漣源市七甲村巖溶塌陷形成條件與機(jī)理分析

彭祖武，楊 帆，尹 歐，向 鋒

(湖南省地質(zhì)調(diào)查院長(zhǎng)沙410116)

漣源市七甲村巖溶塌陷形成條件與機(jī)理分析

彭祖武，楊 帆，尹 歐，向 鋒

(湖南省地質(zhì)調(diào)查院長(zhǎng)沙410116)

漣源市七甲村受斗笠山煤礦抽水影響，成為巖溶塌陷重災(zāi)區(qū)，已嚴(yán)重影響到當(dāng)?shù)鼐用裆?cái)產(chǎn)安全。本文通過(guò)分析研究區(qū)資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，認(rèn)為巖土體條件、水文地質(zhì)條件、巖溶發(fā)育程度、構(gòu)造等因素是控制該區(qū)巖溶塌陷重要的地質(zhì)背景條件。同時(shí)，基于塌陷坑調(diào)查資料，總結(jié)出研究區(qū)主要存在三種塌陷模式：（1）土洞塌陷；（2）巖洞塌陷；（3）落水洞塌陷。在三種塌陷模式中，地下水水位下降、巖溶管道填充物發(fā)生遷移及重新分配、土體自重及滲壓效應(yīng)起著重要作用，并將落水洞塌陷機(jī)理形象的概化為“沙漏模型”。最后，對(duì)研究區(qū)巖溶塌陷發(fā)展演化趨勢(shì)進(jìn)行了分析研究，認(rèn)為受斗笠山煤礦繼續(xù)往深部開采的影響，研究區(qū)會(huì)產(chǎn)生一些零星的新塌陷坑，同時(shí)一部分老塌陷坑會(huì)復(fù)活。

七甲村；巖溶塌陷條件；巖溶塌陷機(jī)理；塌陷地質(zhì)模式；演化趨勢(shì)及建議

巖溶塌陷是較難預(yù)測(cè)的地質(zhì)災(zāi)害，針對(duì)其發(fā)生的機(jī)理，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研究。如在“第十屆巖溶塌陷、工程、環(huán)境影響國(guó)際會(huì)議（2005）”中，巖溶地質(zhì)與塌陷成因排在所有專題的第一位[1]，可見巖溶塌陷機(jī)理的重要性。關(guān)于巖溶塌陷研究，袁道先等（1994）認(rèn)為土層覆蓋區(qū)巖溶塌陷機(jī)制主要為潛蝕和真空吸蝕兩種[2]。眾多研究者[3-7]認(rèn)為水動(dòng)力條件改變是塌陷的控制條件。賀可強(qiáng)等（2002）[8]認(rèn)為在降雨入滲補(bǔ)給巖溶地下水條件下，滲壓效應(yīng)是巖溶塌陷成因之一。王建秀等（2000）[9]認(rèn)為阻水蓋層區(qū)巖溶塌陷普遍機(jī)制為“溶洞充填物潛蝕流動(dòng)—壓差場(chǎng)—蓋層失托增荷效應(yīng)”。另外，也有研究者[10-12]對(duì)巖溶塌陷相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了研究。

本文結(jié)合中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局湘中地區(qū)巖溶塌陷調(diào)查項(xiàng)目成果，對(duì)漣源市楊市鎮(zhèn)七甲村地區(qū)巖溶塌陷條件與機(jī)理進(jìn)行了分析研究。

