江西景德鎮(zhèn)城區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)特征及防治建議

楊永革,趙毅斌,陳 靜,王 璽,付檢根

(江西省地質(zhì)調(diào)查研究院,南昌 330030)

江西景德鎮(zhèn)城區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)特征及防治建議

楊永革,趙毅斌,陳 靜,王 璽,付檢根

(江西省地質(zhì)調(diào)查研究院,南昌 330030)

通過1∶5萬區(qū)域水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)調(diào)查,利用物探、鉆探等手段研究江西景德鎮(zhèn)城區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)特征及其發(fā)育規(guī)律。景德鎮(zhèn)城區(qū)覆蓋型碳酸鹽巖基巖面起伏大,淺部巖溶發(fā)育,土洞較多,第四系巖性結(jié)構(gòu)復(fù)雜,覆蓋層厚度一般<20 m,地下水埋藏淺。通過分析該區(qū)巖溶塌陷分布特征、形成條件和誘發(fā)控制因素,確定抽排地下水是該區(qū)巖溶塌陷的主要誘發(fā)因素。在預(yù)測巖溶塌陷發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上,對可能發(fā)生巖溶塌陷的區(qū)域進(jìn)行初步預(yù)測,并針對性提出相應(yīng)的保護(hù)和防治措施,為城市工程建設(shè)和環(huán)境保護(hù)提供參考。

巖溶塌陷;地下水;防治措施;景德鎮(zhèn);江西省

巖溶塌陷是一種典型的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害,其形成條件包括可溶巖地層的分布、一定厚度的松散蓋層和地下水水動力條件。由于其存在和發(fā)展的隱蔽性及發(fā)生的突然性,往往給人類生命、工程建設(shè)和經(jīng)濟(jì)開發(fā)造成極大危害。景德鎮(zhèn)市區(qū)內(nèi)巖溶較發(fā)育,曾多次發(fā)生巖溶地面塌陷,直接威脅城市建設(shè)及人民生命財(cái)產(chǎn)安全?！?∶20萬景德鎮(zhèn)幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告》[1]、《1∶5萬景德鎮(zhèn)市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》[2]和《江西省景德鎮(zhèn)市區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)綜合勘察報(bào)告》[3]總結(jié)了景德鎮(zhèn)市區(qū)巖溶水資源地質(zhì)特征等,但針對該區(qū)巖溶塌陷專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查工作較薄弱,對該區(qū)巖溶地質(zhì)特征和巖溶塌陷形成機(jī)制的研究較少。本文在1∶5萬景德鎮(zhèn)市幅區(qū)域水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作的基礎(chǔ)上,從該區(qū)地面巖溶塌陷地質(zhì)特征入手,總結(jié)該區(qū)巖溶地質(zhì)特征及其發(fā)育規(guī)律、巖溶塌陷現(xiàn)狀、生成條件及誘發(fā)因素等,并對可能發(fā)生巖溶塌陷的區(qū)域進(jìn)行初步預(yù)測,結(jié)合城市建設(shè)規(guī)劃提出相應(yīng)的防治措施及建議。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

景德鎮(zhèn)市位于江西省東北部,區(qū)域構(gòu)造處于萍鄉(xiāng)—樂平復(fù)向斜北西側(cè),宜豐—景德鎮(zhèn)深大斷裂東段。雙橋山群淺變質(zhì)巖組成緊密線狀基底褶皺,石炭系、二疊系構(gòu)成復(fù)式向斜蓋層褶皺,軸向?yàn)镹E,發(fā)育斷裂構(gòu)造。研究區(qū)地貌屬昌江侵蝕—堆積河谷平原,石炭系、二疊系碳酸鹽巖地層西起沙咀頭,向東經(jīng)景德鎮(zhèn)城區(qū)中部至玉田水庫,全長約40 km,寬150～1 000 m,呈NE—SW走向、東窄西寬的條帶狀掩蓋于第四系松散層之下,構(gòu)成河谷地帶向斜盆地,南北邊界均受區(qū)域性斷裂控制(圖1)。

圖1 景德鎮(zhèn)市覆蓋型巖溶發(fā)育地質(zhì)簡圖[4]Fig. 1 Geological sketch map of covered karst development in the city of Jingdezhen

