河南朱庄岩溶塌陷形成机制分析

侯利阳 贾金松 李啸驰

摘 要：桐柏县朱庄属丘陵地貌，出露地层主要为下古生界歪头山组和第四系，区域构造较复杂。区内发育一条隐伏的大理岩透镜体，是控制地面塌陷发育的重要因素。岩溶的形成特征主要有溶洞、溶蚀裂隙和溶孔等；岩溶的分布特征和发育规律分别与可溶岩的隐伏形态、埋深、可溶岩的厚度和距可溶岩顶板的距离有关。岩溶洞隙、上覆松散盖层岩土体和动力条件，是区内产生岩溶塌陷的三个基本条件。

关键词：岩溶；塌陷；形成机制；朱庄

引言

2014年以来，河南省桐柏县朱庄镇朱庄村多次发生地面塌陷，主要威胁群众、民居、普通公路、高速公路、耕地等。为保护人民财产，当地政府高度重视此事件，委托地质部门对塌陷地点开展调查，查明地面塌陷形成条件、结构、空间几何特征及规模，分析塌陷形成机制；圈定可能发生塌陷的区段，对其发展变化趋势进行预测；对地面塌陷区进行稳定性分区与评价；并提出地面塌陷防治建议。

1 地质环境背景

塌陷区属丘陵地貌，地势较为平缓，为波状起伏的丘陵岗地地带，地势呈西南高东北低。海拔高程+160～+250m，相对高差约90m，山坡坡度较缓，一般15～25°。

1.1 地层岩性

出露地层主要为下古生界歪头山组（Pz1w）第四至第七岩性段及零星分布的新生界第四系（Q）。受朱庄背斜影响，地层走向60～70度，倾角30～40度，各岩性段呈整合接触。

1.2 岩浆岩

仅见煌斑岩脉和石英脉。前者走向多为北东东向，倾向北北西，基本顺层贯入，石英脉以脉状沿裂隙充填于石英片岩和大理岩中。

1.3 构造

塌陷区域构造较复杂，构造线方向单一，以北西西向的线型褶皱和与其并列的压性-压扭性断裂挤压带为主。

1.4 水文地质条件

地下水类型主要为基岩裂隙水，部分大理岩分布区存在碳酸盐岩类裂隙岩溶水。

1.5 工程地质条件

依据区内地质地貌条件，岩土体特征，将岩土体划分为3个工程地质岩组。分别是：坚硬中厚层状片岩组（Bs）、较坚硬厚层状碳酸盐岩组（Tc）、粉质粘土、粉土、细砂多层土体（NT）。

2 岩溶发育特征

2.1 大理岩分布形态

区内发育一条隐伏的大理岩透镜体，受朱庄背斜影响其展布方向发生弯曲，在背斜右翼呈北东向展布，左翼呈南东向展布，大理岩透镜体的分布是控制地面塌陷发育的重要因素，该层位溶洞和溶蚀裂隙普遍较发育。

2.2 岩溶的形态特征及发育程度

岩溶的形成特征主要有溶洞、溶蚀裂隙和溶孔等。岩溶发育程度分两个区：岩溶强发育区和岩溶中等发育区。

岩溶强发育区在空间上呈东窄西宽的条带状展布，与大理岩透镜体走向一致，岩溶中等发育区为大理岩分布区除去岩溶强发育区以外的区域。

2.4 岩溶的空间分布特征及发育规律

岩溶的分布特征和发育规律分别与可溶岩的隐伏形态、埋深、可溶岩的厚度和距可溶岩顶板的距离有关。

区内隐伏的大理岩呈条带状展布，揭露溶洞的钻孔均位于隐伏的大理岩条带上。岩溶的发育程度跟地貌有较大的关系，在地势低洼常年积水的区域，岩溶发育较强烈。

2.5 区内岩溶发育的有关因素

据区域地质背景和区内的地形地貌、地层岩性、构造等条件，分析影响本区岩溶发育的因素有以下三个条件，岩性特征对岩溶发育的影响、水的溶蚀性和循环交替条件对岩溶发育的影响、构造条件对岩溶发育的影响。

