山西省臨汾黃土地質(zhì)災(zāi)害

1、臨汾地質(zhì)概況 臨汾盆地是山西地塹系南段的一個斷陷盆地, 歷史上一直是山西省人口聚居密度較高、經(jīng)濟發(fā)達、城鎮(zhèn)規(guī)模較大的地方之一, 由于其境內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造活躍, 有孕育產(chǎn)生多種地質(zhì)地貌災(zāi)害的背景和條件, 是山西省自然災(zāi)害多發(fā)地區(qū), 滑坡、崩塌等時有發(fā)生, 且頻率高, 強度大, 給國民經(jīng)濟建設(shè)和人民生命財產(chǎn)帶來巨大損失1。臨汾地質(zhì)地貌特征臨汾市的地質(zhì)構(gòu)造主體-臨汾盆地縱貫全市中部, 把整體隆起的高原分為東西兩部分, 東部有太岳山、中條山;西部是呂梁山脈, 海拔多在1 000 m以上,使全市主體輪廓呈“凹”字型。臨汾盆地是汾河地塹晚新生代斷陷盆地之一, 屬于鄂爾多斯地塊東緣, 山西斷陷帶中南部。臨汾盆地的

2、總體走向為NNE（北東北）, 北以靈石橫向隆起與太原盆地相隔, 南以峨眉臺地與運城盆地為鄰。東有霍山斷裂, 西有羅云山斷裂, 整體展布于近南北向的呂梁山、霍山-浮山隆起帶之間, 為一南寬北窄的不規(guī)則梯形盆地 2。盆地內(nèi)地形較為平坦, 屬于汾河流域東岸二級階地。新生代以來, 盆地不斷下沉, 山區(qū)相對上升, 盆地四周特別是東西兩側(cè)均被深大斷裂控制。盆地內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜, 階梯狀斷裂發(fā)育, 存在有不少地壘和地塹等次一級構(gòu)造 3。盆地周邊山地主要出露基巖地層, 由老到新主要包括太古界混合巖化的深變質(zhì)巖系, 元古界長城系濱湖相碎屑巖系, 晚古生界海陸相交互相煤系,中生界三疊系陸相紅色地層和沉積厚度達1 80

3、0 2000 m的新生界地層。臨汾凹陷是臨汾盆地的主體構(gòu)造單元, 斷陷幅度較大, 軸向為NNE, 是一個地塹式深槽。臨汾-浮山斷裂把臨汾凹陷分為臨汾-甘亭沉降中心和龍祠沉降中心4。臨汾盆地地殼構(gòu)造格局走向與環(huán)太平洋帶及鄂爾多斯地塊構(gòu)造線相一致, 此外, 臨汾地殼表面構(gòu)造也表現(xiàn)出NNE向斷裂構(gòu)造。臨汾盆地地殼上下部構(gòu)造格局的一致性反映了西環(huán)太平洋構(gòu)造帶和鄂爾多斯地塊對其構(gòu)造的控制作用。展布于臨汾盆地的NNE向構(gòu)造, 一般具有構(gòu)造活動的繼承性, 這種構(gòu)造都是古構(gòu)造重新活動的結(jié)果。臨汾盆地的NNE向斷裂主要有:霍山斷裂、羅云山山前斷裂、高工北張隱伏斷裂、汾河隱伏斷裂、汾河凹陷東界斷裂、塔爾山北界斷裂

4、。此外盆地內(nèi)部還發(fā)育一些橫向斷裂, 自北向南主要有什林斷裂、賈村斷裂、團柏斷裂、萬安斷裂、蘇堡斷裂、張堡斷裂、臨汾-浮山斷裂、塔爾山隆起兩側(cè)斷裂及紫金山北側(cè)斷裂等。這些斷裂普遍以下滑為主, 兼具左行水平扭動的特征。地層巖性特征臨汾地區(qū)在中新世晚期形成盆地的雛形，上新世時期開始有沉積地層，土層由老及新為上新統(tǒng)、下更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)以及全新統(tǒng)。其境內(nèi)第四紀地層發(fā)育比較齊全，松散堆積物厚度大。根據(jù)各類鉆探對地層的揭露情況,200m 深度內(nèi)的土層為第四紀中更新世以來的不同成因堆積物, 但由于沉積環(huán)境及沉積物來源的差異, 不同地貌單元土層的巖性組合及其分布表現(xiàn)有明顯不同的規(guī)律。洪積扇區(qū)：淺部廣泛