2 巖溶發(fā)育特征及規(guī)律

2.1 巖溶發(fā)育特征

研究區(qū)碳酸鹽巖露頭極少,被第四系堆積物覆蓋。在碳酸鹽巖裸露區(qū),殘積層厚度一般<2 m,且分布不連續(xù),巖溶一般呈垂直發(fā)育,常見溶溝、溶槽、石芽,但規(guī)模較小。覆蓋型灰?guī)r條帶巖溶發(fā)育,研究區(qū)內(nèi)21個見及灰?guī)r的鉆孔中,有10個見有溶洞,見洞率達(dá)47.62%。在總長度616.8 m的灰?guī)r鉆探進(jìn)尺中,有長度102.69 m的溶洞,線巖溶率為16.65%。此外,每個鉆孔中的灰?guī)r均有不同程度的溶蝕現(xiàn)象[4]。

區(qū)內(nèi)溶洞洞頂覆蓋層埋深為5.7～22.53 m,最深達(dá)42.8 m。溶洞頂板厚一般為1.2～10.53 m,最厚達(dá)28.87 m。溶洞規(guī)模以小型為主,洞高一般為0.5～4.0 m,最高達(dá)37.94 m。溶洞中均有充填物,主要屬全充填和半充填型,極少數(shù)為空洞,充填率達(dá)72.3%,充填物多為泥砂質(zhì)。有些溶洞呈開口型,開口型的溶洞中還充填大量卵礫石?？傮w看,由西至東,可溶巖中溶洞的發(fā)育具有逐漸加強(qiáng)、發(fā)育深度變淺、洞高變大、頂板變薄、上覆第四系厚度變小的趨勢(表1)。

表1 研究區(qū)石炭紀(jì)—二疊紀(jì)碳酸鹽巖地層溶洞發(fā)育特征

Table 1 characteristics of Carboniferous-Permian carbonate rock formation caves in the study area

鉆孔編號地層代號孔深m覆蓋層厚度m頂板厚度m溶洞高度m充填狀況頂板巖性覆蓋層巖性RD1C2h46828512143全充填白云質(zhì)灰?guī)r粉質(zhì)粘土、砂礫石RD2C2h1203627753727半充填白云質(zhì)灰?guī)r粉質(zhì)粘土、中細(xì)砂、砂礫石RD3P2q102042826838全充填灰?guī)r粉質(zhì)粘土、中細(xì)砂、砂礫石RD4P2q4175195644737全充填灰?guī)r粉質(zhì)粘土、砂礫石RD5P2q5802253006全充填灰?guī)r粉質(zhì)粘土、砂礫石RD6P2m13211215413256半充填灰?guī)r粉質(zhì)粘土、砂礫石RD7P2m1483614420233全充填硅質(zhì)灰?guī)r粉質(zhì)粘土RD8P2q718713932887105空洞灰?guī)r粉質(zhì)粘土RD9P2m951215010533794半充填灰?guī)r粉質(zhì)粘土RD10C2h7009019040半充填白云質(zhì)灰?guī)r粉質(zhì)粘土RD11P2m180570505半充填灰?guī)r粉質(zhì)粘土

2.2 碳酸鹽巖巖石化學(xué)特征

研究區(qū)碳酸鹽巖屬石炭紀(jì)黃龍組、二疊紀(jì)棲霞組和茅口組,多隱伏于第四系之下,地表出露少,僅在市區(qū)馬鞍山、臘梨山等地零星出露。巖性為灰、深灰色中厚層狀灰?guī)r、瀝青質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖和硅質(zhì)灰?guī)r。碳酸鹽巖巖石化學(xué)成分和礦物含量見表2,碳酸鹽巖地層中因巖性不同,巖溶發(fā)育情況具有明顯差異。二疊紀(jì)棲霞組、茅口組灰?guī)r中,方解石含量>94%,白云石含量<5%,氧化鈣含量為54%～56%,易溶鹽含量較高,相對溶解速度約0.8～1[5]。石炭紀(jì)黃龍組下部白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r中,方解石含量為1%～10%,CaO含量為31%～34%,MgO含量為1.7%～21%,易溶鹽含量較低,相對溶解速度僅為0.44。據(jù)試驗(yàn)[5],石炭紀(jì)黃龍組和二疊紀(jì)棲霞組碳酸鹽巖巖石的相對溶解速度隨CaO/MgO比值增加而增大(圖2)。

