基巖和蓋層對(duì)廣東惠陽(yáng)巖溶地面塌陷影響機(jī)制

李 晶

(廣東省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊(duì)，廣東 惠州 516008)

1 巖溶特征

廣東惠陽(yáng)可溶巖分布于淡水南部石橋、司前、東部長(zhǎng)潭、新橋等地。其中城區(qū)以大理巖為主，南站新城以石灰?guī)r為主。

勘查區(qū)內(nèi)無(wú)裸露型巖溶，城區(qū)大部分地表已被城鎮(zhèn)建筑及道路覆蓋，南站新城地表大部分被第四系沖洪積土層覆蓋，屬覆蓋型巖溶；新橋東部經(jīng)鉆孔揭露，可溶巖與測(cè)水組砂頁(yè)巖呈平行整合接觸，地表為第四系沖洪積土，屬埋藏型巖溶。勘查區(qū)巖溶主要是地下巖溶形態(tài)，包括溶洞和溶蝕。

2 巖溶地面塌陷的影響因素及機(jī)理分析

2.1 基巖條件

可溶巖礦物成份主要為不同結(jié)晶程度的方解石、白云石、文石、石英等礦物。巖石礦物成份中方解石、白云石含量越高，所處部位構(gòu)造越發(fā)育，越容易發(fā)生巖溶溶蝕。碳酸鹽巖本身礦物成份組合是產(chǎn)生巖溶的重要前提。碳酸鹽的成因是多種多樣的，因而其結(jié)構(gòu)組份也比較復(fù)雜多樣，由碳酸鹽為主的礦物和一些不溶殘余形成的碳酸鹽巖，其溶解性取決于碳酸鹽類(lèi)礦物的化學(xué)組分，以及成巖、蝕變、變質(zhì)過(guò)程的作用，碳酸鹽類(lèi)礦物的化學(xué)組分CaO含量越高溶解性越強(qiáng)，MgO和不溶殘余含量越高溶解性越弱。其碳酸鹽巖的溶解性能由強(qiáng)到弱的順序?yàn)榛規(guī)r-大理巖-白云巖-泥質(zhì)灰?guī)r-硅質(zhì)灰?guī)r，見(jiàn)表1。

勘查區(qū)碳酸鹽巖為石炭系石磴子組的灰?guī)r、大理巖，根據(jù)巖礦分析表(表1)可知，鉆孔DZ06含CaO含量高、MgO含量低，故其溶解性越強(qiáng)，由鉆孔揭露溶洞發(fā)育特征統(tǒng)計(jì)表(表2)可知，鉆孔DZ06共發(fā)育5層溶洞；鉆孔SW06、SW07總體而言CaO含量低、MgO含量高，故未揭露溶洞；鉆孔DZ08雖揭露1層溶洞，但洞體小，見(jiàn)表2。

巖溶發(fā)育程度與巖層厚度成正相關(guān)，即層理愈厚，巖溶就愈發(fā)育。巖石巖層越厚，其含有的難溶物越少，溶解度也越大；薄層碳酸鹽巖常含較多的泥質(zhì)等雜質(zhì)，溶解度較小，不利于溶洞的發(fā)育?？辈閰^(qū)碳酸鹽巖以中厚層狀為主，利于巖溶發(fā)育。

表1 巖礦分析表Tab.1 Rock mass analysis

表2 鉆孔揭露溶洞發(fā)育特征統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistics of development characteristics of karst caves exposed by drilling

2.2 蓋層條件

2.2.1 蓋層底部土體類(lèi)別

覆蓋層底部土體類(lèi)別主要影響地下水自覆蓋層向基巖垂直下滲補(bǔ)給的。覆蓋層底層土類(lèi)主為粉質(zhì)粘土/粘土，少量為砂礫層，粉質(zhì)粘土/粘土有較好的隔水作用，地表水與地下水連通性差，對(duì)巖溶塌陷的影響較?。簧暗[層滲透系數(shù)大，使巖溶洞隙上覆的第四系松散巖類(lèi)孔隙潛水垂向下滲補(bǔ)給巖溶水，利于巖溶發(fā)育。需要說(shuō)明的是，研究表明，可溶巖面常分布有一層殘積粘土層，該粘土透水性差，常為巖溶水和第四系潛水隔水層。在地下水潛蝕作用或真空負(fù)壓作用下，該層最容易受到破壞而形成土洞或快速致塌。

