龙门县永汉片区岩溶发育特征及地面塌陷易发性评价

王孝亮

（广东省有色金属地质局九三五队）

永汉片区位于惠州市龙门县永汉镇东部，面积约30.4 km2，该区属地下水及地热资源集中开采区。根据收集前人资料分析，该区第四系及石炭系下统测水组地层下部石磴子组灰岩中岩溶极为发育，且均为隐伏岩溶。过量开采地下水资源极易引发地面塌陷等地质环境问题，因此，研究工作区岩溶发育特征及开展地面塌陷易发性评价对指导地下水资源的科学合理开发利用显得尤为重要［1-3］。本文在系统搜集和梳理前人成果的基础上，通过开展专项水文地质调查、物探、钻探及水文地质试验等工作，以期查明工作区50 m 以浅岩溶分布特征和发育规律，提出岩溶地面塌陷防治建议，为工作区地下水和地热资源的开发利用和工程建设提供科学指导。

1 工作区自然地理及地质背景

工作区地貌形态类型有丘陵、剥蚀残丘、冲洪积平原及谷地，主要以冲洪积平原及谷地为主，地表广泛分布第四系，地势平坦，地面标高一般在20～40 m，零星有剥蚀残丘出露，东侧及北、西外围为低山-丘陵地貌，地面标高一般70～770 m。

工作区内出露的地层主要为第四系更新统（Q3）、石炭系下统测水组（C1c）和泥盆系上统—石炭系下统帽子峰组与石炭系下统大赛坝组并层（D3C1m-C1ds），外围西北部出露的岩体主要为早白垩世花岗岩（γK1），见图1。工作区褶皱构造和断裂构造较为发育，该区位于北东向永汉向斜北段，向斜轴部位于永汉镇政府—梅州村一带，被第四系覆盖，局部剥蚀残丘见石炭系测水组（C1c）地层出露，据钻孔揭露，第四系下部为石炭系石磴子组（C1s）灰岩；通过物探和钻孔揭露，工作区内共发现7 条断层，主要分布在马星村和隔陂村一带，其中6 条为北东向隐伏断裂，倾角63°～85°，均较陡；1 条为北西向断裂，倾角65°，出露长约400 m，两端被第四系掩盖。

2 工作区岩溶发育特征

2.1 可溶岩分布特征

通过地表调查、物探、钻探等综合手段，工作区内未见可溶岩在地表出露，均为浅覆盖或埋藏型分布，隐伏的可溶岩地层岩性为泥盆系上统天子岭组（D3t）和石炭系下统石磴子组（C1s）灰岩。在平面上，隐伏的石磴子组可溶岩主要分布在永汉河一带冲洪积平原区域，隐伏的天子岭组可溶岩分布在永汉镇马星村一带谷地区域，可溶岩分布面积约19.18 km2，约占工作区总面积的63.1%。按埋藏类型划分，埋藏型可溶岩主要分布于工作区南部振东村龙石围组至官龙围、鹤湖围至窄岭冲洪积平台一带及隔陂村，面积约2.65 km2；覆盖型广泛分布于工作区除埋藏型范围的冲洪积平原及谷地，面积约16.53 km2。垂向上，隐伏的石磴子组可溶岩厚度大于409 m，轴夹角30°～45°，本次钻孔未揭穿该层；隐伏的天子岭组最大厚度约349 m，轴夹角30°～45°，下部为泥盆系中上统春湾组（D2-3c）砂岩。

2.2 岩溶发育程度

根据本次施工及收集以往钻探资料统计，工作区内52个钻孔中，揭露灰岩钻孔43个，其中7个属于埋藏型，36 个属于覆盖型；43 个揭露灰岩钻孔中9 个钻孔揭露到土洞，34 钻孔个揭露到溶洞，见洞率为79.1%。溶洞埋深为7.2～148.0 m，洞隙高度0.2～16.4 m，主要为半充填，少数为未充填，充填物主要为粉质黏土、粉细砂、角砾、碎石、圆砾、卵石等，见图2。工作区内岩溶强发育区面积18.08 km2，约占可溶岩分布区面积的94.3%；岩溶发育程度中等区面积1.10 km2，约占可溶岩分布区面积的5.7%。

