廣東省平遠縣洋背村地面塌陷群特征及成因研究

高佩璽　劉藝

摘要：洋背村地面塌陷群位于廣東平遠縣東石鎮(zhèn)洋背村，嚴重威脅著塌陷區(qū)范圍居民的生命財產(chǎn)安全。在現(xiàn)場調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，研究塌陷群的特征和成因機制，為防治工作提出依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地面塌陷；成因機制；平遠縣洋背村

洋背村地面塌陷群位于平遠縣東石鎮(zhèn)洋背村洋背街組一帶，距離東石鎮(zhèn)政府直線距離約3km，坑口群中心地理坐標：東經(jīng)115°56′43.0″，北緯24°43′04.2″。塌陷群從2000年開始出現(xiàn)第一個塌陷坑，到2008年進入盛發(fā)，截至2015年一共發(fā)育近30個大小不一的塌陷坑，最小塌陷坑直徑約lm，最大塌陷坑直徑約20m，分布高程180m～240m。從現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可知，該塌陷群從2008年開始處于不斷變形發(fā)展過程中，嚴重威脅當?shù)卮迕竦纳敭a(chǎn)安全。

1.地質(zhì)環(huán)境背景

1.1地形地貌特征

洋背村總體屬于構(gòu)造、剝蝕切割低山河谷地貌，海拔高程180m～240m，相對高差60m左右，地形坡度較緩，平均地形坡度在20。以下，屬平臺或緩坡地形。塌陷群所在區(qū)域植被覆蓋較好，植被覆蓋率在40%以上，其余地方為農(nóng)田。

1.2地層巖性

洋背村區(qū)域地層由第四系、中晚石炭世壺天群、早石炭世忠信組和晚泥盆世雙頭組組成。地層由新到老描述如下：（1）第四系：主要為在壤積運反沖洪積層，分布于塌陷區(qū)東北東南部山坡及山間洼地等地段。主要為耕植土，耕植土分布于地表表層，巖性為碎塊石黏性土，灰色、褐色，厚度一般在3m以內(nèi)，塊石含量一般在20%以下，透水性較好。（2）中晚石炭世壺天群：分布于塌陷區(qū)西、西北部，呈北西一南東向展布，白一灰白色厚層狀大理巖、結(jié)晶灰?guī)r夾薄層白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，與下伏地層呈假整合接觸，厚度370m～500m。（3）早石炭世忠信組：分布于塌陷區(qū)外圍西北部、西南部，呈北西一南東向條帶狀展布，巖性為細粒石英砂巖、粉砂巖。

1.3地質(zhì)構(gòu)造

洋背村位于洋背倒轉(zhuǎn)向斜的東翼，石輝坑、炭坑里兩石灰石礦區(qū)位于洋背倒轉(zhuǎn)向斜的西翼，其槽部為中晚石炭世壺天群，兩翼為早石炭世忠信組。受構(gòu)造影響，塌陷群所在區(qū)域地層巖體較破碎，裂隙發(fā)育，有利于地下水的滲入、流通，而大量地下水的滲入和流通進一步促進了白云巖、灰?guī)r巖溶的發(fā)育，為地面塌陷的形成提供了有利條件。

1.4氣象水文

洋背村地處南亞熱帶與中亞熱帶過渡的氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，夏冬長，秋春短，雨量充沛，風力小，霜期短。年內(nèi)最多風向為西北，多年平均氣溫20.6℃，多年平均降雨量1771.7mm。受地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性的影響控制，洋背村地面塌陷群所在區(qū)域地下水類型為碳酸鹽巖類裂隙溶洞水，賦存于中晚石炭世壺天群的碳酸鹽巖裂隙溶洞中，主要富集于洋背倒轉(zhuǎn)向斜的西翼。由于以可溶巖為主，水量較豐富，泉、暗河溶洞流量可達100L/s～600L/s，巖溶水類型主要為重碳酸鈣型，礦化度一般小于0.5g/L。主要受大氣降水補給，多呈大泉、地下暗河排泄。

2.地面塌陷群特征

2.1塌陷群發(fā)育史及規(guī)模調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查訪問洋背村地面塌陷群最早在2000年出現(xiàn)零星陷坑，到2008年進入盛發(fā)期，目前整個塌陷群分布面積約3km2范圍內(nèi)，一共出現(xiàn)過近30個規(guī)模不等的塌陷坑。

2008年塌陷：2008年1月4日14：30左右，洋背村發(fā)生巖溶地面塌陷，至4月5日，發(fā)展至南北長約250m、東西長約120m的不規(guī)則狀災(zāi)害區(qū)，面積約0.025km²。塌陷坑有15余處（至4月30日增至21處），直徑1.5m～10m，深度1m～8m，坑中大部分無水，僅個別有積水。其中規(guī)模較大的5處～6處。地面塌陷威脅房屋5處和公路及兩側(cè)農(nóng)田。4月6日上午對較為嚴重的塌陷進行回填壓實，但在4月7日15：15調(diào)查時發(fā)現(xiàn)已回填的又發(fā)生塌陷。后于4月9日發(fā)生塌陷2處，4月11日發(fā)生塌陷2處，4月20日發(fā)生塌陷1處，4月26日發(fā)生塌陷1處，4月29日發(fā)生塌陷1處。

