疊系上統、三疊系碎屑巖，新生界松散層沉積廣泛覆蓋，基巖零星分布于深切的河谷與山間盆地中。向斜西翼至太岳山區主要出露三疊系中統二馬營組，上統銅川組。

武鄉縣地跨太行、太岳兩山，位于沁水向斜兩翼，地質構造復雜。沁水向斜軸部位于武鄉縣豐州鎮以西，軸向為NNE向，兩翼地層傾角為10°～25°，相伴發育一組與主構造線一致的波狀壓密褶皺，地層傾角在5°～10°之間。斷裂分布于縣境NW的分水嶺至二郎堂正斷層組成對出現，形成地塹或地壘。

2.4 地下水與植被

區內地下水按不同巖性特征所賦存的地下水類型及富水程度，可劃分為三種類型：松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水、碳酸巖鹽類巖溶水。地下水補給、徑流、排泄條件主要受氣候、地形地貌、構造、巖性特征等因素的制約。總體上，基巖山區和丘陵區是地下水補給、徑流區，而河谷區是地下水的排泄區。

按植被覆蓋度，武鄉縣可以分為5個區，其中低覆蓋度區面積171.1km2，占全縣總面積的10.6%；較低覆蓋度區面積388.7km2，占全縣總面積的24.1%；中覆蓋度區面積483.6km2，占全縣總面積的30.0%；較高覆蓋度區面積424.7km2，占全縣總面積的26.4%；高覆蓋度區面積141.9km2，占全縣總面積的8.8%

2.5 人類活動

武鄉縣人類活動主要包括房屋開發、道路開發、煤礦采礦等。這些工程活動也是武鄉縣內地質災害發生的主要原因。

3 地質災害發育規律

3.1 地質災害空間向發育規律

武鄉縣地質災害發育規律嚴格受地質環境主控因素的制約，地質災害在空間上有較為明顯的發育規律特征。具體表現如下。

3.1.1 沿道路沿線及煤礦礦區呈條帶狀分布

（1）崩塌及潛在崩塌沿道路沿線呈條帶狀分布。據2015年詳細調查資料顯示，崩塌及潛在崩塌具有線性分布特點，由于武鄉縣道路開發多沿河流兩岸及其一級階地，故主要集中在沿濁漳河北源及其一級支流蟠洪河、涅河河谷兩岸道路開發切坡形成的高陡邊坡處。

（2）地面塌陷沿煤礦礦區呈條帶狀分布。受地質構造及巖性控制，武鄉縣境內煤礦主要分布在東部地區，由于沁水向斜軸部位于武鄉縣豐州鎮以西，軸向為NNE向，兩翼地層傾角為10°～25°，至韓北鄉—墨鐙鄉一線出露二疊系下統山西組及石炭系上統太原組煤系地層，致使煤礦呈現條帶狀分布特征，由于煤礦采空導致地面塌陷及其伴生地裂縫，故而地面塌陷在空間上呈現條帶狀分布特征

3.1.2 地形地貌控制地質災害發育

武鄉縣地貌也是其地質災害發育的主控因素，尤其是崩塌、潛在崩塌的發育強度由河流谷地—低山丘陵區—中山區逐漸變小，具體地貌與地質災害關系見圖1。

在武鄉縣河流谷地區，地形較為開闊，地勢平坦，但是黃土陡坡即高且陡，并且該類地區人口較多，人口密度大，人類活動較強烈，故災害密度大。

在武鄉縣低山丘陵區，黃土覆蓋較厚，地層風化剝蝕情況嚴重，植被發育較差，地形切割強烈，水土流失嚴重，各類小型溝谷發育，黃土崩塌及巖質崩塌較易發。

在武鄉縣西北部、東部的中山區，出露基巖多為硬質巖，地層風化程度較低，村莊分散，人口較少，人口密度低，人類活動較弱，故災害密度較低，僅沿208國道發育幾處因道路開挖斜坡引發的巖質崩塌。

