地質災害風險調查中孤（滾）石的地質成因類型和孕災情況分析
——以漳州云洞巖調查區為例

湯智超

（福建省196 地質大隊 福建漳州 363007）

0 引言

福建省閩東南沿海區花崗巖廣泛出露（廈門、泉州、漳州尤為突出），漳州云洞巖位于漳州市龍文區藍田街道蔡坂村，距漳州市中心僅8 km，是漳州市區唯一的國家4A 級旅游景區、省級風景名勝區、省級重點文物保護單位，被譽為“閩南第一洞天”。云洞巖主要由花崗閃長巖、晶洞花崗巖體組成，由于巖體長期受到風化、剝蝕等外力地質作用，形成了別致的花崗巖地貌。在整個云洞巖從山腳至山頂幾乎由各種形態各異的花崗巖孤（滾）石組成，云洞巖作為孤（滾）石的典型分布區域，主要具有孤（滾）石分布范圍較廣、大小不一、復雜疊加關系等特點［1］。云洞巖常年均有大量游客進行登山活動，人類活動頻繁，加之坡腳處多為蔡坂村居民區、旅游休閑配套設施區等，因此對云洞巖孤（滾）石的調查顯得尤為重要。本次通過項目工作，梳理、總結出云洞巖孤（滾）石主要地質成因類型、穩定性影響因素，以及典型孤（滾）石潛在致災情況分析，并提出相應防治措施。

1 調查區概況

1.1 調查區范圍

根據以往收集的資料及前期踏勘成果，云洞巖孤（滾）石調查區潛在影響對象集中分布在云洞巖南側斜坡坡底及上山旅游道路兩側，北側斜坡潛在影響范圍均為林地，植被發育，無承災體。因此本次地面調查以南側斜坡及上山旅游道路兩側分布的滾石為主，北側斜坡僅作一般調查，主要利用高精度無人機進行航測，調查范圍見圖1。

圖1 云洞巖孤（滾）石調查區工作范圍、路線和點位

1.2 地形地貌概況

云洞巖位于漳州市龍文區東部，主峰海拔280 m，屬丘陵地貌，其西側為漳州平原。在云洞巖南坡及北坡局部區域存在陡崖、陡坡、緩坡、平臺等多種微地貌類型，其山巖突兀，怪石嶙峋。

1.3 地層巖性及構造

（1）侵入巖。云洞巖主要為燕山期侵入巖，巖性絕大多數屬酸性、中酸性花崗巖類，受區域侵入巖體影響較大，主要為第一次侵入巖屬長泰巖體，出露在廈門—南靖斷裂帶上，巖體接觸面為花崗閃長巖相及第三次侵入巖屬新村晶洞花崗巖，多數巖體邊界彎曲，絕大多數僅出露邊緣相。

（2）構造。云洞巖地處環太平洋地質構造帶，其花崗巖形成于中生代晚期（距今0.8 億～1 億a），該地質時期地幔頂部的巖漿多次侵入到地殼中，經歷多次的地質構造運動和多次海侵海退，隨著地殼上升，受到長期的風化、侵蝕、剝蝕之后，構成別致多姿的花崗巖地貌。

1.4 氣象水文條件

云洞巖屬亞熱帶海洋性季風氣候，夏季主導風為東南風，冬季為西北風，全年平均氣溫21.4 ℃，年平均降雨量1 560 mm，無霜期330 d。根據現場調查，云洞巖山頂及斜坡未發現泉眼及地表水體，坡腳見有人工開挖池塘。在暴雨或持續降雨期間，在滾石裂隙見有滲水現象。

2 調查成果

2.1 旅游路線調查（地面調查）

云洞巖（孤）滾石調查區地面調查面積0.60 km2，調查路線均從斜坡坡底至坡頂，主要沿著旅游道路兩側孤（滾）石開展詳細調查。本次地面調查共4 條調查路線，重點調查對景區旅游路線安全威脅較大的孤（滾）石118 個，具體工作量見表1。

表1 調查工作量一覽表

各路線具體調查情況如下：

（1）0 號調查路線由南側斜坡坡底至坡頂，滾石空間上沿著斜坡中下部分布較為稀疏，中上部分布較為密集；中下部滾石堆疊現象較少，多數為單個滾石獨立存在，下底面多為坡積土或殘積土，節理裂隙多不發育，周邊植被較發育；中上部普遍見有大小不等滾石相互堆疊現象，多數滾石發育裂隙，并存在臨空面，滾石粒徑較大，周邊植被較為稀疏。

