1、地质构造与地质灾害的相关性分析以怀柔地区为例防 灾 科 技 学 院毕 业 论 文题目地质构造与地质灾害的相关性分析-以怀柔地区为例学生姓名王杨阳学号105041211系 别地震科学系专 业资源勘查工程班级1050132开题时间2013年10月17日答辩时间2014年6月7日指导教师王学良职 称副研究员袁四化讲师地质构造与地质灾害的相关性分析 以怀柔地区为例作 者：王杨阳 指导老师：王学良、袁四化摘要：本文对北京怀柔地区近年来地质灾害的发生情况进行调查分析，统计出三种主要地质灾害崩塌、滑坡、泥石流的分布特征，利用GIS平台生成DEM数据，并结合研究区断裂构造等地质构造的空间分布，运用相关关系分析
2、，进而获取两者在空间分布上的相关性。结果发现，该地区的地质构造对地质灾害具有重要的控制作用，构造的发育情况也影响着灾害发生的概率。关键词：怀柔地区；地质灾害；岩性；断裂；构造 Abstract: This paper investigates and analyses geological disasters in recent years in Huairou district, Beijing. This author gathers distribution of the three major geological disasters including collapse, lands
3、lides, debris flow, by the use of GIS platform to generate DEM data, combined with spatial distribution of faults and other geologic structures in study area, using correlation analysis, and then get both in the spatial distribution of correlation. It proves that geological structures of the area pl
4、ay an important role in controlling geological disasters developmental conditions , also affect the probability of geological disasters.Key word: Huairou district；Geological disasters；Lithological character；Fault；Geological structure1引言 .21.1 研究区概况.21.2 数据的调查收集.21.3 研究内容及意义.22地质环境条件.32.1 地形地貌 32.2 水
5、文气象. 53. 地质构造与地震.63.1 地质构造.63.2 地震.94. 地层岩性与水文地质特征.104.1 地层岩性分布特点. 104.2 工程地质岩组. 124.3 水文地质特征. 135. 地质灾害及发育特征.145.1 地质灾害总体类型 .145.2 具体地质灾害类型及发育特征 .165.3 统计结果分析. 226.地质灾害空间分布规律及影响因素分析.266.1地质灾害空间分布规律.266.2 影响因素分析.277.结论.33致谢.34参考文献.35附录1.361.引言1.1研究区概况怀柔区位于北京市北部，地理坐标: 北纬4041-4104，东经11617-11653。东邻怀柔区，
6、南与顺义县相接，西南靠昌平县，西与延庆县、河北省赤城县毗邻，北与河北省丰宁县、滦平县交界，县域面积2128.7平方千米，南北长90千米，东西最宽处37千米，最窄处11千米（图 1-1）。设9个镇、2个乡，总人口37.3万人（截止2012年）。 图 1-1怀柔区地理位置图1.2 数据的调查收集笔者在2013年7月8月对北京怀柔的宝山镇、汤河口镇、雁栖镇、怀北镇、琉璃庙镇、长哨营和喇叭沟门等一些地区的地质构造发育情况、地质灾害近年来的发生分布情况以及所威胁的人口财产情况进行详细地统计分类，并录入相关的地质信息收集系统。在日后利用地质灾害普查资料，并在地理信息系统和相关GIS软件的支持下，对该地区地
7、质构造与地质灾害在空间上的相关性进行分析与研究2。1.3研究内容及意义地质灾害是指在自然或者人为因素的作用下形成的，对人类生命财产、环境造成破坏和损失的地质作用（现象）。如滑坡、泥石流、岩溶地面塌陷、水土流失、土地沙漠化及沼泽化、土壤盐碱化，以及地震、火山、地热害等。城市的建设需要防止地质灾害的影响，人民的正常生活也需要避免受地质灾害的危害，因此我们应知道引起这些地质灾害的地质因素，以更好的预防潜在的地质灾害。 笔者在对该地区的调查中发现，在诸多地质因素中，似乎地质构造起着控制崩塌、滑坡、泥石流发生与分布的作用。为此，本文从地质灾害（隐患）点与断裂构造、新构造运动的相关性研究入手，深入探索突发
