四川彭山義和紅層塌陷的應急處治及成因分析

■辜順平

（四川省冶金地質勘查局六〇五大隊四川眉山620860）

四川彭山義和紅層塌陷的應急處治及成因分析

■辜順平

（四川省冶金地質勘查局六〇五大隊四川眉山620860）

四川紅層主要是侏羅系和白堊系地層，有少量第三系地層，在四川盆地及盆地邊緣地區(qū)廣泛分布，總面積約16.5萬km2。由于四川紅層具有獨特的工程性質［1］，在紅層地區(qū)地質災害頻繁、災害嚴重［2］，災害類型以滑坡、崩塌為主，其它災種少見。近幾年在成都平原開展工程勘察的鉆孔中，在紅層地層中零星發(fā)現(xiàn)由含鈣質礦物和石膏所引發(fā)的巖溶孔洞［3］。而發(fā)生在四川盆地西部紅層區(qū)的彭山義和地面塌陷，給我們研究四川紅層塌陷的成因及其環(huán)境地質意義，提供了一個難得的窗口和契機。

塌陷特征應急措施分析

四川紅層主要是侏羅系和白堊系地層，有少量第三系地層，在四川盆地及盆地邊緣地區(qū)廣泛分布，總面積約16.5萬km2。由于四川紅層具有獨特的工程性質［1］，在紅層地區(qū)地質災害頻繁、災害嚴重［2］，災害類型以滑坡、崩塌為主，其它災種少見。近幾年在成都平原開展工程勘察的鉆孔中，在紅層地層中零星發(fā)現(xiàn)由含鈣質礦物和石膏所引發(fā)的巖溶孔洞［3］。而發(fā)生在四川盆地西部紅層區(qū)的彭山義和地面塌陷，給我們研究四川紅層塌陷的成因及其環(huán)境地質意義，提供了一個難得的窗口和契機。

1　義和紅層塌陷的時空特征

義和地面塌陷位于眉山市彭山區(qū)義和鄉(xiāng)喻溝村4組。該塌陷發(fā)生于2015年4月14日凌晨2點，最初出現(xiàn)直徑約1.5m的塌陷坑，其后塌陷坑不斷擴大，至2015年4月22日逐漸趨穩(wěn)。塌陷坑直徑達12m，深度約20m，塌陷面積約111m2，體積方量約0.222× 104m3，為一小型規(guī)模的紅層塌陷地質災害，直接造成當?shù)?農(nóng)戶的4間平房毀壞，所幸未造成人員傷亡（見圖1）。

地面塌陷平面上大致呈圓形，塌陷坑邊緣陡直，土體較松散，現(xiàn)場可觀察到多條圓弧形地面裂縫，這些裂縫距塌陷坑沿一般1-2m，延伸長度2-3m，寬度5～10mm，表明塌陷坑存在進一步擴大的可能。

現(xiàn)場調查得知，塌陷發(fā)生前，當?shù)卮迕裎绰牭接挟愴懀辔纯匆姷孛娈a(chǎn)生下陷變形的跡象，這說明義和紅層塌陷具有突發(fā)性。

2　應急處治措施

義和紅層塌陷發(fā)生后，啟動了如下應急處治措施：

（1）避險安置：對受到威脅的住戶采取臨時避險安置措施，同時劃定危險區(qū)范圍，并設立警示帶隔離線，避免圍觀人群進入危險區(qū)。

（2）應急調查：由提供技術支撐的專業(yè)地勘單位開展現(xiàn)場調查，就該塌陷災害的特征、危害對象、穩(wěn)定性及發(fā)展趨勢進行調查評價，提出采取應急排危除險方式予以處治的意見，供國土主管部門決策參考。