（2）1 號調查路線由南側斜坡坡底至坡頂，滾石空間分布不均勻，集中分布在斜坡坡底及坡頂處，該路線上部較典型的特征是大小不等滾石發育于2 個基巖裂隙之間，接觸面較小，下底面均處于臨空狀態，并位于旅游路線上方，滾石兩側基巖可見砂土狀強風化。

（3）2 號調查路線終點為南側斜坡中部，與1 號路線相連接，該路線滾石零星分布，斜坡類型為土質斜坡，多數滾石局部嵌入或半嵌入至坡積土內，個別滾石因下底面坡積土被沖刷而形成臨空面，滾石粒徑普遍較小，滾石周邊植被較發育。

（4）3 號調查路線共調查滾石17 個，由南側斜坡坡腰至坡頂，該條路線上滾石均勻分布，多數滾石單個存在，滾石堆疊現象較少。周邊植被多數為榕樹，少量雜木，榕樹根系較發育，下底面多為坡積土，坡積土內可見榕樹根系，但未見植被根劈作用。

2.2 調查區外圍調查

滾石地質災害的發生通常受外界環境干擾，導致滾石自身力學平衡遭到破壞，在重力作用下沿著斜坡向下翻滾、跳躍等運動方式，由于速度快，沖擊力大，往往對下方承災體造成較為嚴重的破壞［2］。本次對云洞巖外圍主要調查是否存在殘留在現場的滾石、受破壞的承災體、滾石發生后形成破壞軌跡等，并詢問當地居民歷史上是否發生過滾石地質災害的一些基本情況。本次共采集16 個調查點。

通過對云洞巖孤（滾）石調查區外圍調查發現，其周邊植被發育，建筑物稀疏，人口密度較小，多數為臨時搭建工棚、簡易木屋等，土地利用類型多為農田、園地、村道等，調查斜坡、坡腳等處未發現地表水及泉眼出露。各調查點周邊尚未發現新發生或歷史上發生的滾石滾落及受破壞痕跡。經詢問當地居民，近年來未發生滾石地質災害［3］。

2.3 航測影像解譯（傾斜攝影三維建模）

數字航空攝影測量主要針對云洞巖孤（滾）石調查區，利用高精度無人機（飛馬D2000），設定相對航高96 m 進行測量，測量面積0.68 km2，影像分辨率1.5 cm，測量精度完全滿足本次調查工作需要。

經現場航測，室內影像拼接、解譯，本次共解譯滾石1 419 個，主要解譯滾石大小、形狀、下底面物質組成，斜坡坡向、坡度、滾石長軸方向、滾石堆疊情況、裂隙發育程度等相關參數。通過對滾石各參數進行綜合分析，定性評價每個滾石的穩定性，并對調查或解譯的每個滾石填寫相應的調查表，保證每個滾石穩定性評價有跡可循［3］。

3 地質成因類型分析

孤（滾）石與崩塌、滑坡等重力地質現象一樣，是斜坡或邊坡重力演化的一種形式［2］，即重力作用下內部因素和外部因素共同作用的結果，其成因受到地形地貌、地震、降雨、植被根劈作用、人類工程活動等外部因素的影響。滾石在不同的外因影響下，成因存在一定差異。根據本次地面調查成果，大致將云洞巖孤（滾）石調查區內滾石分為4 種成因類型，見圖2。

圖2 云洞巖孤（滾）石調查區不同成因分區示意圖

3.1 整體崩落

主要分布在南部斜坡東側～東南側一帶，地形坡度相對平緩，多數由于地震或構造活動，導致受到強烈的外力作用，大小不等滾石經一段距離的位移，在地形低洼處堆積。其主要特點為大小不等滾石之間相互疊置，具有復雜的堆疊關系，并形成大小不等的“石洞”。孤（滾）石分布較為集中，且數量多，滾石之間粒徑相差較大（分選性差），往往形成一定的臨空面，但滾石間的相互作用力處于平衡狀態，在無外力作用下，僅靠自身重力作用，難以發生滾石下落、回彈、跳躍等運動形式，總體處于相對穩定狀態。

