思南縣火石堆巖溶塌陷成因分析

田小林

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊，貴州遵義563000）

火石堆區(qū)域位于貴州省思南縣香壩鎮(zhèn)北東部、香壩河左岸中部斜坡地帶，出露地層為二疊系上統(tǒng)長興組(P3c)石灰?guī)r，地上地下巖溶發(fā)育均十分強烈，雙重巖溶空間密布，加之受地形地貌及二疊系吳家坪組(P3w)泥巖夾層阻隔，地下水在P3c 石灰?guī)r中集中運移和徑流，且與大氣降水注入式補給交替循環(huán)迅速，同時因上覆第四系土層覆蓋較薄，具備發(fā)生巖溶塌陷的基本條件。2016年3月暴雨過后該區(qū)出現(xiàn)2處巖溶塌陷(TX1和TX2)，塌陷坑平面形態(tài)均呈圓形，直徑分別為1.0m和2.5m，深度分別為2.9m 和9.0m，上覆第四系土層厚6.0m和4.5m，形成時均為上覆土層與下伏基巖同時陷落，形成后土層未被搬運而存留坑底，具有進一步擴大的可能和一定程度的危險性。

1 水文地質(zhì)條件

火石堆區(qū)域位于貴州高原東部，整體地勢北西高、南東低，最高點位于北西角濫井溝一帶，海拔960m，最低點位于南東角香壩河谷地帶，海拔462m，相對高差500m 左右，受香壩河深切，地形整體起伏較大。區(qū)域上碳酸鹽巖主要有二疊系吳家坪組(P3w)、長興組(P3c)及三疊系夜郎組玉龍山段(T1y2)，巖性以石灰?guī)r、燧石灰?guī)r及泥灰?guī)r為主[1]，是區(qū)域巖溶水賦存的主要含水巖組；碎屑巖主要為三疊系夜郎組沙堡灣段(T1y1)及吳家坪組(P3w)頂部厚度約15m 的泥頁巖及砂泥巖，是基巖裂隙水賦存的主要含水巖組?；鹗褏^(qū)域出露長興組(P3c)石灰?guī)r，巖性相對較純，厚度較大，巖溶發(fā)育極為強烈，地表洼地、落水洞密布，大氣降水主要通過這些天然巖溶通道注入式補給，受地形地貌及吳家坪組(P3w)頂部泥頁巖相對隔水層控制，地下水集中在長興組(P3c)石灰?guī)r較為發(fā)育的溶洞及裂隙中運移和徑流，徑流方向遷就于長興組(P3c)地層分布區(qū)而呈北東至南西徑流，最終于盧家灣西南受香壩河深切以巖溶大泉、出水溶洞或地下河出口等形式排泄。因區(qū)內(nèi)強烈的巖溶發(fā)育和較陡的地形起伏，地下水交替循環(huán)迅速，具有“徑流集中、快補快排”的溶洞管道水特點[2]?？傮w上該區(qū)巖溶發(fā)育強烈、地下水活動劇烈，具備形成巖溶塌陷的地質(zhì)基礎(chǔ)和水動力條件。見圖1。

2 巖溶發(fā)育特征

2.1 地表巖溶發(fā)育特征

火石堆區(qū)域出露地層為二疊系上統(tǒng)長興組（P3c）石灰?guī)r，厚度82～100m，因質(zhì)地相對較純，地表巖溶發(fā)育極為強烈，主要的巖溶個體形態(tài)有3 個洼地、3 個落水洞及1 處溶蝕裂隙。洼地總體呈橢圓形和長條形，長16～60m、寬3～15m、深1.5～2.5m；落水洞總體呈近圓形，直徑約10m、深約10m；溶蝕裂隙集中發(fā)育4 條，走向220°、傾向180°、呈垂直發(fā)育、寬0.1～0.3m、延伸長度0.5～3m、粘土充填。總體上該區(qū)地表巖溶個體形態(tài)規(guī)模小至中等，發(fā)育深度較淺，上覆松散土層總體較薄，屬早期形成的古塌陷，揭示了該區(qū)地質(zhì)歷史上存在巖溶塌陷的發(fā)生。見表1。

