思南縣火石堆巖溶塌陷成因分析

田小林

（貴州省地質礦產勘查開發局114地質大隊，貴州遵義563000）

火石堆區域位于貴州省思南縣香壩鎮北東部、香壩河左岸中部斜坡地帶，出露地層為二疊系上統長興組(P3c)石灰巖，地上地下巖溶發育均十分強烈，雙重巖溶空間密布，加之受地形地貌及二疊系吳家坪組(P3w)泥巖夾層阻隔，地下水在P3c 石灰巖中集中運移和徑流，且與大氣降水注入式補給交替循環迅速，同時因上覆第四系土層覆蓋較薄，具備發生巖溶塌陷的基本條件。2016年3月暴雨過后該區出現2處巖溶塌陷(TX1和TX2)，塌陷坑平面形態均呈圓形，直徑分別為1.0m和2.5m，深度分別為2.9m 和9.0m，上覆第四系土層厚6.0m和4.5m，形成時均為上覆土層與下伏基巖同時陷落，形成后土層未被搬運而存留坑底，具有進一步擴大的可能和一定程度的危險性。

1 水文地質條件

火石堆區域位于貴州高原東部，整體地勢北西高、南東低，最高點位于北西角濫井溝一帶，海拔960m，最低點位于南東角香壩河谷地帶，海拔462m，相對高差500m 左右，受香壩河深切，地形整體起伏較大。區域上碳酸鹽巖主要有二疊系吳家坪組(P3w)、長興組(P3c)及三疊系夜郎組玉龍山段(T1y2)，巖性以石灰巖、燧石灰巖及泥灰巖為主[1]，是區域巖溶水賦存的主要含水巖組；碎屑巖主要為三疊系夜郎組沙堡灣段(T1y1)及吳家坪組(P3w)頂部厚度約15m 的泥頁巖及砂泥巖，是基巖裂隙水賦存的主要含水巖組?；鹗褏^域出露長興組(P3c)石灰巖，巖性相對較純，厚度較大，巖溶發育極為強烈，地表洼地、落水洞密布，大氣降水主要通過這些天然巖溶通道注入式補給，受地形地貌及吳家坪組(P3w)頂部泥頁巖相對隔水層控制，地下水集中在長興組(P3c)石灰巖較為發育的溶洞及裂隙中運移和徑流，徑流方向遷就于長興組(P3c)地層分布區而呈北東至南西徑流，最終于盧家灣西南受香壩河深切以巖溶大泉、出水溶洞或地下河出口等形式排泄。因區內強烈的巖溶發育和較陡的地形起伏，地下水交替循環迅速，具有“徑流集中、快補快排”的溶洞管道水特點[2]?？傮w上該區巖溶發育強烈、地下水活動劇烈，具備形成巖溶塌陷的地質基礎和水動力條件。見圖1。

2 巖溶發育特征

2.1 地表巖溶發育特征

火石堆區域出露地層為二疊系上統長興組（P3c）石灰巖，厚度82～100m，因質地相對較純，地表巖溶發育極為強烈，主要的巖溶個體形態有3 個洼地、3 個落水洞及1 處溶蝕裂隙。洼地總體呈橢圓形和長條形，長16～60m、寬3～15m、深1.5～2.5m；落水洞總體呈近圓形，直徑約10m、深約10m；溶蝕裂隙集中發育4 條，走向220°、傾向180°、呈垂直發育、寬0.1～0.3m、延伸長度0.5～3m、粘土充填?？傮w上該區地表巖溶個體形態規模小至中等，發育深度較淺，上覆松散土層總體較薄，屬早期形成的古塌陷，揭示了該區地質歷史上存在巖溶塌陷的發生。見表1。

2.2 地下巖溶發育特征

根據物探解譯結果[3]，區內地下巖溶形態主要包括7處巖體破碎帶及3處溶洞，發育地層均為二疊系上統長興組（P3c）石灰巖中。巖體破碎帶總體發育寬度18.06～160.48m，發育高度13.02～44.90m，平面上總體輪廓呈近似圓形，斷面上呈漏斗狀，開口較大，底部狹窄或稍狹窄，局部夾松散土層，土層厚2.56～7.68m，大部分與土層直接接觸，發育高程533.32～604.48m，巖溶發育埋深2.56～7.68m。地下溶洞總體發育寬度16.20～97.54m，發育高度15.06～31.72m，平面上呈不規則狀，斷面上呈近似圓形或橢圓形，溶洞中部分被松散土層充填，大部分屬空洞，發育高程532.28～608.50m，巖溶發育埋深8.5～34.62m，屬淺部發育巖溶?？傮w上區內地下巖溶具有淺部相對發育強烈、規模大而寬緩、以垂向發育為主，深部相對發育較弱、規模小而狹宰、以水平發育為主的特征。見表2。