1 七甲村地區(qū)巖溶塌陷概況

七甲村位于婁底市漣源市楊市鎮(zhèn)，地處恩口-斗笠山復(fù)向斜東南部（圖1），屬于地表水排泄區(qū)（斗笠山礦區(qū)開采前），斗笠山煤礦開采后，成為地下水補(bǔ)給區(qū)和徑流區(qū)[13]。加上研究區(qū)巖溶強(qiáng)烈、斷裂發(fā)育、土層較薄等工程地質(zhì)條件，在斗笠山煤礦投產(chǎn)期間先后發(fā)生了一系列地面塌陷。截止2000年，先后有1500個(gè)塌陷發(fā)生在香花溪七甲地段[14-16]。隨著近年七甲村附近的湖坪井和香花臺(tái)井不斷往深處開采，日趨穩(wěn)定的七甲村塌陷區(qū)再次零星的產(chǎn)生新塌陷坑。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)訪及相關(guān)文獻(xiàn)記載，研究區(qū)塌陷事件主要集中在1968年（斗笠山煤礦正式開采，原地下流場(chǎng)受到強(qiáng)烈擾動(dòng)，流場(chǎng)短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生巨變）、1972年（地下水水位脫離土層，潛于巖土接觸面以下）、1981-1982年（湖坪井和香花臺(tái)井井深由-100 m，分別推進(jìn)到-300 m和-200 m；香花臺(tái)井于1981年5月15日發(fā)生突水；香花臺(tái)井、湖坪井及黃港井相互之間有水力聯(lián)系）、1992年（1992年8月4～5日連降110 mm暴雨，河床發(fā)生塌陷，造成礦井被淹）及1997年（排水量超過(guò)2500m3/h）[14,17-18]。

圖1 七甲村塌陷區(qū)位置圖及巖溶塌陷分布圖Fig.1 The collapse area and traffic position ofQijia village

研究區(qū)最新塌陷坑（截止至2014年4月9日）塌陷時(shí)間為2014年2月26日上午約9:30，塌陷坑平面形態(tài)近似圓形，直徑約5 m，塌陷深度1.1 m。

2 七甲村地區(qū)巖溶塌陷形成條件

2.1 巖土體條件

七甲村研究區(qū)出露地層從老到新（圖1），依次為茅口組（P2m）灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r、孤峰組（P2g）硅質(zhì)巖、龍?zhí)督M（P3l）泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及煤層、羅鏡灘組（K2lj）鈣質(zhì)礫巖、泥質(zhì)粉砂巖、礫巖、大冶組（T3d）泥晶灰?guī)r及第四系（成因有殘積、坡積及沖洪積）。同時(shí)，研究區(qū)下伏地層中還存在棲霞組（P2q）硅質(zhì)灰?guī)r，但在研究區(qū)未發(fā)現(xiàn)出露。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探揭露情況，研究區(qū)鈣質(zhì)礫巖向南東方向有增厚趨勢(shì)，而向西向北向南則由茅口組（P2m）、孤峰組（P2g）及龍?zhí)督M（P3l）所圍限并逐漸尖滅。

根據(jù)實(shí)地調(diào)查，塌陷區(qū)集中在溝谷地帶；溝谷地帶第四系主要為沖洪積粉質(zhì)粘土、碎石土和砂土，部分基巖表層可見殘積含碎石紅粘土；因微地貌、位置及谷坡巖性差異造成基巖上覆第四系在厚度、成分及結(jié)構(gòu)方面具有明顯的差異性（圖2）。從南向北至桃林壩河大致趨勢(shì)為由碎石土、砂土向粉質(zhì)粘土變化。從圖2中可以看到，基巖上覆第四系粘質(zhì)成分厚度及所占比重明顯偏少，直接導(dǎo)致在巖溶管道上部形成了天窗結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)因粘質(zhì)成分厚度不夠，砂質(zhì)成分過(guò)多，而往往會(huì)因真空吸蝕和滲壓潛蝕作用造成土層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)形成塌陷。

另外據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探揭露，鈣質(zhì)礫巖溶洞中填充物多以無(wú)粘性的碎石土和砂土為主，而灰?guī)r地區(qū)溶洞填充物多以（含碎石）粘土、粉質(zhì)粘土為主，無(wú)粘性土在水流沖刷作用下容易快速流失，填充物發(fā)生遷移和重新分配，造成溶洞頂板土層賦存應(yīng)力狀態(tài)變化劇烈，不利于土層穩(wěn)定。

