广西、四川等西南地区地面塌陷成因分析

冯跃封

（河南省煤田地质局二队，河南洛阳 471023）

广西、四川等西南地区地面塌陷成因分析

冯跃封

（河南省煤田地质局二队，河南洛阳 471023）

我国西南地区频繁发生的“天坑”现象，在给当地居民生产生活造成较大损失的同时，引起了人们对重大自然灾害的恐慌。广西、四川等西南地区频繁出现的“天坑”确切地说是人为活动引起的地面塌陷地质灾害。

地面塌陷；形成原因；天坑；溶洞

今年以来，我国广西、四川、浙江、湖南等地频繁发生地面塌陷。2010年4月份，四川宜宾市长宁县硐底镇红旗村和石垭村先后出现45个地面塌陷形成的大坑（当地称作 天坑 ），最大直径达60多米，深度30多米，波及范围达0.6km2；5月份以来，成都大邑、怀远，浙江州，广西来宾、湖南宁乡等地频繁出现 天坑 ，直径1.7m到80多米，深度1.6m到40多米，严重威胁当地村民的生命和财产安全。一些人联系甘肃玉树和山西太原地震，把 天坑 的频繁出现作为地震等严重自然灾害的前兆，从而造成心里恐慌。

本人通过对四川、广西、湖南等出现 天坑 地区之地质构造条件和今年以来气候特征的分析，对上述地区地面塌陷产生的原因进行了研究。

1 气候特征

我国西南地区属亚热带、热带高原季风气候，一年中5～10月份为雨季，11月份到第二年的4月份为干季，雨季和干季分明，降水场和温度场按照云南区 川西高原区 贵州区 四川盆地区 川东区的顺序逐级递减[1]，是我国夏季降水量较为丰沛的地区之一。然而，受全球变暖大气候的影响，进入21世纪以来，西南地区夏季降水量相对偏少，总体偏旱[2]。中国气象局资料显示，云南、贵州一带从2000年初到现在，一直处在降水偏少、温度偏高这样一个大气候背景下。2009年9月至2010年3月，云南、贵州的降水量分别是173mm和175mm，比常年偏少一半以上，是1951年有气象记录以来最少的一次；在这200多天里，气温平均偏高1℃～2℃，跟历史相比，云南气温同期历史最高，贵州排在第三。气温偏高，导致水汽蒸发量增大。2009年7～12月份，云南省平均水汽蒸发量为822.5mm，比多年同期平均733.6mm偏多88.9mm，偏多12%；雨季提前结束。2009年9月1日到2010年2月28日，云南省平均降雨日数为31天，比多年同期平均偏少31天，偏少50%，打破1952年以来历史同期降雨日数最少记录。自2009年9月份开始的云南、贵州、广西等地出现干旱，11月份已影响到四川地区，2010年初延伸到湖南湘西的大部分地区，是我国1952年有气象记录以来干旱持续时间最长、影响范围最广、灾害影响最重的一次旱灾。据中国地质环境信息网消息，截止2010年6月9日20点，中国地质调查局6月份已发布的四次全国地质灾害气象预报预警中，广西、湖南、江西、贵州、浙江、四川、重庆等西南方省份均为 发生地质灾害的可能性大区域 ，广西、四川、湖南等地屡现 天坑 的情况与地质灾害的预警区域相符。

2 地质构造和岩溶特征

从区域地质特征看，西南地区位于印度洋板块与太平洋板块的碰撞地带，属于构造抬升地区。

晚第三纪，随着青藏高原的整体强烈隆起，西南岩溶区开始间歇性缓慢上隆，形成由西向东掀斜式隆升和向东倾斜的地势[3]，造成石灰岩地层岩石裸露。以贵州为中心的川、黔、滇以及与之毗邻的湘、桂、鄂等碳酸岩成片分布的西南岩溶地区，分布面积约54 104km2。在长期的溶蚀作用下，广泛分布的碳酸岩岩溶地层溶蚀裂隙和地下溶洞广泛发育并且相互贯通（图1），为地下水的储存和运移提供了良好场所，使地下水呈现集中管道状或分散网络状等多种赋存状态。

图1 四川宜宾市兴文县地质公园典型喀斯特地貌

岩溶地层特有的物理和构造特征，决定了岩溶水补给主要来自大气降水，通过溶蚀裂隙的入渗补给或通过岩溶地区特有的落水洞、漏斗等以渗漏直接注入的方式补给，最终以岩溶泉或地下河的形式排泄。地质调查结果表明，西南地区地下暗河就多达3066条。

由于岩溶地区溶蚀管道、溶洞的普遍发育，地下水排泄十分畅通，三水 （大气降水、地表水、地下水）转化迅速，因此，岩溶地区水量的动态变化与降水量的大小密切相关，特别是地表岩溶泉之水量几乎与降雨近乎同步，呈现季节性和周期性的特征[4]。

3 岩溶地面塌陷发育方式

西南岩溶地区地面塌陷的原因很多，但主要还是水动力循环活跃的结果。从土洞的产生、发展至坍塌，每一过程都与水动力条件密切相关，不同阶段有不同的发育方式。

（1）真空吸蚀。岩溶水位下降至基岩附近时，由于受降雨影响，水位便在以基岩面为基线的附近频繁波动，洞穴中封闭的气体产生向上（下）的正（负）压，出现真空吸蚀而引起土体破坏，产生土洞（图2）。随着水位的频繁升降，土体的浮托力反复改变，加快了洞穴中土体掏空、搬运能力，进而促进了土洞快速向上发展，发生坍塌。

