巖性特征與巖溶地面塌陷的關(guān)系
——以廣州市花都區(qū)巖溶地面塌陷為例

丁 琛

（廣州市地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510000）

巖溶地面塌陷是目前主要的地質(zhì)災(zāi)害之一，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，巖溶地面塌陷已成為巖溶發(fā)育地區(qū)城市發(fā)展的瓶頸。其形成與巖性、構(gòu)造、水文、降雨等因數(shù)有關(guān)，巖性特征是巖溶發(fā)育的基礎(chǔ)，對(duì)巖溶地面塌陷具有決定性作用。花都區(qū)南部平原地帶位于廣州市西北部，在大地構(gòu)造上位于廣花盆底東北部，毗鄰北部丘陵地帶。

該地區(qū)發(fā)育的隱伏灰?guī)r，具有埋藏淺、厚度大、純度高的特點(diǎn)，巖溶也十分發(fā)育，曾發(fā)生多起巖溶地面塌陷。前期有不少學(xué)者對(duì)該地區(qū)、廣花盆底、金沙洲等地區(qū)進(jìn)行巖溶研究[1-5]，但沒(méi)有從巖性特征方面對(duì)巖溶地面塌陷進(jìn)行系統(tǒng)的闡述。本文以研究區(qū)巖性特征為研究對(duì)象，系統(tǒng)闡述地面塌陷發(fā)育研究區(qū)巖性的關(guān)系、以期對(duì)花都區(qū)城市開發(fā)建設(shè)、巖溶地面塌陷防治方面提供一定的技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)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(qū)內(nèi)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，光熱充沛，雨量豐富。冬短夏長(zhǎng)，冬季以偏北風(fēng)為主，夏季以偏南風(fēng)為主，年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸逼珫|。區(qū)內(nèi)水系較為發(fā)達(dá)，河流縱橫交錯(cuò)，水庫(kù)眾多，依山而建。

2 研究區(qū)地質(zhì)概況

2.1 研究區(qū)構(gòu)造發(fā)育特征

研究區(qū)位于華南華夏系構(gòu)造與南嶺東西向構(gòu)造帶交匯區(qū)的南部，經(jīng)歷了加里東期、印支期、燕山期等多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，褶皺、斷裂較為發(fā)育。褶皺主要表現(xiàn)為緊密褶皺，主要為花縣復(fù)向斜斷裂主要呈東西、北東、北西三組斷裂，巖漿巖侵入強(qiáng)烈。

2.2 研究區(qū)地層發(fā)育特征

研究區(qū)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(yè)巖，主要分布在研究區(qū)東、西部，分布面積較小；石炭系地層要有石磴子組（C1s）灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，測(cè)水組（C1C）砂巖、粉砂巖，曲江組（C1q）砂巖、泥灰?guī)r及含燧石灰?guī)r，壺天群（C2ht）厚層狀泥灰?guī)r，在研究區(qū)分布面積較廣，由于褶皺的關(guān)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(qū)南部；第四系揭露的地層有燈籠沙組（Q34）粘土、礫砂，萬(wàn)傾沙組（Q2-24）粘土、粉質(zhì)粘土，橫欄組（Q2-14）礫砂、亞粉土，杏壇組（Q14）粉質(zhì)粘土、細(xì)砂、中粗砂、礫砂，研究區(qū)均有分布，面積較廣，厚度一般7～10米。

侏羅紀(jì)侵入巖主要為中粗粒斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖，主要分布研究區(qū)北側(cè)丘陵地帶，少量呈點(diǎn)狀零星分布在研究區(qū)內(nèi)。

3 巖溶地面塌陷發(fā)育規(guī)律

本次調(diào)查在研究區(qū)共發(fā)現(xiàn)13處巖溶地面塌陷區(qū)。按規(guī)模分級(jí)均為小型，主要分布在赤坭鎮(zhèn)、炭步鎮(zhèn)、花山鎮(zhèn)、花東鎮(zhèn)等地區(qū)。

3.1 可溶巖與地面塌陷的關(guān)系

根據(jù)本次調(diào)查，研究區(qū)巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，分布廣泛。研究區(qū)內(nèi)可溶巖主要為石炭系石蹬子組（C1s）灰?guī)r、白云灰?guī)r，此外壺天群（C2ht）厚層狀泥灰?guī)r和曲江組（C1q）灰?guī)r也有巖溶發(fā)育，多為隱伏灰?guī)r，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(fā)育。根據(jù)巖礦測(cè)試報(bào)告，研究區(qū)灰?guī)r成分主要為碳酸鈣，含量在80%以上，純度高、厚度大，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，為巖溶地面塌陷形成奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.2 第四系與巖溶的關(guān)系

根據(jù)本次調(diào)查結(jié)果，研究區(qū)巖溶地面塌陷主要分布在北北東向次級(jí)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(zhì)粘土、粉土和粉細(xì)砂，它的結(jié)構(gòu)松散，抗塌能力差。這種“上粘下砂”結(jié)構(gòu)直接覆蓋在石炭系灰?guī)r之上，粘土具有弱承壓型，砂土具有良好的導(dǎo)水性，通過(guò)灰?guī)r的基巖的節(jié)理裂隙與巖溶水聯(lián)通，構(gòu)成雙層介質(zhì)的統(tǒng)一含水系統(tǒng)。因此，在地下水位劇烈升降，地下水動(dòng)力條件頻繁變化時(shí)，產(chǎn)生較強(qiáng)烈的滲透潛蝕作用，從而導(dǎo)致地面塌陷。

3.3 巖溶地面塌陷的形成

由上述可知，研究區(qū)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?guī)r，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及鉆探數(shù)據(jù)，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，并有方解石細(xì)脈；上覆第四系較薄，第四系巖性主要為典型的“上粘下砂”，結(jié)構(gòu)，下部砂層抗塌陷能力差，導(dǎo)水性好，地下水流通性強(qiáng)。

在地下水流動(dòng)過(guò)程中，地下水沿節(jié)理裂隙與灰?guī)r中的巖溶水進(jìn)行交換，加快灰?guī)r中的巖溶發(fā)育，形成溶洞，在次過(guò)程中，少量細(xì)砂等第四系地層沿節(jié)理裂隙進(jìn)入灰?guī)r中；隨著溶洞的進(jìn)一步發(fā)育，溶洞擴(kuò)大，直接與上覆砂層接觸，導(dǎo)致砂層進(jìn)入溶洞，從而形成土洞，隨著土洞的擴(kuò)大，上覆粘土層懸空，在重力及吸蝕效應(yīng)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(jié)論

綜上所述，研究區(qū)巖溶地面塌陷的形成與基巖及上覆巖層有緊密聯(lián)系，根據(jù)本次調(diào)查結(jié)果，可以得出：

（1）可溶巖育是巖溶地面塌陷形成的物質(zhì)基礎(chǔ)和必要條件。在可溶巖厚度大、純度高、節(jié)理裂隙發(fā)育的地段，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈地段，溶洞規(guī)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(fā)育后，易于形成土洞，從而形成地面塌陷。