岩溶塌陷区岩溶水位的“低槽带”特征——以南宁坛洛镇塌陷为例

李海良, 江思义, 黄上威

(广西壮族自治区地质环境监测站，广西 南宁 530029)

0 引言

岩溶地面塌陷是岩溶地区特有的一类地质灾害[1]。一般认为碳酸盐岩浅层岩溶发育、松散盖层和地下水动力条件为岩溶塌陷产生的三个必要条件，因此，勘探和研究上述三个必要条件是勘查和评价岩溶地面塌陷地质灾害的抓手。

对地下浅层岩溶的勘探国外仍认为钻探方法最可信,但由于其成本昂贵,且因地下岩溶发育的极不均匀性、布孔的随机性等，国内较常用的勘察方法以大比例尺地面地质测绘和地球物理勘探为主，而物探方法具有多解性，需钻探去验证异常。钻探验证的许多异常也往往与地下岩溶或土洞无关。

广西壮族自治区地质环境监测总站对坛洛镇塌陷群进行了勘探，查明了岩溶塌陷群的分布与浅层岩溶强发育区和岩溶水位“低槽带”基本上是重叠的，认为岩溶平原区岩溶水位“低槽带”的分布区也是浅层岩溶强发育和岩溶地面塌陷的主要分布区，因此，查明岩溶水位“低槽带”是岩溶塌陷勘察和评价的一个重要方法。

1 坛洛镇塌陷群地质环境条件

1.1 地形地貌

研究区地貌类型属岩溶孤峰平原，总体地势西高东低，多数地段被残坡积、溶余堆积黏土所覆盖。坛洛村一带平坦开阔，石峰稀少，以单个石峰为主。地面标高86.78～89.9 m，地面较平坦。从卫星航片看，塌陷区位于北东向串珠状与西北向串珠状岩溶洼地交汇处，地形变化不大，低洼处多为鱼塘及水田等，地面标高约88.0～89.0 m。

研究区所在区域平面呈凹槽状，凹槽发育方向为北东向，走向约230°，多数为鱼塘。研究区及其附近发育数个串珠状岩溶洼地，洼地沿北东向发育，推测深约2.00 m。岩溶洼地平面形态多呈不规则的方形，剖面形态呈漏斗状，东西方向长10～250 m。

1.2 地层岩性与地质构造

坛洛镇塌陷群区上覆第四系溶余堆积层，为厚9.30～21.60 m的红黏土；下伏基岩为石炭系下统大塘阶(C1d)灰岩、白云岩和白云质灰岩等，岩层倾向东。研究区北西方向约500 m处有坛洛断层通过，断层走向为北西向，为区域性正断层。

1.3 水文地质条件

研究区附近主要地表水系为左江、右江、剪刀河及硃湖大塘，其中左江位于研究区东南约10 km，右江位于研究区东约8 km，剪刀河位于研究区南约7 km，硃湖大塘位于研究区南约350 m。

坛洛镇塌陷群区溶余堆积红黏土的中上部局部赋存松散岩类孔隙水，为上层滞水，水位埋深0.35～6.80 m，透水性弱，富水性差；下伏基岩为石炭系下统大塘阶(C1d)灰岩、白云岩和白云质灰岩等，为裂隙溶洞水，地下水位埋深5.79～12.86 m，富水性中等。

2 坛洛镇塌陷群的特征

2012年6月2日早上7时15分，西乡塘区坛洛镇坛洛村马重坡发生岩溶地面塌陷地质灾害，塌陷重点变形区范围约61 126 m2。根据塌陷和裂缝发育情况推测塌陷的影响范围，由塌陷和裂缝边界向外扩展至50～100 m的稳定区，长轴长约450 m，短轴宽约300 m，面积约100 600 m2，长轴走向68°，短轴走向约335°(图1)，灾害威胁62户共232人，潜在经济损失约870万元[2-3]。