5、分布有一層坡(洪) 積成因的濕陷性黃土或黃土狀土, 厚度分布不穩(wěn)定。在東部山前洪積扇區(qū)以黃土狀土為主, 研究區(qū)南部比較發(fā)育, 厚度在3 5m 內(nèi); 西部山前洪積扇區(qū)的厚度在2 10 m 內(nèi), 在研究區(qū)的北部一般為6 8m 左右, 以次生黃土為主, 中、南部則以黃土狀粉土為主, 厚度2 3 m 左右。表層黃土下伏的土層主要由砂礫石、砂層及粉砂土、粉質(zhì)粘土等構(gòu)成, 其巖性組合及分布在不同位置有較大差別, 在后緣及中部以砂礫石層、粗砂層等含水層為主, 而前緣及邊緣地帶則以粘性土層為主, 砂礫石層厚度減小, 且過渡至中、粗砂層。級階地區(qū)：地表耕植土或雜填土( 或素填土) 下的淺部廣泛分布有一層濕陷性黃

6、土, 其下伏地層以粉土、粉質(zhì)粘土等壓縮性土層為主, 其間的含水層多為粉細砂 中粗砂與粉土互層。上部濕陷性黃土以沖洪積成因為主, 汾河西側(cè) 級階地內(nèi)的厚度一般在4 6 m。在汾河?xùn)|側(cè)的級階地, 主要分布于城區(qū)以南地帶, 厚度在0.5 9 m, 其中, 城區(qū)東部及東南部厚度較大, 一般厚6 9 m。該層黃土具大孔隙結(jié)構(gòu)(孔隙直徑多在0.1 0.6 m ) 垂直節(jié)理發(fā)育, 呈硬塑狀態(tài), 屬自重濕陷性黃土, 其濕陷性等級為級。黃土以下的土層為沖洪積成因的粉質(zhì)粘土, 普遍含有鈣質(zhì)結(jié)核, 硬塑 堅硬狀態(tài), 低壓縮性; 粉土呈可塑性硬塑狀態(tài), 低 中等壓縮性; 砂層多處于飽和, 密實狀態(tài)中等, 分布于汾河?xùn)|

7、西兩側(cè)的皿級階地內(nèi)表現(xiàn)有明顯差異。東側(cè)以薄層 中厚層的細砂層為主, 主要分布于30 50 m 及80 1 20 m 兩個層段; 而西側(cè)則以中粗砂層為主, 厚度明顯大于東側(cè)。級階地：主要由一套沖洪積成因的粉土、粉質(zhì)粘土及細、中砂層構(gòu)成, 且以粘性土層為主, 但巖性組合在不同深度內(nèi)表現(xiàn)有一定的差異, 細、中砂含水層主要分布于80 m 以下的深度內(nèi)。根據(jù)鉆孔所揭露的地層情況, 在汾河?xùn)|側(cè) 級階地的50 m 深度內(nèi), 上部(20m 以淺) 以粉土為主, 夾有薄層細砂層, 下部以粉質(zhì)粘土與粘土互層, 局部夾有中厚細砂層; 而汾河西側(cè)的 級階地主要為粉質(zhì)粘土層, 粉土及含水層組主要呈互層狀分布于中深部。級

8、階地地下水埋深較( 多在10 m 左右), 水位以下的土層大都處于飽和, 粘性土層呈可塑狀態(tài), 含水層密實程度中等, 各類土層的固結(jié)程度普遍較低。級階地及漫灘區(qū)：工級階地和河漫灘的地層分布、巖性組合無明顯差異。與其它地貌單元內(nèi)的地層相比,含水層的沉積厚度較大。上部以細 中砂為主, 向下多為中 粗砂層, 在40 50 m 深處分布有厚層砂礫石層。在100m 深度內(nèi)的巖性組合: 50 m 以上主要為砂層夾粘土和粉質(zhì)粘土,其下以粘土和粉質(zhì)粘土為主, 夾有中厚層的砂層。該區(qū)的土層固結(jié)程度較低, 壓縮性普遍在中等以上, 粘性土層多為可塑性, 砂性土的密實程度中等5。臨汾氣象特征臨汾位于中國暖溫帶亞濕潤大

