萍鄉(xiāng)市湘東區(qū)臘市鎮(zhèn)明塘村巖溶地面塌陷成因分析及發(fā)展趨勢預(yù)測

摘 要：概述了湘東區(qū)臘市鎮(zhèn)明塘村地面塌陷的現(xiàn)狀、危害及塌陷區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件，分析了巖溶地面塌陷的形成條件及發(fā)生機制，并提出了巖溶地面塌陷防治對策。

關(guān)鍵詞：臘市明塘村;巖溶地面塌陷;危害;地質(zhì)環(huán)境條件;成因;發(fā)展預(yù)測

中圖分類號：U472.9 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0145-02

0 前言

2014年1月至5月，萍鄉(xiāng)市湘東區(qū)臘市鎮(zhèn)明塘村徐家沖、大沙塘多處發(fā)生地面下沉、塌陷現(xiàn)象，共毀壞農(nóng)田4.5畝，魚塘1.2畝，村水泥道路50米，造成129戶131棟民房不同程度的開裂或倒塌，其中2戶2棟民房倒塌，127棟民房結(jié)構(gòu)受損為危房，受影響民房建筑面積約13200平方米，村民76人受災(zāi)。

明塘村地面塌陷對當?shù)卮迕竦纳敭a(chǎn)安全及正常通行造成了極大的威脅。因此，深入研究明塘村巖溶地面塌陷區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件和塌陷的成因，提出有效防治對策，對避免和減少巖溶地面塌陷帶來的危害，保證該區(qū)居民的生活安全、和諧、穩(wěn)定，具有重要的意義。

1 巖溶地面塌陷發(fā)育現(xiàn)狀

塌陷區(qū)內(nèi)2014年1月-6月共發(fā)生地面塌陷坑8處、沉陷區(qū)4處。塌陷坑位于房前、房側(cè)或農(nóng)田中，塌陷坑以圓形為主，部分為橢圓形，坑口規(guī)模最小為3平方米，最大為250平方米，塌陷深度0.6～4.5米不等。地面沉降主要位于溝谷低洼地段，沉降區(qū)多層橢圓形，長度145～840米，寬度100～160米，沉降規(guī)模最小為15100平方米，最大規(guī)模為34750平方米。沉降區(qū)主要表現(xiàn)為地面輕微下沉或者房屋開裂。

2 地質(zhì)環(huán)境背景

明塘村塌陷點和沉陷區(qū)分布于一條狹長的溝谷中，地勢低洼，兩側(cè)為丘陵山區(qū)，地勢較高。這條狹長的溝谷呈北東走向，且溝谷分布地層為二疊系中統(tǒng)茅口組，巖性為灰?guī)r（含燧石團塊）、硅質(zhì)灰?guī)r。茅口組灰?guī)r走向與溝谷基本一致，呈條帶狀北東向分布。溝谷兩側(cè)的丘陵山區(qū)出露的地層三疊系上統(tǒng)安源組，巖性為粉砂巖、細砂巖、泥巖。二疊系茅口組灰?guī)r與三疊系砂巖地層分別由F1、F2兩條斷層接觸，斷層面雖擠壓緊密，但兩側(cè)常形成數(shù)十米的斷裂破碎帶，常使灰?guī)r與砂巖呈斷層接觸，構(gòu)成了地下水運移的良好通道，地下水的強烈活動加劇了巖溶的發(fā)育，形成巖溶帶。

灰?guī)r分布區(qū)地勢低洼，兩側(cè)為丘陵山區(qū)地勢高，大氣降雨順坡面向中部低洼地段灰?guī)r區(qū)地表匯集，雨水下滲至巖體溶蝕裂隙內(nèi)的形成地下水徑流，使地下水活動愈加強烈。根據(jù)塌陷區(qū)內(nèi)的5個勘察鉆孔資料，鉆孔見洞率100%，溶洞高度0.2～8.7m，平均3.1m（10個溶洞）;溶洞為半充填或全充填，偶見空洞，充填物為粘性土，含少量灰?guī)r角礫或碎石，富含地下水，充填物多呈軟塑-流塑狀。勘察表明，灰?guī)r頂部（與第四系接觸帶附近）巖心表面溶蝕現(xiàn)象明顯，地下水活動強烈，單孔均見多個溶洞，淺層巖溶極發(fā)育。

3 地面塌陷成因分析

3.1 地面塌陷內(nèi)在成因分析

（1）覆蓋層條件。塌陷區(qū)徐家沖一帶為第四系殘坡積，大沙塘一帶為沖洪積，第四系厚度一般為11.40～36.20m。

徐家沖一帶殘坡積層組合結(jié)構(gòu)具不典型的“三元結(jié)構(gòu)”。底部常見含碎石粘土，碎石成分為灰?guī)r，表面可見水蝕現(xiàn)象，土體含水比較高，多呈可塑狀，局部地段在接觸帶處發(fā)育土洞;中部為紅-紅黃色含礫粘土，礫石似下層碎石成分與形態(tài);上部為紅黃或灰黃色含碎石粉質(zhì)粘土構(gòu)成，表覆填土或耕植土。