3.2 風化殘留

主要分布在斜坡坡頂，地形坡度平緩，滾石多呈單個分布，下底面多為基巖。由于地勢平坦，在無外力作用下，僅靠自身重力作用，難以發生滾石下落、回彈、跳躍等運動形式，總體上相對穩定。但個別滾石位于斜坡（陡崖）邊緣，局部存在臨空面，滾石在外力作用下，可能發生沿斜坡或陡崖自由飛落。由于高差大、坡度陡，此類型滾石往往沖擊力巨大，破壞性強。

3.3 滾落

主要分布在南部斜坡西側一帶，自然坡度較陡，滾石位于斜坡坡面上。由于受到各種因素影響，一部分滾石堆積在地形平緩區域，受外界影響因素較小，穩定性較好；另一部分滾石滾落過程中受到障礙物的阻擋而停留在斜坡上（坡度較陡）。當外界因素發生改變，如降雨導致滾石下底面坡積土力學性質發生改變、植被受到破壞等導致力學平衡發生改變，在自身重力作用下，滾石可能再次發生滾落，形成滾石地質災害，此類滾石穩定性相對較差，受外界因素干擾較強，其穩定性需引起重視。

3.4 剝落

該成因分布范圍較局限，僅分布在云洞巖南北兩側陡崖。滾石位于陡坡坡面上，其塊體大小受節理裂隙及基巖風化程度等因素影響，當塊體剝離并滑落至靜止時，其相對較穩定，在上部塊體不斷滑落并堆疊時，由于堆載力的不斷增大，整個堆體受力不平衡，塊體會發生沿著陡坡二次滑落的可能性。

4 穩定性影響因素分析

云洞巖孤（滾）石穩定性受諸多因素共同影響，起到決定性作用的主要為滾石形狀、所處斜坡（邊坡）坡度及物質組成內因，而誘發其發生滾石地質災害的因素主要為降雨、人為活動等外因。

（1）滾石形狀：滾石的形狀對滾石穩定性起著決定性作用。工作區內滾石形態多種多樣，多呈近圓狀、橢球狀或不規則狀，部分呈板狀、楔形。當滾石形狀呈圓形或近圓形，在外力作用下，力學平衡發生改變時，極易沿斜坡發生滾落；當滾石形狀呈板狀、長柱狀等，受形狀限制，難以沿斜坡發生滾落，穩定性相對較好；當滾石呈橢球狀時，若其長軸方向與斜坡坡向一致，則相對穩定；若短軸方向與斜坡坡向一致，則穩定性較差。

（2）斜坡（邊坡）坡度：云洞巖孤（滾）石發部分分布于平緩斜坡，局部分布于較陡的斜坡，直接影響坡面上塊體的穩定性和運動路徑，滾石受自身重力作用較大，穩定性相對較低，較容易發生滾落。

（3）坡面的物質組成：云洞巖孤（滾）石調查區坡面物質組成主要為巖石和松散堆積物2 種，其中松散堆積物主要為坡積土和殘積土等，巖石則包括基巖或滾石。另外，坡面的物質組成及物理力學性質則決定滾石在坡面上運動時的摩擦系數（包括滑動摩擦和滾動摩擦）、回彈系數等。當坡面為松散堆積物時，由于屬軟弱結構面，在降雨或地表水浸泡時，強度將大大降低，摩擦力隨之下降，因此滾石下底面為松散堆積物時，穩定性相對較差，反之當下底面為基巖時，穩定性相對更好。

（4）降雨：該區受暴雨或持續降雨影響較為明顯，在雨后，部分地表水沿著滾石節理、裂隙滲入滾石內部或作用在結構面，而水具有潤滑作用及提高靜水壓力等作用，可能使本已接近極限平衡狀態的滾石失穩，對其穩定性產生不利的影響。

（5）人類活動：云洞巖孤（滾）石調查區屬云洞巖風景區，無人為開挖、爆破等活動，但因該區西北側為工業區，工程活動頻繁，各種大型機械、車輛產生的震動對滾石穩定性可產生一定的影響。