9、區(qū)的山西，具有顯著的暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候的特征。由于有河谷、平原、丘陵、山地等地貌類型，臨汾氣候顯示一定的空間差異，總體表現(xiàn)為南部比北部稍暖，山區(qū)降雨大雨平原。年平均氣溫11.713.2ºC，夏季氣溫高，7月份平均為22.626.4ºC；冬季氣溫較低，1月份平均為-4.3-1.6ºC，全年封凍期可持續(xù)130天左右，最大凍土深度0.84m，全年霜凍期自10月上旬至次年4月上旬，無霜期160天左右。年降水453547mm，降水變率大，具有夏濕、冬春干旱的特征，夏季降水占到全年降水量的70%左右，且多暴雨或連續(xù)降雨；冬春季降水只占年降水量的1015%，且春季干燥少雨多風(fēng)

10、沙，晝夜溫差大，特別是冬末春初段極易形成短暫性凍融循環(huán)6。降水量總的分布是南部多于北部盆地中央降水少于邊山地區(qū)。水文地質(zhì)條件臨汾境內(nèi)河流均屬黃河流域，汾河是其第一大河流。汾河發(fā)源于山西寧武縣，經(jīng)靈石峽谷自洪洞縣入境，貫穿整個臨汾盆地，自河津匯入黃河，在盆地內(nèi)長約250km。臨汾市境內(nèi)流水受地質(zhì)、地形、地貌的控制和影響,其徑流排泄方式基本上是從東西山區(qū)山前洪積傾斜平原汾河沖積平原。山前洪積傾斜平原因其巖性顆粒粗大,富水性強,具有良好的儲存條件; 汾河沖積平原區(qū)因巖性分布差異較差, 富水區(qū)的分布極不均勻,汾河兩岸的一、二級階地含沙層較多,厚度較大,具有良好的儲水條件。所以說,從臨汾市地下水資源的分

11、布情況來看,汾河一、二級階地和山前洪積傾斜平原區(qū)為富水區(qū)7。根據(jù)臨汾地區(qū)含水層的埋深及水力特征，盆地內(nèi)松散巖類孔隙水可劃分為潛水、中層承壓水和深層承壓水。潛水含水層多呈帶狀分布，以沖洪積的中細砂為主，有時含礫石，且有上游顆粒粗、下游顆粒細的特點，含水層底板埋深30100m；中層承壓水是該區(qū)地下水的主要開采對象，含水巖組為中更新統(tǒng)沖洪積、湖積砂層，底板埋深為150200m；深層承壓水地下水賦存條件及分布規(guī)律與中層水基本一致，含水巖組為下更新統(tǒng)，底板埋深350400m，深層承壓水目前不是該區(qū)主要開采對象。臨汾盆地地下水的補給來源主要包括側(cè)向徑流、地表水體滲漏和降水入滲，地下水的排泄主要為蒸發(fā)及人工

12、開采。此外，中層承壓水與潛水通過弱透水層存在越流補排關(guān)系8。地質(zhì)災(zāi)害類型及成因根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害成因分類, 可分為自然地質(zhì)災(zāi)害、人為地質(zhì)災(zāi)害和二者共同作用的地質(zhì)災(zāi)害 。從3 種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻度、強度與空間分布看, 除自然因素外（降雨、凍融、地震等），多數(shù)是因為人類不合理的生產(chǎn)和經(jīng)濟活動, 破壞了地質(zhì)環(huán)境的天然平衡狀態(tài), 導(dǎo)致地質(zhì)生態(tài)環(huán)境退化而發(fā)生的.臨汾盆地是山西省能源重化工基地的一部分, 這里人口稠密, 工農(nóng)業(yè)發(fā)達, 但也是易于發(fā)生破壞性地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū).臨汾境內(nèi)主要地質(zhì)災(zāi)害類型有:滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等，其中以滑坡、崩塌為主。崩塌、滑坡（以下簡稱崩滑）災(zāi)害的成因由土體內(nèi)因和外因共同作用。