表2 研究區(qū)碳酸鹽巖巖石主要化學(xué)成分特征表(%)

Table 2 Main chemical compositions of carbonate rocks in the study area

取樣層位取樣巖性SiO2Al2O3MgOCaONa2OK2OFe2O3茅口組P2m微晶灰?guī)r1780560715564066014036棲霞組P2q灰?guī)r0120100225584---泥灰?guī)r7252090274953---白云質(zhì)灰?guī)r1920622205406061004054黃龍組C2h灰?guī)r0100120195578---白云巖056033208031990240025019

圖2 石炭紀(jì)黃龍組和二疊紀(jì)棲霞組碳酸鹽巖CaO/MgO與相對溶解速度關(guān)系曲線Fig. 2 Correlation of CaO/MgO ratio and relative dissolution rate of carbonate rock in the Carboniferous Huanglong Formation and Permian Qixia Formation

在構(gòu)造條件相近的情況下,純質(zhì)灰?guī)r比白云巖的巖溶率高。受節(jié)理裂隙和風(fēng)化面控制,白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r的溶蝕強(qiáng)度較弱,溶蝕深度較淺,地表溶紋常呈砍痕狀,溶洞常呈溝槽狀,說明化學(xué)溶蝕作用弱,物理作用較強(qiáng)。純質(zhì)灰?guī)r溶蝕作用較強(qiáng),巖面起伏圓滑,主要為化學(xué)溶蝕作用引起。

2.3 第四紀(jì)覆蓋層結(jié)構(gòu)特征

圖3 塑性指數(shù)(IP)-液限(WL)塑性圖Fig. 3 Relation between plasticity index (IP) and liquid limit (WL)1-粘土；2-粉質(zhì)粘土；3-粉土；4-有機(jī)質(zhì)粉土；5-粘土低液限區(qū)；6-有機(jī)質(zhì)粘土低液限區(qū)；7-粘土高液限區(qū)；8-有機(jī)質(zhì)粘土高液限區(qū)；9-粉土高液限區(qū)；10-有機(jī)質(zhì)粉土高液限區(qū)

第四紀(jì)覆蓋層厚度自西向東逐漸減薄。東部景德鎮(zhèn)城區(qū)臘梨山附近厚度2.8～5.7 m,中部馬鞍山一帶厚度9.52～13.93 m,鳳崗附近厚度為19.56 m,西部沙咀頭、鳳崗一帶厚20.0～23.3 m(圖4)。第四紀(jì)覆蓋層地下水位埋深較淺,松散巖類孔隙水和下伏巖溶水連通性較好,二者為統(tǒng)一水位埋深。東部臘梨山一帶水位埋深為0.4～3.0 m,位于巖土接觸面附近;中部馬鞍山—官莊水位埋深為2.5～12.2 m,西部鳳崗—沙咀頭水位埋深為4.5～9.3 m,水位均位于土層之中。

圖4 研究區(qū)覆蓋型灰?guī)r頂面埋深示意圖Fig. 4 Schematic diagram showing top buried depths of covered karst limestone in the study area1-粉質(zhì)粘土層；2-中細(xì)砂層；3-砂礫石層；4-板巖加粉砂質(zhì)板巖；5-灰?guī)r；6充填型溶洞；7-開口型溶洞；8-地下水水位線；9-鉆孔編號及孔深/m

2.4 巖溶發(fā)育規(guī)律

研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造與巖溶發(fā)育關(guān)系密切,地層展布及產(chǎn)狀、斷裂發(fā)育程度、方向、充填程度等控制了地下水運(yùn)動方向和地下水動態(tài),決定巖溶發(fā)育的強(qiáng)度、方向、規(guī)模及巖溶形態(tài)。

