四川彭山義和紅層塌陷的應急處治及成因分析

■辜順平

（四川省冶金地質勘查局六〇五大隊四川眉山620860）

四川彭山義和紅層塌陷的應急處治及成因分析

■辜順平

（四川省冶金地質勘查局六〇五大隊四川眉山620860）

四川紅層主要是侏羅系和白堊系地層，有少量第三系地層，在四川盆地及盆地邊緣地區廣泛分布，總面積約16.5萬km2。由于四川紅層具有獨特的工程性質［1］，在紅層地區地質災害頻繁、災害嚴重［2］，災害類型以滑坡、崩塌為主，其它災種少見。近幾年在成都平原開展工程勘察的鉆孔中，在紅層地層中零星發現由含鈣質礦物和石膏所引發的巖溶孔洞［3］。而發生在四川盆地西部紅層區的彭山義和地面塌陷，給我們研究四川紅層塌陷的成因及其環境地質意義，提供了一個難得的窗口和契機。

塌陷特征應急措施分析

四川紅層主要是侏羅系和白堊系地層，有少量第三系地層，在四川盆地及盆地邊緣地區廣泛分布，總面積約16.5萬km2。由于四川紅層具有獨特的工程性質［1］，在紅層地區地質災害頻繁、災害嚴重［2］，災害類型以滑坡、崩塌為主，其它災種少見。近幾年在成都平原開展工程勘察的鉆孔中，在紅層地層中零星發現由含鈣質礦物和石膏所引發的巖溶孔洞［3］。而發生在四川盆地西部紅層區的彭山義和地面塌陷，給我們研究四川紅層塌陷的成因及其環境地質意義，提供了一個難得的窗口和契機。

1　義和紅層塌陷的時空特征

義和地面塌陷位于眉山市彭山區義和鄉喻溝村4組。該塌陷發生于2015年4月14日凌晨2點，最初出現直徑約1.5m的塌陷坑，其后塌陷坑不斷擴大，至2015年4月22日逐漸趨穩。塌陷坑直徑達12m，深度約20m，塌陷面積約111m2，體積方量約0.222× 104m3，為一小型規模的紅層塌陷地質災害，直接造成當地1農戶的4間平房毀壞，所幸未造成人員傷亡（見圖1）。

地面塌陷平面上大致呈圓形，塌陷坑邊緣陡直，土體較松散，現場可觀察到多條圓弧形地面裂縫，這些裂縫距塌陷坑沿一般1-2m，延伸長度2-3m，寬度5～10mm，表明塌陷坑存在進一步擴大的可能。

現場調查得知，塌陷發生前，當地村民未聽到有異響，亦未看見地面產生下陷變形的跡象，這說明義和紅層塌陷具有突發性。

2　應急處治措施

義和紅層塌陷發生后，啟動了如下應急處治措施：

（1）避險安置：對受到威脅的住戶采取臨時避險安置措施，同時劃定危險區范圍，并設立警示帶隔離線，避免圍觀人群進入危險區。

（2）應急調查：由提供技術支撐的專業地勘單位開展現場調查，就該塌陷災害的特征、危害對象、穩定性及發展趨勢進行調查評價，提出采取應急排危除險方式予以處治的意見，供國土主管部門決策參考。

（3）應急排危：由具備資質的單位按照省地災防治專家現場踏勘意見，編制應急排危除險設計并組織實施。采用對塌陷坑分層回填的工程措施，設計思路是陷坑底部采用填筑粗顆粒托底支撐，中間層采用加筋土提高填土強度減小沉降，上部表層作成隔水防滲層。工藝流程是先在塌陷坑底部鋪筑碎石土至設計初始標高，分層采用小型打夯機進行夯實，分層厚度0.5m，密實度要求85%，初次夯填時可能因塌陷坑底部土體松散因擠壓沉陷，考慮了50%超填量；分層填筑至設計初始標高后，鋪墊土工格柵，土工格柵分層厚度為0.5m，采用雙向滌綸土工格柵，型號TL50；填筑至近地表設計標高后，在表層鋪設一層2mm HDPE土工膜防滲，最后回填50cm厚度的粘土并壓實。

