萍乡市湘东区腊市镇明塘村岩溶地面塌陷成因分析及发展趋势预测

摘 要：概述了湘东区腊市镇明塘村地面塌陷的现状、危害及塌陷区的地质环境条件，分析了岩溶地面塌陷的形成条件及发生机制，并提出了岩溶地面塌陷防治对策。

关键词：腊市明塘村;岩溶地面塌陷;危害;地质环境条件;成因;发展预测

中图分类号：U472.9 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）13-0145-02

0 前言

2014年1月至5月，萍乡市湘东区腊市镇明塘村徐家冲、大沙塘多处发生地面下沉、塌陷现象，共毁坏农田4.5亩，鱼塘1.2亩，村水泥道路50米，造成129户131栋民房不同程度的开裂或倒塌，其中2户2栋民房倒塌，127栋民房结构受损为危房，受影响民房建筑面积约13200平方米，村民76人受灾。

明塘村地面塌陷对当地村民的生命财产安全及正常通行造成了极大的威胁。因此，深入研究明塘村岩溶地面塌陷区的地质环境条件和塌陷的成因，提出有效防治对策，对避免和减少岩溶地面塌陷带来的危害，保证该区居民的生活安全、和谐、稳定，具有重要的意义。

1 岩溶地面塌陷发育现状

塌陷区内2014年1月-6月共发生地面塌陷坑8处、沉陷区4处。塌陷坑位于房前、房侧或农田中，塌陷坑以圆形为主，部分為椭圆形，坑口规模最小为3平方米，最大为250平方米，塌陷深度0.6～4.5米不等。地面沉降主要位于沟谷低洼地段，沉降区多层椭圆形，长度145～840米，宽度100～160米，沉降规模最小为15100平方米，最大规模为34750平方米。沉降区主要表现为地面轻微下沉或者房屋开裂。

2 地质环境背景

明塘村塌陷点和沉陷区分布于一条狭长的沟谷中，地势低洼，两侧为丘陵山区，地势较高。这条狭长的沟谷呈北东走向，且沟谷分布地层为二叠系中统茅口组，岩性为灰岩（含燧石团块）、硅质灰岩。茅口组灰岩走向与沟谷基本一致，呈条带状北东向分布。沟谷两侧的丘陵山区出露的地层三叠系上统安源组，岩性为粉砂岩、细砂岩、泥岩。二叠系茅口组灰岩与三叠系砂岩地层分别由F1、F2两条断层接触，断层面虽挤压紧密，但两侧常形成数十米的断裂破碎带，常使灰岩与砂岩呈断层接触，构成了地下水运移的良好通道，地下水的强烈活动加剧了岩溶的发育，形成岩溶带。

灰岩分布区地势低洼，两侧为丘陵山区地势高，大气降雨顺坡面向中部低洼地段灰岩区地表汇集，雨水下渗至岩体溶蚀裂隙内的形成地下水径流，使地下水活动愈加强烈。根据塌陷区内的5个勘察钻孔资料，钻孔见洞率100%，溶洞高度0.2～8.7m，平均3.1m（10个溶洞）;溶洞为半充填或全充填，偶见空洞，充填物为粘性土，含少量灰岩角砾或碎石，富含地下水，充填物多呈软塑-流塑状。勘察表明，灰岩顶部（与第四系接触带附近）岩心表面溶蚀现象明显，地下水活动强烈，单孔均见多个溶洞，浅层岩溶极发育。

3 地面塌陷成因分析

3.1 地面塌陷内在成因分析

（1）覆盖层条件。塌陷区徐家冲一带为第四系残坡积，大沙塘一带为冲洪积，第四系厚度一般为11.40～36.20m。

徐家冲一带残坡积层组合结构具不典型的“三元结构”。底部常见含碎石粘土，碎石成分为灰岩，表面可见水蚀现象，土体含水比较高，多呈可塑状，局部地段在接触带处发育土洞;中部为红-红黄色含砾粘土，砾石似下层碎石成分与形态;上部为红黄或灰黄色含碎石粉质粘土构成，表覆填土或耕植土。

大沙塘一带冲洪积层组合结构变化较大，一般底部为含炭质粉质粘土，含水比高，呈可塑状，土体力学性质较差;中部为灰-黄色含砾砂土，结构较松散;上部为黑或灰黑色含含炭质粉质粘土，表覆耕植土或填土。

塌陷区覆盖层由于粒度不均，又处地下水位变化范围之内，为潜蚀管道和“土洞”发育创造了条件。

（2）基岩条件。岩溶洞穴的发育程度及其向上、向外的开放程度，是产生岩溶地面塌陷的主要因素之一。向上开口的溶洞是接受地面塌陷物质的窗口。本区浅层岩溶发育，钻孔见洞率100%，岩溶率61.3%，单个溶洞高为0.2～8.7m，最大溶洞高8.7m，局部地段最大岩溶发育延深至地下70m以上，但深部岩溶呈减弱趋势。根据钻探资料，所揭露的第一个溶洞基岩顶板厚度均小于1m，这从侧面反映了本区岩溶洞穴的开放趋势。

其次，从本次岩溶地面塌陷平面展布方向分析，总体表现为两个方向，即北东向和北西向，与沟谷展布方向相似。这与本区构造线总体呈北东向、且与北西向张裂缝的构造格局相吻合。这就说明，本区地面塌陷的发育，也受制于基岩的构造条件。