褶皺:景德鎮(zhèn)向斜盆地發(fā)育于麗陽—景德鎮(zhèn)基底背斜核部,軸向?yàn)楸睎|60°,向斜南北寬2～3 km,由石炭紀(jì)—二疊紀(jì)碳酸鹽巖構(gòu)成。在褶皺軸部和傾伏端處構(gòu)造裂隙發(fā)育,巖溶率明顯增高;可溶巖與非可溶巖基本呈相間的條帶狀展布,由于受褶皺構(gòu)造影響,在可溶巖與非可溶巖接觸帶附近的溶蝕作用明顯增強(qiáng)。

斷裂:景德鎮(zhèn)向斜盆地南北兩側(cè)均受斷裂帶控制。斷裂帶走向NE,傾向NW,傾角55°～65°,斷面呈舒緩波狀,構(gòu)成地下水運(yùn)移通道[7]。研究區(qū)巖溶發(fā)育總體與斷裂方向一致,斷裂附近巖溶發(fā)育強(qiáng)度和溶蝕強(qiáng)度成倍增加,遠(yuǎn)離斷裂則反之。由于斷層阻隔與導(dǎo)水作用,在斷裂的交匯結(jié)合部其巖溶作用也異常發(fā)育,尤其在垂向上更為發(fā)育。

3 巖溶塌陷現(xiàn)狀及形成條件

3.1 巖溶塌陷現(xiàn)狀

景德鎮(zhèn)城區(qū)官莊巖溶塌陷如圖5所示。巖溶塌陷分布于NE走向覆蓋型巖溶區(qū),覆蓋層均為全新世沖積層,巖性多為粉質(zhì)粘土或上部為粉質(zhì)粘土下部為砂礫石層的二元結(jié)構(gòu)。巖溶塌陷多分布于研究區(qū)東部覆蓋層較薄的區(qū)域,覆蓋層厚度<20 m。巖溶塌陷多分布在溶洞發(fā)育程度高、巖溶地下水豐富、單井涌水量1 000 m3/d的富水性較好的地段。巖溶塌陷多分布在抽采巖溶水井的地下水影響半徑范圍內(nèi)(圖5)。

圖5 官莊巖溶塌陷水文地質(zhì)簡圖Fig. 5 Schematic map showing hydrogeololgy of karst collapses in the Guanzhuang area1-覆蓋型巖溶區(qū)；2-埋藏型巖溶區(qū)；3-第四系等厚線；4-覆蓋型巖溶區(qū)抽水機(jī)井(上為第四系厚度/m，下為可溶巖代號)；5-埋藏型巖溶區(qū)抽水機(jī)井(數(shù)字為第四系厚度/m)；6-巖溶塌陷點(diǎn)

該區(qū)巖溶塌陷的陷坑多為圓形或橢圓形,直徑為0.5～7 m,深度一般為0.3～3 m。當(dāng)下伏巖溶呈條帶狀分布時,陷坑呈長條狀。塌陷災(zāi)害的產(chǎn)生一般具有群發(fā)性,多數(shù)塌陷一次可產(chǎn)生數(shù)個至數(shù)十個陷坑,如臘梨山地面塌陷規(guī)模為巨型,有17處陷坑,分布面積45 000 m2,陷坑呈圓形,直徑為2～7 m,最大達(dá)10 m,深度為1～3 m,少數(shù)>4 m,坑壁為土質(zhì),絕大多數(shù)陷坑有地下水溢出(圖6)。

中華民族的玉文化源遠(yuǎn)流長，新石器時代的早期就有了玉器，紅山文化可為這一時期玉文化的卓越代表，到臨近文明時期的良渚文化、凌家灘文化、石家河文化，玉文化蔚為大觀。從新石器早期到新石器晚期，其玉文化既有一脈相承性，又有發(fā)展性。新石器早期的玉文化側(cè)重于以玉事神，其玉器本質(zhì)上為巫或神，可名之為巫玉或神玉，而新石器晚期的玉文化則側(cè)重于以玉成禮，其玉器的本質(zhì)應(yīng)為禮，應(yīng)名之為禮玉。良渚文化、凌家灘文化、石家河文化都以玉器著名，其玉器也多以禮為本質(zhì)，相比較而言，良渚文化更為突出，可謂禮玉文化的代表。