而地面塌陷則因采空影響較大，由于煤礦多分布在武鄉縣東部剝蝕侵蝕低中山區及梁狀黃土丘陵區，故此類地貌分區中地面塌陷及其伴生裂縫發育較多。

3.1.3 地層巖性也是災害發育的主控因素之一

區內土質崩塌的坡體巖性以第四系上、中更新統黃土為主。黃土顆粒成份以粉粒為主，天然狀態下土力學指標良好，但由于其濕陷性的表現，當降水入滲后，極易產生變形破壞，形成陷穴、落水洞等，這也為雨水入滲提供了快速通道，最終導致崩塌的發生。新黃土雖然為較均勻地結構，但總體結構松散，裂隙孔隙多，極易導致風化崩解。而老黃土雖然是黃土梁峁的主要組成，粘粒含量高于新黃土，但老黃土豎向裂縫、構造裂縫、滑塌裂縫以及風化裂縫普遍發育，形成了典型的柱狀體塊裂結構和楔形體塊裂結構，也是產生掉塊現象的主要原因。因此黃土崩塌是區內最為普遍的災害種類。

區內巖質崩塌的坡體巖性主要為三疊系、二疊系軟弱層狀碎屑巖、軟硬相間碎屑巖及堅硬層狀碎屑巖，該地區植被覆蓋率較低，人口較多，并且受人類活動尤其是道路開發的因素影響明顯，在開挖邊坡等因素影響下，巖體極易沿節理面擴張，形成危巖體，最終導致崩塌地質災害的發生。

此外武鄉縣東部采煤區地層主要出露二疊系下統山西組（P1s）、石炭系上統太原組（C3t），巖性主要是灰白、灰黑色砂巖、粉砂巖、泥巖、石灰巖及煤層。泥巖和砂巖、灰巖的工程地質物性差異較大。該地層內主要開采2-3號煤、8-9號煤、15號煤，煤層采空后上覆巖體在自重和附加重力作用下易發生彎曲變形，出現采空塌陷采空裂縫等地質災害。

3.2 地質災害時間向發育規律

在時間向上，地質災害的發育也呈現較為集中的表現。包括：①集中發育于工程活動強烈時期；②在一個年度周期內，崩塌在降水集中時段較為易發；③地面塌陷則在煤礦開采較強烈時期易發。

3.2.1 集中發育于工程活動強烈時期

武鄉縣地質災害主要包括崩塌、潛在崩塌及地面塌陷，它們大都是受人類活動這一主控因素的影響，表現集中發育于工程活動強烈時期。其中崩塌、潛在崩塌主要由于不合理的人類活動破壞了原有穩定的坡體，特別是坡腳的開挖，導致原有坡體應力發生變化，最終坡體穩定性降低發生崩塌；地面塌陷則由于煤礦開采形成采空區，破壞了原有巖體的應力平衡，在采空區上部形成了塌陷，因此在煤礦開采較強烈的一段時間內，地面塌陷發生的可能性較大。

3.2.2 在降水集中時段較為易發

崩塌地質災害與降水成正相關性。在單位時間內，降水量大的時段崩塌較為易發。其表現為：在年降水總體數量大的年度較為易發；在一年中的降水集中時段較為易發；在日降水強度大的時段較為易發。在強降水時期內災害發生和降水基本同步，連陰雨季節災害發生一般在降水結束后發生。

黃土具有極強的水敏性。黃土邊坡在飽和狀態下，上部松散層快速崩解，下部粘土體積膨脹、力學強度快速降低，致使坡體變形產生崩塌。根據2015年詳調成果，武鄉縣內發生崩塌、滑坡等地質災害的時間均發生在雨季。

區內地面塌陷也受降水因素的影響，一般來講，春季村民耕作前，會將塌陷坑及裂縫進行補封填埋，但當連續降水時，地表匯流水入滲，耕作前填埋用的土層會被地表匯流沖入下伏采空區內，最終顯現出塌陷及其伴生裂縫，且水入滲后，會降低采空區頂部巖體的摩擦力，導致未斷裂彎曲的巖層可能會繼續變形，進而整體斷開，加劇地面塌陷發展。

4 結論

可以看出，武鄉縣地質災害的發生，與地質環境主控因素密不可分，通過分析，得到武鄉縣地質災害空間分布上沿道路沿線及煤礦礦區呈條帶狀分布、地形地貌控制災害發育、地層巖性控制災害發育等三個規律，在時間向上表現為集中發育于工程活動強烈時期、在降水集中時段較為易發等兩個規律。這些規律都為未來武鄉縣災害防控體系建設奠定了較為堅實的基礎。