萍鄉市湘東區臘市鎮明塘村巖溶地面塌陷成因分析及發展趨勢預測

摘 要：概述了湘東區臘市鎮明塘村地面塌陷的現狀、危害及塌陷區的地質環境條件，分析了巖溶地面塌陷的形成條件及發生機制，并提出了巖溶地面塌陷防治對策。

關鍵詞：臘市明塘村;巖溶地面塌陷;危害;地質環境條件;成因;發展預測

中圖分類號：U472.9 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0145-02

0 前言

2014年1月至5月，萍鄉市湘東區臘市鎮明塘村徐家沖、大沙塘多處發生地面下沉、塌陷現象，共毀壞農田4.5畝，魚塘1.2畝，村水泥道路50米，造成129戶131棟民房不同程度的開裂或倒塌，其中2戶2棟民房倒塌，127棟民房結構受損為危房，受影響民房建筑面積約13200平方米，村民76人受災。

明塘村地面塌陷對當地村民的生命財產安全及正常通行造成了極大的威脅。因此，深入研究明塘村巖溶地面塌陷區的地質環境條件和塌陷的成因，提出有效防治對策，對避免和減少巖溶地面塌陷帶來的危害，保證該區居民的生活安全、和諧、穩定，具有重要的意義。

1 巖溶地面塌陷發育現狀

塌陷區內2014年1月-6月共發生地面塌陷坑8處、沉陷區4處。塌陷坑位于房前、房側或農田中，塌陷坑以圓形為主，部分為橢圓形，坑口規模最小為3平方米，最大為250平方米，塌陷深度0.6～4.5米不等。地面沉降主要位于溝谷低洼地段，沉降區多層橢圓形，長度145～840米，寬度100～160米，沉降規模最小為15100平方米，最大規模為34750平方米。沉降區主要表現為地面輕微下沉或者房屋開裂。

2 地質環境背景

明塘村塌陷點和沉陷區分布于一條狹長的溝谷中，地勢低洼，兩側為丘陵山區，地勢較高。這條狹長的溝谷呈北東走向，且溝谷分布地層為二疊系中統茅口組，巖性為灰巖（含燧石團塊）、硅質灰巖。茅口組灰巖走向與溝谷基本一致，呈條帶狀北東向分布。溝谷兩側的丘陵山區出露的地層三疊系上統安源組，巖性為粉砂巖、細砂巖、泥巖。二疊系茅口組灰巖與三疊系砂巖地層分別由F1、F2兩條斷層接觸，斷層面雖擠壓緊密，但兩側常形成數十米的斷裂破碎帶，常使灰巖與砂巖呈斷層接觸，構成了地下水運移的良好通道，地下水的強烈活動加劇了巖溶的發育，形成巖溶帶。

灰巖分布區地勢低洼，兩側為丘陵山區地勢高，大氣降雨順坡面向中部低洼地段灰巖區地表匯集，雨水下滲至巖體溶蝕裂隙內的形成地下水徑流，使地下水活動愈加強烈。根據塌陷區內的5個勘察鉆孔資料，鉆孔見洞率100%，溶洞高度0.2～8.7m，平均3.1m（10個溶洞）;溶洞為半充填或全充填，偶見空洞，充填物為粘性土，含少量灰巖角礫或碎石，富含地下水，充填物多呈軟塑-流塑狀。勘察表明，灰巖頂部（與第四系接觸帶附近）巖心表面溶蝕現象明顯，地下水活動強烈，單孔均見多個溶洞，淺層巖溶極發育。

3 地面塌陷成因分析

3.1 地面塌陷內在成因分析

（1）覆蓋層條件。塌陷區徐家沖一帶為第四系殘坡積，大沙塘一帶為沖洪積，第四系厚度一般為11.40～36.20m。

徐家沖一帶殘坡積層組合結構具不典型的“三元結構”。底部常見含碎石粘土，碎石成分為灰巖，表面可見水蝕現象，土體含水比較高，多呈可塑狀，局部地段在接觸帶處發育土洞;中部為紅-紅黃色含礫粘土，礫石似下層碎石成分與形態;上部為紅黃或灰黃色含碎石粉質粘土構成，表覆填土或耕植土。

大沙塘一帶沖洪積層組合結構變化較大，一般底部為含炭質粉質粘土，含水比高，呈可塑狀，土體力學性質較差;中部為灰-黃色含礫砂土，結構較松散;上部為黑或灰黑色含含炭質粉質粘土，表覆耕植土或填土。

塌陷區覆蓋層由于粒度不均，又處地下水位變化范圍之內，為潛蝕管道和“土洞”發育創造了條件。

（2）基巖條件。巖溶洞穴的發育程度及其向上、向外的開放程度，是產生巖溶地面塌陷的主要因素之一。向上開口的溶洞是接受地面塌陷物質的窗口。本區淺層巖溶發育，鉆孔見洞率100%，巖溶率61.3%，單個溶洞高為0.2～8.7m，最大溶洞高8.7m，局部地段最大巖溶發育延深至地下70m以上，但深部巖溶呈減弱趨勢。根據鉆探資料，所揭露的第一個溶洞基巖頂板厚度均小于1m，這從側面反映了本區巖溶洞穴的開放趨勢。

其次，從本次巖溶地面塌陷平面展布方向分析，總體表現為兩個方向，即北東向和北西向，與溝谷展布方向相似。這與本區構造線總體呈北東向、且與北西向張裂縫的構造格局相吻合。這就說明，本區地面塌陷的發育，也受制于基巖的構造條件。

