四川彭山義和紅層塌陷的應(yīng)急處治及成因分析

■辜順平

（四川省冶金地質(zhì)勘查局六〇五大隊(duì)四川眉山620860）

四川彭山義和紅層塌陷的應(yīng)急處治及成因分析

■辜順平

（四川省冶金地質(zhì)勘查局六〇五大隊(duì)四川眉山620860）

四川紅層主要是侏羅系和白堊系地層，有少量第三系地層，在四川盆地及盆地邊緣地區(qū)廣泛分布，總面積約16.5萬(wàn)km2。由于四川紅層具有獨(dú)特的工程性質(zhì)［1］，在紅層地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻繁、災(zāi)害嚴(yán)重［2］，災(zāi)害類(lèi)型以滑坡、崩塌為主，其它災(zāi)種少見(jiàn)。近幾年在成都平原開(kāi)展工程勘察的鉆孔中，在紅層地層中零星發(fā)現(xiàn)由含鈣質(zhì)礦物和石膏所引發(fā)的巖溶孔洞［3］。而發(fā)生在四川盆地西部紅層區(qū)的彭山義和地面塌陷，給我們研究四川紅層塌陷的成因及其環(huán)境地質(zhì)意義，提供了一個(gè)難得的窗口和契機(jī)。

塌陷特征應(yīng)急措施分析

四川紅層主要是侏羅系和白堊系地層，有少量第三系地層，在四川盆地及盆地邊緣地區(qū)廣泛分布，總面積約16.5萬(wàn)km2。由于四川紅層具有獨(dú)特的工程性質(zhì)［1］，在紅層地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻繁、災(zāi)害嚴(yán)重［2］，災(zāi)害類(lèi)型以滑坡、崩塌為主，其它災(zāi)種少見(jiàn)。近幾年在成都平原開(kāi)展工程勘察的鉆孔中，在紅層地層中零星發(fā)現(xiàn)由含鈣質(zhì)礦物和石膏所引發(fā)的巖溶孔洞［3］。而發(fā)生在四川盆地西部紅層區(qū)的彭山義和地面塌陷，給我們研究四川紅層塌陷的成因及其環(huán)境地質(zhì)意義，提供了一個(gè)難得的窗口和契機(jī)。

1　義和紅層塌陷的時(shí)空特征

義和地面塌陷位于眉山市彭山區(qū)義和鄉(xiāng)喻溝村4組。該塌陷發(fā)生于2015年4月14日凌晨2點(diǎn)，最初出現(xiàn)直徑約1.5m的塌陷坑，其后塌陷坑不斷擴(kuò)大，至2015年4月22日逐漸趨穩(wěn)。塌陷坑直徑達(dá)12m，深度約20m，塌陷面積約111m2，體積方量約0.222× 104m3，為一小型規(guī)模的紅層塌陷地質(zhì)災(zāi)害，直接造成當(dāng)?shù)?農(nóng)戶(hù)的4間平房毀壞，所幸未造成人員傷亡（見(jiàn)圖1）。

地面塌陷平面上大致呈圓形，塌陷坑邊緣陡直，土體較松散，現(xiàn)場(chǎng)可觀察到多條圓弧形地面裂縫，這些裂縫距塌陷坑沿一般1-2m，延伸長(zhǎng)度2-3m，寬度5～10mm，表明塌陷坑存在進(jìn)一步擴(kuò)大的可能。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得知，塌陷發(fā)生前，當(dāng)?shù)卮迕裎绰?tīng)到有異響，亦未看見(jiàn)地面產(chǎn)生下陷變形的跡象，這說(shuō)明義和紅層塌陷具有突發(fā)性。

2　應(yīng)急處治措施

義和紅層塌陷發(fā)生后，啟動(dòng)了如下應(yīng)急處治措施：

（1）避險(xiǎn)安置：對(duì)受到威脅的住戶(hù)采取臨時(shí)避險(xiǎn)安置措施，同時(shí)劃定危險(xiǎn)區(qū)范圍，并設(shè)立警示帶隔離線，避免圍觀人群進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)。

（2）應(yīng)急調(diào)查：由提供技術(shù)支撐的專(zhuān)業(yè)地勘單位開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，就該塌陷災(zāi)害的特征、危害對(duì)象、穩(wěn)定性及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行調(diào)查評(píng)價(jià)，提出采取應(yīng)急排危除險(xiǎn)方式予以處治的意見(jiàn)，供國(guó)土主管部門(mén)決策參考。