圖2 研究區(qū)塌陷坑坑壁典型土層結(jié)構(gòu)剖面Fig.2 Typical soil structure section ofcollapse pits

2.2 水文地質(zhì)條件

2.2.1 水文地質(zhì)概況

斗笠山礦區(qū)屬封閉條件較好的、完整的向斜儲(chǔ)水構(gòu)造，其四周高、中間低之北東南西向不規(guī)則的三角復(fù)式向斜，核部為三疊系，兩翼為二疊系下統(tǒng)茅口組和棲霞組。棲霞組下段砂巖、泥巖沿其外圍環(huán)繞，內(nèi)側(cè)為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M巖層相對(duì)阻隔，形成一個(gè)與外部無(wú)明顯水力聯(lián)系的獨(dú)立水文地質(zhì)單元，單元面積約107 km2，地下水主要有碳酸鹽巖裂隙巖溶水和碎屑巖裂隙水兩種類型。據(jù)礦區(qū)勘查及生產(chǎn)礦井揭露資料，向斜西北翼地表巖溶發(fā)育，東南翼地下巖溶發(fā)育。煤礦開采前，茅口組和棲霞組具水力聯(lián)系、形成同一潛水位或承壓水面呈富水性隨深度逐漸減弱的楔形含水體。地下水徑流形式主要為環(huán)流型，沿茅口組、棲霞組灰?guī)r和龍?zhí)督M、棲霞組砂泥巖接觸面呈線狀以泉或泉群排泄，各向斜翼部獨(dú)立形成排泄區(qū)，動(dòng)態(tài)變化各不相同[17,19]。

煤礦開采后，尤其是香花臺(tái)、黃港、湖坪三對(duì)井（該三對(duì)井具有統(tǒng)一的水力聯(lián)系）同時(shí)疏干排水時(shí)，地下水靜動(dòng)儲(chǔ)量大量被消耗，泉水枯干，自然狀態(tài)下的分段循環(huán)，分散排泄方式遭到破壞和改造。如研究區(qū)在20世紀(jì)七十年代之前為地下水排泄區(qū)，水資源充沛，在方圓50 m范圍內(nèi)存在3口上升泉，當(dāng)?shù)卮迕窭们锒竟?jié)將泉水蓄積起來(lái)進(jìn)行養(yǎng)魚，這也是當(dāng)?shù)氐孛岸痢钡挠蓙?lái)。同時(shí)也印證了當(dāng)?shù)匾痪渌渍Z(yǔ)：“嫁到七甲灣什么都可以愁，就是不愁水喝”。但自從斗笠山淺部煤層自1967年正式開采后，采用分井抽排、聯(lián)合疏干方式抽取地下水[14]，造成地表井泉枯干。研究區(qū)產(chǎn)生了大量地面塌陷，形成了各種形態(tài)的落水洞（圖3），之前地下水排泄口轉(zhuǎn)變?yōu)榈乇硭⑷肟?。另外受香花臺(tái)小溪河床下切作用，部分河段與地下巖溶管道產(chǎn)生了密切的水力聯(lián)系。如斗笠山煤礦在香花臺(tái)小溪七甲村-龍凼村段先后進(jìn)行了3次大小不一的河流改道工程，每次改道都引起了周邊巖溶塌陷的集中暴發(fā)，可見在河流改道之前，研究區(qū)河流與地下巖溶管道系統(tǒng)是存在水力聯(lián)系的。

圖3 斗笠山煤礦抽排地下水導(dǎo)致七甲村區(qū)域發(fā)育各種落水洞Fig.3 Different sinkholes induced byDoulishan coal mine’s water pumpingand drainage actions

2.2.2 地下水動(dòng)態(tài)變化情況

ZK47監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)很好的記錄了研究區(qū)在煤礦開采過(guò)程中和煤礦閉坑后的地下水波動(dòng)狀況（圖4）。