大沙塘一帶沖洪積層組合結(jié)構(gòu)變化較大，一般底部為含炭質(zhì)粉質(zhì)粘土，含水比高，呈可塑狀，土體力學性質(zhì)較差;中部為灰-黃色含礫砂土，結(jié)構(gòu)較松散;上部為黑或灰黑色含含炭質(zhì)粉質(zhì)粘土，表覆耕植土或填土。

塌陷區(qū)覆蓋層由于粒度不均，又處地下水位變化范圍之內(nèi)，為潛蝕管道和“土洞”發(fā)育創(chuàng)造了條件。

（2）基巖條件。巖溶洞穴的發(fā)育程度及其向上、向外的開放程度，是產(chǎn)生巖溶地面塌陷的主要因素之一。向上開口的溶洞是接受地面塌陷物質(zhì)的窗口。本區(qū)淺層巖溶發(fā)育，鉆孔見洞率100%，巖溶率61.3%，單個溶洞高為0.2～8.7m，最大溶洞高8.7m，局部地段最大巖溶發(fā)育延深至地下70m以上，但深部巖溶呈減弱趨勢。根據(jù)鉆探資料，所揭露的第一個溶洞基巖頂板厚度均小于1m，這從側(cè)面反映了本區(qū)巖溶洞穴的開放趨勢。

其次，從本次巖溶地面塌陷平面展布方向分析，總體表現(xiàn)為兩個方向，即北東向和北西向，與溝谷展布方向相似。這與本區(qū)構(gòu)造線總體呈北東向、且與北西向張裂縫的構(gòu)造格局相吻合。這就說明，本區(qū)地面塌陷的發(fā)育，也受制于基巖的構(gòu)造條件。

（3）斷裂構(gòu)造。塌陷區(qū)位于臘市至胡家坊向斜內(nèi)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造較發(fā)育。兩條走向斷層平行橫穿塌陷區(qū)中部，間距220-600米不等。在大沙塘北西向沖溝內(nèi)發(fā)育有一條北西向次級斷裂，與北東向斷層相互交匯，為區(qū)域地下水提供了溝通的渠道。

（4）地下水條件。地下水活動是巖溶塌陷形成過程中一種十分重要的動力因素。溶蝕作用使灰?guī)r的巖溶化程度加強，滲流使上覆巖土體的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，有利于潛蝕作用進行。據(jù)調(diào)查民井，塌陷區(qū)第四系松散巖類地下水位埋深一般為0.45～4.60m，均位于土巖接觸帶之上，而二疊系茅口組灰?guī)r靜止水位埋深在11.4～32.4m。因此，當?shù)谒南禎撍聺B補給灰?guī)r地下水時，存在較大的水頭差，地下水流速加快，帶動了更多土體進入溶洞中，形成開口天窗，進而發(fā)生地面塌陷。

3.2 地面塌陷外在成因分析

塌陷區(qū)地面塌陷的產(chǎn)生除上述四個內(nèi)因條件外，一些自然或人為因素都會影響或誘發(fā)地面塌陷的產(chǎn)生。該區(qū)的地面塌陷、沉陷基本上均為內(nèi)外動力的共同作用誘發(fā)產(chǎn)生的，以下從抽排地下水、振動荷載作用及自然因素降雨三個方面分析如下：

（1）抽采（排）地下水。抽采（排）地下水有兩種，一為機井抽采地下水源，第二為周邊煤礦抽排地下水。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查訪問，塌陷巖溶區(qū)內(nèi)無機井開采地下水，塌陷巖溶區(qū)外東側(cè)直距約700米處有一口機井開采地下水。該機井建于2010年，日取水量720噸/日。該井位于二疊系茅口組地層區(qū)，與本次塌陷巖溶區(qū)間隔三疊系砂巖地層，不屬同一含水單元，其地下水補給主要為上覆沖洪積層潛水，該井在徐家沖發(fā)生塌陷期間，水色、水量、水位未見異常。

徐家沖塌陷巖溶區(qū)東側(cè)為萍鄉(xiāng)市湘東區(qū)富盛煤礦，1998年建井投。該礦山開采區(qū)距離徐家沖塌陷坑最近距離約700m，距離大沙塘一帶塌陷坑群約1200m。但該礦山由于生產(chǎn)虧損，從2012年始至今，一直處于停產(chǎn)狀態(tài)，未進行大規(guī)模抽排地下水工作，因礦山開采突水因素可以基本排除。

