巖溶塌陷區(qū)巖溶水位的“低槽帶”特征
——以南寧壇洛鎮(zhèn)塌陷為例

李海良, 江思義, 黃上威

(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣西 南寧 530029)

0 引言

巖溶地面塌陷是巖溶地區(qū)特有的一類地質(zhì)災(zāi)害[1]。一般認(rèn)為碳酸鹽巖淺層巖溶發(fā)育、松散蓋層和地下水動(dòng)力條件為巖溶塌陷產(chǎn)生的三個(gè)必要條件，因此，勘探和研究上述三個(gè)必要條件是勘查和評(píng)價(jià)巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的抓手。

對(duì)地下淺層巖溶的勘探國(guó)外仍認(rèn)為鉆探方法最可信,但由于其成本昂貴,且因地下巖溶發(fā)育的極不均勻性、布孔的隨機(jī)性等，國(guó)內(nèi)較常用的勘察方法以大比例尺地面地質(zhì)測(cè)繪和地球物理勘探為主，而物探方法具有多解性，需鉆探去驗(yàn)證異常。鉆探驗(yàn)證的許多異常也往往與地下巖溶或土洞無(wú)關(guān)。

廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站對(duì)壇洛鎮(zhèn)塌陷群進(jìn)行了勘探，查明了巖溶塌陷群的分布與淺層巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)和巖溶水位“低槽帶”基本上是重疊的，認(rèn)為巖溶平原區(qū)巖溶水位“低槽帶”的分布區(qū)也是淺層巖溶強(qiáng)發(fā)育和巖溶地面塌陷的主要分布區(qū)，因此，查明巖溶水位“低槽帶”是巖溶塌陷勘察和評(píng)價(jià)的一個(gè)重要方法。

1 壇洛鎮(zhèn)塌陷群地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

研究區(qū)地貌類型屬巖溶孤峰平原，總體地勢(shì)西高東低，多數(shù)地段被殘坡積、溶余堆積黏土所覆蓋。壇洛村一帶平坦開闊，石峰稀少，以單個(gè)石峰為主。地面標(biāo)高86.78～89.9 m，地面較平坦。從衛(wèi)星航片看，塌陷區(qū)位于北東向串珠狀與西北向串珠狀巖溶洼地交匯處，地形變化不大，低洼處多為魚塘及水田等，地面標(biāo)高約88.0～89.0 m。

研究區(qū)所在區(qū)域平面呈凹槽狀，凹槽發(fā)育方向?yàn)楸睎|向，走向約230°，多數(shù)為魚塘。研究區(qū)及其附近發(fā)育數(shù)個(gè)串珠狀巖溶洼地，洼地沿北東向發(fā)育，推測(cè)深約2.00 m。巖溶洼地平面形態(tài)多呈不規(guī)則的方形，剖面形態(tài)呈漏斗狀，東西方向長(zhǎng)10～250 m。

1.2 地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造

壇洛鎮(zhèn)塌陷群區(qū)上覆第四系溶余堆積層，為厚9.30～21.60 m的紅黏土；下伏基巖為石炭系下統(tǒng)大塘階(C1d)灰?guī)r、白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r等，巖層傾向東。研究區(qū)北西方向約500 m處有壇洛斷層通過，斷層走向?yàn)楸蔽飨?，為區(qū)域性正斷層。

1.3 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)附近主要地表水系為左江、右江、剪刀河及硃湖大塘，其中左江位于研究區(qū)東南約10 km，右江位于研究區(qū)東約8 km，剪刀河位于研究區(qū)南約7 km，硃湖大塘位于研究區(qū)南約350 m。

壇洛鎮(zhèn)塌陷群區(qū)溶余堆積紅黏土的中上部局部賦存松散巖類孔隙水，為上層滯水，水位埋深0.35～6.80 m，透水性弱，富水性差；下伏基巖為石炭系下統(tǒng)大塘階(C1d)灰?guī)r、白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r等，為裂隙溶洞水，地下水位埋深5.79～12.86 m，富水性中等。