2.3 岩溶发育规律及控制因素

（1）岩溶发育与岩性的关系。石磴子组可溶岩主要岩性为灰—灰黑色泥晶灰岩，生物泥晶灰岩，泥晶粉晶灰岩，见洞率为75.86%，钻孔岩溶率为0.8%～55.8%，溶洞多为半充填—全充填，少数未充填；天子岭组可溶岩主要由灰、青灰、灰黑色薄层或中厚层条带状泥晶灰岩夹少量薄层钙质页岩、细砂岩组成，见洞率为50.0%，钻孔岩溶率为1.7%～41.3%，溶洞多为未充填—半充填，少数全充填。相比较而言，工作区内石磴子组灰岩岩溶发育程度和溶洞充填程度较高。

（2）岩溶发育与上覆土层特性的关系。工作区内各钻孔岩溶发育及土洞厚度与上覆土层的种类及特性存在如下规律：当上覆土层为全风化砂岩时，岩溶堆积物（土洞）层厚度为0.9～2.8 m；当上覆土层为残积层粉质黏土时，岩溶堆积物（土洞）层厚度为4.3～5.2 m；当上覆土层为冲洪积卵石层时，岩溶堆积物（土洞）层厚度为2.4～3.7 m；当上覆土层为冲洪积层砾砂时，岩溶堆积物（土洞）层厚度为3.15 m；当上覆土层为冲洪积层粉土时，岩溶堆积物（土洞）层厚度为7.0～7.4 m。结果表明：①岩溶堆积物上覆土层工程地质力学强度越好，岩溶（土洞）发育的规模越小；②岩溶堆积物上覆土层的粒径越大，岩溶（土洞）发育的规模越小。

（3）岩溶发育与构造的关系。工作区内构造控制可溶岩分布特征明显，岩溶的发育程度也和构造关系密切。石磴子组可溶岩平面受褶皱构造影响，隐伏分布范围较大，岩层产状相对平缓，褶弯作用产生大量有利于岩溶发育的节理和裂隙，部分地段的向斜轴部，剥蚀残留上覆石炭系下统测水组砂岩、页岩，形成覆盖型和浅埋藏型2 种不同的隐伏岩溶类型。天子岭组可溶岩隐伏分布范围受北向东断层控制明显，呈北东向长条状分布。石磴子组可溶岩区域，平缓型褶皱非可溶岩可以起到悬托作用，利于侧向溶蚀。天子岭组可溶岩区受断层影响，岩层陡倾，非可溶岩无法起到悬托作用，地下水位较低，不利于水流侧向溶蚀，故石磴子组灰岩岩溶发育程度和溶洞充填程度相当于天子岭组灰岩均较高。

（4）岩溶发育与埋深的关系。石磴子组可溶岩区除断层附近钻孔外，溶洞主要发育于高程-35～15 m，其中高程-5～0 m最为发育。天子岭组可溶岩区钻孔较少，垂向溶洞分布规律不明显，高程-115 m 亦有溶洞分布。

3 岩溶地面塌陷易发性分区评价

3.1 分区评价方法

易发区是指具备地质灾害发生的地质环境条件，容易或者可能发生地质灾害的地区，分为高易发区、中易发区、低易发区和不易发区。岩溶地面塌陷易发性分区评价主要采用定性和半定量相结合的方法，通过选取评价指标、确定各指标量值和计算地面塌陷易发性指数等方式，进行岩溶地面塌陷易发性分析评价［4-5］。评价步骤为：

（1）选取评价指标。从影响岩溶地面塌陷的地质环境条件中选取岩溶发育程度、岩溶水钻孔单井涌水量、岩溶水位及动态变化、岩溶水位降深、覆盖土层岩性及结构、覆盖土层厚度及地貌特征共7个因素作为评价指标。

（2）确定评价指标的量化值。在选取评价指标的基础上，根据每个指标与岩溶地面塌陷稳定程度之间的关系将其划分为4个等级，每个等级赋予不同的量化值。当某等级对应的岩溶地面塌陷越不稳定时，其量化值越大，反之越小；其中对应塌陷高易发的赋予量化值4，对应中易发的为3，对应低易发的为2，对应非易发的为1，见表1。

（3）计算岩溶地面塌陷易发性指数。首先对照表1 将每个要素进行赋值（即确定7 个要素的量化值Xi），再按下列公式计算评价指数，计算出评价指数后参照表2确定岩溶地面塌陷的易发性。

