魯南地區地質災害現狀

周付彬

(山東省魯南地質工程勘察院(山東省地勘局第二地質大隊)，山東濟寧 272100)

0 引言

2021年5月12日是我國第13個全國防災減災日，今年的主題是“防范化解災害風險，筑牢安全發展基礎”。自然資源部及各級專門行政管理部門、相關企、事業單位，以不同形式組織舉辦地質災害相關知識宣傳，幫助人們了解、認識與防治地質災害有關知識。在地球運動過程中，巖石圈、生物圈、水圈和大氣圈不停地交換物質與能量，產生各種地質作用，引起地表巖土體發生變形移動，當危害到人民生命和財產的安全，便造成地質災害。

我國人口眾多，山區面積大(占70%國土)，是世界上地質災害最發育的國家之一。尤其是南方地區，山區人口密度相對大(全國面積的25%，容納了55%的人)，災害風險高。青藏高原、黃土高原、天山南北也有加劇趨勢。地質災害主要有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂縫和地面沉降等六種。魯南地區受地理、地形、氣象誘發等因素影響不大，發生滑坡、崩塌、泥石流災害情況不多，但因抽取地下水、采礦等人類生產活動造成的地面塌陷、地裂縫、地面沉降災害的情況從20世紀80年代初就已經發生了。為了宣傳防災減災，引起當地人們高度重視，規范生產活動，保持經濟、生態可持續發展，本文就魯南地區地質災害現狀進行闡述。

1 概況

1.1 位置與交通

研究區位于山東省南部，范圍包括菏澤、濟寧、棗莊、臨沂和日照五市。區內交通便利，京福、京滬、德商、同三高速公路和京滬鐵路、京九鐵路、膠新鐵路及京滬高速鐵路縱貫南北，日蘭高速鐵路2022年將全線貫通(其中日照至曲阜段已開通)，日東高速公路、兗石鐵路橫貫東西，陸上交通十分便利。

1.2 地形地貌

根據形態及成因特點，可分為魯中南中低山丘陵區、魯東低山丘陵區和魯西北平原區3個大區。

(1)魯中南中低山丘陵區。位于研究區中部，其東部大體以沂沭斷裂帶東緣的昌邑—大店斷裂(地貌上為濰河、沭河谷地)與魯東丘陵區分界；其西部大體以湖帶斷裂(地貌上為京杭運河、南四湖)與魯西平原區分界。丘陵區內NW向、近EW向斷裂構造發育，控制著山脈、谷地、河流走向，對區域氣候、地下水、植被有很大影響。魯中南中低山地丘陵區中部凸起，四周低下，包括中山、低山、丘陵和山間平原四種類型的地貌單元。

(2)魯東低山丘陵區。位于研究區東部，東臨黃海，西部大體以沂沭斷裂帶東緣的昌邑—大店斷裂與魯中南山地丘陵區相鄰。主要分布著中生代花崗巖類侵入巖及中太古代唐家莊巖群、新太古代膠東巖群、古遠古代荊山群、青山群、王氏群。區內氣候溫和濕潤，自然條件優越，農耕發達。但還有相當大的地域丘陵多、土層薄，水資源較缺乏，水土流失也較嚴重，植被覆蓋率低。該區包括低山、丘陵和山間平原三種類型的地貌單元。

(3)魯西平原區。位于研究區西部，其東部以湖帶斷裂(地貌上為京杭運河、南四湖)與魯中南山地丘陵區相鄰，西部、南部至山東省界，屬于華北平原的一部分，由黃河沖積及山前沖洪積物堆積而成。為大面積的第四系沉積層覆蓋，由于歷史上黃河多次決口、改道和沉積，形成一系列高差不大的河道高地和河間洼地。該區包括丘陵和低平原兩種類型的地貌單元。

1.3 氣象水文

研究區屬暖溫帶半濕潤季風型大陸氣候，具有降水集中、雨熱同季，春秋短暫、冬夏較長的特點。同時本區東部受海洋氣候影響，潮濕涼爽；西部受大陸季風影響，冬冷夏熱。多年(1955～2007)平均年降水量一般在550～950 mm，時空分配很不均衡。時間上，年內分配具有明顯的季節性，全年降雨量的70%～75%集中在汛期(6～9月)，年際間則存在著明顯的豐、枯交替現象，并且連續豐水年和連續枯水年的出現也十分明顯；空間分布上，降水量由東部山區向西部平原逐漸減少，山區600～900 mm，西部平原則500～700 mm。