ZK47位于漣源市楊市鎮(zhèn)龍凼村魚骨堂一帶（圖1），處在斗笠山礦區(qū)降落漏斗邊界漣水一級(jí)支流向斗笠山礦區(qū)補(bǔ)給的香花臺(tái)小溪徑流帶上；地貌為低丘谷地，下伏基巖為二疊系茅口組（P2m）厚層狀灰?guī)r；監(jiān)測(cè)孔孔深46.0 m，其中0～2.8 m為粘土層，溶洞位于8.6～8.8 m、12.6～12.9 m孔段（軟塑狀粘土全充填），29～38 m孔段裂隙發(fā)育；鉆探施工期間（2014年1月2日-1月6日），監(jiān)測(cè)地下水穩(wěn)定埋深33.6 m。

該孔從2014年1月16日開始監(jiān)測(cè)至2016年9月7日結(jié)束，期間存在一定數(shù)據(jù)缺失（2015年4-6月和2016年1-3月間）。從其監(jiān)測(cè)曲線特征知，監(jiān)測(cè)期間：①地下水水位埋深平均值為25.67 m、最深為35.27 m、最淺為0.08 m，最大波動(dòng)幅度為35.19 m；②斗笠山煤礦停采前，地下水波動(dòng)劇烈，平均水位維持在27 m左右、波動(dòng)幅值10-25 m之間；③斗笠山煤礦停采后，地下水水位開始回升，至2016年7月水位基本恢復(fù)到1 m以淺且單日最大水位波動(dòng)幅度維持在6 m左右。

2.3 巖溶發(fā)育程度

2.3.1 巖溶化歷史過(guò)程

研究區(qū)在二疊系早期沉積茅口組灰?guī)r，早二疊世末期東吳運(yùn)動(dòng)使礦區(qū)東南翼、西北翼地殼開始緩慢上升，沉積出現(xiàn)間斷。在間斷期，受水力侵蝕作用，研究區(qū)形成巖溶化準(zhǔn)平原。受制于區(qū)域地形及水動(dòng)力條件差異，巖溶發(fā)育深度及層次開始發(fā)生初步分異?？辈彀l(fā)現(xiàn)，巖溶發(fā)育厚度一般為20～30 m，主要集中在煤系地層底板以下30～50 m范圍內(nèi)。巖溶地貌景觀一直存在于龍?zhí)镀冢蟮貧び志徛陆?，已形成的巖溶管道系統(tǒng)開始充填粘土等物質(zhì)，古地表溶溝、溶槽也被粘土填平，這時(shí)古巖溶作用已告結(jié)束[15-16,20]。

燕山運(yùn)動(dòng)晚期，即晚白堊世，研究區(qū)仍然處在水面以下并接受羅鏡灘組（K2lj）鈣質(zhì)礫巖、紅層沉積；在研究區(qū)，羅鏡灘組大部分直接不整合接觸于茅口組灰?guī)r之上，羅鏡灘組鈣質(zhì)礫巖在固結(jié)成巖前后大部分遷就原有茅口組灰?guī)r巖溶系統(tǒng)開始產(chǎn)生新的巖溶管道，并相互連通，形成統(tǒng)一水力場(chǎng)。在地殼運(yùn)動(dòng)抬升的間歇期或短暫的下降期時(shí)，上部巖溶管道中開始充填孤峰組硅質(zhì)巖風(fēng)化物及砂土。

圖4 研究區(qū)ZK47監(jiān)測(cè)孔地下水動(dòng)態(tài)曲線Fig.4 Underwater dynamic state diagramofZK47 monitoringhole

喜山運(yùn)動(dòng)以來(lái)，本區(qū)再次遭受抬升作用，凡屬茅口灰?guī)r及羅鏡灘組鈣質(zhì)礫巖裸露區(qū)，均再次受到巖溶作用[17]，加上近四五十年里斗笠山煤礦開采井不斷往地下深部開采，地下水流場(chǎng)發(fā)生根本性的變化，已發(fā)育的巖溶系統(tǒng)遭受劇烈的水力擾動(dòng)，突出表現(xiàn)為溶洞內(nèi)的填充物開始發(fā)生遷移和重新分配，處在影響區(qū)的溶洞逐漸由全充填向半充填、無(wú)充填狀態(tài)演變。