8、性山地地质灾害的空间分布规律，以便为山地环境评价与区划、山地防灾规划提供科学依据。2.地质环境条件2.1 地形地貌怀柔区地处燕山南麓，境内大部分地区为山区，平原仅占全县面积的11.3%，山区占88.7%，也是本次调查的研究范围。区内山峦起伏，海拔高度大部分在5001000米之间，地势北高南低，地貌类型包括中山区、低山区、丘陵区、盆地、河谷及沟谷（图2-1）。2.1.1 中山区调查区地貌类型多样，包括中山、低山、丘陵和平原四个地貌单元。中山区主要分布在中部黑坨山一带，北部与河北省交界的南猴顶一带，海拔高度在800米以上，最高峰为南猴顶，海拔高度为1696.9米。怀柔区中南部，海拔最高的黑坨山为1
9、534米，东部县境的云蒙山为1543米。中山区面积约占怀柔区总面积的28.28%。这些中山地貌由中上元古界沉积岩、碳酸盐岩及燕山期侵入岩所构成，山体多呈线状延伸的高山和耸立的孤峰，山势陡峻，地形坡度多在25以上，岩石较易风化剥落，地形切割强烈，常形成狭窄的“V”型沟谷，沟床平均纵坡较大，多在15以上。该区为泥石流的发生提供了良好的地形地貌等地质条件，是怀柔区泥石流最为发育的地区，该区所发生的泥石流流域占怀柔区总泥石流流域的52.25%。由于中山区山体陡峻、植被覆盖率较高、人类活动较弱，所以崩塌灾害和不稳定斜坡灾害相对较少。2.1.2 低山区低山区广泛分布于整个怀柔区，海拔高度在300800米，
10、其面积占整个怀柔区总面积的48.82%。 该区域的岩性由变质岩、碳酸盐岩、沉积岩、火山碎屑岩及燕山期侵入岩所组成，地貌总的特点是坡陡峰峻，地形起伏大，相对高差在300700米，沟谷狭窄，以“V”型谷最发育，沟床纵坡在815。本地貌区的人类活动强烈，如道路建设和城镇建设等； 植被覆盖率低，水土流失严重，是灌丛草地，人工造林的主要分布区。由于土层薄，自然环境破坏严重，植被生长受到很大限制，该地貌区也是泥石流的重要发育区3。由于人类活动频繁和崩塌有利的地质条件等，该地貌区的潜在崩塌灾害和不稳定斜坡最为严重，其面积占全区总崩塌和不稳定斜坡灾害面积的48.84%和68.33%。2.1.3 丘陵区该地貌区
11、主要分布在汤河、白河河谷两侧，长城以南至平原之间，海拔高度多在100-300米之间，其面积占整个怀柔区总面积的11.01%。该区域的岩性主要由剥蚀残丘组成，丘陵山体浑圆，坡度较小，山坡坡度一般在515之间，地形相对高差小，一般不超过200米，沟谷切割深度小，沟床纵坡缓，平均小于5。此地貌区泥石流不发育，崩塌灾害和不稳定斜坡灾害一般发育。2.1.4 怀柔平原区主要分布在中部和东南部，其面积占整个怀柔区总面积的11.89%。其中，中部主要分布在汤河和白河河谷两侧。东南部主要分布在山前平原区。该地貌区土层较厚，地势开阔，水利条件较好，是重要的旱粮作物、秋淡季蔬菜和鲜果产地等。此地貌区的地质灾害不发育
12、。除直接与地质灾害发育特征相关外，地形地势、海拔高度还影响制约降雨的形成和分布，进而影响泥石流和崩塌的产生1。黑坨山、云蒙山海拔高度均达1500米以上，呈北东方向排列，夏季盛行东南风，恰与山脉总体走向正交，气流云团在山前受阴，因而形成局部大暴雨。据华北暴雨研究，地形爬坡对降水的增幅作用，燕山大地形增幅20%，小地形增幅达260%。图2-1 北京怀柔区地形地貌图2.2 水文气象本区地处燕山南麓，纬度适中，四季分明，属暖温带大陆性季风气候区，冬夏长、春秋短。冬季受西伯利亚冷空气控制，盛行西北风，寒冷干燥少雪，夏季受海洋性气团影响，多吹偏南风，暖热湿润，春季干旱多风，秋季天高气爽。年平均气温612。
13、一月平均气温-512，七月平均气温1925，全年日照总时数27482878小时，无霜期140200天。本区年降水量较多，在470850mm之间，是年均降水量的高值区，由于受地形高差、山脉走向及气候风向的影响，造成区域降水分布的明显差异，云蒙山-黑坨山一线以南的八道河-椴树岭一带为北京市的多雨中心，年平均降雨量在850mm以上，而且出现暴雨频率较高，长哨营以北为少雨区，年均降雨量小于500mm。年内降雨分布不均，多集中在汛期（6-8月份），占年降水量的7176%，（图2-2）、（表2-2）表2-2 怀柔区多年平均降雨统计表 单位（mm）名称多年平均汛期平均名称年平均汛期平均怀柔667、3501、
