安徽省銅陵地區(qū)巖溶地面塌陷發(fā)育現(xiàn)狀

雷柱平

（安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站， 安徽合肥 230001）

1 巖溶地面塌陷的發(fā)育現(xiàn)狀

銅陵地區(qū)位于安徽省中南部，長(zhǎng)江中下游南岸，地處在沿江平原丘陵區(qū)，是皖江經(jīng)濟(jì)帶重要區(qū)域。區(qū)內(nèi)交通便捷，水陸交通網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá)。

早于50年代在巖溶充水礦山就有巖溶地面塌陷出現(xiàn)，50～70年代區(qū)內(nèi)尚且零星出現(xiàn)，規(guī)模小，成災(zāi)輕，未被人們所重視。進(jìn)入80年代，地方經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，礦產(chǎn)資源及巖溶水資源被大量開采，巖溶地面塌陷日益頻繁，尤其是一些礦山疏干排水引發(fā)了大規(guī)模的巖溶地面塌陷，損失巨大。

至2001年，不完全統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)有18處因采疏地下水誘發(fā)巖溶地面塌陷，2處自然產(chǎn)生巖溶地面塌陷，共產(chǎn)生巖溶地面塌陷坑355個(gè)，影響面積達(dá)376公頃。巖溶地面塌陷分布極不均勻，主要集中分布在銅陵市周邊，共14處331個(gè)塌陷坑，占本區(qū)總數(shù)的93.24%。

2005年1月～2015年9月，區(qū)內(nèi)10處巖溶地面塌陷共產(chǎn)生塌陷坑142個(gè)，影響面積達(dá)33公頃。主要發(fā)生在銅陵市銅官區(qū)朝山村和銅陵縣天門鎮(zhèn)新民村。2005～2015年9月區(qū)內(nèi)巖溶地面塌陷見(jiàn)表1。

巖溶地面塌陷發(fā)生后，由于其誘發(fā)因素作用的變化（如抽水、排水降升加大）或其他因素的參與（如降水）可以發(fā)生新的塌陷或在原塌陷上再次發(fā)生。巖溶地面塌陷集中發(fā)生在2011年，2010、2012、2013年次之，2005年至2015年9月區(qū)內(nèi)巖溶地面塌陷發(fā)生塌坑數(shù)量見(jiàn)圖1。

表1 2005-2015年區(qū)內(nèi)巖溶地面塌陷一覽表Table 1. List of karst ground collapses in the study area from 2005 to 2015

2 巖溶地面塌陷的成因和類型

根據(jù)巖溶塌陷的形成時(shí)期、可溶巖類型、巖溶塌陷誘發(fā)（觸發(fā)）因素以及塌陷體的巖性，巖溶塌陷類型詳見(jiàn)下表2。

圖1 巖溶地面塌陷發(fā)生年際密度統(tǒng)計(jì)Fig. 1 Interannual density statistics of karst ground collapse

2.1 按可溶巖分類

本區(qū)內(nèi)巖溶塌陷均為碳酸鹽巖巖溶塌陷，主要分布地層為二疊系棲霞組、三疊系南陵湖組和東馬鞍山組，巖性主要灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r（圖2）。

2.2 巖溶塌陷按塌陷體巖性分類

2.2.1 基巖塌陷

據(jù)調(diào)查分析，該類塌陷主要以地下河天窗、巖溶漏斗、落水洞等巖溶形態(tài)點(diǎn)呈現(xiàn)，目前多被巖溶石山區(qū)居民開發(fā)為生活飲用水水源地。

2.2.2 土層塌陷

本次調(diào)查的巖溶塌陷都發(fā)生在覆蓋型巖溶區(qū)的第四系土層中，均為土層塌陷。

2.3 巖溶塌陷按成因類型

區(qū)內(nèi)巖溶塌陷按成因類型，可分為自然巖溶塌陷和人為巖溶塌陷兩大類，其中以人為型巖溶塌陷為主，人為型巖溶塌陷主要是礦山企業(yè)生產(chǎn)中抽排地下水型、其次為機(jī)井抽水，具體見(jiàn)下表3。

