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關鍵詞：巖溶塌陷；形成機理；防治措施

摘要：根據研究區巖溶發育特點，從區內的地層巖性、覆蓋層、構造、水文地質條件及人為因素等多方面入手，研究區內地面塌陷的成因，并利用高密度視電阻率法、地震反射波法、面波勘探法、鉆探及地下水長期觀測等手段，研究區內溶洞、土洞的分布特征。據此，分析區內巖溶塌陷的形成機理，并提出相應的防治措施。劉備寨村巖溶塌陷主要發育在村中河道和溝谷邊緣及基巖淺埋區，塌陷災害具有隱伏性、突發性、群發性、多因性等特點。巖溶塌陷給城鎮建設帶來不利影響的同時，更對人民的生命財產安全構成嚴重的威脅。通過對劉備寨村巖溶塌陷的形成因素的研究，得出劉備寨村巖溶塌陷的機理模型，確定積極的防治措施，減少或消除塌陷災害，無疑對未來城市建設與發展具有十分重要的意義。

1劉備寨村巖溶塌陷形成因素

巖溶塌陷一般形成因素包括具備開口型溶洞、溶隙的碳酸巖鹽、一定厚度的松散覆蓋層及易于改變的地下水力條件［1］。通過研究劉備寨村內地質環境，確定本區巖溶塌陷發生的形成因素受地層巖性、覆蓋層特征及厚度、構造、地下水動力條件和人為因素的影響。1．1地層巖性研究區下伏基巖為中元古界薊縣系霧迷山組白云巖，傾向155°～185°，傾角37°～68°。屬可溶性碳酸鹽巖，其化學成分主要為MgCO3、CaCO3，可溶于弱酸性水，溶解度大，溶液不易飽和，易形成規模較大的溶洞；淺部基巖風化破碎巖溶裂隙發育，聯通性好，透水性強。

1．2覆蓋層特征及厚度

劉備寨村地處遵化盆地，地勢總趨勢東北高西南低。第四系厚度分布極為不均，北部及西南山區基巖裸露，西部第四系厚度為30～50m；中東地區第四系厚度為20～70m。第四系沉積物上部以粉質粘土為主，其下是以粉質粘土為主的粗砂、砂礫、卵礫石互層，礫砂中密，砂層連續性較差。各層在研究區中部分布較均勻，自中心向四周逐漸變薄；在基巖面普遍存在一層隔水層棕紅色粉質粘土，但局部缺失存在"天窗"。鉆孔揭露，在基巖淺埋區，第四系粉質粘土沉積層具有大量垂直裂隙，為第四系孔隙水和巖溶裂隙水提供通道；且第四系砂層有被擾動現象。根據對已發生地面塌陷點的統計分析，得出研究區覆蓋層厚度與巖溶塌陷的關系,結果表明，劉備寨巖溶塌陷分布較均勻，各覆蓋層厚度處均有塌陷發生，與覆蓋層厚度關系不大。且發生概率均在20％左右，因此，本研究區內巖溶塌陷與覆蓋層厚度關系不大，塌陷坑呈現特點是覆蓋層厚度較小區域，塌陷坑以圓形為主，塌陷坑直徑也較小；而覆蓋層厚度較大區，塌陷坑多以近圓形為主，塌陷坑直徑也較大。

1．3構造研究

區北部，基巖出露區發現2條層間滑動斷層F6、F7，斷層特征如下：F6，為正斷層，長為55．9m，傾向為165°，傾角為65°；F7，為正斷層，長為60．6m，傾向為174°，傾角為45°。劉備寨村2004年之前的地面塌陷多數集中在F6、F7附近；研究區南部，多被第四系覆蓋，通過高密度電法解譯出5條斷層，分別編號為F1、F2、F3、F4、F5。其中，前4條走向近東西，屬順層滑動斷層，F5走向近南北，屬正斷層；通過地震反射波，解譯出F1、F2、F3，3條斷層，與高密度電法成果一致。區內施工鉆孔揭露，在白云巖層間夾有多層0．4～1．6m的泥鈣質夾層，且有落鉆現象，印證了斷層的存在及此2種物探方法工作成果的可靠性；通過高密度視電阻率電法勘測發現隱伏溶洞2個，分別編號R1、R2，隱伏土洞10個，分布編號T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10；面波勘探解譯出土洞12個，分布編號A1、B1、C1、D1、A2、B2、A3、B3、C3、D3、A4、B4，其中D1與T1、T2重合。

1．4水文地質條件研究

區地處低山丘陵區，地下水類型分為第四系孔隙水和巖溶裂隙水。受地形影響，第四系孔隙水主要分布在山谷邊緣及河道兩側，基巖中發育巖溶裂隙水。通過調查區內水井，測量第四系孔隙水和基巖裂隙水混合水位，證明兩層水之間聯系密切；鉆孔顯示，位于基巖面以上的隔水層棕紅色粉質粘土局部缺失，存在天窗，加之斷層發育，形成了地下水聯系的天然通道。從而，加速了巖石風化帶、構造破碎帶附近土洞的形成。