2.3.2 可溶巖化學(xué)成分

研究區(qū)可溶巖主要為茅口組灰?guī)r和棲霞組香泉山段硅質(zhì)灰?guī)r，也是本區(qū)主要含水層。根據(jù)陸紅等（2012）研究，茅口組巖石的化學(xué)成分主要為氧化鈣和二氧化碳：CaO含量為53.02%～55.64%，CO2含量為41.88%～43.88%，方解石含量（重量）在91.04%以上，石灰?guī)r質(zhì)純，可溶性好，相對(duì)溶解度為1.01～1.50；香泉山段巖石化學(xué)成分：CaO含量39.42%，CO2含量31.1%，SiO2含量為28.07%，由于硅質(zhì)成分較高，可溶性較差，相對(duì)溶解度0.52～1.18，巖溶發(fā)育程度比茅口組弱。通過(guò)地質(zhì)鉆孔揭露和地面巖溶的調(diào)查分析，香泉山段巖溶發(fā)育程度、巖層含水性等略次于茅口組[20]。

2.3.3 巖溶發(fā)育情況沿深度分區(qū)

研究區(qū)巖溶發(fā)育季節(jié)變動(dòng)帶厚度較小，標(biāo)高-140～-170 m，厚度約30 m，巖溶相對(duì)極發(fā)育，巖溶空間發(fā)育形態(tài)紊亂，既有垂直的，也有水平的巖溶管道；水平徑流帶在研究區(qū)最深為標(biāo)高-370.74 m，地下水以水平運(yùn)動(dòng)為主[20]。文獻(xiàn)[21]根據(jù)礦區(qū)136個(gè)鉆孔的統(tǒng)計(jì)，在標(biāo)高-800 m以下，巖溶已不發(fā)育，古巖溶全被充填，無(wú)漏水現(xiàn)象，可認(rèn)為該深度處為含水層的底板。在標(biāo)高-400～-800 m，僅在茅口組頂板以下50～100 m范圍內(nèi)有古巖溶發(fā)育。在標(biāo)高-400 m以上為現(xiàn)代巖溶和古巖溶的疊加區(qū)，巖溶發(fā)育隨著深度的增加而減弱。本項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)施工15個(gè)鉆孔，溶洞頂板發(fā)育位置埋深如圖5所示。從圖中可以看出，研究區(qū)溶洞極其發(fā)育并大致根據(jù)鉆探深度可以劃分為2個(gè)發(fā)育深度，分別為6～31 m及50～56 m。

2.4 構(gòu)造

研究區(qū)位于斗笠山-恩口復(fù)向斜（圖1）區(qū)，甘溪沖向斜的南翼，位于地層轉(zhuǎn)折端[16]。高文華等（2001）[22]認(rèn)為斗笠山地區(qū)先后遭受過(guò)四期古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用，頻繁的構(gòu)造擠壓使得區(qū)內(nèi)巖體破碎。同時(shí)根據(jù)礦區(qū)資料，泉水排斷裂貫穿本區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)鉆探及調(diào)查也驗(yàn)證了該斷裂的存在并認(rèn)為區(qū)內(nèi)巖溶塌陷區(qū)基本沿泉水排斷裂展布（圖1）。

3 七甲村地區(qū)巖溶塌陷形成機(jī)理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，七甲村巖溶塌陷類型大致可分為三類（圖6）：第一種類型為土洞塌陷，第二種類型為巖洞塌陷，第三種類型為落水洞塌陷。

3.1 土洞塌陷

圖5 鉆探揭露七甲村巖溶塌陷區(qū)溶洞發(fā)育埋深統(tǒng)計(jì)圖Fig.5 Statistical diagramofkarst caves’depth in Qijia village

