龍門縣永漢片區巖溶發育特征及地面塌陷易發性評價

王孝亮

（廣東省有色金屬地質局九三五隊）

永漢片區位于惠州市龍門縣永漢鎮東部，面積約30.4 km2，該區屬地下水及地熱資源集中開采區。根據收集前人資料分析，該區第四系及石炭系下統測水組地層下部石磴子組灰巖中巖溶極為發育，且均為隱伏巖溶。過量開采地下水資源極易引發地面塌陷等地質環境問題，因此，研究工作區巖溶發育特征及開展地面塌陷易發性評價對指導地下水資源的科學合理開發利用顯得尤為重要［1-3］。本文在系統搜集和梳理前人成果的基礎上，通過開展專項水文地質調查、物探、鉆探及水文地質試驗等工作，以期查明工作區50 m 以淺巖溶分布特征和發育規律，提出巖溶地面塌陷防治建議，為工作區地下水和地熱資源的開發利用和工程建設提供科學指導。

1 工作區自然地理及地質背景

工作區地貌形態類型有丘陵、剝蝕殘丘、沖洪積平原及谷地，主要以沖洪積平原及谷地為主，地表廣泛分布第四系，地勢平坦，地面標高一般在20～40 m，零星有剝蝕殘丘出露，東側及北、西外圍為低山-丘陵地貌，地面標高一般70～770 m。

工作區內出露的地層主要為第四系更新統（Q3）、石炭系下統測水組（C1c）和泥盆系上統—石炭系下統帽子峰組與石炭系下統大賽壩組并層（D3C1m-C1ds），外圍西北部出露的巖體主要為早白堊世花崗巖（γK1），見圖1。工作區褶皺構造和斷裂構造較為發育，該區位于北東向永漢向斜北段，向斜軸部位于永漢鎮政府—梅州村一帶，被第四系覆蓋，局部剝蝕殘丘見石炭系測水組（C1c）地層出露，據鉆孔揭露，第四系下部為石炭系石磴子組（C1s）灰巖；通過物探和鉆孔揭露，工作區內共發現7 條斷層，主要分布在馬星村和隔陂村一帶，其中6 條為北東向隱伏斷裂，傾角63°～85°，均較陡；1 條為北西向斷裂，傾角65°，出露長約400 m，兩端被第四系掩蓋。

2 工作區巖溶發育特征

2.1 可溶巖分布特征

通過地表調查、物探、鉆探等綜合手段，工作區內未見可溶巖在地表出露，均為淺覆蓋或埋藏型分布，隱伏的可溶巖地層巖性為泥盆系上統天子嶺組（D3t）和石炭系下統石磴子組（C1s）灰巖。在平面上，隱伏的石磴子組可溶巖主要分布在永漢河一帶沖洪積平原區域，隱伏的天子嶺組可溶巖分布在永漢鎮馬星村一帶谷地區域，可溶巖分布面積約19.18 km2，約占工作區總面積的63.1%。按埋藏類型劃分，埋藏型可溶巖主要分布于工作區南部振東村龍石圍組至官龍圍、鶴湖圍至窄嶺沖洪積平臺一帶及隔陂村，面積約2.65 km2；覆蓋型廣泛分布于工作區除埋藏型范圍的沖洪積平原及谷地，面積約16.53 km2。垂向上，隱伏的石磴子組可溶巖厚度大于409 m，軸夾角30°～45°，本次鉆孔未揭穿該層；隱伏的天子嶺組最大厚度約349 m，軸夾角30°～45°，下部為泥盆系中上統春灣組（D2-3c）砂巖。

2.2 巖溶發育程度

根據本次施工及收集以往鉆探資料統計，工作區內52個鉆孔中，揭露灰巖鉆孔43個，其中7個屬于埋藏型，36 個屬于覆蓋型；43 個揭露灰巖鉆孔中9 個鉆孔揭露到土洞，34 鉆孔個揭露到溶洞，見洞率為79.1%。溶洞埋深為7.2～148.0 m，洞隙高度0.2～16.4 m，主要為半充填，少數為未充填，充填物主要為粉質黏土、粉細砂、角礫、碎石、圓礫、卵石等，見圖2。工作區內巖溶強發育區面積18.08 km2，約占可溶巖分布區面積的94.3%；巖溶發育程度中等區面積1.10 km2，約占可溶巖分布區面積的5.7%。