3 巖溶地面塌陷的形態(tài)特征

由于早期巖溶塌陷坑在本次野外地質(zhì)調(diào)查中大多被填埋，或進(jìn)行巖溶塌陷治理后土地開發(fā)利用，巖溶塌陷坑形態(tài)等地質(zhì)數(shù)據(jù)僅依靠訪問(wèn)，獲得的資料可靠性不高。故本次巖溶塌陷坑形態(tài)數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采用近期銅陵市官山區(qū)朝山村及義安區(qū)新民村121個(gè)巖溶塌陷坑。

3.1 巖溶塌陷的規(guī)模

根據(jù)本區(qū)內(nèi)巖溶塌陷的資料統(tǒng)計(jì)，巖溶塌陷的規(guī)模并不是很大，塌口直徑和塌坑深度大部分都在6m以下（表4），但是對(duì)于城市巖溶來(lái)說(shuō)，這種塌陷帶來(lái)的危害也是非常巨大的，能夠?qū)用竦纳拓?cái)產(chǎn)造成了很大的損失。

表2 巖溶塌陷綜合分類表Table 2. Comprehensive classification of karst collapses

圖2 巖溶塌陷分布地層比例餅圖Fig. 2 Pie chart of strata in which karst collapse take place

此外，本區(qū)域內(nèi)的巖溶塌陷往往成群出現(xiàn)，其排列形式為群集式，如銅陵新橋礦區(qū)在1977年4月至今發(fā)生的群體塌陷，累計(jì)塌洞多達(dá)150余個(gè)。區(qū)內(nèi)單個(gè)塌陷坑大直徑一般1.5～10m，最大直徑達(dá)18.6m。其中小于等于1.5m塌陷坑9個(gè)，1.5～3m塌陷坑31個(gè)，3～5m塌陷坑33個(gè)，5～10m塌陷坑36個(gè)，大于10m塌陷坑12個(gè)。深度各不相同，可見(jiàn)深度一般約0.5～5.0m，最大可見(jiàn)深度9.5m（圖3、圖4）。

表3 巖溶塌陷的成因類型一覽表Table 3. List of causes of karst collapses

表4 銅陵地區(qū)巖溶塌陷的規(guī)模統(tǒng)計(jì)表Table 4. Statistics of sizes of karst collapses in the Tongling area

3.2 巖溶塌陷的平面形態(tài)特征

塌陷坑的平面特征有圓形、橢圓形、長(zhǎng)條形、不規(guī)則狀及復(fù)合狀等幾種形態(tài)。根據(jù)銅陵地區(qū)的巖溶塌陷資料調(diào)查發(fā)現(xiàn)，塌陷坑的平面特征有圓形、橢圓形、不規(guī)則狀等幾種形態(tài)（圖5），圓形、橢圓形、不規(guī)則狀塌陷坑分別為75、30和16個(gè)，占比分別為62%、25%、13%。

圖3 銅陵朝山、新民村巖溶塌陷坑長(zhǎng)軸統(tǒng)計(jì)Fig. 3 Statistics of long axles of karst collapse pits in Chaoshan and Xinmin villages of Tongling

圖4 銅陵朝山、新民村巖溶塌陷坑深度統(tǒng)計(jì)Fig. 4 Statistics of depths of karst collapse pits in Chaoshan and Xinmin villages of Tongling

3.3 巖溶塌陷的剖面形態(tài)特征

圖5 銅陵朝山、新民村巖溶塌陷坑平面形態(tài)統(tǒng)計(jì)Fig. 5 Statistics of plane forms of karst collapse pits in Chaoshan and Xinmin villages of Tongling

剖面特征有碟狀、壇狀、圓柱狀、錐形等幾種（圖6），碟狀塌陷坑51個(gè)，占比為42%；壇狀塌陷坑51個(gè)，占比為42%；圓柱狀塌陷坑11個(gè)，占比為9%；錐形塌陷坑8個(gè)，占比為7%。