區內地表水體有河流、湖泊及水庫，河流主要有黃河、京杭運河、大汶河、沂河、沭河、泗河、萬福河、洙趙新河等，湖泊主要為南四湖，水庫主要分布在魯中南山區，共有大中小型水庫1700多座。區內河流大多屬于雨源型河流，徑流量受控于降水量的時空分布，不但年際間變化較大，年內分配也極不均勻。除黃河、京杭運河和沿海諸河外，運河以西自西向東徑流，運河以東自北東、東向南西、西徑流。近年來，由于降水量偏少、上游地區水庫截流蓄水等原因，大部分河流長期干涸或僅在汛期短時間內出現徑流。

1.4 礦產資源分布

本區內礦產資源比較豐富，已發現礦產60多種，其中以煤、石灰巖、鐵、石油、金、石膏、稀土、地熱等為主。

濟寧、菏澤、棗莊3市預測煤炭地質儲量450億噸，其中已探明保有資源儲量220億噸，煤炭產量目前占全省的70%以上。本區煤炭資源開發條件較好，大型煤田主要有兗州煤田、濟寧煤田、滕南煤田、巨野煤田，中型煤田主要有陶棗煤田、寧汶煤田、滕北煤田和臨沂煤田。區內煤炭資源僅在沂沭斷裂帶以西有分布，成煤時代為石炭—二疊系。

石膏礦在區內儲量豐富，已探明儲量350億噸，主要分布于平邑盆地、泗水盆地及臺兒莊盆地，成因類型屬內陸湖相沉積型，埋藏淺。

這些儲量豐富的礦產資源的開采也為后期地面塌陷埋下了伏筆，對當地生態環境造成了嚴重破壞，給生態修復帶來一定難度。

2 地質災害現狀

2.1 巖溶塌陷

巖溶塌陷的發生是在特定的地質環境條件下，隨著人類活動的逐步加劇而出現的。由于巖溶塌陷的不確定性和突發性，塌陷過程短，且具有重復性，因此巖溶塌陷的危害性一般較為嚴重。

棗莊和臨沂地區是山東省發生巖溶地面塌陷較為嚴重的地區，最早塌陷出現于20世紀80年代初期。巖溶塌陷易發于供水水源地附近，據不完全統計，1970～2005年共發生巖溶地面塌陷300余處，塌陷坑地表呈圓形、橢圓形或碟形，面積、深度大小不等(個別塌坑沿灰巖裂隙走向發育呈長條狀)，一般深度小于10 m，直徑3～10 m不等，最大達80 m，剖面形態多呈直筒狀和壇狀，局部地區塌陷呈串珠狀連體塌陷。

2.1.1 棗莊巖溶塌陷的發展與現狀

棗莊巖溶塌陷最早發生于1981年4月，其初為點狀塌坑，深度一般小于10 m，呈橢圓形或圓形，直徑3～10 m，最大達80 m，以后塌陷范圍不斷擴大，延伸至水源地的邊緣地帶，甚至到棗莊城內。到目前為止，累計產生塌陷坑200余處，陸續都在治理中。

20世紀80年代以來，十里泉地段開采量處于超采狀態，致使1981年4月首次產生巖溶塌陷，1996年水位最大埋深為40.08 m，達到歷史最低點，致使1996～1998年成為十里泉地段塌陷多發期，1998年后，該地段開采量有所減少，塌陷規模和次數有所減少。

丁莊—東王莊地段巖溶地下水于20世紀80年代初得到開發，1982年首先在十里泉電廠開采井附近產生塌陷，1989年兩地段開采量已超過允許開采量近10 000 m3/d，達63 800 m3/d，其后一直處于超采狀態，導致在集中開采區多處地段發生巖溶塌陷。

1998年以后，會寶嶺水庫地表水被引用作工業用水，巖溶水開采量有所減少，2000年以后巖溶水水位已有所回升，塌陷有明顯的減緩，2002年后基本未發現巖溶塌陷。

2.1.2 臨沂地區巖溶塌陷的發展與現狀

自1982年發生第一次巖溶塌陷以來，至1992年間，每隔1～3年均發生塌陷，年最大發生次數為2次；1993～1995年，年發生塌陷次數2～3次；1996～2001年為相對穩定期，無塌陷發生；2002年發生1次，2003年巖溶塌陷發生4次，創歷史最高；2004年未發生巖溶塌陷，2005年發生1次。