14、2枣树林783、0563、95汤河口490、4343、9八道河808、0638、04沙峪510、25琉璃庙384、47图2-2 北京怀柔区多年平均降雨曲线上述降雨背景与降雨特点对区内泥石流的形成暴发起着极为重要的作用，地形地貌条件确定之后，降雨就成为泥石流的激发因素，它决定了泥石流暴发时间、范围、规模及其类型。境内多河富水，水资源较充足。发育有潮白河、白河、怀河等17条4级以上河流。大部属潮白河水系。潮白河由怀柔区流经县境东南，入顺义县境，经宝山寺、汤河口，在琉璃庙乡青石岭出境，注入密云水库；其支流有汤河、天河、流璃河和菜食河等。南部山区大部分为怀河流域；怀九河、怀沙河向东南流入怀柔水库，雁栖
15、河、沙河、红螺寺牤牛河和庙城牤牛河在水库下游汇入怀河，向南于顺义县史家口流入潮白河。南端桥梓镇一带，还有白浪河、茶坞河、牤牛河等向南流入顺义县境，属北运河水系。3.地质构造与地震3.1 地质构造3.1.1 主要断裂构造研究区位于燕山台褶带之承德迭隆断与密（云）怀（柔）中隆断交汇部位，包括花盆四海迭陷褶东部，密云迭穹断西部、三岔口丰宁中穹断的南部及八达岭中穹断的少部分。由于所处大地构造位置的特殊性，区内褶皱断裂构造十分发育，褶皱以线性或规模较大的宽缓褶皱为主。断裂构造以近东西向、北东向及北北东向为主，由于东部、北部穹断的不断隆起，西部迭陷的相对下陷，以及岩浆岩的大规模侵入造成区内构造特征的进一步
16、复杂化。本区域内断裂构造发育，主要集中在中部、中北部地区，规模较大，均以破碎带、摩棱岩带，挤压片理带和动力变质带的形式出现。它们不仅控制了地层和侵入岩的分布，更重要的是造成了岩石的极度破碎，为地质灾害的形成和发展提供了丰富的物质来源。（1）、长哨营-古北口断裂带：东西向展布，横穿怀柔区北部山区，由多条断裂挤压动力变质带组成，展布宽度可达78千米，并发育有近南北向、北东、北西向次级断裂，以破碎带形式出现，沿断裂带均有中生代酸性、中基性岩浆侵入。致使岩石更加破碎，产生大量固体碎屑物质。（2）、青石岭断裂：由南至北呈近南北向展布于云蒙山岩体西部，以构造岩浆活动带、断裂破碎带和结晶基底深埋突变带形式为
17、特征。断裂带宽数百米，最宽的后山铺、枣树林一带可达1千米。其活动时期较早并具多期活动的特点。受该断裂带强烈作用，附近地形切割强烈，山高谷深，同时山体岩石遭受严重破坏，崩塌极为发育，致使沟谷内积累了大量崩落物，松散固体物质极为丰富。（3）、崎峰茶-琉璃庙断裂：位于怀柔区中部，于琉璃河流域穿过，为本区北东向一般断裂的代表，其北东端与青石岭断裂相接，该断裂经历了多期活动。有较复杂的相对运动和变形过程，破碎带宽50200米，岩石破碎为角砾岩。派生了一系列次级北东向及北西向小型断裂，造成附近地形切割强烈，山体破碎，不良地质现象发育。3.1.2 断裂构造区的岩体结构 怀柔区的主要断裂构造大多分布在中部的琉
18、璃庙地区和北部的长哨营地区。在琉璃庙地区，主要包括两个时期的断裂体系（详见附录1），其一为印支期形成的走向北北西，倾向南西的剥离断层；其二为燕山晚期形成的走向北北东，倾向北西的逆冲断层和正断层等。其中，第2个断裂体系更为发育。这两个时期的断裂构造体系对琉璃庙地区的岩体结构发育具有明显的控制作用。这主要体现在：（1）控制岩体结构面的形成与发育特征。对琉璃庙镇地区的208条结构面进行测量和统计, 得到了3组主要结构面(图3-1)。结合该地区两组构造体系的产状特征（详见附录1）可以看出：第1组结构面（32/304）和第2组结构面（88/243）为构造裂隙，分别伴生于北北东和北北西两组构造体系；第3组
19、结构面为卸荷裂隙，主要由于该地区近南北向公路建设的扰动作用卸荷而成。这三组结构面的广泛发育使得该地区的岩体切割严重，为崩塌的产生提供了丰富的物源条件；（2）控制岩体结构面的组合特征。构造体系的不同切割，造就了上述3组岩体结构面的多种组合，由此也控制了该地区105处崩塌的多种破坏模式。图3-1 怀柔区琉璃庙镇断裂及岩体结构分布特征在长哨营地区，主要包括两个时期的断裂体系，其一为印支期形成的走向近东西，倾向北的逆断层；其二为燕山晚期形成的走向近东西、倾向南，走向北北东，倾向西的逆冲断层和正断层等。其中，第2个断裂体系更为发育（详见附录1），且该时期的断裂构造体系对该地区的岩体结构发育具有重要的控制
20、作用。例如，对长哨营地区的65条结构面进行了测量和统计, 得到了3组主要结构面(表2-3,图3-2)。结合该地区两组构造体系的产状特征可以看出：第1组结构面（67/270）和第3组结构面（48/174）为构造裂隙，分别伴生于北北东和近东西向构造体系；第3组结构面为卸荷裂隙。两期构造作用使得三组结构面存在这多种不同组合，从而控制着该地区32处崩塌的多种破坏模式。 图3-2怀柔区长哨营镇断裂及岩体结构分布特征3.2 地震3.2.1 北京地区历史强震京津唐张地区(北纬38.5-41，东经114-102)，自西晋以来，共发生5级以上地震60余次(不含余震)。计5级水平的20次，5-5.2级20次，5.