4 巖溶地面塌陷的危害性

4.1 破壞城市建筑設(shè)施，威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全

地面塌陷對(duì)建筑設(shè)施的破壞非常嚴(yán)重，由于塌陷改變了地基土的結(jié)構(gòu)，常造成建筑物的傾斜、倒塌、地下管道的變形、錯(cuò)位等。

圖6 銅陵朝山、新民村巖溶塌陷坑剖面形態(tài)統(tǒng)計(jì)Fig. 6 Statistics of profile forms of karst collapse pits in Chaoshan and Xinmin villages of Tongling

1989年9月銅陵小街地區(qū)發(fā)生大規(guī)模塌陷，并伴生大量地裂縫、地面不均勻沉降，造成大量市民住宅開裂、傾斜、毀壞，毀壞房屋建筑面積5.2×104m2，塌陷區(qū)內(nèi)的銅官山礦、有色動(dòng)力處等幾十家單位生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)受到影響。小街巖溶地面塌陷總影響面積約51×104m2，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到1.6億元。

銅陵先鋒西村71棟、91棟巖溶地面塌陷區(qū)累計(jì)產(chǎn)生塌洞6處，塌陷伴生有地裂縫，導(dǎo)致101、605、106等住戶墻體出現(xiàn)裂縫，總影響面積約5800m2。塌陷破壞農(nóng)田及樓房，威脅居民生命財(cái)產(chǎn)安全。

銅陵獅子山東隆服裝廠巖溶地面塌陷區(qū)廠區(qū)內(nèi)水泥地面、廠房墻體出現(xiàn)開裂，地面出現(xiàn)下陷，總影響面積約9400m2。塌陷造成圍墻倒塌，地下管道斷裂，電纜懸空，威脅廠房及員工生命財(cái)產(chǎn)安全（照片1、2、3）。

4.2 擠占、毀壞農(nóng)田，制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展

照片1 銅陵小街塌陷破壞公路Photo 1. Road destroyed by kast collapse in Xiaojie, Tongling

照片2 銅陵小街塌陷破壞街道房屋等Photo 2. Houses destroyed by kast collapse in Xiaojie, Tongling

照片3 銅陵市東隆服裝廠區(qū)1#巖溶地面塌陷坑破壞街道廠房Photo 3. Workshops destroyed by kast ground collapse pit 1# in the Donglong Garment Factory zone

地面塌陷的表現(xiàn)形式和直接危害就是對(duì)土地的破壞。我省現(xiàn)有的塌陷區(qū)，在未損毀之前絕大部分為基本農(nóng)田(可耕地約占98%)。由于塌陷，大量農(nóng)田被擠占或破壞，已使得數(shù)十萬(wàn)人完全或基本失去賴以生息的土地，有些地區(qū)人均耕地已不足0.2畝。約有28%的塌陷區(qū)因積水等原因無(wú)法耕種而絕收，即便是那些尚可耕作的土地，其保水、保土、保肥能力也明顯降低，養(yǎng)份嚴(yán)重流失，農(nóng)作物因長(zhǎng)勢(shì)不良而減產(chǎn)(約占5成左右)，如按基本農(nóng)田畝產(chǎn)糧食400kg/a計(jì)算，僅此一項(xiàng)每年損失的糧食即在0.7×108kg以上，這是一個(gè)巨大的損失。

銅陵市新橋礦區(qū)巖溶地面塌陷區(qū)塌陷150余處，總影響面積約110×104m2。塌陷造成農(nóng)田漏水、村民房屋開裂、灌溉設(shè)施遭到破壞，威脅居民生命財(cái)產(chǎn)安全。

銅陵葉家湖水源地巖溶地面塌陷區(qū)地面累計(jì)產(chǎn)生塌洞20余個(gè)。塌陷破壞農(nóng)田，總影響面積50×104m2。新民村巖溶地面塌陷區(qū)南北長(zhǎng)約1000m，東西寬約50～220m，影響面積約12×104m2，對(duì)境內(nèi)新民村50余戶居民造成直接威脅，并破壞大量農(nóng)田。