圖6 臘利山巖溶塌陷平面示意圖Fig. 6 Schematic plane map of karst collapses in the Lalishan area1-房屋；2-地面塌陷；3-抽水機(jī)井；4-地面裂隙

3.2 巖溶塌陷形成條件

(1)從現(xiàn)有塌陷點(diǎn)特征看,覆蓋層厚度、土體巖性對塌陷的形成具有重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì),塌陷大多產(chǎn)生于土層厚度<15 m的地段,且2～10 m產(chǎn)生的塌陷密度最大,陷坑數(shù)量最多,其規(guī)模多為大型或巨型。如臘梨山和徐家塢塌陷,上覆土層厚度僅為2～5 m。塌陷處覆蓋層巖性多為具二元結(jié)構(gòu)的粉質(zhì)粘土、砂礫石層,其細(xì)顆粒易在地下水的運(yùn)移中被攜帶,土層結(jié)構(gòu)易遭到破壞,在地下水不斷作用下即產(chǎn)生塌陷。

(2)下伏基巖是否存在開口型溶洞是上覆土體能否產(chǎn)生塌陷的基礎(chǔ)條件之一,下伏巖溶洞隙的規(guī)模、產(chǎn)狀及發(fā)育方向決定了陷坑的規(guī)模、形狀和排列方向。土洞是潛在的塌陷,多埋藏于土層中,呈空的球狀、半球狀,下部一般被垮落的土體充填,集中分布于巖土界面附近及地下水季節(jié)變動帶內(nèi),在其它誘發(fā)因素作用下不斷發(fā)展,極易產(chǎn)生塌陷。

(3)地下水活動是巖溶塌陷形成中重要的動力因素。巖溶地下水活動直接受大氣降水控制,區(qū)內(nèi)巖溶地下水動態(tài)隨降水量變化的同步相關(guān)系數(shù)為0.75,滯后2天的相關(guān)系數(shù)為0.89,滯后期一般不超過10日[8]。地下水搬運(yùn)作用和溶蝕作用使巖土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,破壞了巖(土)體原來的平衡[9]。研究區(qū)地下水埋深一般為0.4～12.2 m,基本位于巖土接觸帶附近。地下水位不斷變化時,巖溶洞穴中的正負(fù)壓力也發(fā)生改變,造成對土體的擠壓和吸蝕,土體平衡被打破,形成地面塌陷。同時在地下水作用下,粘性土的含水量增高,由可塑狀態(tài)逐漸向軟塑—流塑狀態(tài)發(fā)展,力學(xué)強(qiáng)度降低,地下水下降時極易向下部巖溶空間運(yùn)移,形成土洞進(jìn)而產(chǎn)生塌陷[10]。

圖7 研究區(qū)巖溶塌陷發(fā)育階段示意圖Fig. 7 Schematic diagrams showing the three development phases of karst collapses in the study area1-緩發(fā)期陷坑剖面圖；2-潛伏期陷坑剖面圖；3-暴發(fā)期陷坑剖面圖；4-粉質(zhì)粘土層；5-砂層；6-砂礫石層；7-灰?guī)r；8-溶洞及溶蝕裂隙；9-地表環(huán)狀開裂；10-地下水水位線

(4)研究區(qū)巖溶塌陷過程大致分為3期。緩發(fā)期:地下水水力條件逐漸緩慢,開口巖溶上部蓋層由下向上潛蝕,垮落也逐漸緩慢發(fā)生;潛伏期:緩發(fā)期繼續(xù)發(fā)展,由小土洞逐漸擴(kuò)大,并非馬上轉(zhuǎn)變?yōu)榇笏?存在一個相對穩(wěn)定階段;暴發(fā)期:潛蝕作用增強(qiáng),土層力學(xué)強(qiáng)度由強(qiáng)變?nèi)?土洞平衡遭到破壞,大部分潛伏土洞變成暴露塌洞。根據(jù)巖溶塌陷暴發(fā)的徹底性不同,塌洞可分為3種形態(tài):沉降體為周邊環(huán)狀開裂的盆狀,盤狀變形;塌陷如甕狀,但并不見基底垮塌、破裂;塌陷呈斗狀,可見基巖洞口,達(dá)到最后穩(wěn)定的徹底垮塌(圖7)。

