龍門縣永漢片區(qū)巖溶發(fā)育特征及地面塌陷易發(fā)性評(píng)價(jià)

王孝亮

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三五隊(duì)）

永漢片區(qū)位于惠州市龍門縣永漢鎮(zhèn)東部，面積約30.4 km2，該區(qū)屬地下水及地?zé)豳Y源集中開采區(qū)。根據(jù)收集前人資料分析，該區(qū)第四系及石炭系下統(tǒng)測(cè)水組地層下部石磴子組灰?guī)r中巖溶極為發(fā)育，且均為隱伏巖溶。過量開采地下水資源極易引發(fā)地面塌陷等地質(zhì)環(huán)境問題，因此，研究工作區(qū)巖溶發(fā)育特征及開展地面塌陷易發(fā)性評(píng)價(jià)對(duì)指導(dǎo)地下水資源的科學(xué)合理開發(fā)利用顯得尤為重要［1-3］。本文在系統(tǒng)搜集和梳理前人成果的基礎(chǔ)上，通過開展專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探及水文地質(zhì)試驗(yàn)等工作，以期查明工作區(qū)50 m 以淺巖溶分布特征和發(fā)育規(guī)律，提出巖溶地面塌陷防治建議，為工作區(qū)地下水和地?zé)豳Y源的開發(fā)利用和工程建設(shè)提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 工作區(qū)自然地理及地質(zhì)背景

工作區(qū)地貌形態(tài)類型有丘陵、剝蝕殘丘、沖洪積平原及谷地，主要以沖洪積平原及谷地為主，地表廣泛分布第四系，地勢(shì)平坦，地面標(biāo)高一般在20～40 m，零星有剝蝕殘丘出露，東側(cè)及北、西外圍為低山-丘陵地貌，地面標(biāo)高一般70～770 m。

工作區(qū)內(nèi)出露的地層主要為第四系更新統(tǒng)（Q3）、石炭系下統(tǒng)測(cè)水組（C1c）和泥盆系上統(tǒng)—石炭系下統(tǒng)帽子峰組與石炭系下統(tǒng)大賽壩組并層（D3C1m-C1ds），外圍西北部出露的巖體主要為早白堊世花崗巖（γK1），見圖1。工作區(qū)褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，該區(qū)位于北東向永漢向斜北段，向斜軸部位于永漢鎮(zhèn)政府—梅州村一帶，被第四系覆蓋，局部剝蝕殘丘見石炭系測(cè)水組（C1c）地層出露，據(jù)鉆孔揭露，第四系下部為石炭系石磴子組（C1s）灰?guī)r；通過物探和鉆孔揭露，工作區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)7 條斷層，主要分布在馬星村和隔陂村一帶，其中6 條為北東向隱伏斷裂，傾角63°～85°，均較陡；1 條為北西向斷裂，傾角65°，出露長(zhǎng)約400 m，兩端被第四系掩蓋。

2 工作區(qū)巖溶發(fā)育特征

2.1 可溶巖分布特征

通過地表調(diào)查、物探、鉆探等綜合手段，工作區(qū)內(nèi)未見可溶巖在地表出露，均為淺覆蓋或埋藏型分布，隱伏的可溶巖地層巖性為泥盆系上統(tǒng)天子嶺組（D3t）和石炭系下統(tǒng)石磴子組（C1s）灰?guī)r。在平面上，隱伏的石磴子組可溶巖主要分布在永漢河一帶沖洪積平原區(qū)域，隱伏的天子嶺組可溶巖分布在永漢鎮(zhèn)馬星村一帶谷地區(qū)域，可溶巖分布面積約19.18 km2，約占工作區(qū)總面積的63.1%。按埋藏類型劃分，埋藏型可溶巖主要分布于工作區(qū)南部振東村龍石圍組至官龍圍、鶴湖圍至窄嶺沖洪積平臺(tái)一帶及隔陂村，面積約2.65 km2；覆蓋型廣泛分布于工作區(qū)除埋藏型范圍的沖洪積平原及谷地，面積約16.53 km2。垂向上，隱伏的石磴子組可溶巖厚度大于409 m，軸夾角30°～45°，本次鉆孔未揭穿該層；隱伏的天子嶺組最大厚度約349 m，軸夾角30°～45°，下部為泥盆系中上統(tǒng)春灣組（D2-3c）砂巖。

