山東臨朐辛寨巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害勘查成果及相關(guān)建議

于相青，張宗華

臨朐縣自然資源和規(guī)劃局，山東臨朐 262600

1 基本概況

濰坊市臨朐縣位于山東省中部，沂山北麓，彌河上游，為低山、丘陵、平原交錯地帶，地貌形態(tài)上屬于以構(gòu)造侵蝕作用為主的低山區(qū)。辛寨街道古河村地處古河河谷與北部低山交界部位，區(qū)內(nèi)以河流沖積堆積地貌形態(tài)為主，地勢較為平坦。截至目前，臨朐縣共有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)13處：崩塌7處，滑坡4處，巖溶塌陷1處，地裂縫1處。按照規(guī)模等級劃分，中型1處，占7.7%；小型12處，占92.3%。緩變性地質(zhì)災(zāi)害為巖溶塌陷，典型災(zāi)害點(diǎn)位于辛寨古河村，為本研究工作區(qū)，交通位置見圖1。

圖1 交通位置圖

辛寨古河村巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)現(xiàn)狀情況為，房屋開裂，地面塌陷，塌陷兩側(cè)多處住戶房屋出現(xiàn)垂直或斜向裂縫，存在繼續(xù)開裂和塌陷的可能（圖2）。該地區(qū)地層主要是古生界寒武系，主要包括長清群的饅頭組（磚紅色頁巖、白云質(zhì)灰?guī)r、紋層狀灰?guī)r等）和九龍群的張夏組（灰綠色頁巖、薄層灰?guī)r互層，頁巖中偶夾薄層灰?guī)r透鏡體）、崮山組（薄層狀灰?guī)r與灰綠色頁巖夾中薄層竹葉狀灰?guī)r、磚紅色頁巖、白云質(zhì)灰?guī)r、紋層狀灰?guī)r）和炒米店組（薄板狀灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、藻凝塊灰?guī)r、疊層石灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r）；中生界白堊系（紫灰—紫紅色礫巖、砂礫巖，灰綠色凝灰質(zhì)含礫粗砂巖夾灰色復(fù)成分礫巖）、新生界第四系（河床相沖積的灰黃色礫石、含礫混粒砂）。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，主要發(fā)育北東向斷裂（南流斷裂）及其次級構(gòu)造裂隙。

圖2 塌陷現(xiàn)場情況

2 勘查成果

為探明工作區(qū)內(nèi)巖溶塌陷情況，進(jìn)行了水文地質(zhì)調(diào)查、高密度電法物探測量等。

2.1 工作區(qū)水文地質(zhì)特征

工作區(qū)位于古河北側(cè)漫灘部位，第四系地層巖性主要為砂、礫石夾粉 質(zhì)黏土，巖性松散，厚度約12 m，地下水位埋深3～5 m，為地下水導(dǎo)水、儲存創(chuàng)造了良好空間。南流斷裂南延方向次級斷裂構(gòu)造較發(fā)育，因受斷裂構(gòu)造作用影響，造成巖石破碎，加之灰?guī)r受地下水長期溶蝕，使其裂隙更加擴(kuò)大或沿裂隙形成巖溶，形成了石灰?guī)r中錯綜復(fù)雜的地下水通道，為地下水導(dǎo)水、儲存創(chuàng)造了良好空間[1]。

水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件較復(fù)雜[2]。根據(jù)已搜集的地質(zhì)資料和勘查成果資料，以及工作區(qū)依據(jù)地下水的賦存條件、水理性質(zhì)、水力特征等，工作區(qū)內(nèi)地下水可以劃分為3種類型、第四系松散巖類孔隙含水巖組、構(gòu)造裂隙巖溶含水巖組；塊狀巖石風(fēng)化裂隙含水巖組。

2.2 高密度電法勘查

高密度電阻率法是在常規(guī)電法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型物探方法，以巖土介質(zhì)的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究人工建立的地下穩(wěn)定電流場的分布規(guī)律，解決地下地質(zhì)問題。工作區(qū)內(nèi)巖性主要有黏土層、水、砂、礫石、灰?guī)r等介質(zhì)，存在較明顯的電性差異，表現(xiàn)為電阻率的不同。據(jù)此特點(diǎn)，本工作區(qū)采用高密度電法勘查，利用視電阻率參數(shù)尋找?guī)r石構(gòu)造破碎帶、巖溶、不同電性巖石接觸界線，劃定地層不穩(wěn)定區(qū)域是可行的。此次高密度電法工作重點(diǎn)關(guān)注古河村內(nèi)已沉降塌陷的房屋位置，在其周邊區(qū)域分別布設(shè)了L1、L2，…，L7線（圖3），重點(diǎn)查明已知沉降塌陷區(qū)域的電性特征變化。