3.3 巖溶塌陷誘發(fā)因素

3.3.1 抽排地下水

抽排地下水是誘發(fā)該區(qū)巖溶塌陷的主要原因。研究區(qū)85%的巖溶地面塌陷與人工抽取巖溶地下水有關(guān)。目前,景德鎮(zhèn)城區(qū)地下水開采總量約為2.93×104m3/d,其中巖溶地下水開采量約為1.13×104m3/d。大量開采地下水,增強(qiáng)了地下水對上覆土體的潛蝕作用,抽水時間的延續(xù)破壞了土體結(jié)構(gòu)平衡,地下水位大幅下降,導(dǎo)致地面開裂、變形、塌陷等。臘梨山塌陷群即因巖溶發(fā)育,溶洞發(fā)育淺,上覆第四系厚度薄(僅3～9 m),大量抽取巖溶地下水,造成民井干涸,繼而地面下沉、房屋開裂,產(chǎn)生大面積地面塌陷。研究區(qū)巖溶塌陷與致塌開采井的距離<150 m,大多為50～100 m(表3)。隨開采井抽水量的增大,其影響半徑也逐漸增大,塌陷災(zāi)害發(fā)生的范圍也隨之增大。在控制或停止抽水后,其發(fā)展趨勢減弱或停止。

3.3.2 洪水

景德鎮(zhèn)昌江河谷平原Ⅰ級階地標(biāo)高為25.5 m,Ⅱ級階地標(biāo)高為29.7 m。巖溶塌陷與地下水活動關(guān)系密切。洪水期,昌江水位上漲,由于覆蓋型灰?guī)r區(qū)巖溶地下水與第四系孔隙水、昌江地表水連通性較好,河水反補(bǔ)巖溶地下水,形成承壓水頭,頂托溶洞天窗處的上覆土層。當(dāng)洪水退卻后,昌江水位迅速降低,承壓水頭快速消散,產(chǎn)生塌陷。在十八渡分場菜地處,上覆粉質(zhì)粘土厚約為15 m,下伏二疊紀(jì)灰?guī)r中巖溶發(fā)育。1998年6月26日,昌江水位漲至32.62 m,洪水浸泡形成孔隙水壓力,水力坡度達(dá)7.91‰。6月28日洪水退卻,昌江水位迅速降低至22.73 m,地下水返補(bǔ)河水,水力坡度為2.30‰,產(chǎn)生真空負(fù)壓,溶洞天窗處土體發(fā)生崩落,地表土體變薄、失穩(wěn),發(fā)生巖溶塌陷,形成一個面積為20 m2、深為1 m的碟形陷坑。

表3 研究區(qū)巖溶塌陷特征及現(xiàn)狀評價

Table 3 Characteristics of karst collapses in the study area and evaluation of their current status

巖溶塌陷地點(diǎn)規(guī)模陷坑個數(shù)/個分布面積/m2等級距抽水井距離/m誘發(fā)因素已采取的防治措施現(xiàn)狀穩(wěn)定性昌河飛機(jī)廠宿舍345小75抽巖溶地下水灌漿處理，限采地下水穩(wěn)定十八渡分場120小-洪水浸潤已回填不穩(wěn)定臘梨山1745000巨110抽巖溶地下水已回填，停止抽水基本穩(wěn)定徐家塢515000巨50抽巖溶地下水已回填，限采地下水穩(wěn)定華豐瓷廠24小5抽巖溶地下水已回填，限采地下水穩(wěn)定皖贛鐵路K41393300大60抽巖溶地下水道碴回填，限采地下水基本穩(wěn)定

