廣西、四川等西南地區地面塌陷成因分析

馮躍封

（河南省煤田地質局二隊，河南洛陽 471023）

廣西、四川等西南地區地面塌陷成因分析

馮躍封

（河南省煤田地質局二隊，河南洛陽 471023）

我國西南地區頻繁發生的“天坑”現象，在給當地居民生產生活造成較大損失的同時，引起了人們對重大自然災害的恐慌。廣西、四川等西南地區頻繁出現的“天坑”確切地說是人為活動引起的地面塌陷地質災害。

地面塌陷；形成原因；天坑；溶洞

今年以來，我國廣西、四川、浙江、湖南等地頻繁發生地面塌陷。2010年4月份，四川宜賓市長寧縣硐底鎮紅旗村和石埡村先后出現45個地面塌陷形成的大坑（當地稱作 天坑 ），最大直徑達60多米，深度30多米，波及范圍達0.6km2；5月份以來，成都大邑、懷遠，浙江州，廣西來賓、湖南寧鄉等地頻繁出現 天坑 ，直徑1.7m到80多米，深度1.6m到40多米，嚴重威脅當地村民的生命和財產安全。一些人聯系甘肅玉樹和山西太原地震，把 天坑 的頻繁出現作為地震等嚴重自然災害的前兆，從而造成心里恐慌。

本人通過對四川、廣西、湖南等出現 天坑 地區之地質構造條件和今年以來氣候特征的分析，對上述地區地面塌陷產生的原因進行了研究。

1 氣候特征

我國西南地區屬亞熱帶、熱帶高原季風氣候，一年中5～10月份為雨季，11月份到第二年的4月份為干季，雨季和干季分明，降水場和溫度場按照云南區 川西高原區 貴州區 四川盆地區 川東區的順序逐級遞減[1]，是我國夏季降水量較為豐沛的地區之一。然而，受全球變暖大氣候的影響，進入21世紀以來，西南地區夏季降水量相對偏少，總體偏旱[2]。中國氣象局資料顯示，云南、貴州一帶從2000年初到現在，一直處在降水偏少、溫度偏高這樣一個大氣候背景下。2009年9月至2010年3月，云南、貴州的降水量分別是173mm和175mm，比常年偏少一半以上，是1951年有氣象記錄以來最少的一次；在這200多天里，氣溫平均偏高1℃～2℃，跟歷史相比，云南氣溫同期歷史最高，貴州排在第三。氣溫偏高，導致水汽蒸發量增大。2009年7～12月份，云南省平均水汽蒸發量為822.5mm，比多年同期平均733.6mm偏多88.9mm，偏多12%；雨季提前結束。2009年9月1日到2010年2月28日，云南省平均降雨日數為31天，比多年同期平均偏少31天，偏少50%，打破1952年以來歷史同期降雨日數最少記錄。自2009年9月份開始的云南、貴州、廣西等地出現干旱，11月份已影響到四川地區，2010年初延伸到湖南湘西的大部分地區，是我國1952年有氣象記錄以來干旱持續時間最長、影響范圍最廣、災害影響最重的一次旱災。據中國地質環境信息網消息，截止2010年6月9日20點，中國地質調查局6月份已發布的四次全國地質災害氣象預報預警中，廣西、湖南、江西、貴州、浙江、四川、重慶等西南方省份均為 發生地質災害的可能性大區域 ，廣西、四川、湖南等地屢現 天坑 的情況與地質災害的預警區域相符。

2 地質構造和巖溶特征

從區域地質特征看，西南地區位于印度洋板塊與太平洋板塊的碰撞地帶，屬于構造抬升地區。

晚第三紀，隨著青藏高原的整體強烈隆起，西南巖溶區開始間歇性緩慢上隆，形成由西向東掀斜式隆升和向東傾斜的地勢[3]，造成石灰巖地層巖石裸露。以貴州為中心的川、黔、滇以及與之毗鄰的湘、桂、鄂等碳酸巖成片分布的西南巖溶地區，分布面積約54 104km2。在長期的溶蝕作用下，廣泛分布的碳酸巖巖溶地層溶蝕裂隙和地下溶洞廣泛發育并且相互貫通（圖1），為地下水的儲存和運移提供了良好場所，使地下水呈現集中管道狀或分散網絡狀等多種賦存狀態。

圖1 四川宜賓市興文縣地質公園典型喀斯特地貌

巖溶地層特有的物理和構造特征，決定了巖溶水補給主要來自大氣降水，通過溶蝕裂隙的入滲補給或通過巖溶地區特有的落水洞、漏斗等以滲漏直接注入的方式補給，最終以巖溶泉或地下河的形式排泄。地質調查結果表明，西南地區地下暗河就多達3066條。

由于巖溶地區溶蝕管道、溶洞的普遍發育，地下水排泄十分暢通，三水 （大氣降水、地表水、地下水）轉化迅速，因此，巖溶地區水量的動態變化與降水量的大小密切相關，特別是地表巖溶泉之水量幾乎與降雨近乎同步，呈現季節性和周期性的特征[4]。

3 巖溶地面塌陷發育方式

西南巖溶地區地面塌陷的原因很多，但主要還是水動力循環活躍的結果。從土洞的產生、發展至坍塌，每一過程都與水動力條件密切相關，不同階段有不同的發育方式。

（1）真空吸蝕。巖溶水位下降至基巖附近時，由于受降雨影響，水位便在以基巖面為基線的附近頻繁波動，洞穴中封閉的氣體產生向上（下）的正（負）壓，出現真空吸蝕而引起土體破壞，產生土洞（圖2）。隨著水位的頻繁升降，土體的浮托力反復改變，加快了洞穴中土體掏空、搬運能力，進而促進了土洞快速向上發展，發生坍塌。