2.2 巖溶發(fā)育程度

根據(jù)本次施工及收集以往鉆探資料統(tǒng)計(jì)，工作區(qū)內(nèi)52個(gè)鉆孔中，揭露灰?guī)r鉆孔43個(gè)，其中7個(gè)屬于埋藏型，36 個(gè)屬于覆蓋型；43 個(gè)揭露灰?guī)r鉆孔中9 個(gè)鉆孔揭露到土洞，34 鉆孔個(gè)揭露到溶洞，見洞率為79.1%。溶洞埋深為7.2～148.0 m，洞隙高度0.2～16.4 m，主要為半充填，少數(shù)為未充填，充填物主要為粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、角礫、碎石、圓礫、卵石等，見圖2。工作區(qū)內(nèi)巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)面積18.08 km2，約占可溶巖分布區(qū)面積的94.3%；巖溶發(fā)育程度中等區(qū)面積1.10 km2，約占可溶巖分布區(qū)面積的5.7%。

2.3 巖溶發(fā)育規(guī)律及控制因素

（1）巖溶發(fā)育與巖性的關(guān)系。石磴子組可溶巖主要巖性為灰—灰黑色泥晶灰?guī)r，生物泥晶灰?guī)r，泥晶粉晶灰?guī)r，見洞率為75.86%，鉆孔巖溶率為0.8%～55.8%，溶洞多為半充填—全充填，少數(shù)未充填；天子嶺組可溶巖主要由灰、青灰、灰黑色薄層或中厚層條帶狀泥晶灰?guī)r夾少量薄層鈣質(zhì)頁巖、細(xì)砂巖組成，見洞率為50.0%，鉆孔巖溶率為1.7%～41.3%，溶洞多為未充填—半充填，少數(shù)全充填。相比較而言，工作區(qū)內(nèi)石磴子組灰?guī)r巖溶發(fā)育程度和溶洞充填程度較高。

（2）巖溶發(fā)育與上覆土層特性的關(guān)系。工作區(qū)內(nèi)各鉆孔巖溶發(fā)育及土洞厚度與上覆土層的種類及特性存在如下規(guī)律：當(dāng)上覆土層為全風(fēng)化砂巖時(shí)，巖溶堆積物（土洞）層厚度為0.9～2.8 m；當(dāng)上覆土層為殘積層粉質(zhì)黏土?xí)r，巖溶堆積物（土洞）層厚度為4.3～5.2 m；當(dāng)上覆土層為沖洪積卵石層時(shí)，巖溶堆積物（土洞）層厚度為2.4～3.7 m；當(dāng)上覆土層為沖洪積層礫砂時(shí)，巖溶堆積物（土洞）層厚度為3.15 m；當(dāng)上覆土層為沖洪積層粉土?xí)r，巖溶堆積物（土洞）層厚度為7.0～7.4 m。結(jié)果表明：①巖溶堆積物上覆土層工程地質(zhì)力學(xué)強(qiáng)度越好，巖溶（土洞）發(fā)育的規(guī)模越??；②巖溶堆積物上覆土層的粒徑越大，巖溶（土洞）發(fā)育的規(guī)模越小。

（3）巖溶發(fā)育與構(gòu)造的關(guān)系。工作區(qū)內(nèi)構(gòu)造控制可溶巖分布特征明顯，巖溶的發(fā)育程度也和構(gòu)造關(guān)系密切。石磴子組可溶巖平面受褶皺構(gòu)造影響，隱伏分布范圍較大，巖層產(chǎn)狀相對(duì)平緩，褶彎作用產(chǎn)生大量有利于巖溶發(fā)育的節(jié)理和裂隙，部分地段的向斜軸部，剝蝕殘留上覆石炭系下統(tǒng)測(cè)水組砂巖、頁巖，形成覆蓋型和淺埋藏型2 種不同的隱伏巖溶類型。天子嶺組可溶巖隱伏分布范圍受北向東斷層控制明顯，呈北東向長(zhǎng)條狀分布。石磴子組可溶巖區(qū)域，平緩型褶皺非可溶巖可以起到懸托作用，利于側(cè)向溶蝕。天子嶺組可溶巖區(qū)受斷層影響，巖層陡傾，非可溶巖無法起到懸托作用，地下水位較低，不利于水流側(cè)向溶蝕，故石磴子組灰?guī)r巖溶發(fā)育程度和溶洞充填程度相當(dāng)于天子嶺組灰?guī)r均較高。