（2）降雨。2013年萍鄉(xiāng)地區(qū)遭受了50年一遇的大旱，尤以湘東區(qū)旱情最為嚴重，干旱造成水庫干涸、地表溪流斷流，地下水的超量開采更加劇了區(qū)域地下水位的下降。2014年以來，降雨量較往年偏多，特別是5月24-25日降雨量達111.8mm，達到暴雨級別。經(jīng)收集2013、2014年1-5月萍鄉(xiāng)地區(qū)氣象降雨量資料（詳見圖1）。

從圖1可以看出，萍鄉(xiāng)地區(qū)進入2月份以來，降雨量較2013年明顯偏多，特別是5月份，超出去年同期近一倍。

經(jīng)對明塘村塌陷坑、沉陷的調(diào)查統(tǒng)計，塌陷和沉降發(fā)生時間主要集中在2014年4月至5月，且陷坑及沉陷發(fā)生均在連續(xù)強降雨日或稍后1-2日內(nèi)發(fā)生。通過對塌陷區(qū)的氣象降雨資料分析，結(jié)合各陷坑、沉陷區(qū)的發(fā)生時間，地面塌陷發(fā)生與降雨量及行程在時間、規(guī)模上存在密切的耦合性，在連續(xù)降雨日及暴雨日，地面塌陷集中發(fā)生，隨降雨結(jié)束塌陷過程逐漸穩(wěn)定，說明在這一特定時期徐家沖地面塌陷與本區(qū)的降雨這一重大外因密切相關(guān)。

2013年的大旱，塌陷區(qū)內(nèi)巖溶地下水位大幅下降（據(jù)勘查鉆孔地下水位資料，見溶洞水位在12.20-31.70m），地下溶洞、土洞對上部覆蓋層產(chǎn)生負壓作用。進入雨季后，大量的雨水集中下滲作用和土體容重增加，使淺層巖溶洞及土洞進一步向上發(fā)展，最終失去平衡狀態(tài)，是導(dǎo)致塌陷產(chǎn)生和塌陷范圍進一步擴大重要誘發(fā)因素。

綜上所述，地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、水文地質(zhì)等是巖溶地面塌陷的內(nèi)在因素，自然因素氣象降雨是誘發(fā)此次地面塌陷的主體外因。

4 發(fā)展趨勢預(yù)測

自2014年5月28日出現(xiàn)最后一個地面塌陷陷坑以來，近期（2014年5月27日-6月12日）湘東區(qū)基本無大的降雨，本巖溶塌陷區(qū)未有新的陷坑發(fā)生，原有的陷坑目前穩(wěn)定。綜前所述，本次明塘村較大區(qū)域的地面塌陷，故然離不開其特定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)等內(nèi)在本質(zhì)因素。但是，自然因素氣象降雨事件與地面塌陷發(fā)生的耦合性、地面塌陷單體發(fā)生隨降雨時間長短由降雨量大小的規(guī)律性以及地面塌陷過程隨降雨過程結(jié)束逐漸穩(wěn)定的趨向性，說明這一特定時期、特定區(qū)段內(nèi)的地面塌陷發(fā)生、規(guī)模與大氣降雨這一重大外因密切相關(guān)。

明塘村塌陷區(qū)隱伏巖溶發(fā)育，為覆蓋型巖溶易發(fā)區(qū)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)對地下水位變化這一外因相當敏感。進入汛期尾期，降雨量逐漸減少后，塌陷區(qū)塌陷將趨于穩(wěn)定，但如人為或自然因素（干旱及強降雨）導(dǎo)致地下水位變化頻繁或強烈，本區(qū)段地面塌陷繼續(xù)發(fā)生的可能性很大。

由于2013年的大旱及2014年上半年的強降雨已經(jīng)破壞了本區(qū)段巖溶地質(zhì)環(huán)境的天然平衡狀態(tài)，新的平衡必需在地質(zhì)環(huán)境的修復(fù)、大氣降雨的循環(huán)參與、以及其他各種自然的和人為的活動共同作用下逐步建立，這將是一個相當長的時期。在這一時期內(nèi)，本區(qū)對各種外因的敏感度可能仍較高，特別是已有的塌陷、沉陷區(qū)范圍內(nèi)及周邊附近的地面，在一個相當長的時期內(nèi)有可能隨著地質(zhì)環(huán)境自身調(diào)整而發(fā)生局部地面變形、沉降。

參考文獻

[1] 工程地質(zhì)手冊（第五版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018：45.

[2] 張炔，韋文健.萍鄉(xiāng)市湘東區(qū)臘市鎮(zhèn)明塘村地面塌陷應(yīng)急調(diào)查報告[A].萍鄉(xiāng)：九0一地質(zhì)大隊，2015.

[3] 王旋.淺談巖溶地面塌陷原因及形成機理[J].大科技，2015（06）：188-189.

[4] 周建，張映錢，方億剛，劉宇.水位變動及降雨入滲聯(lián)合作用對巖溶地面塌陷的影響分析[J].水利與建筑工程學報，2016（01）：218-222.