（3）断裂构造。塌陷区位于腊市至胡家坊向斜内，区内构造较发育。两条走向断层平行横穿塌陷区中部，间距220-600米不等。在大沙塘北西向冲沟内发育有一条北西向次级断裂，与北东向断层相互交汇，为区域地下水提供了沟通的渠道。

（4）地下水条件。地下水活动是岩溶塌陷形成过程中一种十分重要的动力因素。溶蚀作用使灰岩的岩溶化程度加强，渗流使上覆岩土体的结构发生变化，有利于潜蚀作用进行。据调查民井，塌陷区第四系松散岩类地下水位埋深一般为0.45～4.60m，均位于土岩接触带之上，而二叠系茅口组灰岩静止水位埋深在11.4～32.4m。因此，当第四系潜水下渗补给灰岩地下水时，存在较大的水头差，地下水流速加快，带动了更多土体进入溶洞中，形成开口天窗，进而发生地面塌陷。

3.2 地面塌陷外在成因分析

塌陷区地面塌陷的产生除上述四个内因条件外，一些自然或人为因素都会影响或诱发地面塌陷的产生。该区的地面塌陷、沉陷基本上均为内外动力的共同作用诱发产生的，以下从抽排地下水、振动荷载作用及自然因素降雨三个方面分析如下：

（1）抽采（排）地下水。抽采（排）地下水有两种，一为机井抽采地下水源，第二为周边煤矿抽排地下水。经现场调查访问，塌陷岩溶区内无机井开采地下水，塌陷岩溶区外东侧直距约700米处有一口机井开采地下水。该机井建于2010年，日取水量720吨/日。该井位于二叠系茅口组地层区，与本次塌陷岩溶区间隔三叠系砂岩地层，不属同一含水单元，其地下水补给主要为上覆冲洪积层潜水，该井在徐家冲发生塌陷期间，水色、水量、水位未见异常。

徐家冲塌陷岩溶区东侧为萍乡市湘东区富盛煤矿，1998年建井投。该矿山开采区距离徐家冲塌陷坑最近距离约700m，距离大沙塘一带塌陷坑群约1200m。但該矿山由于生产亏损，从2012年始至今，一直处于停产状态，未进行大规模抽排地下水工作，因矿山开采突水因素可以基本排除。

（2）降雨。2013年萍乡地区遭受了50年一遇的大旱，尤以湘东区旱情最为严重，干旱造成水库干涸、地表溪流断流，地下水的超量开采更加剧了区域地下水位的下降。2014年以来，降雨量较往年偏多，特别是5月24-25日降雨量达111.8mm，达到暴雨级别。经收集2013、2014年1-5月萍乡地区气象降雨量资料（详见图1）。

从图1可以看出，萍乡地区进入2月份以来，降雨量较2013年明显偏多，特别是5月份，超出去年同期近一倍。

经对明塘村塌陷坑、沉陷的调查统计，塌陷和沉降发生时间主要集中在2014年4月至5月，且陷坑及沉陷发生均在连续强降雨日或稍后1-2日内发生。通过对塌陷区的气象降雨资料分析，结合各陷坑、沉陷区的发生时间，地面塌陷发生与降雨量及行程在时间、规模上存在密切的耦合性，在连续降雨日及暴雨日，地面塌陷集中发生，随降雨结束塌陷过程逐渐稳定，说明在这一特定时期徐家冲地面塌陷与本区的降雨这一重大外因密切相关。

2013年的大旱，塌陷区内岩溶地下水位大幅下降（据勘查钻孔地下水位资料，见溶洞水位在12.20-31.70m），地下溶洞、土洞对上部覆盖层产生负压作用。进入雨季后，大量的雨水集中下渗作用和土体容重增加，使浅层岩溶洞及土洞进一步向上发展，最终失去平衡状态，是导致塌陷产生和塌陷范围进一步扩大重要诱发因素。

综上所述，地貌、地质结构、构造、水文地质等是岩溶地面塌陷的内在因素，自然因素气象降雨是诱发此次地面塌陷的主体外因。

4 发展趋势预测

自2014年5月28日出现最后一个地面塌陷陷坑以来，近期（2014年5月27日-6月12日）湘东区基本无大的降雨，本岩溶塌陷区未有新的陷坑发生，原有的陷坑目前稳定。综前所述，本次明塘村较大区域的地面塌陷，故然离不开其特定的地质结构水文地质结构等内在本质因素。但是，自然因素气象降雨事件与地面塌陷发生的耦合性、地面塌陷单体发生随降雨时间长短由降雨量大小的规律性以及地面塌陷过程随降雨过程结束逐渐稳定的趋向性，说明这一特定时期、特定区段内的地面塌陷发生、规模与大气降雨这一重大外因密切相关。

明塘村塌陷区隐伏岩溶发育，为覆盖型岩溶易发区，地质结构对地下水位变化这一外因相当敏感。进入汛期尾期，降雨量逐渐减少后，塌陷区塌陷将趋于稳定，但如人为或自然因素（干旱及强降雨）导致地下水位变化频繁或强烈，本区段地面塌陷继续发生的可能性很大。

由于2013年的大旱及2014年上半年的强降雨已经破坏了本区段岩溶地质环境的天然平衡状态，新的平衡必需在地质环境的修复、大气降雨的循环参与、以及其他各种自然的和人为的活动共同作用下逐步建立，这将是一个相当长的时期。在这一时期内，本区对各种外因的敏感度可能仍较高，特别是已有的塌陷、沉陷区范围内及周边附近的地面，在一个相当长的时期内有可能随着地质环境自身调整而发生局部地面变形、沉降。

参考文献

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