圖3 工作區(qū)高密度電法布設(shè)線路

（1）高密度電法L1線。高密度電法L1線布設(shè)于古河村第16排房屋南側(cè)胡同里，由西向東布設(shè)，起點(diǎn)位于古河村幼兒園，點(diǎn)距2 m，共布設(shè)80個電極，視電阻率斷面見圖4。

圖4 高密度電法L1線視電阻率斷面圖

從圖4可以看出，該條測線整體呈現(xiàn)表層低阻、中部高阻、深部低阻的三層電性特征，該測線表層低阻，推斷為第四系土層的反應(yīng)；中間高阻層視電阻率值較高，推斷為古河道砂層、礫石覆蓋引起的，隨深度增加，視電阻率值逐漸降低，并趨于穩(wěn)定，推斷為下伏寒武系灰?guī)r的正常電性特征。高密度電法L1線視電阻率斷面圖在橫向變化上，在測線56～68、110～118 m樁號兩處位置，深度4～12 m范圍內(nèi)，發(fā)育形態(tài)完整的高阻異常，呈橢圓封閉狀，推斷為粗砂、礫石富集區(qū)；2處高阻異常區(qū)深部視電阻率等值線呈下沉趨勢，呈“V”或深“U”字形，推斷該2處位置構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖石破碎，加之灰?guī)r受地下水長期溶蝕，使其裂隙更大或沿裂隙形成巖溶，降低地層穩(wěn)定性，在地下水滲流和潛蝕作用下，易誘發(fā)地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。

（2）高密度電法L2線。高密度電法L2線布設(shè)于古河村第16排房屋北側(cè)胡同里，由西向東布設(shè)，起點(diǎn)位于古河村幼兒園，點(diǎn)距2 m，共布設(shè)80個電極，視電阻率斷面見圖5。

從圖5可以看出，該條測線整體呈現(xiàn)表層低阻、中部高阻、深部低阻的三層電性特征，該測線表層低阻推斷為第四系土層的反應(yīng)；中間高阻層視電阻率值較高，推斷為古河道砂層、礫石覆蓋引起，隨深度增加，視電阻率值逐漸降低，并趨于穩(wěn)定，推斷為下伏寒武系灰?guī)r的正常電性特征。高密度電法L2線視電阻率斷面圖在橫向變化上，在測線50～54、60～76、112～118和124～134 m樁 號 四處位置，深度4～12 m范圍內(nèi)，發(fā)育形態(tài)完整的高阻異常，呈橢圓封閉狀，推斷為砂層、礫石富集區(qū)；60～76、124～134 m樁號2處高阻異常區(qū)域，深部視電阻率等值線呈下沉趨勢，呈“V”或深“U”字形，推斷該2處位置構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖石破碎，加之灰?guī)r受地下水長期溶蝕，使其裂隙更大或沿裂隙形成巖溶，降低地層穩(wěn)定性，在地下水滲流和潛蝕的作用下，易誘發(fā)地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

圖5 高密度電法L2線視電阻率斷面圖

（3）高密度電法L3線。高密度電法L3線布設(shè)于古河村第十五排房屋北側(cè)胡同里，由西向東布設(shè)，起點(diǎn)位于古河村村委會門口，終點(diǎn)位于古河村中部古河道內(nèi)，點(diǎn)距2 m，共布設(shè)72個電極，視電阻率斷面見圖6。

從圖6可以看出，該條測線整體呈現(xiàn)表層低阻、中部高阻、深部低阻的三層電性特征，該測線表層低阻，推斷為第四系土層的反應(yīng)；中間高阻層視電阻率值較高，推斷為古河道砂層、礫石覆蓋引起，隨深度增加，視電阻率值逐漸降低，并趨于穩(wěn)定，推斷為下伏寒武系灰?guī)r的正常電性特征。高密度電法L3線視電阻率斷面圖在橫向變化上，在測線64～70、86～100 m樁號兩處位置，深度4～14 m范圍內(nèi)，分別顯示為高阻異常，前者受地形、地貌因素影響較大，后者推斷為由砂層、礫石富集引起的。

