岩溶地面塌陷地质灾害调查及成因分析

岩溶地面塌陷地质灾害调查及成因分析

徐家明

江苏省地质工程勘察院江苏南京211102

摘要：我国碳酸盐岩地层分布地区约国土面积约1/3，且其具有显著地可溶性，在降雨及地下水活动强烈地区，易出现地面塌陷地质灾害，给城镇及道路等基础设施建设带来诸多不利影响，给人民的生命、财产安全造成严重威胁。本文以某一典型地区岩溶地面塌陷地质灾害发生后，通过钻探、辅以物探方法来查明岩溶分布特征、发育规律等，为该区地质灾害治理提供可靠依据，并为类似地区的岩溶地面塌陷调查及成因分析提供可借鉴的经验。

关键词：岩溶地面塌陷；地质灾害；地质雷达

1前言

南京汤山景区是江苏省内岩溶强烈发育地区，区内汤山北麓某税务学校多次发生岩溶地面塌陷灾害，学校连廊也多次出现塌方，虽经过修缮，但多次塌陷形成陷坑已经连为一体，塌陷范围仍在扩大。

2勘查区概述

2.1气象水文

工作区气候温暖湿润，属北亚热带季风气候。区内雨量充沛，年平均降雨117天，降雨量1106.5mm，6～9月降水量占全年的一半。汤山附近地表水系不甚发育，工作区内无大河流，仅有汤水河一条排水河，及小型灌溉渠与地面积水池塘，雨季积水成塘，沟渠成河，干旱时池塘缺水，河渠断流。

2.2地形地貌

调查区域内按成因类型及形态，可分为低山丘陵地貌单元（Ⅰ区）和侵蚀波状平原区（Ⅱ区）。其中Ⅰ区山体主要由奥陶系灰岩组成，局部地区可见侵入的石英闪长斑岩；Ⅱ区包含岗地地貌和岗间坳地地貌。

2.3地层及构造

工作区及附近出露的前第四纪地层有寒武系中上统（∈2-3）观音台群、奥陶系（O）、志留系（S）、白垩系上统（K2）浦口组、赤山组。其中观音台群和奥陶系中下统均以白云岩和白云质灰岩为主，在区内大面积分布。区内汤山山体及羊山南坡为前第四纪地层出露，山前波状岗地平原及冲沟地带皆为第四纪松散堆积覆盖，溶洞中尚有洞穴堆积。

汤山位于宁镇弧形褶皱中部偏西地段，不同期次、性质各异、方向不同的褶皱、断裂十分发育。

3地质灾害发育特征

3.1塌陷区的平面位置

区内共发现6处地质灾害点，其中塌陷坑3处，地面变形3处，分别位于汤水河河床部位和汤水河两侧，属剥蚀低山丘陵地貌。（图1）

3.3岩溶的分布特征

游泳馆到7号楼与8号楼连廊、8号楼东部岩溶最为发育，岩溶大多已经被充填，充填物多为粗砂夹碎石或以粉质粘土为主等，局部为空洞。

岩溶发育区域及其附近地段浅部土层多发生水土流失，多有土层不密实，脱空、空洞等现象，伴有地面塌陷、下沉变形现象，给建筑物带来危害。

3.4地下水特征

本区地下水类型主要为碳酸盐岩溶洞裂隙水，其补给来源主要是大气降水，迳流较快。汤山地区由于长期开采地下水，不同区域地下水位变化较大，本次钻探中未揭示到地下水。

4岩溶地面塌陷成因分析

通常认为地下水在土岩界面活动时易产生岩溶地面塌陷，但汤山地区岩溶塌陷成因相对复杂，其成因主要有以下几个方面：有可溶性岩石、断裂构造发育、地下水作用等。

4.1可溶性岩石分布广泛（见图5），岩溶发育强烈：工作区除ZK17孔揭露有闪长斑岩侵入体之外，其余区域均为奥陶系灰岩，该层灰岩形成于距今4.40～5.00亿年间，至今已经经历了多次构造运动，汤山地区的岩溶发育也表现出长期性、多代性和继承性的特点。

①古生代海陆交替

在震旦纪至三叠纪，海陆的频繁变迁导致本区准地台型盖层历经沉积间断与夷平。古岩溶是碳酸岩遭受大气降水及深部热水溶蚀作用的产物，形成于渗入型交替阶段，从岩相分析，雷公炼灰厂南采石场所揭露的不同于奥陶纪灰岩的灰白、肉红色的次生粗晶灰岩可能代表该期岩溶堆积。