巖溶塌陷點主要分布在臨沂城區，已發生六十余起。塌陷多呈點狀分布，并具一地多發性，部分地段較集中、密度大。

2.2 采空塌陷

魯南經濟帶內煤炭資源豐富，濟寧、菏澤、棗莊三市的煤炭產量占全省的70%以上，分布有兗州、濟寧、滕州、官橋、陶棗、韓臺、巨野、寧汶、臨沂等九大煤田，其中滕州、兗州、濟寧、巨野四大煤田的儲量均在30億噸以上。資源開采為當地生態環境修復帶來沉重負擔。

濟寧市有60多座礦山進行開采，至2005年全市煤礦采空塌陷區總面積約169.99 km2，且仍將以每年較大面積的塌陷速度擴展。

棗莊市也是以煤炭為主的資源型城市，其中煤炭礦區總面積277.1 km2，石膏礦區總面積17.7 km2，分別占礦區總面積的91%和5.8%。長期的大規模開采，使采空區巖石冒落，引起地面沉陷。

臨沂市煤炭集中于蘭山區和羅莊區，在郯城、費縣、蒙陰、平邑有少量分布，開采礦山規模均為小型，原煤產量只占全省總產量的1%，近年來煤炭資源近于枯竭，多數礦山已閉坑。截止2005年底采空區面積累計達到10 km2，沉降中心深約1.5 m。

2.3 地面沉降

地面沉降主要發生于區內的菏澤和濟寧兩區，因受巨厚松散巖層覆蓋，長期抽取地下水，導致地下水位出現持續降低，孔隙水壓力減小，土層釋水壓密而形成的。

區內地面沉降最早在1978年發現于菏澤市城區，此后又于1988年在濟寧市城區出現。地面沉降的產生、發展及沉降范圍的展布與地下水位的下降及水位降落漏斗的分布范圍關系密切。

2.3.1 濟寧地面沉降分布及特征

1988～1998年，地面沉降漏斗中心分布在濟寧市城區以北，洸府河以西的區域，最大沉降量達208.9 mm，沉降速度20.89 mm/a。城區地面沉降范圍逐漸擴大，1988～1992年市區地面沉降量大于50 mm的范圍約2 km2；到1998年6月，市區地面沉降量超過50 mm的范圍已擴大到79 km2，其中沉降量大于150 mm的范圍達到了2.8 km2。

1998年7月至2005年8月，沉降中心最大沉降量已達335.4 mm，累計最大沉降量為171.8 mm，位于城區西部南張南部一帶的水源地開采井附近，最大沉降速度為24.20 mm/a。

2005年累計沉降量大于150 mm的范圍擴大到了79 km2，超過50 mm的范圍約為172 km2，包括了整個市中區，并逐漸向市區西北、東北部發展，明顯受控于地下水開采的方向和開采量。

2.3.2 菏澤地面沉降分布及特征

菏澤城區地處巨厚的松散巖層覆蓋區，深層孔隙淡水資源豐富，城市供水以松散層孔隙水為主。隨著開采量的增加，地下水水位持續下降，城區地面沉降也隨之發生。菏澤地面沉降主要分布于菏澤市牡丹城區的深層地下水強開采、水位降深較大的地段和東明石油開采區。

1978年進行的菏澤—東明間大地水準測量，發現菏澤市產生地面沉降。據某水準監測點資料，1978～1986年，該水準點地面累計下降77.4 mm，年平均下降8.6 mm。2002年10月對某區塊進行第一次地面沉降水準測量，2003年11月進行了第二次水準測量，根據兩次所測數據，反映出該區塊地面在不同程度的下沉，最大沉降速度26.80 mm/a，沉降趨勢呈現東快西慢，且向城區東南傾斜狀態，個別地方呈現漏斗現象，與20世紀80年代相比，沉降速度有加快趨勢。至2005年，菏澤城區地面沉降量最大已達378.80 mm，平均沉降速度14.02 mm/a，沉降量大于30 mm的面積201 km2。

2.4 地裂縫

地裂縫多伴隨地面塌陷發生，區內石膏礦區礦層厚度大，開采方式落后，產生的地裂縫最為明顯，平邑縣石膏礦區采空塌陷伴生的地裂縫最為嚴重。

2.4.1 平邑石膏礦區采空塌陷伴生的地裂縫

平邑縣石膏礦區位于平邑縣北部平邑斷陷盆地內，石膏礦體賦存于平邑斷陷盆地古近系官莊群卞橋組第二巖性段中，礦體厚度大、品位高、埋藏淺，易于開采。已有十幾年開采石膏的歷史，大小礦山十幾座，各礦山地下都形成了一定規模的采空區，相繼出現地面塌陷、地裂縫等地質災害。