（3）應急排危：由具備資質的單位按照省地災防治專家現(xiàn)場踏勘意見，編制應急排危除險設計并組織實施。采用對塌陷坑分層回填的工程措施，設計思路是陷坑底部采用填筑粗顆粒托底支撐，中間層采用加筋土提高填土強度減小沉降，上部表層作成隔水防滲層。工藝流程是先在塌陷坑底部鋪筑碎石土至設計初始標高，分層采用小型打夯機進行夯實，分層厚度0.5m，密實度要求85%，初次夯填時可能因塌陷坑底部土體松散因擠壓沉陷，考慮了50%超填量；分層填筑至設計初始標高后，鋪墊土工格柵，土工格柵分層厚度為0.5m，采用雙向滌綸土工格柵，型號TL50；填筑至近地表設計標高后，在表層鋪設一層2mm HDPE土工膜防滲，最后回填50cm厚度的粘土并壓實。

3　成因分析

根據(jù)義和紅層塌陷所處地質環(huán)境條件分析，塌陷的形成與地層巖性、地質構造和地下水有關，是水、巖、裂隙三者“耦合”的結果。

3.1含可溶鈣芒硝礦的地層為塌陷的形成提供了物質條件

塌陷附近出露的地層有白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）和第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl），其中白堊系地層系構成川西紅層的主要地層之一。

（1）白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）。該地層中含多層鈣芒硝礦層，巖層產(chǎn)狀130°∠32°，根據(jù)沉積特征和巖性組合將灌口組劃分為三段，由下而上為：

①第一段（K2g1）：為含礦帶底板層段，以暗紫色中厚層狀粉砂質粘土巖、泥質細沙巖為主。

②第二段（K2g2）：為含礦帶，細分為下、中、上三個帶。

下含礦帶（K2g2-1）：由13～18層鈣芒硝礦及12～17層夾層組成，總厚度54.08～66.32m。夾層由紫紅色粘土巖、粉砂質粘土巖及粉砂巖組成。

中部含礦帶夾層（K2g2-2）：由紫紅色薄層～中厚層狀白云質泥質細砂巖、粉砂質粘土巖、泥質粉砂巖等組成，厚度79.02～104.09m。

上含礦帶（K2g2-3）：由7～11層鈣芒硝礦及6～10層夾層組成，總厚66.49～77.06m。夾層由紫紅色泥質粉砂巖、粉砂巖及粉砂質粘土巖組成。

③第三段（K2g3）：為含礦帶頂板層段，以紫紅色、灰綠色薄至中厚層狀粉砂質粘土巖、泥質粉砂巖為主。

（2）第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）。分布于山體坡麓、溝谷地帶，巖性為粉質粘土，紅褐色，可塑～硬塑狀，層厚10～15m。

經(jīng)現(xiàn)場調查，義和塌陷處地表為厚約10m的粉質粘土，其下為灌口組第二段之下含礦帶細-粗晶鈣芒硝，再之下為灌口組第一段粉砂質粘土巖，而含可溶性鈣芒硝的白堊系紅層和地表覆蓋的第四系細粒土層，為紅層塌陷的孕育及發(fā)生提供了物質條件。

3.2背斜頂部發(fā)育的節(jié)理裂隙為塌陷的形成提供了空間條件

義和塌陷所在區(qū)域位于揚子準地臺四川臺拗川西凹陷成都斷凹西南部之眉山～普興凹陷內(nèi)，構造以褶皺為主（見圖2）。塌陷處于熊坡背斜南東翼，靠近背斜頂部。熊坡背斜南起洪雅，北至新津傾沒于第四系之下，長約81公里，橫寬為8～10公里。該背斜由三疊系須家河組～下第三系組成，外緣依次為大片侏羅系～白堊系各層組環(huán)繞，為一狹長不對稱背斜，軸向北東30°～50°，北西翼陡，傾角30°～60°，部分甚至直立或倒轉，南東翼平緩，一般15°～20°，靠近核部為30°～35°。