②中生代褶皱断块山地与盆地

印支早期的金子运动使本区地层开始褶皱，三叠纪末的南象运动使准地台盖层隆起，形成了台褶带，最终结束海侵历史，宁镇陆地形成，开始了漫长的渗入型交替阶段，古岩溶发育。汤山南侧面向干旱盆地的朱砂洞再充填的红色钙质砂岩可能为该期沉积。

③新生代差异升降的山地与洞穴发育

经长期剥蚀，宁镇地区形成老第三纪夷平面，渐新世中晚期全球海面下降，喜马拉雅运动二期导致青藏高原隆升，全球气候显著变冷，南极东部形成冰盖。至中新世中期气候显著湿热，海面上升，青藏高原主夷平面开始形成。同期中国东部因拉张断裂，构成丘陵盆地广布的地貌格局，在长江下形成较广泛的夷平面。宁镇地区相应的地貌高程在100m左右，由砂砾层组成，被称为“新生代冰前基准面”或“第四纪冰前基准面”。在汤山新区，此级剥蚀夷平面经改造为山麓面。中更新世初，在山麓面和其它一些适当的部位以泥流堆积、冰缘堆积的粘土砾石为主。其后气候温暖乃至湿热，经过长期湿热风化，长江中下游地区广泛发育成红土或网纹红土砾石层。岩溶化强度和规模相对增强，是第四纪岩溶发育的主要时期。南京直立猿人洞穴可能在这个时期完成扩展并发生充填的。

4.2断裂发育或交叉部位有利于岩溶发育，根据勘查区基岩地质图（见图5），区内发育有多组北西西向和北东东向断裂，这些断裂对岩溶的发育有非常积极的作用。因此，工作区岩溶发育，由于受不同其次构造作用的影响，岩溶形态非常复杂，既有水平发育带又有垂直发育带。

4.3地下水作用：工作区所在地区覆盖层厚度在5米左右，汤水河一带表层覆盖物中粉土、粉砂含量较高，溶洞中也有较多的粉土粉砂充填，由于该地区地下水位埋藏较深，地下水带走表层土体的可能性不大，但汤山地区位于亚热带季风气候区，降雨量较大，雨水除部分沿地表汤水河径流之外，大部分沿地表入渗，由于下部岩溶发育，雨水经常将表层的粉土、粉砂带走，常此以往便导致了地面塌陷的产生。工作区内TX2、TX3几次产生塌陷都是在暴雨时发生，也很好的印证了这一观点。

5岩溶地面塌陷稳定性和发展趋势分析

5.1稳定性分析

根据本次勘探工作，并结合近期该地区塌陷变形情况，将勘查区划分为易塌陷区、较易塌陷区和相对稳定区。

易塌陷区为地表已经产生变形，且物探和勘查解译岩溶较为发育的地区，校内分布于TK2、TK3，以及BX1、BX2、BX3所在地区，易塌陷区面积约739m2。

较易塌陷区位于外围物探和勘查解译岩溶和土洞发育地区，在一定条件下局部产生塌陷的可能，勘查区大部分地区都属于较易塌陷区，该区面积约5861m2。

相对稳定区位于外围南侧岩溶土洞不发育地区，该区面积约2089m2。.

5.2发展趋势分析

学校内TX2、TX3塌陷坑所在地区，由于下部40米以浅存在规模较大的溶洞，且溶洞充填程度较差，有产生迅速塌陷的可能，该地区在前段时间又产生过一次剧烈的坍塌，其发展变形特点表现为剧烈坍塌，如不及时治理，甚至会导致学校7、8号楼的倒塌。

街道所在地区溶洞厚度较大，多为开口溶洞，有一定程度的充填，充填物中粉土、粉砂含量较高，长期的降雨作用下会导致溶洞充填物的流失而引起地面的变形，导致建筑的开裂。

6结论

由于岩溶发育的差异性及复杂性，在岩溶地区进行地质灾害勘查工作应在充分了解调查区域内气象、水文、区域地质、地质灾害等资料的基础上，采用工程地质测绘和调查、地球物理勘探和钻探等多种手段相结合的方法进行。勘查工作过程中，应重视对区域地质构造、断裂、地下水条件、基岩的调查，在此基础上研究工作区内岩溶的发育、分布特征及规模，为地质灾害治理提供可靠地依据，减少并消除由于岩溶作用所产生的地质灾害。

参考文献

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