图1 岩溶水位“低槽带”平面分布图

3 坛洛镇塌陷群的勘探和成果

3.1 坛洛镇塌陷群的勘探

本次研究坛洛镇塌陷群的主要勘探手段有水文地质测绘、物探、钻探和地下水动态监测等多种手段。在塌陷群影响范围内按比例尺1∶1000精度开展基础地质调查、水文地质调查、工程地质调查，共计调查面积5 km2；外围按1∶10000开展水文地质调查，共计调查面积18.40 km2。物探剖面围绕岩溶地面塌陷地质灾害影响的坛洛村马重坡布置，主要开展高密度电法、地质雷达等方法，控制测量深度10～50 m；采用钻探手段对物探异常(点)带进行验证，按孔距30～45 m布设勘探孔和物探异常查证孔，共布孔36个，其中控制孔8个，总进尺367.10 m；一般性孔21个，总进尺655.50 m；土层孔7个(查证物探解译为有土洞孔)，总进尺84.30 m；收集钻孔24个，总进尺430.80 m。6月2日—8月15日进行地下水动态监测，二中水井地下水位观测频率2次/d，对36个钻孔水位、17个周边水井进行了水位观测，统测水位共计2次，丰水期和枯水期各一次。

3.2 坛洛镇塌陷群的主要勘探成果

钻探查明了覆盖土体的厚度和岩性及浅层岩溶发育的部位，物探查明了岩土岩面，地下水位监测查明了塌陷区及附近的地下水位等值线分布和地下水动态，这些勘探工作取得了较好的效果，但物探解译有土洞而钻孔验证结果均未发现有土洞，主要是局部的上层滞水造成的异常。勘探工作成果取得以下认识：

(1)浅层岩溶发育和塌陷群的分布有关。坛洛镇塌陷群区基岩面标高65.19～78.82 m，基岩埋深9.30～21.60 m。对29个工程地质钻孔和16个收集钻孔的资料进行统计分析，其中有15个钻孔遇溶洞，钻孔遇洞率达到33.33%，线岩溶率1.12%～24.52%。利用标高对地面以下溶洞进行细分如表1，如图2所示。

表1 地下岩溶发育段情况表

图2 岩溶发育垂向分段剖面图

(2)岩溶水位“低槽带”和塌陷群的分布有关。本次研究发现：塌陷群中的19个塌陷坑分布在“低槽带”的有16个，占塌陷总数的84.2%；而“低槽带”外围地区仅3个，占塌陷总数的15.8%。从岩溶水位“低槽带”等水位线高程看，88～86 m水位区间内发育2个，占总数的10.52%；86～84、82～80、80～78 m水位区间内各发育3个，分别占总数的15.79%；84～82 m区间内发育有8个，占总数的42.11%，表明该水位区间最易发生岩溶地面塌陷。岩溶水位“低槽带”内容易发育塌陷群，岩溶水位“低槽带”与塌陷群的分布呈北东南西向展布吻合。

4 岩溶水位“低槽带”与塌陷群重叠的原因分析

浅层岩溶发育是岩溶地面塌陷的必备条件之一，溶洞及岩溶地下管道为地下水的集中径流提供条件。因此，地下水集中径流带其地下水位相对较低，从而形成岩溶水位“低槽带”，也可以说岩溶水位“低槽带”就是地下水强径流带。

岩溶平原区岩溶水位“低槽带”是周边地下水向 “低槽带”汇流，集中向下游径流，从而形成地下水强径流带，地下水强径流带更加容易形成和产生岩溶地面塌陷。地下水的水位波动为岩溶地面塌陷的动力条件之一,当地下水位下降时,水力坡度也将增大, 形成的空气压力变化在岩溶土洞或空腔中形成真空负压作用与吸蚀作用，从而对上覆土体产生破坏,同时地下水的流动将充填在岩溶空腔中的黏土颗粒带走,促进了岩溶塌陷的发生[4-5]。

实际上，根据坛洛镇塌陷群区地下水动态监测结果，岩溶平原区岩溶水位“低槽带”，即地下水强径流带区的二中新水井的水位升降幅度较大，5月31日—6月15日水位稳定，居于高位，6月15日—7月7日水位降到波谷值，且同时期该区ZK13水位埋深由4.0 m上升为6.30 m，而26—27日未降雨升至6.72 m，地下水下降幅度较大。而“低槽带”外围的ZK33、ZK35、ZK17号孔地下水水位略有上升，后呈逐步下降的趋势，总体上水位较稳定。

5 结论

(1)据勘探，研究区的浅层岩溶发育区，其岩溶水位“低槽带”和塌陷群的分布区基本一致。

(2)岩溶水位“低槽带”实际上是岩溶发育区和地下水强径流带，强径流带地下水水位涨落频繁，波动幅度大，水动力条件复杂多变，等水位线比较密集，水力坡度较大，易发生岩溶地面塌陷。

(3)通过地下水位监测研究岩溶水位“低槽带”确定岩溶塌陷危险区，是勘察评价岩溶地面塌陷危险性的方法之一。