2.2 地下巖溶發(fā)育特征

根據(jù)物探解譯結(jié)果[3]，區(qū)內(nèi)地下巖溶形態(tài)主要包括7處巖體破碎帶及3處溶洞，發(fā)育地層均為二疊系上統(tǒng)長興組（P3c）石灰?guī)r中。巖體破碎帶總體發(fā)育寬度18.06～160.48m，發(fā)育高度13.02～44.90m，平面上總體輪廓呈近似圓形，斷面上呈漏斗狀，開口較大，底部狹窄或稍狹窄，局部夾松散土層，土層厚2.56～7.68m，大部分與土層直接接觸，發(fā)育高程533.32～604.48m，巖溶發(fā)育埋深2.56～7.68m。地下溶洞總體發(fā)育寬度16.20～97.54m，發(fā)育高度15.06～31.72m，平面上呈不規(guī)則狀，斷面上呈近似圓形或橢圓形，溶洞中部分被松散土層充填，大部分屬空洞，發(fā)育高程532.28～608.50m，巖溶發(fā)育埋深8.5～34.62m，屬淺部發(fā)育巖溶?？傮w上區(qū)內(nèi)地下巖溶具有淺部相對發(fā)育強烈、規(guī)模大而寬緩、以垂向發(fā)育為主，深部相對發(fā)育較弱、規(guī)模小而狹宰、以水平發(fā)育為主的特征。見表2。

3 巖溶塌陷形成機制

3.1 巖溶塌陷類型

巖溶塌陷是指在巖溶地區(qū)下部可溶巖層中的溶洞（洞穴）或上覆土層中的土洞，因自身洞體擴大或在自然與人為因素影響下，頂板失穩(wěn)引起局部或整體坍塌造成地面出現(xiàn)塌陷的現(xiàn)象。根據(jù)其形成特點可分為土層塌陷（塌陷體為土層）、基巖塌陷（塌陷體為基巖）和復合型塌陷（上覆土層與下伏基巖同時塌陷）三類[4]。由于火石堆區(qū)域主要分布長興組（P3c）石灰?guī)r，且地下溶洞及溶蝕裂隙等巖溶空間發(fā)育，上覆第四系土層厚0～16m，結(jié)合塌陷坑TX1 及TX2 上覆土層厚6.0m 和4.5m、且均為上覆土層與下伏基巖頂板同時陷落，據(jù)此說明區(qū)內(nèi)巖溶塌陷類型主要為復合型塌陷。

表1 地表巖溶發(fā)育特征

表2 地下巖溶發(fā)育特征

3.2 巖溶塌陷形成機制

根據(jù)火石堆區(qū)域巖溶塌陷的類型及發(fā)育特征分析，區(qū)內(nèi)巖溶塌陷的形成機制類型主要為潛蝕機制[5]，即地下水在碳酸鹽巖和上覆松散土層中運移和徑流產(chǎn)生沖刷、掏蝕、溶蝕及滲透等作用，促使巖溶地下空間頂板松動、破碎或消除，在暴雨等自然動力條件誘發(fā)下，導致上覆土層和基巖頂板同時坍落，在地表形成塌陷。由此說明形成區(qū)內(nèi)復合型巖溶塌陷的條件主要包括地下巖溶空間的存在、強烈的地下水動力條件及一定厚度的上覆松散土層。

