摘要：贺江信都-铺门段一带岩溶地面塌陷具发生频率高，规模小等特点。针对近年陷坑发生频率及潜在危害有趋高之势，文章从水文工程地质条件，岩溶发育情况、上覆盖层的厚度结构及其渗透性、水动力条件、地震影响程度及陷坑特征出发，前人的成因机制理论对本地区的岩溶地面塌陷形成机制与成因模式进行探讨，认为该区岩溶地面塌陷形成机制为地下水潜蚀机制和重力至塌模式，成因模式为土体坍塌。
关键词：岩溶地面塌陷；成因模式；信都-铺门
1前言
1.1概念的提出
岩溶地面塌陷指覆盖在溶蚀洞穴之上的松散土体，在外动力或人为因素作用下产生的突发性地面变形破坏[1]。岩溶地面塌陷一般发生在覆盖型岩溶区，第四纪松散该层厚底小，地下水埋深不大，地下水资源丰富，适宜人类生活居住，通常为人口密度大、工业农业相对发达的人类活动强度大的区域，同时人类活动是诱发岩溶地面塌陷的主要因素，将近70%的岩溶地面塌陷是由人类活动导致[2]。
1.2信都-铺门一带岩溶地面塌陷现状
贺江信都-铺门段沿河一带为人口密集区，岩溶地面塌陷频发，规模不大，直径1米左右为主，村民已习以为常，一般填埋后继续耕作或修整陷坑后继续居住，基本上无复活的现象，故不上报自然资源部门，无法进行专业的观测和统计。近年来塌陷发生的频率有增大的趋势，岩溶地面塌陷的危害性不可小觑。
2概况
2.1自然地理
信都-铺门一带位于广西贺州市八步区南部与梧州市苍梧县北东部接壤地区，属南岭山地丘陵区，亦属两广丘陵的一部分，岩溶地面塌陷分布地段主要为河流阶地（I阶、II阶），地势较平坦。气候属亚热带季风气候区，雨量充足，气候温和。多年平均气温19.9℃，多年平均降雨量1533毫米，雨季一般由四月上旬开始，至九月下旬结束，降雨量约占年总量的70%。水系属珠江流域西江水系。
2.2地质概况
贺江信都-铺门段两岸河流阶地第四纪松散堆积物属流水冲刷成因，为第四纪桂平组、望高组堆积物，主要为含砾（卵）砂质粘土，粘质砂土、砂砾石层，常具双层、多层结构，下伏地层为东岗岭组、巴漆组和信都组，前两者为碳酸盐岩，后者为碎屑岩。
2.3水文地质工程地质概况
第四系覆盖层特征：贺江I阶为流水冲积形成，由含砾（卵）砂质粘土，粘质砂土组成，厚3-6.5米，含孔隙潜水，水位埋深1.3-3.4米，水量中等；II阶为冲积、洪积形成，由砂质粘土，含砾（卵）砂质粘土、砂砾层组成，厚3-11米，含孔隙潜水，水位埋深2-4米，水量贫乏。土层力学性质见表1。
下伏基岩特征：下伏基岩主要为层状中等坚硬-坚硬碳酸盐岩，其次为层状碎屑岩，碳酸盐岩属东岗岭组、巴漆组，岩溶中等发育，岩溶以溶隙、溶洞为主，岩石力学性质见表2。
表1 土力学特征[3][4]
表2 岩石力学特征[3][4]
3岩溶地面塌陷的分布特征
3.1时间分布
发生时间分布于2月份到9月份，相对集中于5-8月份，约占70%。5-8月份属雨季，地下水变动活跃，利于岩溶塌陷的形成。
3.2空间分布
①多分布在贺江两岸，傍水而生(图1)，地下水和地表水水力联系密切、转化频繁，在自然条件下易于发生潜蚀作用。②主要分布在第四系松散盖层较薄地段。贺江信都-铺门段江I、II阶冲积物洪积物厚3-11米，是岩溶地面塌陷多发区。③产生在岩溶发育区。下伏基岩为碳酸盐岩即覆盖型岩溶区方见岩溶塌陷产生，下伏基岩为碎屑岩的尚未发现地面塌陷。④降落漏斗中心附近。机民井抽排水形成地下水位降落漏斗，地下水位及地下水径流强度变化迅速，易引起塌陷生成。
