基巖和蓋層對廣東惠陽巖溶地面塌陷影響機制

李 晶

(廣東省地質局第七地質大隊，廣東 惠州 516008)

1 巖溶特征

廣東惠陽可溶巖分布于淡水南部石橋、司前、東部長潭、新橋等地。其中城區以大理巖為主，南站新城以石灰巖為主。

勘查區內無裸露型巖溶，城區大部分地表已被城鎮建筑及道路覆蓋，南站新城地表大部分被第四系沖洪積土層覆蓋，屬覆蓋型巖溶；新橋東部經鉆孔揭露，可溶巖與測水組砂頁巖呈平行整合接觸，地表為第四系沖洪積土，屬埋藏型巖溶。勘查區巖溶主要是地下巖溶形態，包括溶洞和溶蝕。

2 巖溶地面塌陷的影響因素及機理分析

2.1 基巖條件

可溶巖礦物成份主要為不同結晶程度的方解石、白云石、文石、石英等礦物。巖石礦物成份中方解石、白云石含量越高，所處部位構造越發育，越容易發生巖溶溶蝕。碳酸鹽巖本身礦物成份組合是產生巖溶的重要前提。碳酸鹽的成因是多種多樣的，因而其結構組份也比較復雜多樣，由碳酸鹽為主的礦物和一些不溶殘余形成的碳酸鹽巖，其溶解性取決于碳酸鹽類礦物的化學組分，以及成巖、蝕變、變質過程的作用，碳酸鹽類礦物的化學組分CaO含量越高溶解性越強，MgO和不溶殘余含量越高溶解性越弱。其碳酸鹽巖的溶解性能由強到弱的順序為灰巖-大理巖-白云巖-泥質灰巖-硅質灰巖，見表1。

勘查區碳酸鹽巖為石炭系石磴子組的灰巖、大理巖，根據巖礦分析表(表1)可知，鉆孔DZ06含CaO含量高、MgO含量低，故其溶解性越強，由鉆孔揭露溶洞發育特征統計表(表2)可知，鉆孔DZ06共發育5層溶洞；鉆孔SW06、SW07總體而言CaO含量低、MgO含量高，故未揭露溶洞；鉆孔DZ08雖揭露1層溶洞，但洞體小，見表2。

巖溶發育程度與巖層厚度成正相關，即層理愈厚，巖溶就愈發育。巖石巖層越厚，其含有的難溶物越少，溶解度也越大；薄層碳酸鹽巖常含較多的泥質等雜質，溶解度較小，不利于溶洞的發育。勘查區碳酸鹽巖以中厚層狀為主，利于巖溶發育。

表1 巖礦分析表Tab.1 Rock mass analysis

表2 鉆孔揭露溶洞發育特征統計表Tab.2 Statistics of development characteristics of karst caves exposed by drilling

2.2 蓋層條件

2.2.1 蓋層底部土體類別

覆蓋層底部土體類別主要影響地下水自覆蓋層向基巖垂直下滲補給的。覆蓋層底層土類主為粉質粘土/粘土，少量為砂礫層，粉質粘土/粘土有較好的隔水作用，地表水與地下水連通性差，對巖溶塌陷的影響較小；砂礫層滲透系數大，使巖溶洞隙上覆的第四系松散巖類孔隙潛水垂向下滲補給巖溶水，利于巖溶發育。需要說明的是，研究表明，可溶巖面常分布有一層殘積粘土層，該粘土透水性差，常為巖溶水和第四系潛水隔水層。在地下水潛蝕作用或真空負壓作用下，該層最容易受到破壞而形成土洞或快速致塌。

2.2.2 巖土體結構

覆蓋層結構指的是垂向上覆蓋層土體類別及其組合特征，覆蓋層結構對巖溶地面塌陷的影響主要體現在抗滲透變形等方面。土層的性質非常重要。如砂質土層中發生的潛蝕作用，除與水力梯度有關外，其顆粒級配的情況也很重要；粘性土中，土的壓縮模量，土中粉粒、粘土顆粒的含量等，與塌陷的發生，均有一定的相關性。巖性結構對塌陷的形成有著明顯的影響，均一的砂土由于其顆粒間無粘結力，在一定水頭的水流滲透作用下，其細小顆粒易于被潛蝕搬運進而掏空破壞，抗塌陷能力最差，塌陷數量相對較多；雙層或多層結構的土層，由于有粘性土的緩沖作用，其抗塌能力要稍好一些；均一粘性土或底部為粘性土的多層結構土層，由于粘性土具有一定的凝聚力，抗塌能力較強，塌陷數量相對較少，塌陷的速度也要緩慢一些。

經統計，勘查區覆蓋層結構較雜，主要為“粘土+砂層+粉質粘土”“填土+粉質粘土”“上粘土+砂礫層”“填土+淤泥質土+粉質粘土”等雙層和多層結構和“填土”“粉質粘土”單層結構，由上述分析可知，勘查區覆蓋層結構抗塌能力總體較好。

2.2.3 蓋層厚度

覆蓋層除土層的各種物理技術特性外，相對說來，覆蓋層較厚的地區，其穩定性較高，所以，覆蓋層的厚度可作為判別該地是否可能產生塌陷的一項主要因素。

勘查區內巖溶區的覆蓋層厚度不一。本次研究主要研究巖溶地面塌陷的影響，因此主要考慮存在溶洞的鉆孔覆蓋層情況。根據資料分析，本次布設的鉆孔覆蓋層厚度0.5～55.5 m；其中揭露有溶洞鉆孔覆蓋層厚度4.1～39.3 m，平均厚度約11.78 m見圖1；勘查區內巖溶區范圍的覆蓋層厚度于中部淡澳河南段最厚，北東、西南兩端覆蓋漸薄，SW2位于瑞景居周邊，DZ15、23位于孫屋村、新建片區，覆蓋層較厚，不易發生巖溶地面塌陷；松散層厚度越小，越容易產生巖溶地面塌陷，存在發生巖溶地面塌陷的概率較高。總體而言，勘查區覆蓋層較薄，利于巖溶發育。

圖1 本次工作巖溶鉆孔覆蓋層厚度曲線圖Fig.1 Thickness curve of karst drilling overburden in this work

3 結 語

綜上所述，巖溶發育程度隨著深度的增加而逐漸減弱。目前揭露的這些溶洞中，溶洞的規模偏小，總體上處于弱～中等發育的水平。勘查區覆蓋層結構抗塌能力總體較好。勘查區碳酸鹽巖以中厚層狀為主，為基巖中有利于發育巖溶的地方。勘查區覆蓋層較薄，利于巖溶發育。