（4）巖溶發(fā)育與埋深的關(guān)系。石磴子組可溶巖區(qū)除斷層附近鉆孔外，溶洞主要發(fā)育于高程-35～15 m，其中高程-5～0 m最為發(fā)育。天子嶺組可溶巖區(qū)鉆孔較少，垂向溶洞分布規(guī)律不明顯，高程-115 m 亦有溶洞分布。

3 巖溶地面塌陷易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)

3.1 分區(qū)評(píng)價(jià)方法

易發(fā)區(qū)是指具備地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境條件，容易或者可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū)，分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)和不易發(fā)區(qū)。巖溶地面塌陷易發(fā)性分區(qū)評(píng)價(jià)主要采用定性和半定量相結(jié)合的方法，通過選取評(píng)價(jià)指標(biāo)、確定各指標(biāo)量值和計(jì)算地面塌陷易發(fā)性指數(shù)等方式，進(jìn)行巖溶地面塌陷易發(fā)性分析評(píng)價(jià)［4-5］。評(píng)價(jià)步驟為：

（1）選取評(píng)價(jià)指標(biāo)。從影響巖溶地面塌陷的地質(zhì)環(huán)境條件中選取巖溶發(fā)育程度、巖溶水鉆孔單井涌水量、巖溶水位及動(dòng)態(tài)變化、巖溶水位降深、覆蓋土層巖性及結(jié)構(gòu)、覆蓋土層厚度及地貌特征共7個(gè)因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（2）確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化值。在選取評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)每個(gè)指標(biāo)與巖溶地面塌陷穩(wěn)定程度之間的關(guān)系將其劃分為4個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)賦予不同的量化值。當(dāng)某等級(jí)對(duì)應(yīng)的巖溶地面塌陷越不穩(wěn)定時(shí)，其量化值越大，反之越??；其中對(duì)應(yīng)塌陷高易發(fā)的賦予量化值4，對(duì)應(yīng)中易發(fā)的為3，對(duì)應(yīng)低易發(fā)的為2，對(duì)應(yīng)非易發(fā)的為1，見表1。

（3）計(jì)算巖溶地面塌陷易發(fā)性指數(shù)。首先對(duì)照表1 將每個(gè)要素進(jìn)行賦值（即確定7 個(gè)要素的量化值Xi），再按下列公式計(jì)算評(píng)價(jià)指數(shù)，計(jì)算出評(píng)價(jià)指數(shù)后參照表2確定巖溶地面塌陷的易發(fā)性。

式中，X為巖溶地面塌陷易發(fā)性評(píng)價(jià)指數(shù)；Xi為各評(píng)價(jià)指標(biāo)因子的量化值。

3.2 分區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)上述評(píng)價(jià)方法，將工作區(qū)巖溶地面塌陷的高易發(fā)區(qū)和中易發(fā)區(qū)進(jìn)行提取，見圖3。

（1）高易發(fā)區(qū)主要分布在永漢鎮(zhèn)沖洪積平原內(nèi)的秧地頭、鶴湖圍、隔陂、梅州和龍江圍等村及東部谷地第四系覆蓋區(qū)域的馬星村一帶，面積15.6 km2，約占可溶巖分布面積的81.3%。該區(qū)未見現(xiàn)狀地面塌陷點(diǎn)，歷史上有小型巖溶地面塌陷2 處，可溶巖以連續(xù)狀純碳酸鹽巖為主，巖性為灰—灰黑色泥晶灰?guī)r、生物泥晶灰?guī)r、泥晶粉晶灰?guī)r，埋藏類型為覆蓋型，鉆孔內(nèi)溶蝕現(xiàn)象明顯，巖溶發(fā)育程度為強(qiáng)發(fā)育；上覆地層巖性主要以粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、中粗砂、卵石、全風(fēng)化砂頁巖為主，巖層厚度9.5～54.5 m；地下水位變化幅度＞10 m/a，地下水在基巖面上反復(fù)波動(dòng)。

（2）中易發(fā)區(qū)主要分布在見田村至雞公嶺、鶴湖圍至窄嶺、振東村一帶及落新圍至工作區(qū)北界、永漢收費(fèi)站至黃河村一帶，面積3.58 km2，約占可溶巖分布面積的18.7%。該區(qū)未見現(xiàn)狀巖溶地面塌陷點(diǎn)，可溶巖以連續(xù)狀純碳酸鹽巖、間層狀次純碳酸鹽巖為主，巖性為灰、青灰、灰黑色薄層或中厚層條帶狀泥晶灰?guī)r，夾少量薄層鈣質(zhì)頁巖、細(xì)砂巖，埋藏類型有埋藏型和覆蓋型，鉆孔內(nèi)溶蝕現(xiàn)象不明顯，巖溶發(fā)育程度為中等發(fā)育—強(qiáng)發(fā)育；上覆地層巖性主要以粉質(zhì)黏土、中粗砂、卵石、全—強(qiáng)風(fēng)化砂巖、炭質(zhì)頁巖為主，巖層厚度16.8～36.0 m；地下水位變化幅度5～10 m/a，地下水在基巖面以上反復(fù)波動(dòng)。

