岩性特征与岩溶地面塌陷的关系<br/>——以广州市花都区岩溶地面塌陷为例

岩性特征与岩溶地面塌陷的关系
——以广州市花都区岩溶地面塌陷为例

2019-07-11丁琛

中国金属通报 2019年5期

丁琛

（广州市地质调查院，广东广州 510000）

岩溶地面塌陷是目前主要的地质灾害之一，随着社会经济的发展，岩溶地面塌陷已成为岩溶发育地区城市发展的瓶颈。其形成与岩性、构造、水文、降雨等因数有关，岩性特征是岩溶发育的基础，对岩溶地面塌陷具有决定性作用。花都区南部平原地带位于广州市西北部，在大地构造上位于广花盆底东北部，毗邻北部丘陵地带。

该地区发育的隐伏灰岩，具有埋藏浅、厚度大、纯度高的特点，岩溶也十分发育，曾发生多起岩溶地面塌陷。前期有不少学者对该地区、广花盆底、金沙洲等地区进行岩溶研究[1-5]，但没有从岩性特征方面对岩溶地面塌陷进行系统的阐述。本文以研究区岩性特征为研究对象，系统阐述地面塌陷发育研究区岩性的关系、以期对花都区城市开发建设、岩溶地面塌陷防治方面提供一定的技术支撑。

1 研究区概况

研究区位于广州市北部，属于冲、洪积平原，北高南低，海拔高度在5～50之间。区内属于亚热带季风气候区，气候温和，光热充沛，雨量丰富。冬短夏长，冬季以偏北风为主，夏季以偏南风为主，年主导风向为北偏东。区内水系较为发达，河流纵横交错，水库众多，依山而建。

2 研究区地质概况

2.1 研究区构造发育特征

研究区位于华南华夏系构造与南岭东西向构造带交汇区的南部，经历了加里东期、印支期、燕山期等多次构造运动，褶皱、断裂较为发育。褶皱主要表现为紧密褶皱，主要为花县复向斜断裂主要呈东西、北东、北西三组断裂，岩浆岩侵入强烈。

2.2 研究区地层发育特征

研究区沉积岩建造主要为泥盆系、石炭系、三叠系及第四季地层。揭露的泥盆系地层有帽子峰组（D1C1m）砂砾岩、天子岭组（D3t）砂页岩，主要分布在研究区东、西部，分布面积较小；石炭系地层要有石磴子组（C1s）灰岩、白云质灰岩，测水组（C1C）砂岩、粉砂岩，曲江组（C1q）砂岩、泥灰岩及含燧石灰岩，壶天群（C2ht）厚层状泥灰岩，在研究区分布面积较广，由于褶皱的关系，呈交替带状分布；三叠系小坪组（T3x）砂砾岩，分布面积较小，主要分布在研究区南部；第四系揭露的地层有灯笼沙组（Q34）粘土、砾砂，万倾沙组（Q2-24）粘土、粉质粘土，横栏组（Q2-14）砾砂、亚粉土，杏壇组（Q14）粉质粘土、细砂、中粗砂、砾砂，研究区均有分布，面积较广，厚度一般7～10米。

侏罗纪侵入岩主要为中粗粒斑状黑云母二长花岗岩，主要分布研究区北侧丘陵地带，少量呈点状零星分布在研究区内。

3 岩溶地面塌陷发育规律

本次调查在研究区共发现13处岩溶地面塌陷区。按规模分级均为小型，主要分布在赤坭镇、炭步镇、花山镇、花东镇等地区。

3.1 可溶岩与地面塌陷的关系

根据本次调查，研究区岩溶发育强烈，分布广泛。研究区内可溶岩主要为石炭系石蹬子组（C1s）灰岩、白云灰岩，此外壶天群（C2ht）厚层状泥灰岩和曲江组（C1q）灰岩也有岩溶发育，多为隐伏灰岩，上覆第四系粘土、砂土层。在同等条件下，可溶岩纯度越高，厚度越大，岩溶越发育。根据岩矿测试报告，研究区灰岩成分主要为碳酸钙，含量在80%以上，纯度高、厚度大，岩溶发育强烈，为岩溶地面塌陷形成奠定物质基础。

3.2 第四系与岩溶的关系

根据本次调查结果，研究区岩溶地面塌陷主要分布在北北东向次级背斜隆起带上，该隆起带上覆盖层厚度小于10m。总体上其岩性从地面向地下依次为粉质粘土、粉土和粉细砂，它的结构松散，抗塌能力差。这种“上粘下砂”结构直接覆盖在石炭系灰岩之上，粘土具有弱承压型，砂土具有良好的导水性，通过灰岩的基岩的节理裂隙与岩溶水联通，构成双层介质的统一含水系统。因此，在地下水位剧烈升降，地下水动力条件频繁变化时，产生较强烈的渗透潜蚀作用，从而导致地面塌陷。

3.3 岩溶地面塌陷的形成

由上述可知，研究区岩溶地面塌陷主要分布在次背斜隆起带上，基岩为石炭系石蹬子组灰岩，根据现场调查及钻探数据，岩石节理裂隙发育，并有方解石细脉；上覆第四系较薄，第四系岩性主要为典型的“上粘下砂”，结构，下部砂层抗塌陷能力差，导水性好，地下水流通性强。

在地下水流动过程中，地下水沿节理裂隙与灰岩中的岩溶水进行交换，加快灰岩中的岩溶发育，形成溶洞，在次过程中，少量细砂等第四系地层沿节理裂隙进入灰岩中；随着溶洞的进一步发育，溶洞扩大，直接与上覆砂层接触，导致砂层进入溶洞，从而形成土洞，随着土洞的扩大，上覆粘土层悬空，在重力及吸蚀效应等作用下，形成地面塌陷。如图1。