3　成因分析

根據義和紅層塌陷所處地質環境條件分析，塌陷的形成與地層巖性、地質構造和地下水有關，是水、巖、裂隙三者“耦合”的結果。

3.1含可溶鈣芒硝礦的地層為塌陷的形成提供了物質條件

塌陷附近出露的地層有白堊系上統灌口組（K2g）和第四系全新統殘坡積層（Q4el+dl），其中白堊系地層系構成川西紅層的主要地層之一。

（1）白堊系上統灌口組（K2g）。該地層中含多層鈣芒硝礦層，巖層產狀130°∠32°，根據沉積特征和巖性組合將灌口組劃分為三段，由下而上為：

①第一段（K2g1）：為含礦帶底板層段，以暗紫色中厚層狀粉砂質粘土巖、泥質細沙巖為主。

②第二段（K2g2）：為含礦帶，細分為下、中、上三個帶。

下含礦帶（K2g2-1）：由13～18層鈣芒硝礦及12～17層夾層組成，總厚度54.08～66.32m。夾層由紫紅色粘土巖、粉砂質粘土巖及粉砂巖組成。

中部含礦帶夾層（K2g2-2）：由紫紅色薄層～中厚層狀白云質泥質細砂巖、粉砂質粘土巖、泥質粉砂巖等組成，厚度79.02～104.09m。

上含礦帶（K2g2-3）：由7～11層鈣芒硝礦及6～10層夾層組成，總厚66.49～77.06m。夾層由紫紅色泥質粉砂巖、粉砂巖及粉砂質粘土巖組成。

③第三段（K2g3）：為含礦帶頂板層段，以紫紅色、灰綠色薄至中厚層狀粉砂質粘土巖、泥質粉砂巖為主。

（2）第四系全新統殘坡積層（Q4el+dl）。分布于山體坡麓、溝谷地帶，巖性為粉質粘土，紅褐色，可塑～硬塑狀，層厚10～15m。

經現場調查，義和塌陷處地表為厚約10m的粉質粘土，其下為灌口組第二段之下含礦帶細-粗晶鈣芒硝，再之下為灌口組第一段粉砂質粘土巖，而含可溶性鈣芒硝的白堊系紅層和地表覆蓋的第四系細粒土層，為紅層塌陷的孕育及發生提供了物質條件。

3.2背斜頂部發育的節理裂隙為塌陷的形成提供了空間條件

義和塌陷所在區域位于揚子準地臺四川臺拗川西凹陷成都斷凹西南部之眉山～普興凹陷內，構造以褶皺為主（見圖2）。塌陷處于熊坡背斜南東翼，靠近背斜頂部。熊坡背斜南起洪雅，北至新津傾沒于第四系之下，長約81公里，橫寬為8～10公里。該背斜由三疊系須家河組～下第三系組成，外緣依次為大片侏羅系～白堊系各層組環繞，為一狹長不對稱背斜，軸向北東30°～50°，北西翼陡，傾角30°～60°，部分甚至直立或倒轉，南東翼平緩，一般15°～20°，靠近核部為30°～35°。

受縱彎褶皺作用形成的熊坡背斜，在背斜頂部因受拉伸作用，產生垂直層面的張節理和共軛剪節理，形成節理密集區，成為地下水賦存和下滲的有利部位；白堊系地層中由于鈣芒硝礦層與頂底板圍巖的能干性差異，順層擠壓使得可溶性礦層與圍巖之間產生變形差異，將弱化兩者之間原生結構面接觸緊密程度，從而形成有利于地下化學徑流的層間裂隙通道。

3.3豐富的地表水和地下水為塌陷的形成提供了媒介條件

義和塌陷位于中丘地貌區，微地貌為因剝蝕作用而成的一塊山間平地的邊緣。山間平地為當地的農耕區，春季到秋季為水田，因此，地表水豐富且入滲時間長，有利于地表水就近補給地下水。同時，塌陷處北西方向地勢較高處、相距約1.2km為雙鳳水庫，水庫面積約20萬m2，系常年蓄水，同一坡向線上的水庫正好構成塌陷區地下水的補給區，調查當地的民井也證實了這一點。所以，豐富的地表水通過下滲補給地下水，從熊坡背斜頂部向南東翼下部徑流，為塌陷的形成提供了多因素耦合的媒介條件。

3.4形成機制

在熊坡背斜隆起成山后，背斜頂部及靠近頂部的地層首先遭到剝蝕，使灌口組第二段含礦帶形成露頭，進而形成溶蝕洼地，后又被厚度約10m的第四系坡殘積土覆蓋，形成山間平地；而背斜頂部附近為節理密集區，有利于地下水賦存及流動；含礦帶中的可溶性鈣芒硝，在耦合媒介地下水的溶蝕下，形成所謂的化學徑流，順巖層、礦層中的層間裂隙，向背斜南東翼深處順傾向運移，而在鈣芒硝礦層中產生溶孔、溶隙，形成溶蝕淋濾帶，并在局部形成溶洞，同時對應地在其上覆土體中會形成應力拱來平衡土體自重，當溶洞逐漸擴大直到打破土體極限平衡時，就會形成地面塌陷。

4　討論

（1）分析表明義和紅層塌陷與碳酸鹽巖巖溶有區別，一是受可溶性礦層空間賦存狀態所限，在白堊系紅層區不易形成順地層傾向延伸的串珠狀塌陷坑；二是人類工程活動，如鈣芒硝礦地下開采井巷抽排水作業，形成降落漏斗［4］，改變區內地下水平衡狀態，加快可溶鹽的溶蝕速度，將促使紅層塌陷加快形成。

（2）由于義和紅層塌陷具有隱蔽性和突發性，要預防此類災害，有必要針對受熊坡背斜控制的可溶性礦層露頭覆蓋區，特別是其中的民居區，開展紅層塌陷專項地質災害調查，配合采用地球物理方法，如地震反射法、高密度電法等，查清隱伏的紅層巖溶和土洞，再采取工程措施或搬遷避讓等措施，就能夠有效地避免紅層塌陷的危害。

［1］王子忠，許模.四川盆地含膏鹽紅層特征及壩基工程地質問題 ［J］.水利水電技術. 2011.03.

［2］黃紹檳，程強，胡厚田.四川紅層分布及工程環境特征研究 ［J］.公路.2005No.5

［3］彭國喜，覃雄謀，高磊.四川紅層中巖溶的分布特點及形成機制 ［J］.防災科技學院學報.2010.12.

［4］李守群，楊東，沈云龍，尹吉祥.四川眉山開采芒硝礦地下水的疏干與防治 ［J］.四川地質學報.2007.3.

F416.1［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-445-2

辜順平（1963～），男，高級工程師，研究方向為地質工程。