3.3 巖溶地面塌陷防治建議

根據(jù)工作區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件、巖溶分布特征及發(fā)育程度、易發(fā)性分區(qū)結(jié)果等，提出以下防治建議。

（1）在巖溶地面塌陷易發(fā)區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，建議在選址階段開展以巖溶塌陷為主的專項(xiàng)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估，劃定潛在的危險(xiǎn)區(qū)域，制定防治措施及應(yīng)急預(yù)案。重要建筑物及易產(chǎn)生次生災(zāi)害的重要設(shè)施（如貯存易燃易爆或者劇毒、強(qiáng)腐蝕性、放射性物質(zhì)等）應(yīng)盡量避開在巖溶塌陷高易發(fā)區(qū)選址建設(shè)。

（2）對(duì)難以避開在巖溶塌陷易發(fā)區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)的項(xiàng)目，建議對(duì)地基進(jìn)行詳細(xì)的勘察及嚴(yán)格的處理（如樁基、加固、充填、架橋、高壓灌注等），工程應(yīng)砌置在牢固的基巖上。巖溶易發(fā)區(qū)內(nèi)應(yīng)盡量避免大型機(jī)械強(qiáng)夯地基、大型爆破等施工作業(yè)，爆破、機(jī)械振動(dòng)易誘發(fā)巖溶地面塌陷。

（3）工作區(qū)地下水位波動(dòng)較大，應(yīng)嚴(yán)格控制區(qū)域地下水的抽排量及地?zé)豳Y源的開采量和水位降深，建立地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)，密切關(guān)注區(qū)內(nèi)鉆井抽取地下水的情況，制定切實(shí)可行的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)制度。加強(qiáng)地面塌陷、地面沉降等災(zāi)害的監(jiān)測(cè)工作，提高周邊群眾對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的防患意識(shí)。

（4）巖溶發(fā)育區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工業(yè)廢水及生活污水的處理方式，防止或盡量減少工業(yè)廢水及生活污水在巖溶地下管道內(nèi)的排放、停滯、浸泡、下滲及溶蝕等作用，避免因此而引起的土層性質(zhì)改變或巖溶地下管道、溶洞擴(kuò)大及相關(guān)的化學(xué)溶蝕塌陷。

4 結(jié)論

（1）工作區(qū)均為隱伏可溶巖，初步圈定50 m 以淺可溶巖分布面積約19.18 km2，主要分布在永漢河沖、洪積平原區(qū)域和永漢鎮(zhèn)馬星村一帶谷地區(qū)域；可溶巖巖性為泥盆系上統(tǒng)天子嶺組（D3t）灰?guī)r和石炭系下統(tǒng)石磴子組（C1s）灰?guī)r，均包含覆蓋型和埋藏型2 類，巖溶發(fā)育程度為強(qiáng)發(fā)育—中等發(fā)育，以強(qiáng)發(fā)育區(qū)為主，面積占比94.3%。

（2）工作區(qū)巖溶發(fā)育與構(gòu)造發(fā)育、可溶巖巖性、溶洞上覆土層特性及溶洞埋深關(guān)系密切。巖溶分布和發(fā)育程度受斷裂構(gòu)造控制明顯，石磴子組灰?guī)r相較于天子嶺組灰?guī)r巖溶發(fā)育程度更高，巖溶堆積物上覆土層工程地質(zhì)力學(xué)強(qiáng)度越好，巖溶發(fā)育的規(guī)模越??；巖溶堆積物上覆土層的粒徑越大，巖溶發(fā)育的規(guī)模越小。

（3）工作區(qū)地下水位波動(dòng)大，應(yīng)嚴(yán)格控制地下水及地?zé)豳Y源的開采量和水位降深，建立地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；在巖溶塌陷易發(fā)區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，建議在選址階段開展以巖溶塌陷為主的專項(xiàng)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估，劃定潛在的危險(xiǎn)區(qū)域，制定防治措施及應(yīng)急預(yù)案。