2.3 巖溶發育規律及控制因素

（1）巖溶發育與巖性的關系。石磴子組可溶巖主要巖性為灰—灰黑色泥晶灰巖，生物泥晶灰巖，泥晶粉晶灰巖，見洞率為75.86%，鉆孔巖溶率為0.8%～55.8%，溶洞多為半充填—全充填，少數未充填；天子嶺組可溶巖主要由灰、青灰、灰黑色薄層或中厚層條帶狀泥晶灰巖夾少量薄層鈣質頁巖、細砂巖組成，見洞率為50.0%，鉆孔巖溶率為1.7%～41.3%，溶洞多為未充填—半充填，少數全充填。相比較而言，工作區內石磴子組灰巖巖溶發育程度和溶洞充填程度較高。

（2）巖溶發育與上覆土層特性的關系。工作區內各鉆孔巖溶發育及土洞厚度與上覆土層的種類及特性存在如下規律：當上覆土層為全風化砂巖時，巖溶堆積物（土洞）層厚度為0.9～2.8 m；當上覆土層為殘積層粉質黏土時，巖溶堆積物（土洞）層厚度為4.3～5.2 m；當上覆土層為沖洪積卵石層時，巖溶堆積物（土洞）層厚度為2.4～3.7 m；當上覆土層為沖洪積層礫砂時，巖溶堆積物（土洞）層厚度為3.15 m；當上覆土層為沖洪積層粉土時，巖溶堆積物（土洞）層厚度為7.0～7.4 m。結果表明：①巖溶堆積物上覆土層工程地質力學強度越好，巖溶（土洞）發育的規模越小；②巖溶堆積物上覆土層的粒徑越大，巖溶（土洞）發育的規模越小。

（3）巖溶發育與構造的關系。工作區內構造控制可溶巖分布特征明顯，巖溶的發育程度也和構造關系密切。石磴子組可溶巖平面受褶皺構造影響，隱伏分布范圍較大，巖層產狀相對平緩，褶彎作用產生大量有利于巖溶發育的節理和裂隙，部分地段的向斜軸部，剝蝕殘留上覆石炭系下統測水組砂巖、頁巖，形成覆蓋型和淺埋藏型2 種不同的隱伏巖溶類型。天子嶺組可溶巖隱伏分布范圍受北向東斷層控制明顯，呈北東向長條狀分布。石磴子組可溶巖區域，平緩型褶皺非可溶巖可以起到懸托作用，利于側向溶蝕。天子嶺組可溶巖區受斷層影響，巖層陡傾，非可溶巖無法起到懸托作用，地下水位較低，不利于水流側向溶蝕，故石磴子組灰巖巖溶發育程度和溶洞充填程度相當于天子嶺組灰巖均較高。

（4）巖溶發育與埋深的關系。石磴子組可溶巖區除斷層附近鉆孔外，溶洞主要發育于高程-35～15 m，其中高程-5～0 m最為發育。天子嶺組可溶巖區鉆孔較少，垂向溶洞分布規律不明顯，高程-115 m 亦有溶洞分布。

3 巖溶地面塌陷易發性分區評價

3.1 分區評價方法

易發區是指具備地質災害發生的地質環境條件，容易或者可能發生地質災害的地區，分為高易發區、中易發區、低易發區和不易發區。巖溶地面塌陷易發性分區評價主要采用定性和半定量相結合的方法，通過選取評價指標、確定各指標量值和計算地面塌陷易發性指數等方式，進行巖溶地面塌陷易發性分析評價［4-5］。評價步驟為：

（1）選取評價指標。從影響巖溶地面塌陷的地質環境條件中選取巖溶發育程度、巖溶水鉆孔單井涌水量、巖溶水位及動態變化、巖溶水位降深、覆蓋土層巖性及結構、覆蓋土層厚度及地貌特征共7個因素作為評價指標。

（2）確定評價指標的量化值。在選取評價指標的基礎上，根據每個指標與巖溶地面塌陷穩定程度之間的關系將其劃分為4個等級，每個等級賦予不同的量化值。當某等級對應的巖溶地面塌陷越不穩定時，其量化值越大，反之越小；其中對應塌陷高易發的賦予量化值4，對應中易發的為3，對應低易發的為2，對應非易發的為1，見表1。

（3）計算巖溶地面塌陷易發性指數。首先對照表1 將每個要素進行賦值（即確定7 個要素的量化值Xi），再按下列公式計算評價指數，計算出評價指數后參照表2確定巖溶地面塌陷的易發性。