（3）應(yīng)急排危：由具備資質(zhì)的單位按照省地災(zāi)防治專(zhuān)家現(xiàn)場(chǎng)踏勘意見(jiàn)，編制應(yīng)急排危除險(xiǎn)設(shè)計(jì)并組織實(shí)施。采用對(duì)塌陷坑分層回填的工程措施，設(shè)計(jì)思路是陷坑底部采用填筑粗顆粒托底支撐，中間層采用加筋土提高填土強(qiáng)度減小沉降，上部表層作成隔水防滲層。工藝流程是先在塌陷坑底部鋪筑碎石土至設(shè)計(jì)初始標(biāo)高，分層采用小型打夯機(jī)進(jìn)行夯實(shí)，分層厚度0.5m，密實(shí)度要求85%，初次夯填時(shí)可能因塌陷坑底部土體松散因擠壓沉陷，考慮了50%超填量；分層填筑至設(shè)計(jì)初始標(biāo)高后，鋪墊土工格柵，土工格柵分層厚度為0.5m，采用雙向滌綸土工格柵，型號(hào)TL50；填筑至近地表設(shè)計(jì)標(biāo)高后，在表層鋪設(shè)一層2mm HDPE土工膜防滲，最后回填50cm厚度的粘土并壓實(shí)。

3　成因分析

根據(jù)義和紅層塌陷所處地質(zhì)環(huán)境條件分析，塌陷的形成與地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和地下水有關(guān)，是水、巖、裂隙三者“耦合”的結(jié)果。

3.1含可溶鈣芒硝礦的地層為塌陷的形成提供了物質(zhì)條件

塌陷附近出露的地層有白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）和第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl），其中白堊系地層系構(gòu)成川西紅層的主要地層之一。

（1）白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）。該地層中含多層鈣芒硝礦層，巖層產(chǎn)狀130°∠32°，根據(jù)沉積特征和巖性組合將灌口組劃分為三段，由下而上為：

①第一段（K2g1）：為含礦帶底板層段，以暗紫色中厚層狀粉砂質(zhì)粘土巖、泥質(zhì)細(xì)沙巖為主。

②第二段（K2g2）：為含礦帶，細(xì)分為下、中、上三個(gè)帶。

下含礦帶（K2g2-1）：由13～18層鈣芒硝礦及12～17層夾層組成，總厚度54.08～66.32m。夾層由紫紅色粘土巖、粉砂質(zhì)粘土巖及粉砂巖組成。

中部含礦帶夾層（K2g2-2）：由紫紅色薄層～中厚層狀白云質(zhì)泥質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)粘土巖、泥質(zhì)粉砂巖等組成，厚度79.02～104.09m。

上含礦帶（K2g2-3）：由7～11層鈣芒硝礦及6～10層夾層組成，總厚66.49～77.06m。夾層由紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖及粉砂質(zhì)粘土巖組成。

③第三段（K2g3）：為含礦帶頂板層段，以紫紅色、灰綠色薄至中厚層狀粉砂質(zhì)粘土巖、泥質(zhì)粉砂巖為主。

（2）第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）。分布于山體坡麓、溝谷地帶，巖性為粉質(zhì)粘土，紅褐色，可塑～硬塑狀，層厚10～15m。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，義和塌陷處地表為厚約10m的粉質(zhì)粘土，其下為灌口組第二段之下含礦帶細(xì)-粗晶鈣芒硝，再之下為灌口組第一段粉砂質(zhì)粘土巖，而含可溶性鈣芒硝的白堊系紅層和地表覆蓋的第四系細(xì)粒土層，為紅層塌陷的孕育及發(fā)生提供了物質(zhì)條件。

3.2背斜頂部發(fā)育的節(jié)理裂隙為塌陷的形成提供了空間條件

義和塌陷所在區(qū)域位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)四川臺(tái)拗川西凹陷成都斷凹西南部之眉山～普興凹陷內(nèi)，構(gòu)造以褶皺為主（見(jiàn)圖2）。塌陷處于熊坡背斜南東翼，靠近背斜頂部。熊坡背斜南起洪雅，北至新津傾沒(méi)于第四系之下，長(zhǎng)約81公里，橫寬為8～10公里。該背斜由三疊系須家河組～下第三系組成，外緣依次為大片侏羅系～白堊系各層組環(huán)繞，為一狹長(zhǎng)不對(duì)稱(chēng)背斜，軸向北東30°～50°，北西翼陡，傾角30°～60°，部分甚至直立或倒轉(zhuǎn)，南東翼平緩，一般15°～20°，靠近核部為30°～35°。