（3）斷裂構造。塌陷區位于臘市至胡家坊向斜內，區內構造較發育。兩條走向斷層平行橫穿塌陷區中部，間距220-600米不等。在大沙塘北西向沖溝內發育有一條北西向次級斷裂，與北東向斷層相互交匯，為區域地下水提供了溝通的渠道。

（4）地下水條件。地下水活動是巖溶塌陷形成過程中一種十分重要的動力因素。溶蝕作用使灰巖的巖溶化程度加強，滲流使上覆巖土體的結構發生變化，有利于潛蝕作用進行。據調查民井，塌陷區第四系松散巖類地下水位埋深一般為0.45～4.60m，均位于土巖接觸帶之上，而二疊系茅口組灰巖靜止水位埋深在11.4～32.4m。因此，當第四系潛水下滲補給灰巖地下水時，存在較大的水頭差，地下水流速加快，帶動了更多土體進入溶洞中，形成開口天窗，進而發生地面塌陷。

3.2 地面塌陷外在成因分析

塌陷區地面塌陷的產生除上述四個內因條件外，一些自然或人為因素都會影響或誘發地面塌陷的產生。該區的地面塌陷、沉陷基本上均為內外動力的共同作用誘發產生的，以下從抽排地下水、振動荷載作用及自然因素降雨三個方面分析如下：

（1）抽采（排）地下水。抽采（排）地下水有兩種，一為機井抽采地下水源，第二為周邊煤礦抽排地下水。經現場調查訪問，塌陷巖溶區內無機井開采地下水，塌陷巖溶區外東側直距約700米處有一口機井開采地下水。該機井建于2010年，日取水量720噸/日。該井位于二疊系茅口組地層區，與本次塌陷巖溶區間隔三疊系砂巖地層，不屬同一含水單元，其地下水補給主要為上覆沖洪積層潛水，該井在徐家沖發生塌陷期間，水色、水量、水位未見異常。

徐家沖塌陷巖溶區東側為萍鄉市湘東區富盛煤礦，1998年建井投。該礦山開采區距離徐家沖塌陷坑最近距離約700m，距離大沙塘一帶塌陷坑群約1200m。但該礦山由于生產虧損，從2012年始至今，一直處于停產狀態，未進行大規模抽排地下水工作，因礦山開采突水因素可以基本排除。

（2）降雨。2013年萍鄉地區遭受了50年一遇的大旱，尤以湘東區旱情最為嚴重，干旱造成水庫干涸、地表溪流斷流，地下水的超量開采更加劇了區域地下水位的下降。2014年以來，降雨量較往年偏多，特別是5月24-25日降雨量達111.8mm，達到暴雨級別。經收集2013、2014年1-5月萍鄉地區氣象降雨量資料（詳見圖1）。

從圖1可以看出，萍鄉地區進入2月份以來，降雨量較2013年明顯偏多，特別是5月份，超出去年同期近一倍。

經對明塘村塌陷坑、沉陷的調查統計，塌陷和沉降發生時間主要集中在2014年4月至5月，且陷坑及沉陷發生均在連續強降雨日或稍后1-2日內發生。通過對塌陷區的氣象降雨資料分析，結合各陷坑、沉陷區的發生時間，地面塌陷發生與降雨量及行程在時間、規模上存在密切的耦合性，在連續降雨日及暴雨日，地面塌陷集中發生，隨降雨結束塌陷過程逐漸穩定，說明在這一特定時期徐家沖地面塌陷與本區的降雨這一重大外因密切相關。

2013年的大旱，塌陷區內巖溶地下水位大幅下降（據勘查鉆孔地下水位資料，見溶洞水位在12.20-31.70m），地下溶洞、土洞對上部覆蓋層產生負壓作用。進入雨季后，大量的雨水集中下滲作用和土體容重增加，使淺層巖溶洞及土洞進一步向上發展，最終失去平衡狀態，是導致塌陷產生和塌陷范圍進一步擴大重要誘發因素。

綜上所述，地貌、地質結構、構造、水文地質等是巖溶地面塌陷的內在因素，自然因素氣象降雨是誘發此次地面塌陷的主體外因。

4 發展趨勢預測

自2014年5月28日出現最后一個地面塌陷陷坑以來，近期（2014年5月27日-6月12日）湘東區基本無大的降雨，本巖溶塌陷區未有新的陷坑發生，原有的陷坑目前穩定。綜前所述，本次明塘村較大區域的地面塌陷，故然離不開其特定的地質結構水文地質結構等內在本質因素。但是，自然因素氣象降雨事件與地面塌陷發生的耦合性、地面塌陷單體發生隨降雨時間長短由降雨量大小的規律性以及地面塌陷過程隨降雨過程結束逐漸穩定的趨向性，說明這一特定時期、特定區段內的地面塌陷發生、規模與大氣降雨這一重大外因密切相關。

明塘村塌陷區隱伏巖溶發育，為覆蓋型巖溶易發區，地質結構對地下水位變化這一外因相當敏感。進入汛期尾期，降雨量逐漸減少后，塌陷區塌陷將趨于穩定，但如人為或自然因素（干旱及強降雨）導致地下水位變化頻繁或強烈，本區段地面塌陷繼續發生的可能性很大。

由于2013年的大旱及2014年上半年的強降雨已經破壞了本區段巖溶地質環境的天然平衡狀態，新的平衡必需在地質環境的修復、大氣降雨的循環參與、以及其他各種自然的和人為的活動共同作用下逐步建立，這將是一個相當長的時期。在這一時期內，本區對各種外因的敏感度可能仍較高，特別是已有的塌陷、沉陷區范圍內及周邊附近的地面，在一個相當長的時期內有可能隨著地質環境自身調整而發生局部地面變形、沉降。

參考文獻

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