4 巖溶塌陷形成條件

4.1 地下巖溶空間

地下巖溶空間是塌陷體的儲存空間和運移通道，是發(fā)生巖溶塌陷的首要條件。區(qū)內(nèi)地下巖溶空間主要有地下溶洞及地下巖體破碎帶，根據(jù)巖溶發(fā)育特征，區(qū)內(nèi)地下巖溶空間主要分布于火石堆至盧家灣一帶，其中巖體破碎帶7 處，發(fā)育寬度18.06～160.48m，高度13.02～44.90m；地 下 溶 洞3 處，發(fā) 育 寬 度16.20～97.54m，高度15.06～31.72m，基本無充填，發(fā)育地層均為P3c 石灰?guī)r。這些地下巖溶空間在平面上呈帶狀展布，分布延伸方向210°，垂向上發(fā)育深度沿平面延伸方向逐漸增加?？傮w上該區(qū)域地下巖溶空間發(fā)育數(shù)量多、分布密度及規(guī)模較大，既是區(qū)內(nèi)地下水賦存、運移和徑流的主要通道，也是容納、搬運塌陷物質(zhì)及產(chǎn)生塌陷的主要空間。

4.2 地下水動力作用

地下水動力作用是形成巖溶塌陷的必要條件，同時也是影響塌陷發(fā)展的最主要因素?；鹗褏^(qū)域整體處于香壩河最低排泄基準面左岸斜坡地帶，相對高差約80m，水力坡度較大，加之地表及地下巖溶發(fā)育強烈，地下水運移及徑流通道充足、三水交替循環(huán)迅速、動態(tài)變化迅猛，造就了區(qū)內(nèi)復雜、活動強烈的地下水環(huán)境。一方面強烈的地下水活動加劇了地下巖溶的發(fā)育，形成了充足的地下巖溶空間，為塌陷體的堆積和搬運提供了有利通道及空間；另一方面地下水滲透和運移在基巖上覆土層中產(chǎn)生潛蝕作用，將土層細小顆粒液化并搬運帶走，在土層中形成土洞，進而加劇巖溶塌陷的形成。見圖2。

4.3 上覆松散土層

一定厚度的基巖上覆松散土層是形成區(qū)內(nèi)復合型巖溶塌陷的基礎(chǔ)物質(zhì)條件，同時也是塌陷體的組成部分，土層的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、厚度均控制著巖溶塌陷的形成、分布和規(guī)模?；鹗褏^(qū)域基巖上覆松散土層主要為第四系粘土及松散堆積層，巖性以土黃色、灰褐色粉質(zhì)粘土為主，含沖擊砂礫、殘坡積粘土及亞粘土，具有雙層結(jié)構(gòu)，厚度0～16m，土層顆粒間粘聚能力較差，在水流滲透作用下，其細小顆粒易于被潛蝕搬運進而掏空破壞，易于塌陷形成。由于區(qū)內(nèi)該土層分布不連續(xù)、厚度不均勻，導致塌陷的形成趨向于存在土層厚度較薄、地下巖溶空間發(fā)育的區(qū)域發(fā)展。

5 結(jié)語

（1）火石堆區(qū)域處于香壩河最低排泄基準面左岸斜坡中部，地形較陡、地下水活動劇烈，出露長興組(P3c)石灰?guī)r質(zhì)地較純，巖溶發(fā)育極為強烈，淺埋型地下巖溶空間密布，上覆松散土層較薄且分布不連續(xù)，地下洞體頂板厚度薄且埋深淺，在突發(fā)暴雨加載、地下水搬運掏空作用下，地下洞體基巖頂板及其上覆土層發(fā)生整體坍落是形成巖溶塌陷的主要原因。

（2）由于火石堆至盧家灣第四系土層逐漸變薄、地下水活動程度逐漸加強，地下巖溶空間及古塌陷坑分布密度高，整體屬巖溶塌陷高易發(fā)區(qū)，存在已有塌陷進一步擴大和新發(fā)生巖溶塌陷地質(zhì)災害的可能。因此，為保障當?shù)厝嗣裆柏敭a(chǎn)安全，建議對已有塌陷坑進行及時治理，同時加強區(qū)域監(jiān)測預警和做好防治措施。