5 典型孤（滾）石潛在孕災情況及防治措施

5.1 蠕動孕災及防治措施

5.1.1 蠕動孕災分析

通過本次對云洞巖孤（滾）石調查區調查，發現個別滾石存在蠕動現象，穩定性較差。當受外界因素影響時，如滾石周邊植被變形情況、下底面堆疊滾石開裂情況等，可能繼續蠕動，具有潛在的危險性。當力學平衡發生改變，可能發生突發性滾石災害。

以較典型的孤（滾）石（編號YDYGS102）為例。該滾石位于1 號調查路線上，出露可見長3.5 m，寬6.6 m，高6.0 m。所處斜坡坡向285°，發育2 組裂隙，產狀330°∠45°，270°∠40°。周邊植被較發育，多為雜木，下底面為坡積土，后側存在滾石堆疊現象，見圖3。

圖3 根據下方堆疊滾石情況觀察滾石蠕動現象

該滾石潛在蠕動判斷依據如下：

（1）滾石傾伏方向與所處斜坡坡向基本一致。

（2）滾石下底面為坡積土，為軟弱面。

（3）滾石上方存在滾石堆疊現象，上方堆載受力方向與傾伏方向基本一致。

（4）該滾石下方與另一滾石相互堆疊，下方滾石因受力，見有開裂現象。由于該滾石存在蠕動，導致下方滾石受力，發生開裂。

（5）該滾石所處斜坡坡度大，滾石重心及外傾臨空面往斜坡方向移動。

5.1.2 蠕動孕災防治措施

針對該滾石，主要采取主動防護與被動防護相結合的方式，主要措施有3 個：①可在滾石下方修建混泥土擋墻支撐滾石，減緩或停止滾石位移，或用鋼絲繩或鋼絞線等拉住等措施保持滾石受力平衡；②安排專門定期巡查，并設立警示牌；③安裝簡易監測儀器，對滾石實時監測。

5.2 失穩致災及防治措施

5.2.1 失穩孕災分析

滾石穩定性受多種因素影響，如滾石裂隙發育情況、周邊植被及根系發育程度、滾石所處位置、斜坡坡度、地下水及地表水、滾石參數等。滾石現狀處于較穩定狀態，但在某些因素發生改變時，滾石可能由穩定狀態向不穩定轉變。

本次對云洞巖旅游道路兩側分布的滾石調查發現，部分滾石調查現狀處于較穩定狀態，但在影響其穩定性因素發生改變時或受到其他外力作用下，可能導致滾石發生失穩。

以較為典型的孤（滾）石（編號YDYGS205）為例。該孤（滾）石調查編號YDYGS205，所處斜坡坡度約40～45°，近似于長柱狀，滾石分布斜坡坡向235°。滾石出露可見長1.8 m，寬2.8 m，高1.6 m，節理裂隙不發育，滾石長軸方向345°，下底面為坡積土，局部嵌入坡積土內，前緣見臨空面，規格0.7 m×1.5 m。周邊植被較發育，多為喬木夾灌木，根系發育，滾石現狀處于較穩定，見圖4。

圖4 YDYGS205 孤（滾）石照片

從圖4 可以看出，該滾石所處斜坡與其長軸方向不一致，局部嵌入至坡積土內，影響其穩定性因素主要為下底面坡積土，其次為周邊植被根系發育情況。當在強降雨條件下，在地表水沖刷下底面坡積土（較為松散）時，導致滾石臨空面增大，加之根系對滾石存在一定的作用力，可能導致該滾石穩定性變差。

5.2.2 失穩孕災防治措施

該孤（滾）石位于旅游道路上方的斜坡坡面上，石頭下底面為坡積土，下方發育植被根系，并存在地表水沖刷痕跡，對游客潛在威脅相對較大。該滾石體積較小，清除難度相對較低，可利用較低成本，來消除滾石災害威脅，因此，以清除滾石為主要防治手段。

6 結語

通過對漳州云洞巖孤（滾）石調查區的調查分析，查明了云洞巖孤（滾）石有整體崩落成因、風化殘留成因、滾落成因、剝落式成因共4 種地質成因類型，以及主要影響調查區（孤）滾石穩定性的有滾石形狀、所處斜坡（邊坡）坡度及物質組成等內因，而誘發其發生滾石地質災害的因素主要為降雨、人為活動等外因，針對調查區較典型的（孤）滾石孕災情況提出相應的防治措施，可為今后孤（滾）石調查和防治措施提供借鑒。