式中，X為巖溶地面塌陷易發性評價指數；Xi為各評價指標因子的量化值。

3.2 分區評價結果

根據上述評價方法，將工作區巖溶地面塌陷的高易發區和中易發區進行提取，見圖3。

（1）高易發區主要分布在永漢鎮沖洪積平原內的秧地頭、鶴湖圍、隔陂、梅州和龍江圍等村及東部谷地第四系覆蓋區域的馬星村一帶，面積15.6 km2，約占可溶巖分布面積的81.3%。該區未見現狀地面塌陷點，歷史上有小型巖溶地面塌陷2 處，可溶巖以連續狀純碳酸鹽巖為主，巖性為灰—灰黑色泥晶灰巖、生物泥晶灰巖、泥晶粉晶灰巖，埋藏類型為覆蓋型，鉆孔內溶蝕現象明顯，巖溶發育程度為強發育；上覆地層巖性主要以粉質黏土、粉細砂、中粗砂、卵石、全風化砂頁巖為主，巖層厚度9.5～54.5 m；地下水位變化幅度＞10 m/a，地下水在基巖面上反復波動。

（2）中易發區主要分布在見田村至雞公嶺、鶴湖圍至窄嶺、振東村一帶及落新圍至工作區北界、永漢收費站至黃河村一帶，面積3.58 km2，約占可溶巖分布面積的18.7%。該區未見現狀巖溶地面塌陷點，可溶巖以連續狀純碳酸鹽巖、間層狀次純碳酸鹽巖為主，巖性為灰、青灰、灰黑色薄層或中厚層條帶狀泥晶灰巖，夾少量薄層鈣質頁巖、細砂巖，埋藏類型有埋藏型和覆蓋型，鉆孔內溶蝕現象不明顯，巖溶發育程度為中等發育—強發育；上覆地層巖性主要以粉質黏土、中粗砂、卵石、全—強風化砂巖、炭質頁巖為主，巖層厚度16.8～36.0 m；地下水位變化幅度5～10 m/a，地下水在基巖面以上反復波動。

3.3 巖溶地面塌陷防治建議

根據工作區地質環境條件、巖溶分布特征及發育程度、易發性分區結果等，提出以下防治建議。

（1）在巖溶地面塌陷易發區進行工程建設時，建議在選址階段開展以巖溶塌陷為主的專項地質災害危險性評估，劃定潛在的危險區域，制定防治措施及應急預案。重要建筑物及易產生次生災害的重要設施（如貯存易燃易爆或者劇毒、強腐蝕性、放射性物質等）應盡量避開在巖溶塌陷高易發區選址建設。

（2）對難以避開在巖溶塌陷易發區進行工程建設的項目，建議對地基進行詳細的勘察及嚴格的處理（如樁基、加固、充填、架橋、高壓灌注等），工程應砌置在牢固的基巖上。巖溶易發區內應盡量避免大型機械強夯地基、大型爆破等施工作業，爆破、機械振動易誘發巖溶地面塌陷。

（3）工作區地下水位波動較大，應嚴格控制區域地下水的抽排量及地熱資源的開采量和水位降深，建立地下水動態監測網點，密切關注區內鉆井抽取地下水的情況，制定切實可行的動態監測制度。加強地面塌陷、地面沉降等災害的監測工作，提高周邊群眾對地質災害的防患意識。

（4）巖溶發育區域應加強對工業廢水及生活污水的處理方式，防止或盡量減少工業廢水及生活污水在巖溶地下管道內的排放、停滯、浸泡、下滲及溶蝕等作用，避免因此而引起的土層性質改變或巖溶地下管道、溶洞擴大及相關的化學溶蝕塌陷。

4 結論

（1）工作區均為隱伏可溶巖，初步圈定50 m 以淺可溶巖分布面積約19.18 km2，主要分布在永漢河沖、洪積平原區域和永漢鎮馬星村一帶谷地區域；可溶巖巖性為泥盆系上統天子嶺組（D3t）灰巖和石炭系下統石磴子組（C1s）灰巖，均包含覆蓋型和埋藏型2 類，巖溶發育程度為強發育—中等發育，以強發育區為主，面積占比94.3%。

（2）工作區巖溶發育與構造發育、可溶巖巖性、溶洞上覆土層特性及溶洞埋深關系密切。巖溶分布和發育程度受斷裂構造控制明顯，石磴子組灰巖相較于天子嶺組灰巖巖溶發育程度更高，巖溶堆積物上覆土層工程地質力學強度越好，巖溶發育的規模越小；巖溶堆積物上覆土層的粒徑越大，巖溶發育的規模越小。

（3）工作區地下水位波動大，應嚴格控制地下水及地熱資源的開采量和水位降深，建立地下水動態監測系統；在巖溶塌陷易發區進行工程建設時，建議在選址階段開展以巖溶塌陷為主的專項地質災害危險性評估，劃定潛在的危險區域，制定防治措施及應急預案。