图2 岩溶真空吸蚀示意图

（2）地表水渗透潜蚀。以地表水直接补给而产生的潜蚀作用为特征，因西南岩溶地区第四系土层薄且砂、碎石含量高，便于涧水渗流，且向地下水补给径流距离短，以类似管道流的形式经由第四系土层向岩溶水补给，对溶洞内及第四系底部土体进行潜蚀、淘空，导致塌陷。

（3）地下水渗透潜蚀。矿山疏干直接排走岩溶水，水位便逐渐下降，形成孔隙水对岩溶水的补给，强化了对土体的潜蚀能力。在岩溶水降至基岩面以下时，潜蚀加剧，最终造成塌陷。

上述3种岩溶地面塌陷的发育方式常常不是孤立存在的，每次塌陷灾害，都可能存在两种或两种以上方式共同作用。

4 地面塌陷成因分析

2010年4月份以来，四川宜宾、成都，广西来宾，湖南宁乡和浙江州等岩溶地区先后出现地面塌陷，由于各地地质构造的不同，引起塌陷的原因有如下几种类型。

（1）地下溶洞坍塌引起的地面塌陷

四川宜宾市长宁县硐底镇红旗村和石垭村属于岩溶的喀斯特地貌，地下溶洞发育。在2009年10月持续干旱，一方面由地下水得不到有效补给；另一方面，为满足工农业生产和居民生活的需要，因大量抽取地下水，引起水位的过量急速下降，地下水托浮力突然过量减小，诱发岩溶顶盖岩石垮塌，形成 天坑 。地下溶洞埋藏深度和坍塌的程度，决定地面塌陷规模的大小（图3）。

图3 四川宜宾市长宁县硐底镇石垭村“天坑”

广西来宾市吉利村地区地下河非常发育，形成地下河系统，山前是地下河的补给入口，其汇水面积大，因泉眼排水量有限，暴雨大量洪水汇集地下河；因地下河溶洞壁岩层承受地下水压力越来越大，超过其承受极限发生塌陷。并从开始的局部坍塌逐步发展，最终形成一条塌陷带。一般地下河延伸的距离较远，规模较大，塌陷 天坑 的规模大，影响范围广。

（2）地下水位急剧变化引起的地面坍塌

成都附近的大邑位于成都平原的西部，在坚硬的早寒武纪结晶花岗岩基底之上覆盖了一套由粘土和砂砾、卵石组成的陆相碎屑沉积，一般厚度5m以上，最大厚度达8000m。因持续干旱和地下水过量开采，引发地下水位大量下降，发生局部地面塌陷形成 天坑 。目前其塌陷的规模一般较小（如图4），但是存在一定危害。

图4 成都大邑镇桐林村稻田“天坑”

（3）矿山开采和爆破施工引起的岩层塌陷

西南地区矿产资源丰富，已发现的矿产在150种以上，矿业开发已成为西南地区各省、区经济发展的支柱产业之一[5]。湖南宁乡地区煤炭资源十分丰富，由于该地区煤层顶板多为石灰岩，其下隐伏岩溶发育，矿层开采后常形成较大范围的悬空空间（统称 老顶 ）。在岩层自身重力和附近煤层采掘的扰动影响下，老顶悬空到一定范围发生断裂，引起顶板急剧下沉，形成地面塌陷。煤矿采空区垮塌形成的 天坑 的深度和波及范围，受煤层埋藏深度、厚度和采空区大小控制，其规模和影响范围一般较大。湖南宁乡县大成桥镇2010年1月以来先后出现的10多个 天坑 ，都是其附近煤矿采空区垮塌而引起的地面塌陷（如图5）

图5 湖南宁乡县大成桥镇清泉村“天坑”现场

5 结论

2010年上半年在西南地区频繁出现的 天坑 ，科学地讲应称为地表塌陷；西南地区地面塌陷的成因有四种：长期持续干旱引起的地下水位下降、过量抽采地下水、地下隐伏溶洞坍塌、矿山开采和爆破施工。

[1]徐 晓，肖天贵. 西南地区气候季节划分及特征分析，高原山地气象研究，2010年第30卷第1期，P35～40.

[2]李永华，徐海明等. 我国西南地区东部夏季降水的时空特征，高原山地气象研究，2010年第29卷第2期，P523～530.

[3]路海涛，章 程. 中国西南地区岩溶水资源的特点及可持续利用对策，西华师范大学学报，2006年第27卷第2期，P139～142.

[4]杨晓燕，袁仁茂. 南京栖霞山地区岩溶地面塌陷成荫研究，北京大学学报，2001年第6期，P839～844.

[5]毛 英. 西南地区矿产资源开发的环境地质问题研究，四川地质学报，2003年第23卷第2期，

P106～108.

Analysis of the Subsidence in Southwest China including Guangxi and Sichuan Provinces

FENG Yuefeng

(The No.2 Team of Henan Coalfeld Geological Bureau, Luoyang, Henan Province 471023)

The Tiankeng frequently occurs in southwest China, which has the severe infuence on the daily lives of the local residents. As a result, the local people are very scared by the further natural disasters. According to the study on the land subsidence in Guangxi and Sichuan provinces, the Tiankeng occurred in the Southeast China is considered as the result originated from human activities.

Land subsidence；Origination factors；Tiankeng；Karst caves

X45

A

1007-1903(2011)01-0037-03

冯跃封：男（1965-），地质工程硕士，注册安全工程师，1989年毕业于焦作矿业学院，主要从事地质勘查工作。E-mail:fengyuefeng1103@163.com。