2.2.2 巖土體結(jié)構(gòu)

覆蓋層結(jié)構(gòu)指的是垂向上覆蓋層土體類(lèi)別及其組合特征，覆蓋層結(jié)構(gòu)對(duì)巖溶地面塌陷的影響主要體現(xiàn)在抗?jié)B透變形等方面。土層的性質(zhì)非常重要。如砂質(zhì)土層中發(fā)生的潛蝕作用，除與水力梯度有關(guān)外，其顆粒級(jí)配的情況也很重要；粘性土中，土的壓縮模量，土中粉粒、粘土顆粒的含量等，與塌陷的發(fā)生，均有一定的相關(guān)性。巖性結(jié)構(gòu)對(duì)塌陷的形成有著明顯的影響，均一的砂土由于其顆粒間無(wú)粘結(jié)力，在一定水頭的水流滲透作用下，其細(xì)小顆粒易于被潛蝕搬運(yùn)進(jìn)而掏空破壞，抗塌陷能力最差，塌陷數(shù)量相對(duì)較多；雙層或多層結(jié)構(gòu)的土層，由于有粘性土的緩沖作用，其抗塌能力要稍好一些；均一粘性土或底部為粘性土的多層結(jié)構(gòu)土層，由于粘性土具有一定的凝聚力，抗塌能力較強(qiáng)，塌陷數(shù)量相對(duì)較少，塌陷的速度也要緩慢一些。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，勘查區(qū)覆蓋層結(jié)構(gòu)較雜，主要為“粘土+砂層+粉質(zhì)粘土”“填土+粉質(zhì)粘土”“上粘土+砂礫層”“填土+淤泥質(zhì)土+粉質(zhì)粘土”等雙層和多層結(jié)構(gòu)和“填土”“粉質(zhì)粘土”單層結(jié)構(gòu)，由上述分析可知，勘查區(qū)覆蓋層結(jié)構(gòu)抗塌能力總體較好。

2.2.3 蓋層厚度

覆蓋層除土層的各種物理技術(shù)特性外，相對(duì)說(shuō)來(lái)，覆蓋層較厚的地區(qū)，其穩(wěn)定性較高，所以，覆蓋層的厚度可作為判別該地是否可能產(chǎn)生塌陷的一項(xiàng)主要因素。

勘查區(qū)內(nèi)巖溶區(qū)的覆蓋層厚度不一。本次研究主要研究巖溶地面塌陷的影響，因此主要考慮存在溶洞的鉆孔覆蓋層情況。根據(jù)資料分析，本次布設(shè)的鉆孔覆蓋層厚度0.5～55.5 m；其中揭露有溶洞鉆孔覆蓋層厚度4.1～39.3 m，平均厚度約11.78 m見(jiàn)圖1；勘查區(qū)內(nèi)巖溶區(qū)范圍的覆蓋層厚度于中部淡澳河南段最厚，北東、西南兩端覆蓋漸薄，SW2位于瑞景居周邊，DZ15、23位于孫屋村、新建片區(qū)，覆蓋層較厚，不易發(fā)生巖溶地面塌陷；松散層厚度越小，越容易產(chǎn)生巖溶地面塌陷，存在發(fā)生巖溶地面塌陷的概率較高。總體而言，勘查區(qū)覆蓋層較薄，利于巖溶發(fā)育。

圖1 本次工作巖溶鉆孔覆蓋層厚度曲線圖Fig.1 Thickness curve of karst drilling overburden in this work

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，巖溶發(fā)育程度隨著深度的增加而逐漸減弱。目前揭露的這些溶洞中，溶洞的規(guī)模偏小，總體上處于弱～中等發(fā)育的水平?？辈閰^(qū)覆蓋層結(jié)構(gòu)抗塌能力總體較好?？辈閰^(qū)碳酸鹽巖以中厚層狀為主，為基巖中有利于發(fā)育巖溶的地方?？辈閰^(qū)覆蓋層較薄，利于巖溶發(fā)育。