滕州市巖溶塌陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價

摘要：滕州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)位于滕州市城區(qū)南部和西部，現(xiàn)已升級為國家級經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，其東部為巖溶塌陷發(fā)育區(qū)域。本文以滕州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)為研究區(qū)，分析巖溶塌陷發(fā)育程度及時空分布規(guī)律，然后評估其穩(wěn)定性，預(yù)測項(xiàng)目建設(shè)過程中、建成后引發(fā)或遭受地質(zhì)災(zāi)害的可能性，明確建設(shè)場地的適宜性，并提出地質(zhì)災(zāi)害防治措施，從而服務(wù)區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

關(guān)鍵詞：滕州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)；巖溶塌陷；地質(zhì)災(zāi)害；危險性預(yù)測；防治措施

中圖分類號：P642.25 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）08-0-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.034

Risk Assessment of Geological Hazards in Karst Collapse Area of Tengzhou City

SUN Yijing， FENG Tangwu

（The First Exploration Team of Shandong Coalfield Geological Bureau， Qingdao 266000， China）

Abstract： Tengzhou Economic and Technological Development Zone is located in the south and west of the urban area of Tengzhou City， which has been upgraded to a national economic and technological development zone， and its east is a karst collapse development area. Taking Tengzhou Economic and Technological Development Zone as the research area， this paper analyzes the development degree and spatiotemporal distribution pattern of karst collapse， evaluates its stability， predicts the possibility of geological hazards causing or suffering during and after project construction， clarifies the suitability of the construction site， and proposes geological hazard prevention and control measures to serve regional socio-economic construction.

Keywords： Tengzhou Economic and Technological Development Zone; karst collapse; geological hazards; hazard prediction; prevention and control measures

2021年6月，經(jīng)國務(wù)院辦公廳批復(fù)，山東滕州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)升級為滕州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)（國家級）。滕州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)規(guī)劃范圍北起滕州市南環(huán)路，南至郭河，西起京滬鐵路，東至滕（州）棗（莊）公路，主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為機(jī)械制造、食品加工、生物化工和醫(yī)藥生產(chǎn)等。滕州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)東部為巖溶塌陷發(fā)育區(qū)域，本文將其作為研究區(qū)，分析巖溶塌陷發(fā)育程度及時空分布規(guī)律，然后評估其穩(wěn)定性，預(yù)測項(xiàng)目建設(shè)過程中、建成后引發(fā)或遭受地質(zhì)災(zāi)害的可能性，明確建設(shè)場地的適宜性，并提出地質(zhì)災(zāi)害防治措施，保證園區(qū)項(xiàng)目建設(shè)安全。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于滕州市城區(qū)南部和西部，不僅是重要的產(chǎn)糧區(qū)，也是城市飲用水水源地保護(hù)區(qū)。它位于沖洪積平原，南側(cè)局部位于微弱切割丘陵區(qū)，地面標(biāo)高為78～114 m，地勢由東南向西北緩慢下降。研究區(qū)位于華北陸塊魯西隆起區(qū)，構(gòu)造比較復(fù)雜，嶧山斷裂將其分為東、西兩部分：西部為滕州斷凹，其內(nèi)發(fā)育著不同方向和規(guī)模的斷層；東部為山亭斷凹的西部邊緣。境內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，以正斷層為主，逆斷層較少。研究區(qū)地貌大部屬平原區(qū)，局部地區(qū)為丘陵區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，工程地質(zhì)性質(zhì)中等，水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害及不良地質(zhì)現(xiàn)象現(xiàn)狀發(fā)育中等，危害中等，研究區(qū)內(nèi)造成地質(zhì)環(huán)境變化的人類活動比較強(qiáng)烈[1-2]。經(jīng)判斷，研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜。

2 研究區(qū)巖溶塌陷發(fā)育程度及時空分布規(guī)律

研究區(qū)巖溶塌陷主要發(fā)育在荊泉斷塊覆蓋型隱伏巖溶區(qū)，松散堆積物厚度在幾米至幾十米，一般不大于20 m。表層主要為黏質(zhì)砂土或砂質(zhì)黏土，中部和下部為砂礫層，富水巖組主要為奧陶系馬家溝群碳酸鹽巖，在自然狀態(tài)下，水力坡度較小，水平徑流和垂向徑流都相對滯緩。巖溶塌陷易發(fā)區(qū)為隱伏碳酸鹽巖分布地段，主要特征為巖溶發(fā)育，富水性較強(qiáng)，孔隙水與巖溶水水力聯(lián)系密切，研究區(qū)存在高強(qiáng)度開采巖溶水的行為，孔隙水垂向徑流作用顯著增強(qiáng)，同時潛蝕能力大大增加。