受縱彎褶皺作用形成的熊坡背斜，在背斜頂部因受拉伸作用，產(chǎn)生垂直層面的張節(jié)理和共軛剪節(jié)理，形成節(jié)理密集區(qū)，成為地下水賦存和下滲的有利部位；白堊系地層中由于鈣芒硝礦層與頂?shù)装鍑鷰r的能干性差異，順層擠壓使得可溶性礦層與圍巖之間產(chǎn)生變形差異，將弱化兩者之間原生結構面接觸緊密程度，從而形成有利于地下化學徑流的層間裂隙通道。

3.3豐富的地表水和地下水為塌陷的形成提供了媒介條件

義和塌陷位于中丘地貌區(qū)，微地貌為因剝蝕作用而成的一塊山間平地的邊緣。山間平地為當?shù)氐霓r(nóng)耕區(qū)，春季到秋季為水田，因此，地表水豐富且入滲時間長，有利于地表水就近補給地下水。同時，塌陷處北西方向地勢較高處、相距約1.2km為雙鳳水庫，水庫面積約20萬m2，系常年蓄水，同一坡向線上的水庫正好構成塌陷區(qū)地下水的補給區(qū)，調查當?shù)氐拿窬沧C實了這一點。所以，豐富的地表水通過下滲補給地下水，從熊坡背斜頂部向南東翼下部徑流，為塌陷的形成提供了多因素耦合的媒介條件。

3.4形成機制

在熊坡背斜隆起成山后，背斜頂部及靠近頂部的地層首先遭到剝蝕，使灌口組第二段含礦帶形成露頭，進而形成溶蝕洼地，后又被厚度約10m的第四系坡殘積土覆蓋，形成山間平地；而背斜頂部附近為節(jié)理密集區(qū)，有利于地下水賦存及流動；含礦帶中的可溶性鈣芒硝，在耦合媒介地下水的溶蝕下，形成所謂的化學徑流，順巖層、礦層中的層間裂隙，向背斜南東翼深處順傾向運移，而在鈣芒硝礦層中產(chǎn)生溶孔、溶隙，形成溶蝕淋濾帶，并在局部形成溶洞，同時對應地在其上覆土體中會形成應力拱來平衡土體自重，當溶洞逐漸擴大直到打破土體極限平衡時，就會形成地面塌陷。

4　討論

（1）分析表明義和紅層塌陷與碳酸鹽巖巖溶有區(qū)別，一是受可溶性礦層空間賦存狀態(tài)所限，在白堊系紅層區(qū)不易形成順地層傾向延伸的串珠狀塌陷坑；二是人類工程活動，如鈣芒硝礦地下開采井巷抽排水作業(yè)，形成降落漏斗［4］，改變區(qū)內(nèi)地下水平衡狀態(tài)，加快可溶鹽的溶蝕速度，將促使紅層塌陷加快形成。

（2）由于義和紅層塌陷具有隱蔽性和突發(fā)性，要預防此類災害，有必要針對受熊坡背斜控制的可溶性礦層露頭覆蓋區(qū)，特別是其中的民居區(qū)，開展紅層塌陷專項地質災害調查，配合采用地球物理方法，如地震反射法、高密度電法等，查清隱伏的紅層巖溶和土洞，再采取工程措施或搬遷避讓等措施，就能夠有效地避免紅層塌陷的危害。

［1］王子忠，許模.四川盆地含膏鹽紅層特征及壩基工程地質問題 ［J］.水利水電技術. 2011.03.

［2］黃紹檳，程強，胡厚田.四川紅層分布及工程環(huán)境特征研究 ［J］.公路.2005No.5

［3］彭國喜，覃雄謀，高磊.四川紅層中巖溶的分布特點及形成機制 ［J］.防災科技學院學報.2010.12.

［4］李守群，楊東，沈云龍，尹吉祥.四川眉山開采芒硝礦地下水的疏干與防治 ［J］.四川地質學報.2007.3.

F416.1［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-445-2

辜順平（1963～），男，高級工程師，研究方向為地質工程。