巖性特征與巖溶地面塌陷的關系
——以廣州市花都區巖溶地面塌陷為例

丁 琛

（廣州市地質調查院，廣東 廣州 510000）

巖溶地面塌陷是目前主要的地質災害之一，隨著社會經濟的發展，巖溶地面塌陷已成為巖溶發育地區城市發展的瓶頸。其形成與巖性、構造、水文、降雨等因數有關，巖性特征是巖溶發育的基礎，對巖溶地面塌陷具有決定性作用。花都區南部平原地帶位于廣州市西北部，在大地構造上位于廣花盆底東北部，毗鄰北部丘陵地帶。

該地區發育的隱伏灰巖，具有埋藏淺、厚度大、純度高的特點，巖溶也十分發育，曾發生多起巖溶地面塌陷。前期有不少學者對該地區、廣花盆底、金沙洲等地區進行巖溶研究[1-5]，但沒有從巖性特征方面對巖溶地面塌陷進行系統的闡述。本文以研究區巖性特征為研究對象，系統闡述地面塌陷發育研究區巖性的關系、以期對花都區城市開發建設、巖溶地面塌陷防治方面提供一定的技術支撐。

1 研究區概況

研究區位于廣州市北部，屬于沖、洪積平原，北高南低，海拔高度在5～50之間。區內屬于亞熱帶季風氣候區，氣候溫和，光熱充沛，雨量豐富。冬短夏長，冬季以偏北風為主，夏季以偏南風為主，年主導風向為北偏東。區內水系較為發達，河流縱橫交錯，水庫眾多，依山而建。

2 研究區地質概況

2.1 研究區構造發育特征

研究區位于華南華夏系構造與南嶺東西向構造帶交匯區的南部，經歷了加里東期、印支期、燕山期等多次構造運動，褶皺、斷裂較為發育。褶皺主要表現為緊密褶皺，主要為花縣復向斜斷裂主要呈東西、北東、北西三組斷裂，巖漿巖侵入強烈。

2.2 研究區地層發育特征

研究區沉積巖建造主要為泥盆系、石炭系、三疊系及第四季地層。揭露的泥盆系地層有帽子峰組（D1C1m）砂礫巖、天子嶺組（D3t）砂頁巖，主要分布在研究區東、西部，分布面積較小；石炭系地層要有石磴子組（C1s）灰巖、白云質灰巖，測水組（C1C）砂巖、粉砂巖，曲江組（C1q）砂巖、泥灰巖及含燧石灰巖，壺天群（C2ht）厚層狀泥灰巖，在研究區分布面積較廣，由于褶皺的關系，呈交替帶狀分布；三疊系小坪組（T3x）砂礫巖，分布面積較小，主要分布在研究區南部；第四系揭露的地層有燈籠沙組（Q34）粘土、礫砂，萬傾沙組（Q2-24）粘土、粉質粘土，橫欄組（Q2-14）礫砂、亞粉土，杏壇組（Q14）粉質粘土、細砂、中粗砂、礫砂，研究區均有分布，面積較廣，厚度一般7～10米。

侏羅紀侵入巖主要為中粗粒斑狀黑云母二長花崗巖，主要分布研究區北側丘陵地帶，少量呈點狀零星分布在研究區內。

3 巖溶地面塌陷發育規律

本次調查在研究區共發現13處巖溶地面塌陷區。按規模分級均為小型，主要分布在赤坭鎮、炭步鎮、花山鎮、花東鎮等地區。

3.1 可溶巖與地面塌陷的關系

根據本次調查，研究區巖溶發育強烈，分布廣泛。研究區內可溶巖主要為石炭系石蹬子組（C1s）灰巖、白云灰巖，此外壺天群（C2ht）厚層狀泥灰巖和曲江組（C1q）灰巖也有巖溶發育，多為隱伏灰巖，上覆第四系粘土、砂土層。在同等條件下，可溶巖純度越高，厚度越大，巖溶越發育。根據巖礦測試報告，研究區灰巖成分主要為碳酸鈣，含量在80%以上，純度高、厚度大，巖溶發育強烈，為巖溶地面塌陷形成奠定物質基礎。

3.2 第四系與巖溶的關系

根據本次調查結果，研究區巖溶地面塌陷主要分布在北北東向次級背斜隆起帶上，該隆起帶上覆蓋層厚度小于10m。總體上其巖性從地面向地下依次為粉質粘土、粉土和粉細砂，它的結構松散，抗塌能力差。這種“上粘下砂”結構直接覆蓋在石炭系灰巖之上，粘土具有弱承壓型，砂土具有良好的導水性，通過灰巖的基巖的節理裂隙與巖溶水聯通，構成雙層介質的統一含水系統。因此，在地下水位劇烈升降，地下水動力條件頻繁變化時，產生較強烈的滲透潛蝕作用，從而導致地面塌陷。

3.3 巖溶地面塌陷的形成

由上述可知，研究區巖溶地面塌陷主要分布在次背斜隆起帶上，基巖為石炭系石蹬子組灰巖，根據現場調查及鉆探數據，巖石節理裂隙發育，并有方解石細脈；上覆第四系較薄，第四系巖性主要為典型的“上粘下砂”，結構，下部砂層抗塌陷能力差，導水性好，地下水流通性強。

在地下水流動過程中，地下水沿節理裂隙與灰巖中的巖溶水進行交換，加快灰巖中的巖溶發育，形成溶洞，在次過程中，少量細砂等第四系地層沿節理裂隙進入灰巖中；隨著溶洞的進一步發育，溶洞擴大，直接與上覆砂層接觸，導致砂層進入溶洞，從而形成土洞，隨著土洞的擴大，上覆粘土層懸空，在重力及吸蝕效應等作用下，形成地面塌陷。如圖1。

圖1 巖溶地面塌陷形成示意圖

5 結論

綜上所述，研究區巖溶地面塌陷的形成與基巖及上覆巖層有緊密聯系，根據本次調查結果，可以得出：

（1）可溶巖育是巖溶地面塌陷形成的物質基礎和必要條件。在可溶巖厚度大、純度高、節理裂隙發育的地段，巖溶發育強烈地段，溶洞規模大，易于形成巖溶地面塌陷；

（2）上覆地層巖性是巖地面塌陷形成的有利條件。第四系地層松散、抗塌陷能力差，下伏可溶巖中溶洞發育后，易于形成土洞，從而形成地面塌陷。