3 岩溶塌陷形成机制分析

岩溶塌陷是受多种因素影响和作用的结果，岩溶洞隙、上覆松散盖层岩土体和动力条件（主要指地下水的活动），是产生岩溶塌陷的三个基本条件。地面塌陷的形成，是由地层岩性与构造（岩溶洞隙+上覆松散盖层）、气象与水文、人类工程活动（动力条件）等综合因素作用下发生的，成因分析如下。

区内隐伏一条走向60°，宽90～285m的大理岩透镜体，据钻探及物探资料，大理岩透镜体岩溶洞隙非常发育。上覆第四系松散盖层厚度在0.6～15.5m之间，岩性以粉质粘土、粉质粘土夹碎石为主，结构松散，孔隙裂隙发育，地表入渗能力强。加之勘查区位于朱庄背斜轴部，断裂构造发育，岩石破碎，节理裂隙发育，使岩体的力学性能及土体的强度降低。综上所述，地层岩性与构造为区内塌陷的形成具备了基础先决条件。

周边矿山多年的疏干排水，致使区内岩溶地下水水位下降，不仅使地下水对上覆盖层土体的支撑力减小，而且随着岩溶地下水位的下降，使其与上部水体的联系加强，在岩溶洞隙附近形成渗流场，加快了水流速度，使得盖层土体及坍塌土体被水冲刷和携带走的速度和体积量也随之增大，土体破坏的时间变短，加速了塌陷的形成和发展。当矿山停止抽排水时，岩溶地下水水位急速上升，岩溶空腔中的气体在封存条件下被压缩呈压缩气团，对盖层土体产生冲击，促进塌陷的产生。

近年来，气象条件极不稳定，极端天气增多，长时间的干旱与连续的强降雨天气交替。干旱时，由于地表水水位的降低且要补给赵庄水库，促使了地下水的流动，从而形成了地下水的潜蚀渗透作用，同时伴随失托加荷作用，进而引起真空负压作用的形成，这一连续的发展，使得上覆盖层土体不断加剧破坏，促使地面塌陷的形成。当连续的强降雨天气时，使上覆盖层土体饱和、软化增荷，从而加速失稳，同时，地表水与赵庄水库不断补给岩溶地下水，加大岩溶地下水径流量。水位上升，引起水动力条件改变，水力坡度与流速加大，从而带走溶洞中的充填物質，并对上覆盖层土体产生超饱和及掏空作用，致使土体失稳，导致地面开裂、下沉、塌陷。

在上述过程孕育发展的同时，区内频繁的拉运矿石等人类工程活动也起到了一定的诱发作用。车辆产生的振动力及加载效应不仅增加了土体的附加应力而且破坏了土体的稳定性，促进了塌陷的产生。

综上所述，朱庄岩溶地面塌陷形成的主要原因为矿山多年的疏干排水造成地下水位的下降，并促进了岩溶的发育形成溶洞，降雨及地表水的渗流带走了第四系与溶洞接触部位的土体在地表形成了塌陷坑。朱庄地面塌陷是以自然因素（地层构造+气象+水文基础条件综合作用演化）和人类工程活动（矿山疏干排水+车辆振动加载）等综合因素影响而引发的地面塌陷灾害。

4 结束语

区内地面塌陷产生的主要成因是：以自然（基础条件地层+气象+水文）塌陷为主，人类工程活动次之而导致的地面塌陷灾害发生。即第四系松散层下伏大理岩溶洞-裂隙-破碎带较发育和降水-水位变化（潜蚀-运移-掏空-自重增荷-力学变化-下落塌陷）及人类工程活动长期综合作用之结果。

参考文献

[1]中华人民共和国国土资源部.DZ/T 0223-2011矿山地质环境保护与恢复治理方案编制规范[S].2011，7.

[2]刘传正，等.地质灾害勘查指南[M].北京：地质出版社，2002.

[3]河南省桐柏县朱庄岩溶地面塌陷应急勘查报告[R].河南省地质矿产勘查开发局第五地质勘查院，2015，5.