2 壇洛鎮(zhèn)塌陷群的特征

2012年6月2日早上7時(shí)15分，西鄉(xiāng)塘區(qū)壇洛鎮(zhèn)壇洛村馬重坡發(fā)生巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害，塌陷重點(diǎn)變形區(qū)范圍約61 126 m2。根據(jù)塌陷和裂縫發(fā)育情況推測(cè)塌陷的影響范圍，由塌陷和裂縫邊界向外擴(kuò)展至50～100 m的穩(wěn)定區(qū)，長(zhǎng)軸長(zhǎng)約450 m，短軸寬約300 m，面積約100 600 m2，長(zhǎng)軸走向68°，短軸走向約335°(圖1)，災(zāi)害威脅62戶共232人，潛在經(jīng)濟(jì)損失約870萬(wàn)元[2-3]。

圖1 巖溶水位“低槽帶”平面分布圖

3 壇洛鎮(zhèn)塌陷群的勘探和成果

3.1 壇洛鎮(zhèn)塌陷群的勘探

本次研究壇洛鎮(zhèn)塌陷群的主要勘探手段有水文地質(zhì)測(cè)繪、物探、鉆探和地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等多種手段。在塌陷群影響范圍內(nèi)按比例尺1∶1000精度開展基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查、工程地質(zhì)調(diào)查，共計(jì)調(diào)查面積5 km2；外圍按1∶10000開展水文地質(zhì)調(diào)查，共計(jì)調(diào)查面積18.40 km2。物探剖面圍繞巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害影響的壇洛村馬重坡布置，主要開展高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)等方法，控制測(cè)量深度10～50 m；采用鉆探手段對(duì)物探異常(點(diǎn))帶進(jìn)行驗(yàn)證，按孔距30～45 m布設(shè)勘探孔和物探異常查證孔，共布孔36個(gè)，其中控制孔8個(gè)，總進(jìn)尺367.10 m；一般性孔21個(gè)，總進(jìn)尺655.50 m；土層孔7個(gè)(查證物探解譯為有土洞孔)，總進(jìn)尺84.30 m；收集鉆孔24個(gè)，總進(jìn)尺430.80 m。6月2日—8月15日進(jìn)行地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，二中水井地下水位觀測(cè)頻率2次/d，對(duì)36個(gè)鉆孔水位、17個(gè)周邊水井進(jìn)行了水位觀測(cè)，統(tǒng)測(cè)水位共計(jì)2次，豐水期和枯水期各一次。

3.2 壇洛鎮(zhèn)塌陷群的主要勘探成果

鉆探查明了覆蓋土體的厚度和巖性及淺層巖溶發(fā)育的部位，物探查明了巖土巖面，地下水位監(jiān)測(cè)查明了塌陷區(qū)及附近的地下水位等值線分布和地下水動(dòng)態(tài)，這些勘探工作取得了較好的效果，但物探解譯有土洞而鉆孔驗(yàn)證結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)有土洞，主要是局部的上層滯水造成的異常?？碧焦ぷ鞒晒〉靡韵抡J(rèn)識(shí)：

(1)淺層巖溶發(fā)育和塌陷群的分布有關(guān)。壇洛鎮(zhèn)塌陷群區(qū)基巖面標(biāo)高65.19～78.82 m，基巖埋深9.30～21.60 m。對(duì)29個(gè)工程地質(zhì)鉆孔和16個(gè)收集鉆孔的資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中有15個(gè)鉆孔遇溶洞，鉆孔遇洞率達(dá)到33.33%，線巖溶率1.12%～24.52%。利用標(biāo)高對(duì)地面以下溶洞進(jìn)行細(xì)分如表1，如圖2所示。