4 巖溶塌陷預(yù)測評估

景德鎮(zhèn)城區(qū)巖溶地面塌陷由過量抽取巖溶地下水引發(fā)。環(huán)境監(jiān)測資料顯示[8]:近年來,在采取限采巖溶地下水的情況下,該區(qū)塌陷并不嚴(yán)重,已發(fā)生的幾處地面塌陷相對穩(wěn)定,變形趨緩。但是,城區(qū)內(nèi)灰?guī)r巖溶發(fā)育,溶洞發(fā)育深度淺,上覆第四系土層較薄,地下水位界于巖土接觸面之間或位于土層之中,為形成地面塌陷提供了環(huán)境地質(zhì)條件[11]。位于景德鎮(zhèn)市區(qū)北東側(cè)的黃泥頭—臘利山一帶,二疊紀(jì)茅口組灰?guī)r巖溶率達(dá)39.9%,上覆第四系土層為2.8～5.7 m,地下水位埋深為2.6～3.0 m;市區(qū)中部馬鞍山一帶,巖溶率為15.7%,上覆第四系土層為9.52～13.93 m,地下水位埋深2.5～12.2 m。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn),位于上述區(qū)內(nèi)分布有巖溶地下水生產(chǎn)管井9眼,開采量達(dá)0.68×104m3/d,現(xiàn)今仍有部分機(jī)井在開采利用巖溶地下水。這些典型地段在外界因素誘發(fā)下,發(fā)生塌陷的可能性較大。

根據(jù)景德鎮(zhèn)市城市總體規(guī)劃[12],在西南區(qū)鳳崗—呂蒙—許家?guī)X一帶將建設(shè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園,大量建筑物位于覆蓋型灰?guī)r區(qū)。鉆孔揭露該區(qū)巖溶發(fā)育,灰?guī)r頂面凹凸不平,第四系厚度為19.56～23.3 m,地下水位埋深為2.5～12.12 m。因生產(chǎn)或生活需要,新建機(jī)井可能加大對巖溶地下水的開采量,可能形成較大的地下水降落漏斗,地下水位變幅增大,潛蝕作用加劇,誘發(fā)新的地面塌陷。另外,工程施工或機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生的振動荷載也可能使淺層溶洞坍塌。

5 防治建議

研究區(qū)巖溶地面塌陷具有誘發(fā)容易、發(fā)生突然、危害大、防治難等特點(diǎn),因此,對其進(jìn)行治理和防治是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程,必須在科學(xué)調(diào)查與區(qū)劃的基礎(chǔ)上,采取切實(shí)可行、相互關(guān)聯(lián)的多種措施進(jìn)行預(yù)防和治理。根據(jù)巖溶塌陷發(fā)育現(xiàn)狀和城市發(fā)展規(guī)劃,建議因地制宜,分片防治。城市東部巖溶塌陷集中區(qū)采取以治理為主,因害設(shè)防等措施;城市西部城市產(chǎn)業(yè)園區(qū),采取以預(yù)防為主,防治結(jié)合的措施,最大程度地減少災(zāi)害發(fā)生的頻率,逐步達(dá)到防治災(zāi)害的目的。

治理措施:針對巖溶地面塌陷形成的3個要素(地下水、土體及巖溶洞隙)進(jìn)行堵截水流,強(qiáng)化土層和洞穴沉積物,填堵巖溶通道等。塌陷治理可采用填堵、跨越、灌注、深基礎(chǔ)控制抽排水強(qiáng)度和其它綜合治理或避讓的方法,同時加強(qiáng)災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)報(bào)。

預(yù)防措施:在城市功能布局時應(yīng)考慮地面塌陷的易發(fā)程度及場地建設(shè)適宜性,重要建筑應(yīng)盡可能避開覆蓋型灰?guī)r區(qū);限制誘發(fā)因素的強(qiáng)度,特別在建成區(qū)須嚴(yán)格控制地下水開采,嚴(yán)禁新建開采井;工程勘察應(yīng)詳細(xì)查明地面塌陷地質(zhì)環(huán)境條件;工程基礎(chǔ)施工時應(yīng)采用非振動式基礎(chǔ)類型,嚴(yán)禁采用振動式基礎(chǔ)類型,基坑開挖降水應(yīng)采用坑壁坑底止水后再坑內(nèi)抽排水法;加強(qiáng)地面塌陷的環(huán)境監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時查找原因和致災(zāi)因素。

6 結(jié)論及建議

(1)研究區(qū)碳酸鹽巖內(nèi)巖溶較發(fā)育,溶洞發(fā)育深度較淺,上覆第四系土層較薄,地下水位界于巖土接觸面之間。空間具有由西至東,溶蝕作用加強(qiáng)、發(fā)育深度變淺、洞高變大、頂板變薄、上覆第四系厚度變小的趨勢。

