四川彭山义和红层塌陷的应急处治及成因分析

2016-04-14辜顺平

地球 2016年8期

关键词：红层矿层白垩

■辜顺平

（四川省冶金地质勘查局六〇五大队四川眉山620860）

四川彭山义和红层塌陷的应急处治及成因分析

■辜顺平

（四川省冶金地质勘查局六〇五大队四川眉山620860）

四川红层主要是侏罗系和白垩系地层，有少量第三系地层，在四川盆地及盆地边缘地区广泛分布，总面积约16.5万km2。由于四川红层具有独特的工程性质［1］，在红层地区地质灾害频繁、灾害严重［2］，灾害类型以滑坡、崩塌为主，其它灾种少见。近几年在成都平原开展工程勘察的钻孔中，在红层地层中零星发现由含钙质矿物和石膏所引发的岩溶孔洞［3］。而发生在四川盆地西部红层区的彭山义和地面塌陷，给我们研究四川红层塌陷的成因及其环境地质意义，提供了一个难得的窗口和契机。

塌陷特征应急措施分析

1　义和红层塌陷的时空特征

义和地面塌陷位于眉山市彭山区义和乡喻沟村4组。该塌陷发生于2015年4月14日凌晨2点，最初出现直径约1.5m的塌陷坑，其后塌陷坑不断扩大，至2015年4月22日逐渐趋稳。塌陷坑直径达12m，深度约20m，塌陷面积约111m2，体积方量约0.222× 104m3，为一小型规模的红层塌陷地质灾害，直接造成当地1农户的4间平房毁坏，所幸未造成人员伤亡（见图1）。

地面塌陷平面上大致呈圆形，塌陷坑边缘陡直，土体较松散，现场可观察到多条圆弧形地面裂缝，这些裂缝距塌陷坑沿一般1-2m，延伸长度2-3m，宽度5～10mm，表明塌陷坑存在进一步扩大的可能。

现场调查得知，塌陷发生前，当地村民未听到有异响，亦未看见地面产生下陷变形的迹象，这说明义和红层塌陷具有突发性。

2　应急处治措施

义和红层塌陷发生后，启动了如下应急处治措施：

（1）避险安置：对受到威胁的住户采取临时避险安置措施，同时划定危险区范围，并设立警示带隔离线，避免围观人群进入危险区。

（2）应急调查：由提供技术支撑的专业地勘单位开展现场调查，就该塌陷灾害的特征、危害对象、稳定性及发展趋势进行调查评价，提出采取应急排危除险方式予以处治的意见，供国土主管部门决策参考。

（3）应急排危：由具备资质的单位按照省地灾防治专家现场踏勘意见，编制应急排危除险设计并组织实施。采用对塌陷坑分层回填的工程措施，设计思路是陷坑底部采用填筑粗颗粒托底支撑，中间层采用加筋土提高填土强度减小沉降，上部表层作成隔水防渗层。工艺流程是先在塌陷坑底部铺筑碎石土至设计初始标高，分层采用小型打夯机进行夯实，分层厚度0.5m，密实度要求85%，初次夯填时可能因塌陷坑底部土体松散因挤压沉陷，考虑了50%超填量；分层填筑至设计初始标高后，铺垫土工格栅，土工格栅分层厚度为0.5m，采用双向涤纶土工格栅，型号TL50；填筑至近地表设计标高后，在表层铺设一层2mm HDPE土工膜防渗，最后回填50cm厚度的粘土并压实。