表1 地下巖溶發(fā)育段情況表

圖2 巖溶發(fā)育垂向分段剖面圖

(2)巖溶水位“低槽帶”和塌陷群的分布有關(guān)。本次研究發(fā)現(xiàn)：塌陷群中的19個(gè)塌陷坑分布在“低槽帶”的有16個(gè)，占塌陷總數(shù)的84.2%；而“低槽帶”外圍地區(qū)僅3個(gè)，占塌陷總數(shù)的15.8%。從巖溶水位“低槽帶”等水位線高程看，88～86 m水位區(qū)間內(nèi)發(fā)育2個(gè)，占總數(shù)的10.52%；86～84、82～80、80～78 m水位區(qū)間內(nèi)各發(fā)育3個(gè)，分別占總數(shù)的15.79%；84～82 m區(qū)間內(nèi)發(fā)育有8個(gè)，占總數(shù)的42.11%，表明該水位區(qū)間最易發(fā)生巖溶地面塌陷。巖溶水位“低槽帶”內(nèi)容易發(fā)育塌陷群，巖溶水位“低槽帶”與塌陷群的分布呈北東南西向展布吻合。

4 巖溶水位“低槽帶”與塌陷群重疊的原因分析

淺層巖溶發(fā)育是巖溶地面塌陷的必備條件之一，溶洞及巖溶地下管道為地下水的集中徑流提供條件。因此，地下水集中徑流帶其地下水位相對(duì)較低，從而形成巖溶水位“低槽帶”，也可以說巖溶水位“低槽帶”就是地下水強(qiáng)徑流帶。

巖溶平原區(qū)巖溶水位“低槽帶”是周邊地下水向 “低槽帶”匯流，集中向下游徑流，從而形成地下水強(qiáng)徑流帶，地下水強(qiáng)徑流帶更加容易形成和產(chǎn)生巖溶地面塌陷。地下水的水位波動(dòng)為巖溶地面塌陷的動(dòng)力條件之一,當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r(shí),水力坡度也將增大, 形成的空氣壓力變化在巖溶土洞或空腔中形成真空負(fù)壓作用與吸蝕作用，從而對(duì)上覆土體產(chǎn)生破壞,同時(shí)地下水的流動(dòng)將充填在巖溶空腔中的黏土顆粒帶走,促進(jìn)了巖溶塌陷的發(fā)生[4-5]。

實(shí)際上，根據(jù)壇洛鎮(zhèn)塌陷群區(qū)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果，巖溶平原區(qū)巖溶水位“低槽帶”，即地下水強(qiáng)徑流帶區(qū)的二中新水井的水位升降幅度較大，5月31日—6月15日水位穩(wěn)定，居于高位，6月15日—7月7日水位降到波谷值，且同時(shí)期該區(qū)ZK13水位埋深由4.0 m上升為6.30 m，而26—27日未降雨升至6.72 m，地下水下降幅度較大。而“低槽帶”外圍的ZK33、ZK35、ZK17號(hào)孔地下水水位略有上升，后呈逐步下降的趨勢(shì)，總體上水位較穩(wěn)定。

5 結(jié)論

(1)據(jù)勘探，研究區(qū)的淺層巖溶發(fā)育區(qū)，其巖溶水位“低槽帶”和塌陷群的分布區(qū)基本一致。

(2)巖溶水位“低槽帶”實(shí)際上是巖溶發(fā)育區(qū)和地下水強(qiáng)徑流帶，強(qiáng)徑流帶地下水水位漲落頻繁，波動(dòng)幅度大，水動(dòng)力條件復(fù)雜多變，等水位線比較密集，水力坡度較大，易發(fā)生巖溶地面塌陷。

(3)通過地下水位監(jiān)測(cè)研究巖溶水位“低槽帶”確定巖溶塌陷危險(xiǎn)區(qū)，是勘察評(píng)價(jià)巖溶地面塌陷危險(xiǎn)性的方法之一。