(2)巖溶塌陷災(zāi)害主要分布在鳳崗—馬鞍山—臘梨山一線的覆蓋型灰?guī)r條帶中,抽排超采地下水和洪水等是誘發(fā)災(zāi)害的主要因素。

(3)建議采取因地制宜,分片防治的原則。城市規(guī)劃建設(shè)應(yīng)充分考慮巖溶塌陷的易發(fā)程度,在巖溶區(qū)嚴(yán)禁新建開采井,嚴(yán)格控制地下水開采。治理可采用填堵、跨越、灌注、深基礎(chǔ)控制抽排水強(qiáng)度和其它綜合治理或避讓等方法,同時做好災(zāi)害的臨測預(yù)報(bào)工作。

[1] 吳健康,王雪志,高維能,等.1∶20萬景德鎮(zhèn)市幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告[R].南昌:江西省地質(zhì)局水文地質(zhì)大隊(duì),1980.

[2] 江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局.1∶5萬景德鎮(zhèn)市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R]. 南昌:江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,1999.

[3] 江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局.江西省景德鎮(zhèn)市區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)綜合勘察報(bào)告[R]. 南昌:江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局, 1988.

[4] 曹柏平,劉勇,馬國興,等.江西省景德鎮(zhèn)市城市規(guī)劃區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性調(diào)查評估報(bào)告[R].九江:九江地質(zhì)工程勘察院,2003.

[5] 中國科學(xué)院地質(zhì)研究所巖溶研究組.中國巖溶研究[M].北京:科學(xué)出版社,1979:23-51.

[6] 李智毅,楊裕云.工程地質(zhì)學(xué)概論[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1994:23-24.

[7] 薛禹群,張?jiān)?等.長江三角洲南部地面沉降與地裂縫[J].華東地質(zhì),2016,37(1):1-9.

[8] 楊永革,付檢根,趙毅斌,等.鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查報(bào)告[R].南昌:江西省地質(zhì)調(diào)查研究院,2015.

[9] 韓行瑞,魯榮安.巖溶水系統(tǒng)[M]. 北京:地質(zhì)出版社,1993:25-47.

[10] 袁道先.中國南方裸露型巖溶峰叢山區(qū)巖溶水系統(tǒng)及其數(shù)學(xué)模型的研究[M].桂林:廣西師范大學(xué)出版社,1996:27-43.

[11] 南京大學(xué).工程地質(zhì)學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,1982:23-48.

[12] 景德鎮(zhèn)市人民政府,武漢大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院.景德鎮(zhèn)市城市總體規(guī)劃(2002—2020年)[Z].2003.

CharacteristicsandpreventionmeasuresofkarstcollapsesintheJingdezhenurbanarea,JiangxiProvince

YANG Yong-ge,ZHAO Yi-bin,CHEN Jing,WANG Xi,FU Jian-gen

(GeologicalSurveyofJiangxiProvince,Nanchang330030,China)

Through the 1∶50 000 regional hydrogeology and environmental geology investigations, geological features and development rule of karst collapses in Jingdezhen urban district, Jiangxi Province were investigated by means of geophysical prospecting,drilling, etc. The carbonate bedrock in the city of Jingdezhen is characteristic of obvious undulation, shallow karst development and a lot of soil caves. The overlying Quaternary strata show complex lithological structure, variable thickness of generally less than 20m, and shallow groundwater. By analyzing distribution, forming conditions and induced controlling factors, it can be concluded that the drainage of groundwater is the main inducement factor for karst collapses in this area. On the basis of predicting the development trend of karst collapses, authors also conducted a preliminary forecast for vulnerable areas of karst collapse, and proposed corresponding protection and prevention measures. This will provide reference for urban engineering construction and environmental protection.

karst collapse; groundwater; prevention measures; Jingdezhen City; Jiangxi Province

10.16788/j.hddz.32-1865/P.2017.04.009

2016-07-11

2016-12-15責(zé)任編輯譚桂麗

中國地質(zhì)調(diào)查局“鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查(編號：1212011014009)”資助。

楊永革，1966年生，男，高級工程師，主要從事區(qū)域水文和環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作

P642.2

A

2096-1871(2017)04-306-00