1．5人為因素

由于1995～2002年期間，研究區內干旱少雨，同時加大了地下水的抽取量，2002年水位較1994年以前下降了近10．0m，直至2004年水位有所回升。研究顯示，區內在黎河附近形成小型地下水降落漏斗，如圖2所示。漏斗中心水位埋深在15．0m左右，周邊水位埋深20．0m左右。在漏斗中心附近正是農田機井分布密集區域。由于大量抽取地下水，導致地下水位下降，致使周邊水流向漏斗中心。地下水位的頻繁升降變化及長期匯流，致使第四系土體反復經歷浸潤－塌落，最終導致松脫的土體被水流帶走而形成土洞。其次地表水入滲及地面荷載機械振動時，也會造成土洞塌陷。

2研究區巖溶塌陷的機理分析

根據以往對巖溶塌陷形成機制研究成果［4－7］，分析本區巖溶塌陷主要屬于滲透變形，符合唐山巖溶塌陷模型的三元結構［8］。第四系孔隙水通過垂直裂隙、隔水層天窗下流補給基巖裂隙水，受自然地形坡降影響，地下水沿裂隙通道流速增大而形成匯流。此過程中可沖刷、帶走溶洞溶隙中的松散充填物，并對覆蓋層底部產生潛蝕和掏空作用。人工抽水使巖溶水水位降低時，覆蓋層中的孔隙水沿垂直裂隙在下部有巖溶溶隙溶洞的地方，于土層中形成集中滲漏點，在巖土接觸面地帶可產生流土或接觸沖刷現象進而產生土洞。降雨發生后，由于地表水、第四系水沿垂直裂隙的滲漏補給，地下水位快速回升，上升的地下水不僅頂托沖刷裂隙周圍土體，還使土體浸潤軟化，水位的反復變化，使覆蓋層底部反復吸水、脫水、松脹、剝落和被帶走，在下伏溶洞（隙）開口處產生土洞的雛形，當土洞不斷向上擴展，洞頂上部蓋層的自重力超過土體抗剪強度時，洞頂垮塌，塌陷形成。

3結論

（1）研究區下伏基巖為中元古界薊縣系霧迷山組白云巖，基巖可溶于水，淺部基巖風化，巖溶裂隙發育；研究區第四系覆蓋層分布特征為西薄東厚，厚度一般20～70m，下部以多層含粗砂、礫石的粉質粘土為主，且底部局部缺失隔水層，有利于巖溶塌陷的發生；研究區構造發育，加強了地下水聯系，且地下水受天氣、季節影響，水位波動大，變化劇烈，是導致巖溶塌陷的主要因素；研究區巖溶塌陷形成機制是滲透變形，符合唐山巖溶塌陷模型的三元結構。

（2）為防止巖溶塌陷再次頻繁發生，建議采取以下防治措施：a．控制深井巖溶水的開采，避免使水位在較短時間內快速下降。b．對村內低洼處的溝渠河道、集水坑及以及已發現的地表水滲漏點采取排水防滲措施，進行防滲封堵處理，避免地表水急劇集中滲漏。

參考文獻：

［1］河北省地礦局第四水文地質工程地質大隊．河北省唐山市巖溶塌陷地質災害防治前期勘查報告［R］．滄州：1994．

［2］左文哲，董軍義，劉善軍，等．河北省唐山市山間盆地巖溶塌陷特點及成因分析———以遵化市劉備寨村巖溶塌陷為例［J］．水土保持通報，2007，27（6）：174－177．

［3］左文哲，董軍義，劉善軍，等．唐山市北部山區巖溶塌陷機制初探［J］．工程勘察，2008，（8）：29－32．

［4］鄭彥華，李昌存．唐山市典型巖溶塌陷概述［J］．地球與環境，2005，（s1）：331－336．

［5］王洪濤，恩志，李士雄．唐山市巖溶地面塌陷成因機制與迭置分析方法［J］．中國巖溶，1996，15（4）：312－318．

［6］賀可強，王濱，萬繼濤．棗莊巖溶塌陷形成機理與致塌模型的研究［J］．巖土，2002，23（5）：564－569．

［7］王濱，賀可強，姜先橋，等．巖溶塌陷滲壓效應致塌機理研究———以山東省棗莊市巖溶塌陷為例［J］．中國地質災害與防治學報，2005，16（1）：18－22．

［8］雷明堂，蔣小珍，李喻．唐山市巖溶塌陷模型試驗研究［J］．中國地質災害與防治學報，1997，（s1）：179－186.

作者：申偉坤1；李昌存2 單位：1．河北省地礦局第五地質大隊，2．華北理工大學