13、其中內(nèi)因為黃土的垂直節(jié)理發(fā)育、黃土的濕陷特性；外因為水的作用、凍融影響以及人類活動等。黃土的垂直節(jié)理發(fā)育對崩滑形成起著關(guān)鍵作用，裸露在外的土體會在風(fēng)化作用下沿著其垂直節(jié)理進一步形成更大的節(jié)理，逐漸削弱土骨架的作用，土體不斷遭到侵蝕，最終土骨架潰散，導(dǎo)致土體整體下沉，形成崩滑災(zāi)害。土壤濕陷性對黃土崩滑起著控制作用，水分入侵后，土體膨脹，膠結(jié)物及無機鹽逐漸溶解，導(dǎo)致土骨架分離，土體結(jié)構(gòu)最終破壞。而黃土崩滑外部觸發(fā)因素即誘因主要為降雨、土壤凍融、地下水侵蝕、河流沖蝕、人類活動及生物活動等。其中降雨和凍融對黃土崩塌的影響最為嚴重。以下內(nèi)容主要研究臨汾黃土崩滑的誘因分析。水對崩滑災(zāi)害的影響水的影響可以細

14、分為地表水作用（降雨及河流水）和地下水作用；事實證明降水特別連續(xù)降雨或暴雨是崩滑形成最重要的觸發(fā)因素。在持續(xù)降雨或暴雨的情況下，雨水對土體的侵蝕作用加大，對土體穩(wěn)定性極為不利，隨著降雨強度增大和時間推移，土體膨脹變形，接近飽和狀態(tài)，土體中的膠結(jié)物、晶體溶解在水中，土骨架逐漸潰散軟化，土體抗剪強度逐漸降低，當抗剪強度將不足以抵抗因自重產(chǎn)生的下滑力時，導(dǎo)致黃土崩滑的發(fā)生9。且降雨形成的短暫水流會對坡腳進行沖刷，使坡腳坡度變大，斜坡上部形成高陡臨空面，坡體應(yīng)力狀態(tài)改變，也易導(dǎo)致崩滑的發(fā)生。此外地下水及河流水也會對崩滑的發(fā)生造成一定影響：可溶性物質(zhì)溶于水，碳酸鹽類膠結(jié)物及無機鹽晶體物質(zhì)溶解于水中后，以

15、離子形式隨水的流動游離并附著于坡腳土體表面，隨水份蒸發(fā)以結(jié)晶的形式析出。遭受水的侵蝕作用后，土骨架遭到破壞，土體強度降低，表層土壤在坡腳處松散堆積，而松散的土體進一步遭受風(fēng)化、沖蝕作用，坡腳土體逐漸剝落，形成凹陷，坡體底部承載能力不足以抵抗上層土的自重應(yīng)力，最終導(dǎo)致崩塌發(fā)生。如2013年9月22日下午4：00臨汾市永和縣城內(nèi)閣窯渠發(fā)生一起滑坡地質(zhì)災(zāi)害，此次滑坡共造成1人死亡（圖3-1）。該滑坡位于黃土梁的斜坡地帶，為黃土粘土接觸面的新滑坡?；潞蟊跒榈谌瞪闲陆y(tǒng)保德組，滑坡體為上更新統(tǒng)馬蘭黃土，斜坡前緣溝底有三迭系中統(tǒng)二馬營組砂巖岀露，并夾有少量泥巖，巖層產(chǎn)狀近水平，裸露部分中等強風(fēng)化。此斜坡