巖溶塌陷本身不易探測，也不易被人察覺，它的發(fā)生和發(fā)展過程深埋在地表以下，因此巖溶塌陷具有隱伏性、突發(fā)性、多因素性、不確定性和模糊性。一般來說，巖溶塌陷的形成要經(jīng)過溶洞—土洞—土層塌陷的過程。巖溶塌陷的形成機(jī)制多樣，形成過程往往受到多種因素的作用，當(dāng)致塌力超過抗塌力時，塌陷便產(chǎn)生。真空吸蝕論、潛蝕論、液化論等單一成因理論可以解釋某些特定條件下所形成的塌陷，但塌陷通常是多種因素同時作用的結(jié)果。

經(jīng)調(diào)查，目前，研究區(qū)場地穩(wěn)定性較好，第四紀(jì)地層厚度為0～20 m，一般小于10 m，巖溶水水位埋深為7～17 m，不同季節(jié)變化幅度約為±1.00 m，局部存在少量土層被淘空的現(xiàn)象，現(xiàn)狀條件下未發(fā)現(xiàn)巖溶塌陷隱患，其危害程度小，歷史上也未發(fā)生巖溶塌陷。研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件如圖1所示。根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范》（GB/T 40112—2021），研究區(qū)巖溶塌陷發(fā)育程度中等，如表1所示。

研究區(qū)巖溶塌陷在時間上與降水和農(nóng)田灌溉的季節(jié)性有關(guān)，在空間上主要受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件、巖性條件的影響。影響因素中，地質(zhì)構(gòu)造起主導(dǎo)作用，研究區(qū)存在多條斷裂構(gòu)造，為地下巖溶發(fā)育提供豐富的地下水補(bǔ)給，同時控制巖溶發(fā)育方向。經(jīng)調(diào)查，截至2022年底，研究區(qū)未因巖溶塌陷而出現(xiàn)人員死亡及經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范》（GB/T 40112—2021），研究區(qū)巖溶塌陷危害程度小。

3 研究區(qū)巖溶塌陷評價及預(yù)測

3.1 工程建設(shè)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的危險性預(yù)測

經(jīng)調(diào)查，滕州市荊泉水源地存在巖溶塌陷群，塌陷群位于滕州市北辛街道東北部-東郭鎮(zhèn)南部-東沙河街道西北部一帶。塌陷群排列形式為集群式，坑口為似圓形、橢圓形，坑口規(guī)模均為小型，直徑為0.5～5.0 m，深度為0.3～15.0 m。從成因來看，它們均為巖溶塌陷，灰?guī)r開口巖溶發(fā)育。塌陷群穩(wěn)定性差，危害程度為小型，危險性為中型[3]。東沙河街道巖溶塌陷隱患點(diǎn)如圖2所示。

研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合分區(qū)評估范圍如圖3所示。研究區(qū)東北部Ⅱ1區(qū)隱伏地層為寒武紀(jì)灰?guī)r，屬碳酸鹽巖地層，第四系地層厚度為0～20 m，一般小于10 m，具有形成巖溶塌陷的地質(zhì)環(huán)境條件；Ⅱ2區(qū)嶧山斷層以西隱伏地層為侏羅系，嶧山斷層以東隱伏地層為燕山晚期蒼山超單元磨坑粗斑花崗閃長斑巖侵入體，不具備形成巖溶塌陷的地質(zhì)環(huán)境條件。

工程建設(shè)挖切深度較淺，在水位之上施工（地下水位埋深7～17 m），不對地下水進(jìn)行開采，Ⅱ1區(qū)大部分為居民社區(qū)，生活用水來源于荊泉水源地。根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范》（GB/T 40112—2021），工程建設(shè)臨近巖溶塌陷影響范圍，Ⅱ1區(qū)工程建設(shè)中、建成后引發(fā)巖溶塌陷的可能中等，Ⅱ2區(qū)工程建設(shè)中、建成后引發(fā)巖溶塌陷的可能小，如表2所示。

3.2 建設(shè)工程遭受地質(zhì)災(zāi)害的危險性預(yù)測

研究區(qū)東北部Ⅱ1區(qū)隱伏地層為寒武紀(jì)石灰?guī)r，屬碳酸鹽巖地層，第四紀(jì)地層厚度為0～20 m，一般小于10 m。巖溶水水位埋深為7～17 m，不同季節(jié)變化幅度為±1.00 m。

