三明市某村岩溶塌陷成因分析

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  【摘 要】本文通过三明市某村岩溶塌陷调查实例,分析该村岩溶塌陷的主要原因是由所在村的水文地质环境条件及村庄外围矿坑排水相互影响而造成。
  【关键词】岩溶塌陷;地质环境条件;矿坑排水
  
  1、前言
  三明市某村2010年5月23日晚上开始,大部分村民屋内、田间产生多处地面裂缝、房屋开裂、地面塌陷;2010年5月24日下午4:00,村中小溪旁发生一地面塌陷,地表水渗入地下,洞口不断扩大;2010年5月26日上午村中小溪东侧20m发生塌陷,面积约50m2,塌陷深度约0.2m。
  其后几天,村中小溪西侧3m,塌陷有一圆形直径约1m,深约3m;村部西侧约50m处水田中发生一个圆形溶洞塌陷,直径约1.5m,深约2~3m,水田中地表水不断渗入。
  5月12日,村民屋前又发生塌陷,长12m,宽8m,深2m。
  6月25日,村中部发生塌陷,长1.2m,宽1m,深1m;村中南东部发生塌陷,长10m,宽10m,深5m。
  8月2日离村部北侧约600m处发生塌陷,长25m,宽10m,深10m。
  8月19日在离村部北侧约700m处发生塌陷,长2m,宽1m,深1m。
  塌陷区面积约157500m2。
  2、水文地质及生产硐调查情况
  为了查明塌陷原因,在村庄子塌陷周围布置了16个钻孔及进行地表调查。
  经钻探表明,塌陷处灰岩溶洞发育。
  地表调查主要对周围矿硐调查,其矿硐有硐1、硐2,经进行测量及调查,测量及调查资料反映:硐1位于村庄南西侧约400m处,7月份以来,生产硐揭穿一处灰岩破碎带含水层,硐口水量由原来2L/S增至30L/S,硐口标高比村庄地面标高低约100m。硐2位于村庄东部1000m,目前已没有掘进,硐口出水量1L/S,无变化,硐口标高与村庄地面标高相近。
  3、自然环境概况
  (1)自然地理概况及气象条件
  本区地处中亚热带,具中亚热带海洋性季风气候特点,雨量充沛。历年年平均降雨量为1560mm。
  (2)地形地貌
  调查区属山间沟谷小盆地,沟谷呈北东向走向,盆地内地面标高约695~710m,地势平缓,现为农田和民房。盆地周边为中低山,标高715.8~845.3m,山坡坡度约25-30o,植被茂盛,区内发育多条溪流,流向为北东,常年流水。
  (3)水文地质特征
  调查区内地下水类型较复杂,主要为第四系松散层中的孔隙潜水和岩溶水,地下水受大气降水及溪沟水补给,水量丰富。
  (4)地表水、地下水迳流方向
  调查区属山间小盆地,大气降水和地表水及地下水均由四周山头向盆地汇聚,地表水由北东方向流出盆地。2007年以前,位于盆地东侧有一上升泉,泉眼标高695m,流量1.2S/L,2007年以后,地下水位下降,该泉点干枯。
  (5)地质概况
  本区出露地层岩性为:上覆为第四系冲洪积含碎石粉质粘土(Qal+pl)、二叠系栖霞组灰岩(P1q)。
  (1)第四系冲洪积含碎石粉质粘土、粉质粘土(Qal+pl):褐黄等色,稍湿,可塑。主要成份为粘粒、粉粒、砂粒等,层厚2.5~4.30m。
  (2)灰岩(P1g):灰白色,厚层状,夹泥质条带,岩芯呈柱状,长柱状。灰岩主要分布在村庄周围,厚度24~58.3m,灰岩溶洞高度0.15~17.80m,平均高度2.9m,岩溶平均发育率22.63%,单孔最大岩溶发育为56.61%,单孔最小岩溶发育率为3.66%。
  (6)地质构造
  本區位于东西向构造断裂破碎带,该构造断裂破碎带长约12km,宽1~2km,带内岩石破碎,构造角砾岩发育。
  4、地面塌陷原因
  4.1村庄所处的位置及地质构造、地层岩性
  (1)村庄所处位置为山间岩溶盆地,四周地表水、地下水汇聚于盆地,地表水、地下水活动强烈,水循环交替较大。
  (2)村庄所处位置有一条近东西向断裂通过,断裂长900~1800m,宽10~50m,断裂带内岩石破碎,构造角砾岩发育。
  (3)村庄上部地层为冲洪积含碎石粉质粘土,厚度2.5~4.30m;土层较松软,结构松散,工程地质性能差。
  (4)中下部为栖霞组石灰岩,溶蚀凹坑,溶洞发育。
  4.2生产硐排水对塌陷的影响
  矿硐位于村庄南西侧约400m处,硐口与村部高差约100m,7月份以来,硐1揭穿一处灰岩破碎带含水层,硐口水量由原来2L/S增至30L/S,根据钻探观测的稳定水位等水位线反映,地下水流向流向硐1方向,所以,矿坑排水对村庄地下岩溶塌陷有直接影响,原因如下:
  (1)矿硐揭穿灰岩破碎带含水层,硐口排水量增大,造成村庄地下水位下降较大,村庄下部灰岩中半充填及无充填溶洞,由浮力支撑的溶洞顶板因减压而塌陷,松散的充填物孔隙由于浮力消失而压密下沉。
  (2)地表土层在地下水的强烈运动中带走了一些细颗粒泥砂,与溶洞沟通,使覆盖层稳定性降低,直接导致失稳塌陷。
  (3)矿硐排水量较大,使地下水的水力坡度增大,流速增大,从而对溶洞和裂隙通道中的松散充填物及覆盖层产生潜蚀、冲刷和掏空作用。
  (4)地下水快速运动,可使封闭的岩溶空间产生负压力,对覆盖层土体产生吸附力,导致地下土层发生滑落、崩塌。
  5、结语
  村庄所在地为盆地,地表水及地下水运动较强,地质构造发育,地层岩性上部为冲洪积含碎石粉质粘土,较松散,中下部为栖霞组石灰岩,溶蚀凹坑,溶洞发育,是村庄塌陷的内因;矿坑排水而造成村部地下水位下降,地下水浮力消失,地下水流速加快,带走泥沙及对洞穴产生负压力,是村庄塌陷的外因。
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