16、周界清晰，主滑方向85º，坡頂高程1092m，坡腳高程1069m，高差23m，斜坡橫向長約40m，滑坡坡體厚211m，滑坡總方量達1240m3。由于居民削坡建房的需要，為防止發(fā)生滑坡、崩塌等災(zāi)害，坡腳已有支護，但坡體上部為近乎垂直陡坡，滑坡面巖性差異較大，且坡體無植被覆蓋，裸露土體分化嚴重。災(zāi)害發(fā)生當日僅有1.9mm的降水出現(xiàn)，在災(zāi)害發(fā)生前10天內(nèi)相繼出現(xiàn)了幾次大的降雨，9月13日降雨量為51.2mm，15日降雨量67.5mm，18日降雨量37mm，這三次降雨具有連續(xù)性降雨特征，連續(xù)降雨時間超過三天，雨量均大于30mm，降水總和超過150mm，此次滑坡為典型的降雨誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害。圖3

17、-1 永和縣閣窯溝滑坡現(xiàn)場2 0 05 年5 月9 日23 時, 吉昌鎮(zhèn)橋南村水洞溝2 09 國道右側(cè)發(fā)生一起大型黃土滑坡（圖3-2）, 造成24 人遇難,209 國道吉縣至鄉(xiāng)寧段完全中斷, 造成極大的生命財產(chǎn)損失。吉縣水洞溝位于山西省臨汾市黃河中游晉陜峽谷的黃土高原區(qū)。區(qū)內(nèi)地形起伏較大, 地貌單元復(fù)雜, 尤其是黃土覆蓋區(qū)沖溝縱橫交錯, 斜坡陡立, 屬于黃土殘源溝壑地貌，地質(zhì)災(zāi)害比較發(fā)育。 斜坡海拔高度為1200m , 向黃河傾斜, 坡度小于5。坡面周圍溝谷發(fā)育, 溝蝕、溯源侵蝕旺盛, 崩塌、滑坡等地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育。大氣降水和人滲是該區(qū)地下水補給的主要來源。該區(qū)地層主要為黃土, 其厚度約50m14

18、0m。從上往下依次有: 全新統(tǒng)黃土, 分布在溝谷中和溝腳處; 上更新統(tǒng)馬蘭黃土, 廣泛分布于源面, 黃土厚度1020m , 濕陷系數(shù)為0.03 -0.1 0, 為中等濕陷性至強濕陷性黃土, 濕陷土層厚度3.5 一9.0;m 中更新統(tǒng)離石黃土, 土層厚度多在60 m以上; 下更新統(tǒng)午城黃土, 土層厚度有些地區(qū)達40 m 以上。本區(qū)曾發(fā)生過5 級以上地震, 基本烈度為VI 度, 屬次穩(wěn)定區(qū)。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)山體的東側(cè)，有3個由于雨水長年沖刷形成的滴水洞，這種在當?shù)乇唤凶觥疤旖选钡牡嗡?，洞口直徑大約有10米左右，深約四五十米，這是導(dǎo)致滑坡的主要原因。在已經(jīng)發(fā)生滑坡的山體上也會存在著相似的滴水洞，而這些

19、滴水洞達到一定的規(guī)模和數(shù)量后，就會對山體結(jié)構(gòu)起到“切割”破壞的作用，使部分山體分離。其次，發(fā)生災(zāi)害的地形是一個陡崖，所以在重力作用下，更容易產(chǎn)生山體滑坡地質(zhì)危險。最后，這里的黃土雖然是黏土，但這種土質(zhì)特點是質(zhì)地比較松軟，顆粒小，黏度差，也是導(dǎo)致山體滑坡的一個重要原因10圖3-2 吉縣吉昌鎮(zhèn)水東溝滑坡現(xiàn)場凍融對崩滑災(zāi)害的影響凍融作用主要是破壞土體節(jié)理，是節(jié)理進一步張裂，形成破壞。多次凍融循環(huán)會改變土體結(jié)構(gòu)，使土壤顆粒、孔隙等的重新排列，排列后的土體抗沉降能力減弱，在重力作用下易發(fā)生沉降。在冬季，土壤中未蒸發(fā)的水分會發(fā)生凍結(jié)，尤其是坡腳和背光坡面處水分難以蒸發(fā)，會隨溫度降低發(fā)生凍結(jié)，凍結(jié)后的土體膨