圖6 高密度電法L3線視電阻率斷面圖

3 數(shù)據(jù)分析

綜合分析對比高密度電法、水文地質(zhì)調(diào)查成果資料和已搜集地質(zhì)資料，可以看出，工作區(qū)第四系厚度一般在0～12 m之間，淺部地表為土層分布，在4～12 m深度范圍內(nèi)，砂層、礫石分布較廣泛，砂層、礫石富集區(qū)域，地層穩(wěn)定性較差。綜合分析物探成果資料，推斷了2處構(gòu)造裂隙、巖溶發(fā)育部位，分別編號WT1、WT2。

WT1由高密度電法L1、L2、L3、L5、L7測線控制，L1、L2線顯示明顯，L3線略有顯示，L7線顯示構(gòu)造裂隙、巖溶發(fā)育程度較弱；WT2由L1、L2控制，L3和L7線上無明顯顯示。推斷構(gòu)造裂隙、巖溶發(fā)育部位地質(zhì)特征參數(shù)見表1。

表1 推斷構(gòu)造裂隙、巖溶發(fā)育部位地質(zhì)特征參數(shù)表

結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育、危險程度及物探測量成果，對2處構(gòu)造裂隙、巖溶發(fā)育部位進(jìn)行了危險性評價分級。其中，WT1構(gòu)造裂隙、巖溶發(fā)育部位發(fā)生地面塌陷的地質(zhì)災(zāi)害危險性大；WT2構(gòu)造裂隙、巖溶發(fā)育部位發(fā)生地面塌陷的地質(zhì)災(zāi)害危險性中等。WT1構(gòu)造裂隙、巖溶發(fā)育部位砂層、礫石富集，深部灰?guī)r破碎，在地下水滲流和潛蝕的作用下，裂隙溶蝕現(xiàn)象更為強(qiáng)烈，易形成溶蝕裂隙或巖溶，誘發(fā)地面沉降塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生；WT2構(gòu)造裂隙、巖溶發(fā)育部位，規(guī)模整體較小，深部巖石裂隙溶蝕現(xiàn)象較弱，但已造成深部巖石破碎，需增強(qiáng)異常區(qū)域內(nèi)坐落建筑物的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

（1）通過水文地質(zhì)調(diào)查工作，查明了工作區(qū)內(nèi)地下水主要為第四系砂卵石巖層中的松散孔隙水和基巖構(gòu)造裂隙巖溶水，兩者之間水力聯(lián)系密切。

（2）通過物探測量工作，采集了工作區(qū)地電特征參數(shù)，對工作區(qū)地質(zhì)特征有了進(jìn)一步的了解。

（3）通過對水文、物探資料綜合分析解釋，對沉降區(qū)域地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和不良地質(zhì)作用進(jìn)行了解釋推斷，推斷了2處構(gòu)造裂隙、巖溶發(fā)育部位，并對其進(jìn)行了危險性評價分級。其中，WT1構(gòu)造裂隙、巖溶發(fā)育部位發(fā)生地面塌陷的地質(zhì)災(zāi)害危險性大；WT2構(gòu)造裂隙、巖溶發(fā)育部位發(fā)生地面塌陷的地質(zhì)災(zāi)害危險性中等。

（4）構(gòu)造裂隙、巖溶發(fā)育部位砂層、礫石富集，深部灰?guī)r破碎，在地下水滲流和潛蝕的作用下，裂隙溶蝕現(xiàn)象更為強(qiáng)烈，易形成溶蝕裂隙或巖溶；地下水集中取水導(dǎo)致水位反復(fù)變化，松散地層顆粒不斷流失，加劇了地面沉降塌陷地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

5 相關(guān)建議

（1）建議對此次地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作所圈定的構(gòu)造裂隙、巖溶發(fā)育部位WT1、WT2進(jìn)行鉆探工作驗證，進(jìn)一步查清構(gòu)造裂隙、巖溶的分布、形態(tài)、規(guī)模等特征。

（2）建議對坐落在物探異常區(qū)域內(nèi)的建筑物進(jìn)行強(qiáng)固基土（或灌灰漿處理），優(yōu)化建筑物整體結(jié)構(gòu)，并加強(qiáng)地面沉降和水平位移監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)問題并及時采取措施。

（3）建議加強(qiáng)對周邊地下水水位的觀測，避免集中取水造成水位劇烈變化，產(chǎn)生新的砂土流失，引發(fā)或加劇地面塌陷。