受縱彎褶皺作用形成的熊坡背斜，在背斜頂部因受拉伸作用，產(chǎn)生垂直層面的張節(jié)理和共軛剪節(jié)理，形成節(jié)理密集區(qū)，成為地下水賦存和下滲的有利部位；白堊系地層中由于鈣芒硝礦層與頂?shù)装鍑鷰r的能干性差異，順層擠壓使得可溶性礦層與圍巖之間產(chǎn)生變形差異，將弱化兩者之間原生結(jié)構(gòu)面接觸緊密程度，從而形成有利于地下化學(xué)徑流的層間裂隙通道。

3.3豐富的地表水和地下水為塌陷的形成提供了媒介條件

義和塌陷位于中丘地貌區(qū)，微地貌為因剝蝕作用而成的一塊山間平地的邊緣。山間平地為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)耕區(qū)，春季到秋季為水田，因此，地表水豐富且入滲時(shí)間長(zhǎng)，有利于地表水就近補(bǔ)給地下水。同時(shí)，塌陷處北西方向地勢(shì)較高處、相距約1.2km為雙鳳水庫(kù)，水庫(kù)面積約20萬(wàn)m2，系常年蓄水，同一坡向線上的水庫(kù)正好構(gòu)成塌陷區(qū)地下水的補(bǔ)給區(qū)，調(diào)查當(dāng)?shù)氐拿窬沧C實(shí)了這一點(diǎn)。所以，豐富的地表水通過(guò)下滲補(bǔ)給地下水，從熊坡背斜頂部向南東翼下部徑流，為塌陷的形成提供了多因素耦合的媒介條件。

3.4形成機(jī)制

在熊坡背斜隆起成山后，背斜頂部及靠近頂部的地層首先遭到剝蝕，使灌口組第二段含礦帶形成露頭，進(jìn)而形成溶蝕洼地，后又被厚度約10m的第四系坡殘積土覆蓋，形成山間平地；而背斜頂部附近為節(jié)理密集區(qū)，有利于地下水賦存及流動(dòng)；含礦帶中的可溶性鈣芒硝，在耦合媒介地下水的溶蝕下，形成所謂的化學(xué)徑流，順巖層、礦層中的層間裂隙，向背斜南東翼深處順傾向運(yùn)移，而在鈣芒硝礦層中產(chǎn)生溶孔、溶隙，形成溶蝕淋濾帶，并在局部形成溶洞，同時(shí)對(duì)應(yīng)地在其上覆土體中會(huì)形成應(yīng)力拱來(lái)平衡土體自重，當(dāng)溶洞逐漸擴(kuò)大直到打破土體極限平衡時(shí)，就會(huì)形成地面塌陷。

4　討論

（1）分析表明義和紅層塌陷與碳酸鹽巖巖溶有區(qū)別，一是受可溶性礦層空間賦存狀態(tài)所限，在白堊系紅層區(qū)不易形成順地層傾向延伸的串珠狀塌陷坑；二是人類(lèi)工程活動(dòng)，如鈣芒硝礦地下開(kāi)采井巷抽排水作業(yè)，形成降落漏斗［4］，改變區(qū)內(nèi)地下水平衡狀態(tài)，加快可溶鹽的溶蝕速度，將促使紅層塌陷加快形成。

（2）由于義和紅層塌陷具有隱蔽性和突發(fā)性，要預(yù)防此類(lèi)災(zāi)害，有必要針對(duì)受熊坡背斜控制的可溶性礦層露頭覆蓋區(qū)，特別是其中的民居區(qū)，開(kāi)展紅層塌陷專(zhuān)項(xiàng)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，配合采用地球物理方法，如地震反射法、高密度電法等，查清隱伏的紅層巖溶和土洞，再采取工程措施或搬遷避讓等措施，就能夠有效地避免紅層塌陷的危害。

［1］王子忠，許模.四川盆地含膏鹽紅層特征及壩基工程地質(zhì)問(wèn)題 ［J］.水利水電技術(shù). 2011.03.

［2］黃紹檳，程強(qiáng)，胡厚田.四川紅層分布及工程環(huán)境特征研究 ［J］.公路.2005No.5

［3］彭國(guó)喜，覃雄謀，高磊.四川紅層中巖溶的分布特點(diǎn)及形成機(jī)制 ［J］.防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào).2010.12.

［4］李守群，楊東，沈云龍，尹吉祥.四川眉山開(kāi)采芒硝礦地下水的疏干與防治 ［J］.四川地質(zhì)學(xué)報(bào).2007.3.

F416.1［文獻(xiàn)碼］ B

1000-405X（2016）-8-445-2

辜順平（1963～），男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)工程。