20、脹變形，孔隙、節(jié)理變大；土體解凍后，孔隙會相對恢復(fù)，節(jié)理不可恢復(fù)，且在水的軟化作用下，土體會在冰水交界面產(chǎn)生破壞，尤其在春初冬末時期，斜坡表層凍融循環(huán)較頻繁，土體孔隙、節(jié)理均會變大，表層交界面剝落，表層土體發(fā)生凍脹破壞。凍融作用不僅易造成黃土表層邊坡破壞，而且由于凍期土體深處地下水富集，引起土體軟化范圍擴大以及靜、動水壓力增大等凍結(jié)滯水效應(yīng), 促使邊坡形成整體大規(guī)模破壞, 從而導(dǎo)致災(zāi)害發(fā)生。如2014年4月6日發(fā)生在吉縣吉昌鎮(zhèn)西關(guān)村的崩塌，是典型的黃土凍融誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害。此次崩塌規(guī)模為1350m3，共7人遇難，屬于中型地質(zhì)災(zāi)害。坡體植被發(fā)育不良，裸露巖土受風(fēng)化作用較強烈坡體下部易受風(fēng)化剝落，節(jié)

21、理、裂隙張拉變大，在重力作用下易發(fā)生傾覆作用，按崩塌發(fā)生機理此次崩塌屬于傾倒式崩塌。據(jù)調(diào)查崩塌區(qū)斜坡坡腳沒有開挖堆載現(xiàn)象，附近也沒有采礦活動。崩塌區(qū)為典型黃土丘陵區(qū)，自然斜坡發(fā)育，地形表現(xiàn)為上緩下陡特征，斜坡上部坡度約為60º，高度約為4060m，下部坡度較陡約為69º，高度在520m。崩塌土體主要由第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土組成，底部為中更新統(tǒng)離石黃土，土體結(jié)構(gòu)松散，節(jié)理裂縫發(fā)育良好。據(jù)氣象資料顯示，吉昌鎮(zhèn)西關(guān)村2014年2月4日至7日發(fā)生降雪，總降水量11.4mm，且降水前期土體干旱，致使雪水更有利于沿黃土垂直節(jié)理、裂縫空隙入滲，導(dǎo)致土壤水分大量富集，溫度降低時，水分凍結(jié)，

22、導(dǎo)致土體凍脹變形，節(jié)理、裂隙被迫張裂，土體抗剪強度不斷降低，且自重增大，土體間抗剪強度不足以維持自身重力，3月中旬該區(qū)開始進入解凍期，坡面、坡頂?shù)姆e雪與表層冰率先解凍，解凍后的水隨張裂的節(jié)理、裂隙進入斜坡內(nèi)部，水分大量富集在斜坡內(nèi)部，溫度降低時，水分重新凍結(jié)，土體膨脹變形，當變形量大于黃土自由膨脹體積時，土體內(nèi)部裂隙進一步張大，同時產(chǎn)生了新的膨脹裂縫，如此凍脹循環(huán)，節(jié)理、裂隙逐漸張大，最終使土體強度急劇下降，結(jié)構(gòu)破壞發(fā)生崩塌11。圖3-3為此次崩塌現(xiàn)場圖片。圖3-3 吉縣吉昌鎮(zhèn)西關(guān)村崩塌現(xiàn)場人類活動對崩滑的影響人類活動的盲目性是造成黃土崩塌的另一誘發(fā)因素。臨汾市境內(nèi)對地質(zhì)環(huán)境造成一定影響的人類活動主要有采礦、切坡修路、建房（修筑窯洞）、工程設(shè)施建設(shè)等。臨汾是礦產(chǎn)能源大省，由于經(jīng)濟發(fā)展的需要，采礦活動變得越來越頻繁，大規(guī)模的開采活動常形成地下空洞，造成地面應(yīng)力不均，常發(fā)生地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，而這些地質(zhì)災(zāi)害往往會改變斜坡坡角、坡形，進而改變斜坡土體應(yīng)力狀態(tài)，誘發(fā)崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。由于黃土高原地區(qū)特定的地質(zhì)地形條件限制以及經(jīng)