2012年至今塌陷：2012年1月22日，洋背村發(fā)生地面塌陷，造成1處大塌陷（TX1）、3處小塌陷（TX2～TX4）和多處房屋裂縫。TX1發(fā)生在2012年1月22日7：00左右，截至2月13日11：00，已形成塌陷坑直徑15m～20m，深度10m～12m，坑中有積水，塌陷位于石輝坑石灰石場礦界內(nèi)的老采空區(qū)內(nèi)。TX2～TX4為小塌陷，直徑1.5m～2.2m，深度1m～2m，坑中無積水。TX2一TX3發(fā)生在1月23日，TX4發(fā)生在更早的1月10日。2015年與石輝坑礦坑道口北東300m樹林處出現(xiàn)新陷坑（PY2-564），直徑約20m，坑深18m，與舊陷坑長列方向一致，2016年、2017年在塌陷群東南稻田內(nèi)出現(xiàn)新陷坑（PY2-565、PY2-566），直徑在1m～2m內(nèi)。

2.2洋背村塌陷群成因機制分析

以往研究表明，塌陷的形成一般具備以下幾個條件：（1）要有開口面向覆蓋層的溶洞、溶隙或斷裂裂隙，或其他人工地下空間，即要有能容納上覆巖土的場所空間。它不僅使上覆的蓋層失去支撐，同時也是地下水及塌陷物質(zhì)的儲存與運輸通道。（2）要有一定厚度和強度較低的覆蓋巖土層，在地下水反復(fù)波動作用下，容易脫離母體而被水流帶走，從而形成塌陷的雛形。（3）要有地下水，特別是反復(fù)波動地下水的活動。塌陷形成的力學機制有兩種：一種是推拉，另一種是剪切，這兩種作用都是由地下水波動引起。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查以及室內(nèi)分析研究結(jié)果表明，洋背村地面塌陷群不僅具備上述特征，而且還有其他外部因素導(dǎo)致塌陷形成的原因，具體成因分析如下：

塌陷群所在位置有兩處地下礦山開采活動：石輝坑石灰石場1991年建成投產(chǎn)，炭坑里石灰石場1989年11月建成投產(chǎn)，2008年地面塌陷盛發(fā)之后兩處礦場關(guān)停。2008年4月4日洋背村發(fā)生地面塌陷，而2007年10月3日炭坑里石灰石場井下遇溶洞突水，涌水點水量60m³/h～80m³/h。2008年4月5日在石輝坑石場井下現(xiàn)場調(diào)查涌水點時，涌水量10m³/h～20m³/h。2008年3月25日前后炭坑里石灰石場井下涌水異常，井下另一處原本涌水很小的涌水口（干溶洞）涌水變得渾濁，發(fā)生突水突泥，涌出大量黃泥漿水。該溶洞裂隙涌水處4月6日下午再次突水突泥，涌水量150m3，/h，導(dǎo)致塌陷區(qū)回填壓實后再次發(fā)生塌陷。由于巖溶、溶洞裂隙發(fā)育，在局部地段溶洞相互連通，為塌陷區(qū)的上部土層流失提供了空間。2007年10月3日炭坑里石灰石場遇溶洞突水后的近5個月連續(xù)干旱，2008年3月下旬進入雨季以后雨水充足、持續(xù)降雨，地表土體被水浸泡，過飽和的松散土層在地下水流場被改變的情況下極易被掏空流失，加大災(zāi)害的發(fā)展和規(guī)模。

2008年洋背村地面塌陷是由炭坑里石灰石場和石輝坑石灰石場兩家礦山開采，長期抽排地下水和持續(xù)降雨等多方面原因共同引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，其中炭坑里石灰石場井下溶洞突水突泥是引發(fā)地下水位下降、誘發(fā)巖溶地面塌陷的主因。

2012年及以后發(fā)生塌陷原因大致與2008年相同，所不同的是發(fā)生塌陷的部位大部分不同以往，災(zāi)發(fā)前礦山也無突水突泥現(xiàn)象。災(zāi)發(fā)期間處于特殊的氣候環(huán)境，2011年下半年長期干旱，2011年12月下旬至2012年1月中旬持續(xù)降雨，地表土體被水浸泡，過飽和的松散土層在地下水流場被改變的情況下被掏空流失，地表水的大量人滲，使處于干縮狀態(tài)的土體迅速達到飽和狀態(tài)從而增加自身重量，超出所能提供的支撐。2012年至今的地面塌陷仍然是由礦山長期開采、抽排地下水改變地下水的流場和久旱遇持續(xù)降雨共同造成。

3.結(jié)論

（1）洋背村地面塌陷群，最早出現(xiàn)零星塌陷到2008年盛發(fā)之后在3km2范圍內(nèi)分布有大小不等的塌陷坑近30個，這些最大塌陷坑坑口直徑達到20m。

（2）洋背村地面塌陷群的形成與地質(zhì)環(huán)境條件（巖溶地層、松散土體、豐富地下水）、降雨和人類工程活動（地下采礦）有關(guān)。

（3）目前洋背村地面塌陷群仍然處于不斷發(fā)展變形過程中，穩(wěn)定性較差，威脅著10戶30人的生命安全，財產(chǎn)200萬，險情等級中型；已出現(xiàn)的小塌陷坑有逐漸演變?yōu)檩^大規(guī)模塌陷坑的變形發(fā)展趨勢，危害范圍擴大，應(yīng)引起足夠的重視。