式中，X为岩溶地面塌陷易发性评价指数；Xi为各评价指标因子的量化值。

3.2 分区评价结果

根据上述评价方法，将工作区岩溶地面塌陷的高易发区和中易发区进行提取，见图3。

（1）高易发区主要分布在永汉镇冲洪积平原内的秧地头、鹤湖围、隔陂、梅州和龙江围等村及东部谷地第四系覆盖区域的马星村一带，面积15.6 km2，约占可溶岩分布面积的81.3%。该区未见现状地面塌陷点，历史上有小型岩溶地面塌陷2 处，可溶岩以连续状纯碳酸盐岩为主，岩性为灰—灰黑色泥晶灰岩、生物泥晶灰岩、泥晶粉晶灰岩，埋藏类型为覆盖型，钻孔内溶蚀现象明显，岩溶发育程度为强发育；上覆地层岩性主要以粉质黏土、粉细砂、中粗砂、卵石、全风化砂页岩为主，岩层厚度9.5～54.5 m；地下水位变化幅度＞10 m/a，地下水在基岩面上反复波动。

（2）中易发区主要分布在见田村至鸡公岭、鹤湖围至窄岭、振东村一带及落新围至工作区北界、永汉收费站至黄河村一带，面积3.58 km2，约占可溶岩分布面积的18.7%。该区未见现状岩溶地面塌陷点，可溶岩以连续状纯碳酸盐岩、间层状次纯碳酸盐岩为主，岩性为灰、青灰、灰黑色薄层或中厚层条带状泥晶灰岩，夹少量薄层钙质页岩、细砂岩，埋藏类型有埋藏型和覆盖型，钻孔内溶蚀现象不明显，岩溶发育程度为中等发育—强发育；上覆地层岩性主要以粉质黏土、中粗砂、卵石、全—强风化砂岩、炭质页岩为主，岩层厚度16.8～36.0 m；地下水位变化幅度5～10 m/a，地下水在基岩面以上反复波动。

3.3 岩溶地面塌陷防治建议

根据工作区地质环境条件、岩溶分布特征及发育程度、易发性分区结果等，提出以下防治建议。

（1）在岩溶地面塌陷易发区进行工程建设时，建议在选址阶段开展以岩溶塌陷为主的专项地质灾害危险性评估，划定潜在的危险区域，制定防治措施及应急预案。重要建筑物及易产生次生灾害的重要设施（如贮存易燃易爆或者剧毒、强腐蚀性、放射性物质等）应尽量避开在岩溶塌陷高易发区选址建设。

（2）对难以避开在岩溶塌陷易发区进行工程建设的项目，建议对地基进行详细的勘察及严格的处理（如桩基、加固、充填、架桥、高压灌注等），工程应砌置在牢固的基岩上。岩溶易发区内应尽量避免大型机械强夯地基、大型爆破等施工作业，爆破、机械振动易诱发岩溶地面塌陷。

（3）工作区地下水位波动较大，应严格控制区域地下水的抽排量及地热资源的开采量和水位降深，建立地下水动态监测网点，密切关注区内钻井抽取地下水的情况，制定切实可行的动态监测制度。加强地面塌陷、地面沉降等灾害的监测工作，提高周边群众对地质灾害的防患意识。

（4）岩溶发育区域应加强对工业废水及生活污水的处理方式，防止或尽量减少工业废水及生活污水在岩溶地下管道内的排放、停滞、浸泡、下渗及溶蚀等作用，避免因此而引起的土层性质改变或岩溶地下管道、溶洞扩大及相关的化学溶蚀塌陷。

4 结论

（1）工作区均为隐伏可溶岩，初步圈定50 m 以浅可溶岩分布面积约19.18 km2，主要分布在永汉河冲、洪积平原区域和永汉镇马星村一带谷地区域；可溶岩岩性为泥盆系上统天子岭组（D3t）灰岩和石炭系下统石磴子组（C1s）灰岩，均包含覆盖型和埋藏型2 类，岩溶发育程度为强发育—中等发育，以强发育区为主，面积占比94.3%。

（2）工作区岩溶发育与构造发育、可溶岩岩性、溶洞上覆土层特性及溶洞埋深关系密切。岩溶分布和发育程度受断裂构造控制明显，石磴子组灰岩相较于天子岭组灰岩岩溶发育程度更高，岩溶堆积物上覆土层工程地质力学强度越好，岩溶发育的规模越小；岩溶堆积物上覆土层的粒径越大，岩溶发育的规模越小。

（3）工作区地下水位波动大，应严格控制地下水及地热资源的开采量和水位降深，建立地下水动态监测系统；在岩溶塌陷易发区进行工程建设时，建议在选址阶段开展以岩溶塌陷为主的专项地质灾害危险性评估，划定潜在的危险区域，制定防治措施及应急预案。