21、75-6级6次6.25-6.5级6次，6.75-7级4次，7.5级以上的1次。平均10年发生一次，频率虽不高但破坏极大。仅就北京市行政区划所属范围来说，已经发生过大至8级的各级别的强震，这些地震距市中心区距离仅几十公里4(表3-1)。表3-1 北京及周边地区历史强震一览表时间纬度经度地点震级（M）烈度（I0）273.440.3116.0居庸关一带51/471057.3.2439.5116.3固安63/491076.1239.9116.4北京561337.9.840.4115.7怀柔61/281536.10.2239.8116.8通县南67-81665.4.1639.9116.7通县61/281
22、679.9.240.0117.0三河、平谷810-111720.7.1240.4115.5沙城63/491730.9.3040.0116.2北京西部61/283.2.2怀柔区地震据历史记载，怀柔区曾于1337年9月8日发生过6、5级地震，烈度8度，具体地点不详。自此之后至今600余年间未再发生过灾害性强震。据北京市地震会战资料显示，怀柔区历史上仅发生过33、9级地震6次，其余均为小于3级地震。绝大部分地震震中分布在北台上水库黑坨山一带的狭长地带，且大致以黑坨山附近为中心。按北京地区地震烈度区划图(1/100万)划分，怀柔区平原区位于地震烈度度区内，山区与平原交界的山前倾斜丘陵地带位于地震烈度度
23、区内，北部山区位于地震烈度度区内。4.地层岩性与水文地质特征4.1 地层岩性分布特点怀柔区的地层岩性由多时期形成：在太古代，由火山作用，形成了奥长花岗岩和英云闪长岩等，目前主要在琉璃庙崎峰茶一带出露；由变质作用形成了花岗闪长质片麻岩、韧性构造片岩和变粒岩等（图4-1），主要在琉璃庙中部，长哨营局部等地出露。 在元古代（长城系（Ch）-蓟县系(Jx)），由沉积作用形成了含硅质条带粉晶白云岩、灰岩、页岩和石英砂岩等，主要在在琉璃庙镇杨树下-雁栖镇八道河-渤海镇庄户-渤海镇兴隆城周边，以及桥梓镇峪口-雁栖镇雁栖湖附近出露（图4-2）。古生界分布在四道河汤河口牤牛沟大地一带（图4-3），呈弧形展布，由
24、一套以碎屑岩为主，碳酸盐岩及粘土岩次之的岩石所组成，岩性组合为长石石英砂岩、石英砂岩、砂岩、页岩、白云岩、白云质灰岩等，岩石呈层状，质地坚硬、节理裂隙发育，多形成陡峭、直立的高山景观，在外力作用下极易发生垮塌现象。图4-1太古代岩性分布区 图4-2 元古代岩性分布区在古生代，由变质作用形成了变质橄榄辉长岩、变质二长辉长岩等，主要在长哨营北部局部，喇叭沟门东南部和宝山西北部局部出露。在中生代（侏罗系（J）-白垩系（K），由火山作用形成了二长花岗岩、正长花岗岩、闪长岩和安山岩等（图4-4），主要在云蒙山地区、怀柔北部大片、渤海镇和九渡河镇北部地区广泛分布；由火山灰沉积形成了凝灰岩、含火山集块火山角