銅陵朝山村巖溶地面塌陷區(qū)影響范圍南北長(zhǎng)700m，東西寬500m，總影響面積約24×104m2，塌陷直接破壞農(nóng)田約330畝，使全村700余畝農(nóng)田無(wú)法耕種，同時(shí)對(duì)朝山村境內(nèi)107戶331人構(gòu)成威脅。

銅陵獅子山村包村巖溶地面塌陷區(qū)累計(jì)產(chǎn)生塌洞18處，總影響面積1×104m2。郊區(qū)銅山村第四村民組巖溶地面塌陷區(qū)，塌陷伴生近地面裂縫及不均勻沉降，導(dǎo)致附近多處居民墻體開裂，3戶居民住房倒塌，石門路路基凹陷，總影響面積達(dá)6.0×104m2。

巖溶地面塌陷造成農(nóng)田、魚塘損毀與民房坍塌、墻體開裂、道路損毀（照片4、5、6、7）。

4.3 妨礙交通、通訊設(shè)施安全

巖溶地面塌陷對(duì)其波及范圍內(nèi)的道路、橋梁以及通訊設(shè)施破壞亦很嚴(yán)重。銅陵小街地區(qū)鐵路專用線亦因巖溶地面塌陷導(dǎo)致路基下沉0.42m，公路路基最大下沉0.90m。朝山村巖溶塌陷致使村村通公路基礎(chǔ)坍塌，路面懸空，人車無(wú)法通行（照片8）。

照片4 銅陵朝山村魚塘中的塌坑Photo 4. Collapse pit in a fish pond of Chaoshan village in Tongling

照片5 銅陵朝山村農(nóng)田中的塌坑Photo 5. Collapse pit in a farmland of Chaoshan village in Tongling

照片6銅陵朝山村巖溶地面塌陷坑群Photo 6. Collapse pit cluster in Chaoshan village of Tongling

照片7銅陵朝山村塌坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)Photo 7. Inner structure of collapse pit in Chaoshan village,Tongling

4.4 影響水利工程的安全運(yùn)作

巖溶塌陷對(duì)水利工程的影響主要表現(xiàn)在銅陵市義安區(qū)順安鎮(zhèn)新橋河大堤塌陷損毀，需要耗費(fèi)人力、物力、財(cái)力用以加固和修復(fù)大堤。

銅陵市官山區(qū)朝山村巖溶塌陷嚴(yán)重破壞田間灌溉溝渠。由于巖溶塌陷連通地下巖溶系統(tǒng)，溝渠地表水流失，農(nóng)田無(wú)法灌溉（照片9、10、11）。

4.5 威脅礦井自身安全

照片8 朝山村巖溶塌陷致使公路基礎(chǔ)坍塌Photo 8. Roadbed cave-in caused by karst collapse in Chaoshan village

照片9 銅陵市義安區(qū)順安鎮(zhèn)新橋河大堤Photo 9. The Xinqiao River embankment, Shunan Town, Yi’an District, Tongling city

照片10、11 巖溶塌陷致使溝渠散失功能Photo 10-11. Irrigation channel malfunction by karst collapse

巖溶地面塌陷及由此產(chǎn)生的塌陷裂隙已對(duì)礦山自身安全構(gòu)成威脅，銅陵等地部分井采礦山就曾在汛期因塌陷裂隙導(dǎo)通地表水而發(fā)生多起淹井(礦坑突水)災(zāi)害，近年來(lái)這種災(zāi)害正在呈上升趨勢(shì)。

5 結(jié)論

本區(qū)巖溶塌陷始于20世紀(jì)50年代，至2001年，不完全統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)有18處因采疏地下水誘發(fā)巖溶地面塌陷，2處自然產(chǎn)生巖溶地面塌陷，共產(chǎn)生巖溶地面塌陷坑355個(gè)，影響面積達(dá)376hn2。塌陷坑的平面特征有圓形、橢圓形、不規(guī)則狀等幾種形態(tài)；剖面特征有碟狀、壇狀、圓柱狀、錐形等。巖溶塌陷是銅陵市最嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)做好汛前檢查與汛期應(yīng)急調(diào)查工作，做好預(yù)防、預(yù)報(bào)和預(yù)警工作。