1999年6月26日，平邑縣某石膏礦區發生地裂縫，開裂中心由4條東西向平行大裂縫組成，該裂縫帶南北寬32 m，東西長115 m，以該帶為中心向四周出現北北東、北西西向放射狀、弧形小裂縫，波及范圍東西向168 m，南北寬130 m。開裂中心4條東西向大裂縫，均呈楔形，最南部一條規模較大，其東西長115 m，寬0.5～1.2 m，其中寬1.0～1.2 m的長度有30 m，位于中西部，可見深度3.4～4.5 m，底部滲水。向北3條裂縫規模漸小，裂縫寬度小于0.7 m，東西長50～110 m。周圍放射狀北西、北東向小裂縫30條左右，寬0.05～0.30 m，長5～30 m，一般呈弧形、雁行排列。此次地質災害雖然影響較嚴重，但由于具緩變性，除農作物受損外，未造成人員傷亡，直接影響了32.7畝農作物的灌溉施肥。

2.4.2 菏澤黃河故道區第四系地裂縫

自20世紀90年代初以來，菏澤南部黃河故道帶已發生多起地面塌陷、地裂縫，致使道路破壞，房屋受損。菏澤黃河故道帶地表巖性以粉細砂或粉土為主。災情多發生于雨季，由地質、氣象及地下水水位大幅升降等原因共同作用而引起。

1992年7月10日，單縣某地發生地裂縫，地裂縫走向以北西方向為主，寬50～200 mm，單條長10～20 m不等，有十幾條之多，并伴有地面塌陷發生，造成一橋梁撕裂，多數房屋因地裂縫造成不同程度破壞。

1993年8月5日，曹縣某地發生地裂縫，呈北西和北東兩個走向，單長20 m，寬100 mm，深4～5 m，可見地裂縫4條，其中一條切房基而過，另一條穿過一農家院落，造成房屋開裂。

2.4.3 棗莊市嶧城區第四系地裂縫

主要分布于嶧城斷塊內，影響面積約15 km2。最早發生于1986年枯水期，以后逐漸加劇。地裂縫長一般10～100 m，局部大于100 m，寬20～50 mm，最寬可達100 mm。較大規模的開裂方向呈近東西，與地下水主徑流方向一致，不存在水平位移或上下錯動痕跡。據調查，開裂坍塌房屋13 752間，房屋裂縫寬一般20～40 mm，寬的可達80～100 mm。一些供水井、橋涵等水利工程受到不同程度的破壞，經濟損失約7500萬元。膨脹土是形成地裂縫的基礎條件，人工長期開采地下水和降水入滲補給兩種反向的水循環運動是形成地裂縫的外在條件。發生地裂縫的地段一般在表層存在膨脹土，膨脹土具有膨脹性強，脹縮變形可逆的特點，在連續的失水、補水作用下，引起地面不均勻脹縮變形，使地面產生裂縫。

3 防治措施

一是搬遷，面臨已知的危險，能搬盡搬，建議受威脅群眾，積極響應國家政策，多方統籌資金，徹底避開危險隱患；二是工程治理，如果不具備搬遷條件，需要采取綜合治理措施，例如排危除險、工程加固、植樹造林等；三是規劃管控，遵守國土空間規劃和用途管制，從源頭上控制新增風險。

4 結語

地質災害造成的危害是巨大的，因采礦塌陷已造成多個鎮機關、學校、工廠、村莊和良種試驗場被迫搬遷。塌陷改變了土壤結構，水肥沿傾斜的地裂縫滲漏流失，形成嚴重的“跑水、跑肥、跑土”三跑田，導致土壤肥力不斷下降。事實證明，在沒有礦山長遠規劃開采的情況下，事后治理難度逐年加大。地面沉降造成的破壞程度雖較小，但也引發了房屋開裂、水源地井管上升破壞、城市排水管道錯位、城市防洪能力降低等破壞，對城市環境產生了不利的影響。

魯南地區因抽取地下水、采礦等人類生產活動過度造成了地面塌陷、地裂縫、地面沉降等地質災害。隨著對災害的認知加深，近十年，政府大量投入，陸續開展了治理措施，生態環境已經得到很大改善。