土洞型塌陷過(guò)程為地下水水位下降，包氣帶厚度增大；致使地下水垂向滲透途徑變長(zhǎng)、橫向滲透阻力減??；土壤水流失、土體充水有效孔隙增大，利于雨水下滲及形成優(yōu)勢(shì)鋒面；土體天然含水率的減少、浸潤(rùn)面的下降或消失，減少了無(wú)粘性顆粒間的假粘聚力效應(yīng)、加大了粘性土失水收縮形成的拉張應(yīng)力，有利于天然干濕循環(huán)對(duì)土體的破壞。上述效應(yīng)將有效增加土體內(nèi)部的微小裂縫，不僅利于地表水下滲、地下水潛蝕，而且破壞了土體完整性，降低了土體力學(xué)強(qiáng)度。在自重、地表水下滲及地下水潛蝕影響下，土體內(nèi)部將逐漸發(fā)育優(yōu)勢(shì)裂隙或微小管道；尤其是位于巖土接觸面附近的優(yōu)勢(shì)裂隙或微小管道將發(fā)育成雛形土洞，當(dāng)條件合適時(shí)，土洞土拱不斷上移、進(jìn)一步加快了上述進(jìn)程；同時(shí)土拱上移、拱頂厚度減薄，拱腳剪應(yīng)力也將上移，拱頂拉張應(yīng)力增加，在地面形成一定的拉張弧形或環(huán)形裂縫并伴有少量的徑向短裂縫；當(dāng)拱頂拉張應(yīng)力或拱腳剪應(yīng)力超過(guò)土體極限強(qiáng)度時(shí)，將發(fā)生地面塌陷或沉降。因此該過(guò)程可以簡(jiǎn)單概括為：地下水位下降→土體浸潤(rùn)面下降或消失→滲流潛蝕破壞作用及干濕循環(huán)破壞作用加劇→土體裂隙、微小管道發(fā)育→土洞形成、土拱上移→地面出現(xiàn)變形或塌陷。

圖6 研究區(qū)典型塌陷模式Fig.6 Typical karst collapse models

3.2 巖洞塌陷

巖洞型塌陷主要發(fā)生在羅鏡灘組（K2lj）鈣質(zhì)礫巖中，其過(guò)程為地下水水位下降，溶洞內(nèi)部重力水（或填充物質(zhì)）全部流失，形成對(duì)地下水更加有利的高滲透性匯流空間并加快了溶洞水的循環(huán)更新周期；溶洞頂板不僅遭受新鮮地下水的溶蝕沖刷作用，而且伴隨干濕天氣變化承受著上覆巖土體天然重度及飽和重度的循環(huán)加載作用；新鮮地下水的溶蝕沖刷作用將破壞溶洞頂板結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度均發(fā)生弱化，循環(huán)加載將導(dǎo)致巖體疲勞強(qiáng)度降低。在綜合作用下，溶洞頂板發(fā)生垮塌并向上發(fā)展直至地面發(fā)生變形破壞。此該過(guò)程可以簡(jiǎn)單概括為：地下水位下降→溶洞匯集地下水功能增強(qiáng)→溶洞水循環(huán)更新周期變短→溶洞頂部溶蝕沖刷作用及循壞加載破壞作用加劇→溶洞頂板垮塌引發(fā)地面發(fā)生變形破壞。