3　成因分析

根据义和红层塌陷所处地质环境条件分析，塌陷的形成与地层岩性、地质构造和地下水有关，是水、岩、裂隙三者“耦合”的结果。

3.1含可溶钙芒硝矿的地层为塌陷的形成提供了物质条件

塌陷附近出露的地层有白垩系上统灌口组（K2g）和第四系全新统残坡积层（Q4el+dl），其中白垩系地层系构成川西红层的主要地层之一。

（1）白垩系上统灌口组（K2g）。该地层中含多层钙芒硝矿层，岩层产状130°∠32°，根据沉积特征和岩性组合将灌口组划分为三段，由下而上为：

①第一段（K2g1）：为含矿带底板层段，以暗紫色中厚层状粉砂质粘土岩、泥质细沙岩为主。

②第二段（K2g2）：为含矿带，细分为下、中、上三个带。

下含矿带（K2g2-1）：由13～18层钙芒硝矿及12～17层夹层组成，总厚度54.08～66.32m。夹层由紫红色粘土岩、粉砂质粘土岩及粉砂岩组成。

中部含矿带夹层（K2g2-2）：由紫红色薄层～中厚层状白云质泥质细砂岩、粉砂质粘土岩、泥质粉砂岩等组成，厚度79.02～104.09m。

上含矿带（K2g2-3）：由7～11层钙芒硝矿及6～10层夹层组成，总厚66.49～77.06m。夹层由紫红色泥质粉砂岩、粉砂岩及粉砂质粘土岩组成。

③第三段（K2g3）：为含矿带顶板层段，以紫红色、灰绿色薄至中厚层状粉砂质粘土岩、泥质粉砂岩为主。

（2）第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）。分布于山体坡麓、沟谷地带，岩性为粉质粘土，红褐色，可塑～硬塑状，层厚10～15m。

经现场调查，义和塌陷处地表为厚约10m的粉质粘土，其下为灌口组第二段之下含矿带细-粗晶钙芒硝，再之下为灌口组第一段粉砂质粘土岩，而含可溶性钙芒硝的白垩系红层和地表覆盖的第四系细粒土层，为红层塌陷的孕育及发生提供了物质条件。

3.2背斜顶部发育的节理裂隙为塌陷的形成提供了空间条件

义和塌陷所在区域位于扬子准地台四川台拗川西凹陷成都断凹西南部之眉山～普兴凹陷内，构造以褶皱为主（见图2）。塌陷处于熊坡背斜南东翼，靠近背斜顶部。熊坡背斜南起洪雅，北至新津倾没于第四系之下，长约81公里，横宽为8～10公里。该背斜由三叠系须家河组～下第三系组成，外缘依次为大片侏罗系～白垩系各层组环绕，为一狭长不对称背斜，轴向北东30°～50°，北西翼陡，倾角30°～60°，部分甚至直立或倒转，南东翼平缓，一般15°～20°，靠近核部为30°～35°。

受纵弯褶皱作用形成的熊坡背斜，在背斜顶部因受拉伸作用，产生垂直层面的张节理和共轭剪节理，形成节理密集区，成为地下水赋存和下渗的有利部位；白垩系地层中由于钙芒硝矿层与顶底板围岩的能干性差异，顺层挤压使得可溶性矿层与围岩之间产生变形差异，将弱化两者之间原生结构面接触紧密程度，从而形成有利于地下化学径流的层间裂隙通道。

3.3丰富的地表水和地下水为塌陷的形成提供了媒介条件

义和塌陷位于中丘地貌区，微地貌为因剥蚀作用而成的一块山间平地的边缘。山间平地为当地的农耕区，春季到秋季为水田，因此，地表水丰富且入渗时间长，有利于地表水就近补给地下水。同时，塌陷处北西方向地势较高处、相距约1.2km为双凤水库，水库面积约20万m2，系常年蓄水，同一坡向线上的水库正好构成塌陷区地下水的补给区，调查当地的民井也证实了这一点。所以，丰富的地表水通过下渗补给地下水，从熊坡背斜顶部向南东翼下部径流，为塌陷的形成提供了多因素耦合的媒介条件。

3.4形成机制

在熊坡背斜隆起成山后，背斜顶部及靠近顶部的地层首先遭到剥蚀，使灌口组第二段含矿带形成露头，进而形成溶蚀洼地，后又被厚度约10m的第四系坡残积土覆盖，形成山间平地；而背斜顶部附近为节理密集区，有利于地下水赋存及流动；含矿带中的可溶性钙芒硝，在耦合媒介地下水的溶蚀下，形成所谓的化学径流，顺岩层、矿层中的层间裂隙，向背斜南东翼深处顺倾向运移，而在钙芒硝矿层中产生溶孔、溶隙，形成溶蚀淋滤带，并在局部形成溶洞，同时对应地在其上覆土体中会形成应力拱来平衡土体自重，当溶洞逐渐扩大直到打破土体极限平衡时，就会形成地面塌陷。