根據(jù)巖土工程勘查報告，評價巖溶發(fā)育程度及巖溶穩(wěn)定性。一是巖溶發(fā)育程度。巖溶主要在石灰?guī)r（中風(fēng)化）頂部發(fā)育，多充填硬塑黏性土及灰?guī)r碎石。溶洞洞高一般為0.1～2.7 m，多充填硬塑黏性土及灰?guī)r碎石?？辈焓┕r，地表未見巖溶塌陷、漏斗，鉆孔見洞隙率約為15%，線巖溶率小于5%，相鄰鉆孔間存在臨空面且基巖面相對高差小于2 m。按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007—2011），巖溶發(fā)育程度可判定為微發(fā)育。二是巖溶穩(wěn)定性。場地內(nèi)可溶性巖石為強(qiáng)度高的石灰?guī)r；未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，裂隙為張開型裂隙，上部灰?guī)r巖溶沿橫向構(gòu)造裂隙發(fā)育；與基礎(chǔ)尺寸相比，巖溶洞體小；頂部巖層厚度與洞徑比值大；多充填硬塑黏性土及灰?guī)r碎石，水沖蝕的可能性小。因此，該場地巖溶相對穩(wěn)定。采用綜合指數(shù)法[4-5]對研究區(qū)內(nèi)巖溶塌陷進(jìn)行評價，參考表3和表4的不同評價因子取值，根據(jù)式（1）計算綜合指數(shù)。根據(jù)綜合指數(shù)，巖溶塌陷分為高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū)。

R=Z+Y+K+P+S+L（1）

式中：R為綜合指數(shù)；Z為第四系厚度指數(shù)；Y為第四系含水層厚度指數(shù)；K為灰?guī)r頂界下巖溶發(fā)育程度指數(shù)；P為塌坑密度指數(shù)，按500 m×500 m網(wǎng)格統(tǒng)計；S為松散巖類孔隙水與裂隙巖溶水水力聯(lián)系指數(shù)；L為巖溶水水位波動指數(shù)。

根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)，若R≥27，則巖溶塌陷屬于高易發(fā)區(qū)；若21≤R＜27，則屬于中易發(fā)區(qū)；若16≤R＜21，則屬于低易發(fā)區(qū)；若R＜16，則屬于不易發(fā)區(qū)。經(jīng)計算，R=7+7+5+1+5+1=26，研究區(qū)為巖溶塌陷中易發(fā)區(qū)。

4 巖溶塌陷防治措施

引起巖溶塌陷的主要因素是過量開采地下水資源，誘發(fā)因素是農(nóng)田灌溉和降水。地質(zhì)災(zāi)害的防治是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須堅持以人為本、預(yù)防為主的原則。因勢利導(dǎo)，因害設(shè)防，各種防治技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到減災(zāi)的目的。當(dāng)前，可采取多項(xiàng)防治措施。

一是減少地下水資源的過度開采。地下水資源的不合理利用直接導(dǎo)致巖溶塌陷，因此控制地下水開采量是預(yù)防巖溶塌陷最有效的方法。二是制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)防措施，科學(xué)合理的災(zāi)害應(yīng)急處理可以將災(zāi)害造成的危害降到最低。三是加強(qiáng)對風(fēng)險區(qū)地表水和地下水水位的監(jiān)測，及時判定可能發(fā)生巖溶塌陷的地區(qū)和塌陷的可能性，及時發(fā)出預(yù)警，避免發(fā)生人財傷亡事故。四是工程建設(shè)前采用高密度物探法查明基底以下應(yīng)力擴(kuò)散范圍內(nèi)且不小于5.0 m深度范圍內(nèi)的巖溶分布情況。五是工程建設(shè)前進(jìn)行巖土工程地質(zhì)勘查，查明場區(qū)工程地質(zhì)條件，特別是灰?guī)r開口巖溶發(fā)育程度，然后采取相應(yīng)的地基處理方式，優(yōu)化地基基礎(chǔ)設(shè)計。六是基坑開挖過程中，注意邊坡穩(wěn)定性和地下水情況，采取安全的防護(hù)措施。

5 結(jié)論

研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件比較復(fù)雜，巖溶塌陷發(fā)育程度為中等，地質(zhì)災(zāi)害危險較小，根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估規(guī)范》（GB/T 40112—2021），研究區(qū)巖溶塌陷的危險性較小。經(jīng)評估，項(xiàng)目建設(shè)中和建成后可能引發(fā)巖溶塌陷的危險性為中等，較小可能導(dǎo)致研究區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害；研究區(qū)工程建設(shè)項(xiàng)目本身可能遭受巖溶塌陷的危險性為中等，項(xiàng)目遭受地質(zhì)災(zāi)害的危險性較小。對研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的危險性進(jìn)行綜合分區(qū)評估，Ⅱ1區(qū)危險性中等，Ⅱ2區(qū)危險性小。經(jīng)建設(shè)場地適宜性評估，Ⅱ1區(qū)為基本適宜區(qū)，Ⅱ2區(qū)為適

宜區(qū)。

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