3.3 落水洞塌陷

落水洞型塌陷主要發(fā)生在羅鏡灘組（K2lj）鈣質(zhì)礫巖中，其過(guò)程為下伏茅口組灰?guī)r在接受羅鏡灘組沉積之前發(fā)育有古巖溶；羅鏡灘組鈣質(zhì)礫巖沉積后，巖溶作用將遷就古巖溶發(fā)育，加上羅鏡灘組鈣質(zhì)礫巖以鈣泥質(zhì)膠結(jié)為主，膠結(jié)物在水體長(zhǎng)時(shí)間浸泡作用下發(fā)生脫落、失去粘結(jié)作用；同時(shí)，鈣質(zhì)礫石在溶蝕作用下也逐漸縮小，增大了巖體有效過(guò)水?dāng)嗝妫瑴p少了鈣質(zhì)礫巖過(guò)水阻力，在重力作用下利于礫石的脫落。在長(zhǎng)時(shí)間地質(zhì)作用下，古巖溶上覆鈣質(zhì)礫巖逐漸解體、礫石直徑變小、棱角圓化。當(dāng)?shù)叵滤幌陆怠⒌乇硭炄?，在自重及水流拖拽力作用下、加上水體及粘粒的潤(rùn)化，解體的礫石沿古巖溶通道發(fā)生流動(dòng)，遷移至更深的巖溶管道內(nèi)、類似于“沙漏”。該過(guò)程可以簡(jiǎn)單的概況為：古巖溶發(fā)育→后期巖溶遷就古巖溶發(fā)育→鈣質(zhì)礫巖在溶蝕作用、自重作用下發(fā)生解體→地下水水位下降、地表水貫入→解體鈣質(zhì)礫巖產(chǎn)生流動(dòng)→地面出現(xiàn)塌陷。

4 七甲村巖溶塌陷發(fā)展演化趨勢(shì)分析

研究區(qū)塌陷坑發(fā)展演化趨勢(shì)主要分成兩種情況，一種是產(chǎn)生新的塌陷坑，第二種是老塌陷坑的復(fù)活。

4.1 新塌陷坑形成

圖7為根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、鉆孔及物探資料所繪制的研究區(qū)綜合地質(zhì)剖面圖。從圖上可以看到，研究區(qū)在鈣質(zhì)礫巖及灰?guī)r中均發(fā)育了不同深度的巖溶系統(tǒng)。鈣質(zhì)礫巖中的溶洞一般填充砂土及碎石土，灰?guī)r溶洞中一般填充含碎石粘土和粘土。隨著斗笠山煤礦礦井不斷往下深采，研究區(qū)地下水位已下降至距地面約30 m處，其中水位最深的ZK25水位在51.8 m的位置。按照相關(guān)資料，斗笠山礦區(qū)-300～-800 m標(biāo)高賦存有豐富的優(yōu)質(zhì)煙煤[19]，若斗笠山繼續(xù)往下深采，那么該區(qū)地下水位還會(huì)繼續(xù)下降，受影響的巖溶系統(tǒng)會(huì)逐漸擴(kuò)大，溶洞內(nèi)的填充物也會(huì)進(jìn)一步受到擾動(dòng)和改造并產(chǎn)生遷移和重新分配。原有不易遷移的溶洞填充物在地表水強(qiáng)烈下滲的徑流力作用下，亦將會(huì)向深部運(yùn)動(dòng)，最終形成一些新的塌陷坑（圖8）。

4.2 老塌陷坑復(fù)活

老塌陷坑復(fù)活分為兩種情況，一種為塌陷坑底再次發(fā)生塌陷或已回填塌陷坑重新塌陷，第二種情況為老塌陷坑坑壁在自重、天然干濕循環(huán)聯(lián)合作用下發(fā)生垮塌或產(chǎn)生新的地面裂縫（圖9）。

5 結(jié)論及建議

圖7 七甲村塌陷區(qū)綜合地質(zhì)剖面圖Fig.7 Geological section ofQijia collapse area

圖8 研究區(qū)新塌陷坑Fig.8 Newkarst collapse pictures

漣源市七甲村巖溶塌陷的地質(zhì)背景條件有巖土體條件、水文地質(zhì)條件、巖溶發(fā)育程度、構(gòu)造等；三種典型塌陷模式分別為土洞塌陷、巖洞塌陷和落水洞塌陷；塌陷發(fā)展演化趨勢(shì)分為新塌陷坑形成和老塌陷坑的復(fù)活。