圖2 巖溶真空吸蝕示意圖

（2）地表水滲透潛蝕。以地表水直接補給而產生的潛蝕作用為特征，因西南巖溶地區第四系土層薄且砂、碎石含量高，便于澗水滲流，且向地下水補給徑流距離短，以類似管道流的形式經由第四系土層向巖溶水補給，對溶洞內及第四系底部土體進行潛蝕、淘空，導致塌陷。

（3）地下水滲透潛蝕。礦山疏干直接排走巖溶水，水位便逐漸下降，形成孔隙水對巖溶水的補給，強化了對土體的潛蝕能力。在巖溶水降至基巖面以下時，潛蝕加劇，最終造成塌陷。

上述3種巖溶地面塌陷的發育方式常常不是孤立存在的，每次塌陷災害，都可能存在兩種或兩種以上方式共同作用。

4 地面塌陷成因分析

2010年4月份以來，四川宜賓、成都，廣西來賓，湖南寧鄉和浙江州等巖溶地區先后出現地面塌陷，由于各地地質構造的不同，引起塌陷的原因有如下幾種類型。

（1）地下溶洞坍塌引起的地面塌陷

四川宜賓市長寧縣硐底鎮紅旗村和石埡村屬于巖溶的喀斯特地貌，地下溶洞發育。在2009年10月持續干旱，一方面由地下水得不到有效補給；另一方面，為滿足工農業生產和居民生活的需要，因大量抽取地下水，引起水位的過量急速下降，地下水托浮力突然過量減小，誘發巖溶頂蓋巖石垮塌，形成 天坑 。地下溶洞埋藏深度和坍塌的程度，決定地面塌陷規模的大?。▓D3）。

圖3 四川宜賓市長寧縣硐底鎮石埡村“天坑”

廣西來賓市吉利村地區地下河非常發育，形成地下河系統，山前是地下河的補給入口，其匯水面積大，因泉眼排水量有限，暴雨大量洪水匯集地下河；因地下河溶洞壁巖層承受地下水壓力越來越大，超過其承受極限發生塌陷。并從開始的局部坍塌逐步發展，最終形成一條塌陷帶。一般地下河延伸的距離較遠，規模較大，塌陷 天坑 的規模大，影響范圍廣。

（2）地下水位急劇變化引起的地面坍塌

成都附近的大邑位于成都平原的西部，在堅硬的早寒武紀結晶花崗巖基底之上覆蓋了一套由粘土和砂礫、卵石組成的陸相碎屑沉積，一般厚度5m以上，最大厚度達8000m。因持續干旱和地下水過量開采，引發地下水位大量下降，發生局部地面塌陷形成 天坑 。目前其塌陷的規模一般較?。ㄈ鐖D4），但是存在一定危害。

圖4 成都大邑鎮桐林村稻田“天坑”

（3）礦山開采和爆破施工引起的巖層塌陷

西南地區礦產資源豐富，已發現的礦產在150種以上，礦業開發已成為西南地區各省、區經濟發展的支柱產業之一[5]。湖南寧鄉地區煤炭資源十分豐富，由于該地區煤層頂板多為石灰巖，其下隱伏巖溶發育，礦層開采后常形成較大范圍的懸空空間（統稱 老頂 ）。在巖層自身重力和附近煤層采掘的擾動影響下，老頂懸空到一定范圍發生斷裂，引起頂板急劇下沉，形成地面塌陷。煤礦采空區垮塌形成的 天坑 的深度和波及范圍，受煤層埋藏深度、厚度和采空區大小控制，其規模和影響范圍一般較大。湖南寧鄉縣大成橋鎮2010年1月以來先后出現的10多個 天坑 ，都是其附近煤礦采空區垮塌而引起的地面塌陷（如圖5）

圖5 湖南寧鄉縣大成橋鎮清泉村“天坑”現場

5 結論

2010年上半年在西南地區頻繁出現的 天坑 ，科學地講應稱為地表塌陷；西南地區地面塌陷的成因有四種：長期持續干旱引起的地下水位下降、過量抽采地下水、地下隱伏溶洞坍塌、礦山開采和爆破施工。

[1]徐 曉，肖天貴. 西南地區氣候季節劃分及特征分析，高原山地氣象研究，2010年第30卷第1期，P35～40.

[2]李永華，徐海明等. 我國西南地區東部夏季降水的時空特征，高原山地氣象研究，2010年第29卷第2期，P523～530.

[3]路海濤，章 程. 中國西南地區巖溶水資源的特點及可持續利用對策，西華師范大學學報，2006年第27卷第2期，P139～142.

[4]楊曉燕，袁仁茂. 南京棲霞山地區巖溶地面塌陷成蔭研究，北京大學學報，2001年第6期，P839～844.

[5]毛 英. 西南地區礦產資源開發的環境地質問題研究，四川地質學報，2003年第23卷第2期，

P106～108.

Analysis of the Subsidence in Southwest China including Guangxi and Sichuan Provinces

FENG Yuefeng

(The No.2 Team of Henan Coalfeld Geological Bureau, Luoyang, Henan Province 471023)

The Tiankeng frequently occurs in southwest China, which has the severe infuence on the daily lives of the local residents. As a result, the local people are very scared by the further natural disasters. According to the study on the land subsidence in Guangxi and Sichuan provinces, the Tiankeng occurred in the Southeast China is considered as the result originated from human activities.

Land subsidence；Origination factors；Tiankeng；Karst caves

X45

A

1007-1903(2011)01-0037-03

馮躍封：男（1965-），地質工程碩士，注冊安全工程師，1989年畢業于焦作礦業學院，主要從事地質勘查工作。E-mail:fengyuefeng1103@163.com。