25、砾岩等，主要在怀柔中西部和东北部出露；由沉积作用形成了凝灰质砂岩和砂砾岩等，主要在汤河口中东部和长哨营西南部出露。图4-3 古生代岩性分布区 图4-4 中生代岩性分布区在新生代，主要由第四纪沉积作用，形成了砂砾石、亚粘土和砂砾土堆积等。图4-5 新生代岩性分布区4.2 工程地质岩组区内主要岩土体类型有六类,包括:坚硬块状岩浆岩类、坚硬层状碳酸盐岩类、坚硬块状变质岩类、坚硬-较坚硬层状碎屑岩类、坚硬-较坚硬层状碳酸盐岩与碎屑岩互层类、卵砾石类土等。其中前三种类型占全区面积的60%以上，分布在北部及中下部地区，是地质灾害最发育的地区。表4-2 怀柔区岩土体类型表岩土体类型主要岩石类型工程力学特征分
26、布地区坚硬块状岩浆岩类花岗岩、闪长岩、花岗正长岩中粗粒结构，致密坚硬、孔隙很少，透水性较弱，抗性较强碾子-喇叭沟门以北地区、渤海镇-八道河-云蒙山一带、凤坨梁以东、黄花城一带以及大华山周围地区。坚硬层状碳酸盐类灰岩、白云岩、白云质灰岩岩石致密坚硬，强度较高，稳定性很少。但受溶蚀后，岩体连续性和整体性被破坏，岩体强度降低，透水性增加。黑坨山、吹风坨、九渡河-红螺山一带坚硬块状层状变质岩类片麻岩、麻粒岩、石英片岩、混合岩岩石坚硬，强度高，抗水能力也较强。但在接触变质岩体中，断裂发育的接触带附近岩体抗风化能力降低。动力变质岩体的破裂岩强度低、透水性强，易风化。七道河-喇叭沟门一带、崎峰茶-琉璃庙一带
27、。坚硬较坚硬层状碎屑岩类砾岩、角砾岩、砂岩颗粒较细，力学强度高。结构面发育的岩体或加油粘土类岩层，岩体力学强度和稳定性较差宝山寺-汤河口-长哨营一带、七道河以东地区、凤坨梁西南地区以及怀柔水库西北一带。坚硬较坚硬层状碳酸盐岩与碎屑岩互层灰岩、白云岩、页岩、砂岩、粉砂岩碎屑碳酸盐岩粘土岩互层，纵向相变大，软硬相间，性质迥异，岩体强度不一，稳定性较差西石门-汤河口南-八道河一带卵砾石类土卵石、砾石、砂山区河谷卵砾类土，颗粒粗大，分选性差山区河谷及山前地区4.3 水文地质特征4.3.1 地下水类型 本区以山区为主，占全区总面积的88.7，是由沉积岩类、岩浆岩类构成的中山、低山地形，大部分岩体及构造体
28、系裸露于地表，可直接接受大气降水的补给（图4-6）。岩石的断裂、节理、层理和裂隙等，是地下水的贮存场所和运移通道8。不同的岩性、裂隙的发育条件和发育程度，富水性也不一样。主要分四个含水岩组。(1) 碳酸盐岩类和夹有碎屑岩的碳酸盐岩类含水岩组，这类含水岩组主要是指灰岩、白云岩、板状灰岩、硅质灰岩夹砂岩、页岩。裂隙、溶隙、溶洞发育，是主要含水岩层。(2) 碎屑岩类含水岩组，主要是指砂页岩、砾岩、砂砾岩、泥岩等。裂隙、节理均不甚发育，往往是缺水地区。(3) 岩浆岩类含水岩组，主要指花岗岩、闪长岩类岩石。岩石表层风化裂隙发育，含水量不大。 (4) 变质岩类含水岩组，岩石抗风化能力强，成层性较好，裂隙较发育，含水量较好。4.3.2 地下水的补给、径流、排泄条件区内最主要的地下水类型为基岩裂隙水，分岩溶裂隙水和裂隙孔隙水两类。(1) 岩溶裂隙水：存在于寒武系及中上元古界的碳酸盐岩中。中上元古界分布面积较广。岩性主要是燧石条带白云岩，可溶性并不好，但性脆裂隙发育，地下水主要存在于裂隙中。寒武系灰岩质地不纯，溶蚀作用较差，很少有大泉出露。 (2) 裂隙孔隙水：包括碎屑岩裂隙孔隙水和岩浆岩裂隙孔隙水。碎屑岩裂隙孔隙水赋存在侏罗系下统后城组、髫髻组及白垩系东岭台组岩层中，岩性以凝灰质砂岩粉砂岩、砂质页岩为主。地下