圖9 研究區(qū)老塌陷坑復(fù)活典型形式Fig.9 Secondarycollapse typical modes ofhistorykarst collapses

鑒于研究區(qū)巖溶塌陷災(zāi)情嚴(yán)重、災(zāi)害警報(bào)仍在發(fā)生的現(xiàn)狀，建議可以考慮下列措施進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)工作：

①布置地下水位及礦山抽排水監(jiān)測(cè)孔，布設(shè)一定簡(jiǎn)易通氣孔、利于地下水水、氣壓平衡；

②規(guī)劃好地表排水系統(tǒng)、做好地表排水溝渠及主要水塘防滲處理；

③對(duì)重要交通線及建筑物，尤其是湘黔鐵路及婁懷高速段，運(yùn)用物探手段進(jìn)行土洞情況普查并備案；

④建立市縣鎮(zhèn)村聯(lián)動(dòng)機(jī)制、群策群防，定期對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)地段進(jìn)行地形地物變形監(jiān)測(cè)，必要時(shí)對(duì)危險(xiǎn)性較大的土洞進(jìn)行注漿回填處理；

⑤對(duì)塌陷活動(dòng)趨于穩(wěn)定的地區(qū)，進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理，基巖埋深淺、塌陷面積小者可進(jìn)行簡(jiǎn)易回填處理，基巖埋深大、塌陷面積大者進(jìn)行專業(yè)評(píng)估后再處理；

⑥對(duì)塌陷活躍地區(qū)建立相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)鼐用裆?cái)產(chǎn)安全地區(qū)需安排老百姓搬遷；

⑦對(duì)當(dāng)?shù)鼐用襁M(jìn)行巖溶塌陷相關(guān)知識(shí)培訓(xùn)并發(fā)放相關(guān)通識(shí)手冊(cè)、對(duì)青年人進(jìn)行傷害事故應(yīng)急處理培訓(xùn)，學(xué)校學(xué)生定期進(jìn)行逃生自救演練；

⑧對(duì)塌陷規(guī)模較大或暫時(shí)不穩(wěn)定的塌陷坑、或不能及時(shí)處理的塌陷坑，設(shè)置警示牌、勸離小孩和規(guī)勸附近百姓不要隨意傾倒垃圾等有害地下水的行為。

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PENGZu-Wu,YANGFan,YINOu,XIANGFeng

（Hunan Institute of Geological Survey,Changsha 410116）

Qijia village has been turning into a serious karst collapse area that threatening the sefety of local people.The article summaries four geological background conditions of karst collapse,such as soil and rock condition,hydrogeological condition,karstification level and structure condition.Meanwhile it concludes three collapse modes based on field survey,such as soil cave collapse,rock cave collapse and sinkhole collapse.Effects of underground water level dropping,karst conduit filler removingor redistributing and soil self-weight gravity effect, seepage pressure effect are playing important roles in the three collapse modes.Then the sinkhole collapse mode is generalizingas a sand glass mode.Finally,the karst collapse developingand evolution trends have been studied and concluded that the research area can appear some scattered newkarst collapses or some history collapse pits can appear secondarycollapse,ifthe Doulishan coal mine is planningtomine deeper.

Qijia village;karst collapse condion;karst collapse mechanism;collapse geological modes;evolution trends and suggestions

P642.26

A

1007-3701(2017)02-177-10

10.3969/j.issn.1007-3701.2017.02.009

2017-2-11；

2017-5-1.

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目:湘西鄂東皖北地區(qū)巖溶塌陷1︰5萬(wàn)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查（DD20160254），湘中地區(qū)巖溶塌陷調(diào)查（1212011220190）.

彭祖武（1987—），男，工程師，主要從事工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、水文地質(zhì)方面工作，E-mail：616317808@qq.com.

Peng Z W,Yang F,Yin O and Xiang F.Analysis of karst collapse formation conditions and mechanisms in Qijia village,Lianyuan city,Guangxi.Geology and Mineral Resources of South China, 2017,32(2):177-186.