3 巖溶塌陷形成機制

3.1 巖溶塌陷類型

巖溶塌陷是指在巖溶地區下部可溶巖層中的溶洞（洞穴）或上覆土層中的土洞，因自身洞體擴大或在自然與人為因素影響下，頂板失穩引起局部或整體坍塌造成地面出現塌陷的現象。根據其形成特點可分為土層塌陷（塌陷體為土層）、基巖塌陷（塌陷體為基巖）和復合型塌陷（上覆土層與下伏基巖同時塌陷）三類[4]。由于火石堆區域主要分布長興組（P3c）石灰巖，且地下溶洞及溶蝕裂隙等巖溶空間發育，上覆第四系土層厚0～16m，結合塌陷坑TX1 及TX2 上覆土層厚6.0m 和4.5m、且均為上覆土層與下伏基巖頂板同時陷落，據此說明區內巖溶塌陷類型主要為復合型塌陷。

表1 地表巖溶發育特征

表2 地下巖溶發育特征

3.2 巖溶塌陷形成機制

根據火石堆區域巖溶塌陷的類型及發育特征分析，區內巖溶塌陷的形成機制類型主要為潛蝕機制[5]，即地下水在碳酸鹽巖和上覆松散土層中運移和徑流產生沖刷、掏蝕、溶蝕及滲透等作用，促使巖溶地下空間頂板松動、破碎或消除，在暴雨等自然動力條件誘發下，導致上覆土層和基巖頂板同時坍落，在地表形成塌陷。由此說明形成區內復合型巖溶塌陷的條件主要包括地下巖溶空間的存在、強烈的地下水動力條件及一定厚度的上覆松散土層。

4 巖溶塌陷形成條件

4.1 地下巖溶空間

地下巖溶空間是塌陷體的儲存空間和運移通道，是發生巖溶塌陷的首要條件。區內地下巖溶空間主要有地下溶洞及地下巖體破碎帶，根據巖溶發育特征，區內地下巖溶空間主要分布于火石堆至盧家灣一帶，其中巖體破碎帶7 處，發育寬度18.06～160.48m，高度13.02～44.90m；地 下 溶 洞3 處，發 育 寬 度16.20～97.54m，高度15.06～31.72m，基本無充填，發育地層均為P3c 石灰巖。這些地下巖溶空間在平面上呈帶狀展布，分布延伸方向210°，垂向上發育深度沿平面延伸方向逐漸增加?？傮w上該區域地下巖溶空間發育數量多、分布密度及規模較大，既是區內地下水賦存、運移和徑流的主要通道，也是容納、搬運塌陷物質及產生塌陷的主要空間。

4.2 地下水動力作用

地下水動力作用是形成巖溶塌陷的必要條件，同時也是影響塌陷發展的最主要因素?；鹗褏^域整體處于香壩河最低排泄基準面左岸斜坡地帶，相對高差約80m，水力坡度較大，加之地表及地下巖溶發育強烈，地下水運移及徑流通道充足、三水交替循環迅速、動態變化迅猛，造就了區內復雜、活動強烈的地下水環境。一方面強烈的地下水活動加劇了地下巖溶的發育，形成了充足的地下巖溶空間，為塌陷體的堆積和搬運提供了有利通道及空間；另一方面地下水滲透和運移在基巖上覆土層中產生潛蝕作用，將土層細小顆粒液化并搬運帶走，在土層中形成土洞，進而加劇巖溶塌陷的形成。見圖2。

4.3 上覆松散土層

一定厚度的基巖上覆松散土層是形成區內復合型巖溶塌陷的基礎物質條件，同時也是塌陷體的組成部分，土層的物質成分、結構、厚度均控制著巖溶塌陷的形成、分布和規模?；鹗褏^域基巖上覆松散土層主要為第四系粘土及松散堆積層，巖性以土黃色、灰褐色粉質粘土為主，含沖擊砂礫、殘坡積粘土及亞粘土，具有雙層結構，厚度0～16m，土層顆粒間粘聚能力較差，在水流滲透作用下，其細小顆粒易于被潛蝕搬運進而掏空破壞，易于塌陷形成。由于區內該土層分布不連續、厚度不均勻，導致塌陷的形成趨向于存在土層厚度較薄、地下巖溶空間發育的區域發展。

5 結語

（1）火石堆區域處于香壩河最低排泄基準面左岸斜坡中部，地形較陡、地下水活動劇烈，出露長興組(P3c)石灰巖質地較純，巖溶發育極為強烈，淺埋型地下巖溶空間密布，上覆松散土層較薄且分布不連續，地下洞體頂板厚度薄且埋深淺，在突發暴雨加載、地下水搬運掏空作用下，地下洞體基巖頂板及其上覆土層發生整體坍落是形成巖溶塌陷的主要原因。

（2）由于火石堆至盧家灣第四系土層逐漸變薄、地下水活動程度逐漸加強，地下巖溶空間及古塌陷坑分布密度高，整體屬巖溶塌陷高易發區，存在已有塌陷進一步擴大和新發生巖溶塌陷地質災害的可能。因此，為保障當地人民生命及財產安全，建議對已有塌陷坑進行及時治理，同時加強區域監測預警和做好防治措施。