巖溶塌陷區(qū)巖溶水位的“低槽帶”特征
——以南寧壇洛鎮(zhèn)塌陷為例

2021-04-25 00:24:42李海良江思義黃上威

資源信息與工程 2021年2期

李海良, 江思義, 黃上威

(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，廣西南寧 530029)

0 引言

巖溶地面塌陷是巖溶地區(qū)特有的一類地質(zhì)災(zāi)害[1]。一般認為碳酸鹽巖淺層巖溶發(fā)育、松散蓋層和地下水動力條件為巖溶塌陷產(chǎn)生的三個必要條件，因此，勘探和研究上述三個必要條件是勘查和評價巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的抓手。

對地下淺層巖溶的勘探國外仍認為鉆探方法最可信,但由于其成本昂貴,且因地下巖溶發(fā)育的極不均勻性、布孔的隨機性等，國內(nèi)較常用的勘察方法以大比例尺地面地質(zhì)測繪和地球物理勘探為主，而物探方法具有多解性，需鉆探去驗證異常。鉆探驗證的許多異常也往往與地下巖溶或土洞無關(guān)。

廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站對壇洛鎮(zhèn)塌陷群進行了勘探，查明了巖溶塌陷群的分布與淺層巖溶強發(fā)育區(qū)和巖溶水位“低槽帶”基本上是重疊的，認為巖溶平原區(qū)巖溶水位“低槽帶”的分布區(qū)也是淺層巖溶強發(fā)育和巖溶地面塌陷的主要分布區(qū)，因此，查明巖溶水位“低槽帶”是巖溶塌陷勘察和評價的一個重要方法。

1 壇洛鎮(zhèn)塌陷群地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

研究區(qū)地貌類型屬巖溶孤峰平原，總體地勢西高東低，多數(shù)地段被殘坡積、溶余堆積黏土所覆蓋。壇洛村一帶平坦開闊，石峰稀少，以單個石峰為主。地面標高86.78～89.9 m，地面較平坦。從衛(wèi)星航片看，塌陷區(qū)位于北東向串珠狀與西北向串珠狀巖溶洼地交匯處，地形變化不大，低洼處多為魚塘及水田等，地面標高約88.0～89.0 m。

研究區(qū)所在區(qū)域平面呈凹槽狀，凹槽發(fā)育方向為北東向，走向約230°，多數(shù)為魚塘。研究區(qū)及其附近發(fā)育數(shù)個串珠狀巖溶洼地，洼地沿北東向發(fā)育，推測深約2.00 m。巖溶洼地平面形態(tài)多呈不規(guī)則的方形，剖面形態(tài)呈漏斗狀，東西方向長10～250 m。

1.2 地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造

壇洛鎮(zhèn)塌陷群區(qū)上覆第四系溶余堆積層，為厚9.30～21.60 m的紅黏土；下伏基巖為石炭系下統(tǒng)大塘階(C1d)灰?guī)r、白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r等，巖層傾向東。研究區(qū)北西方向約500 m處有壇洛斷層通過，斷層走向為北西向，為區(qū)域性正斷層。

1.3 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)附近主要地表水系為左江、右江、剪刀河及硃湖大塘，其中左江位于研究區(qū)東南約10 km，右江位于研究區(qū)東約8 km，剪刀河位于研究區(qū)南約7 km，硃湖大塘位于研究區(qū)南約350 m。

壇洛鎮(zhèn)塌陷群區(qū)溶余堆積紅黏土的中上部局部賦存松散巖類孔隙水，為上層滯水，水位埋深0.35～6.80 m，透水性弱，富水性差；下伏基巖為石炭系下統(tǒng)大塘階(C1d)灰?guī)r、白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r等，為裂隙溶洞水，地下水位埋深5.79～12.86 m，富水性中等。

2 壇洛鎮(zhèn)塌陷群的特征

2012年6月2日早上7時15分，西鄉(xiāng)塘區(qū)壇洛鎮(zhèn)壇洛村馬重坡發(fā)生巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害，塌陷重點變形區(qū)范圍約61 126 m2。根據(jù)塌陷和裂縫發(fā)育情況推測塌陷的影響范圍，由塌陷和裂縫邊界向外擴展至50～100 m的穩(wěn)定區(qū)，長軸長約450 m，短軸寬約300 m，面積約100 600 m2，長軸走向68°，短軸走向約335°(圖1)，災(zāi)害威脅62戶共232人，潛在經(jīng)濟損失約870萬元[2-3]。

圖1 巖溶水位“低槽帶”平面分布圖

3 壇洛鎮(zhèn)塌陷群的勘探和成果

3.1 壇洛鎮(zhèn)塌陷群的勘探

本次研究壇洛鎮(zhèn)塌陷群的主要勘探手段有水文地質(zhì)測繪、物探、鉆探和地下水動態(tài)監(jiān)測等多種手段。在塌陷群影響范圍內(nèi)按比例尺1∶1000精度開展基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查、工程地質(zhì)調(diào)查，共計調(diào)查面積5 km2；外圍按1∶10000開展水文地質(zhì)調(diào)查，共計調(diào)查面積18.40 km2。物探剖面圍繞巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害影響的壇洛村馬重坡布置，主要開展高密度電法、地質(zhì)雷達等方法，控制測量深度10～50 m；采用鉆探手段對物探異常(點)帶進行驗證，按孔距30～45 m布設(shè)勘探孔和物探異常查證孔，共布孔36個，其中控制孔8個，總進尺367.10 m；一般性孔21個，總進尺655.50 m；土層孔7個(查證物探解譯為有土洞孔)，總進尺84.30 m；收集鉆孔24個，總進尺430.80 m。6月2日—8月15日進行地下水動態(tài)監(jiān)測，二中水井地下水位觀測頻率2次/d，對36個鉆孔水位、17個周邊水井進行了水位觀測，統(tǒng)測水位共計2次，豐水期和枯水期各一次。

3.2 壇洛鎮(zhèn)塌陷群的主要勘探成果

鉆探查明了覆蓋土體的厚度和巖性及淺層巖溶發(fā)育的部位，物探查明了巖土巖面，地下水位監(jiān)測查明了塌陷區(qū)及附近的地下水位等值線分布和地下水動態(tài)，這些勘探工作取得了較好的效果，但物探解譯有土洞而鉆孔驗證結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)有土洞，主要是局部的上層滯水造成的異常?？碧焦ぷ鞒晒〉靡韵抡J識：

(1)淺層巖溶發(fā)育和塌陷群的分布有關(guān)。壇洛鎮(zhèn)塌陷群區(qū)基巖面標高65.19～78.82 m，基巖埋深9.30～21.60 m。對29個工程地質(zhì)鉆孔和16個收集鉆孔的資料進行統(tǒng)計分析，其中有15個鉆孔遇溶洞，鉆孔遇洞率達到33.33%，線巖溶率1.12%～24.52%。利用標高對地面以下溶洞進行細分如表1，如圖2所示。

表1 地下巖溶發(fā)育段情況表

圖2 巖溶發(fā)育垂向分段剖面圖

(2)巖溶水位“低槽帶”和塌陷群的分布有關(guān)。本次研究發(fā)現(xiàn)：塌陷群中的19個塌陷坑分布在“低槽帶”的有16個，占塌陷總數(shù)的84.2%；而“低槽帶”外圍地區(qū)僅3個，占塌陷總數(shù)的15.8%。從巖溶水位“低槽帶”等水位線高程看，88～86 m水位區(qū)間內(nèi)發(fā)育2個，占總數(shù)的10.52%；86～84、82～80、80～78 m水位區(qū)間內(nèi)各發(fā)育3個，分別占總數(shù)的15.79%；84～82 m區(qū)間內(nèi)發(fā)育有8個，占總數(shù)的42.11%，表明該水位區(qū)間最易發(fā)生巖溶地面塌陷。巖溶水位“低槽帶”內(nèi)容易發(fā)育塌陷群，巖溶水位“低槽帶”與塌陷群的分布呈北東南西向展布吻合。

4 巖溶水位“低槽帶”與塌陷群重疊的原因分析

淺層巖溶發(fā)育是巖溶地面塌陷的必備條件之一，溶洞及巖溶地下管道為地下水的集中徑流提供條件。因此，地下水集中徑流帶其地下水位相對較低，從而形成巖溶水位“低槽帶”，也可以說巖溶水位“低槽帶”就是地下水強徑流帶。

巖溶平原區(qū)巖溶水位“低槽帶”是周邊地下水向 “低槽帶”匯流，集中向下游徑流，從而形成地下水強徑流帶，地下水強徑流帶更加容易形成和產(chǎn)生巖溶地面塌陷。地下水的水位波動為巖溶地面塌陷的動力條件之一,當?shù)叵滤幌陆禃r,水力坡度也將增大, 形成的空氣壓力變化在巖溶土洞或空腔中形成真空負壓作用與吸蝕作用，從而對上覆土體產(chǎn)生破壞,同時地下水的流動將充填在巖溶空腔中的黏土顆粒帶走,促進了巖溶塌陷的發(fā)生[4-5]。

實際上，根據(jù)壇洛鎮(zhèn)塌陷群區(qū)地下水動態(tài)監(jiān)測結(jié)果，巖溶平原區(qū)巖溶水位“低槽帶”，即地下水強徑流帶區(qū)的二中新水井的水位升降幅度較大，5月31日—6月15日水位穩(wěn)定，居于高位，6月15日—7月7日水位降到波谷值，且同時期該區(qū)ZK13水位埋深由4.0 m上升為6.30 m，而26—27日未降雨升至6.72 m，地下水下降幅度較大。而“低槽帶”外圍的ZK33、ZK35、ZK17號孔地下水水位略有上升，后呈逐步下降的趨勢，總體上水位較穩(wěn)定。