4产生的地质条件
4.1岩溶发育
下伏地层东岗岭组、巴漆组的灰岩、白云岩及白云质灰岩等可溶岩是岩溶地面塌陷形成的物质基础，溶隙、溶洞破坏岩体结构，为容纳盖层陷落物质及地下水运动提供条件。
4.2岩溶的开口程度
基岩与盖层交界处的溶洞、溶隙开口程度为上覆塌落物质的运移提供通道。当溶洞规模较大、管道网络连通较好，盖层破坏后的松散破坏物很快被搬运走[5]。
4.3盖层厚度、结构及渗透性
发生于覆盖型岩溶区的塌陷与覆盖岩土体的厚度、结构和性质存在着密切关系[1]，通过统计，信都-铺门一带岩溶塌陷多发生在土层厚度为3-6米的区域，偶见发生于1.5-2米厚度区域。土层均为单层结构，岩性为含砾（卵）砂质粘土和粘质砂土。砂土类渗透系数相对大，塌陷呈相对集中分布（如图1北部的石岐）。
4.4水动力条件
孔隙水与岩溶水水力联系密切、水交替强烈，是岩溶地面塌陷产生的重要条件[6]，雨季贺江水位暴涨暴跌和上游合面狮水库泄洪造成贺江水位快速变化造成沿河两岸地下水水动力急剧变化，加速地下水的溶蚀、浮托、潜蚀、搬运作用，诱发岩溶地面塌陷。
5成因机制探讨
5.1成因机制理论
岩溶地面塌陷成因机制理论占主导地位的有两种，即地下水潜蚀机制和真空吸蚀机制，其它机制尚有重力致塌模式、冲爆、震动和荷载模式。
①地下水潜蚀机制：在地下水作用下岩溶洞穴中的物质和上覆盖层沉积物产生潜蚀、冲刷和掏空作用，结果导致岩溶洞穴或溶隙中的填充物被水流带走，产生土洞，在地下水位下降过程中，渗透水压在覆盖层中产生垂向渗透潜蚀作用，土洞向上扩展最终导致地面塌陷。②真空吸蚀机制：岩溶顶板盖层在自身重力及溶洞内因水位下降产生的真空负压的影响下向下剥落或崩塌，在地表形成岩溶塌陷坑。③重力至塌模式：自身重力使岩溶洞穴上覆盖层逐层剥落或整体下陷产生岩溶地面塌陷。④冲爆模式：岩溶空间及土洞中的高压气体或水头，随着地下水位上涨压力，冲破岩土体发生“爆破”破碎岩土体，破碎的岩土体在重力和水流的作用下陷入岩溶洞穴最终在地面形成塌陷。⑤震动模式：由于震动作用，降低岩土体的机械强度，从而发生地面塌陷。⑥载荷致塌模式：主要指人为荷载超过洞顶盖层的强度，压塌发生塌陷的现象。
图1岩溶地面塌陷分布示意图
5.2成因机制讨论
上述成因机制具有普遍性，由于不同地区地质条件不同，岩溶地面塌陷形成的主要因素亦不同，现将用前人总结的成因机制对本区岩溶地面塌陷成因机制进行讨论分析。
①地下水潜蚀机制适用于本区，据实地调查，区内岩溶塌陷地下水潜蚀作用确实存在，与塌陷形成时间集中于雨季及空间分布普遍有“傍水而据”的特性相符。②真空吸蚀机制：区内无大规模大强度的抽排地下水活动，不存在地下水位急剧大幅度下降现象，真空吸蚀机制不适用于本区。③重力至塌模式：岩溶地面塌陷在形成发展过程或多或少有重力至塌模式参与，土洞在往上扩展过程中覆盖层物质在自身重力往下剥落现象不可忽视。④冲爆模式：区内无大规模大强度的抽排地下水活动，不存在地下水位急剧大幅度下降现象，冲爆模式不适用于本区。⑤震动模式：主要指地震震动。2016年7月31日17点18分，梧州市苍梧县发生5.4级地震，震中附近即地震烈度Ⅵ度区内地震诱发岩溶地面塌陷多处且具有一定的滞后性[7]。本区处于地震烈度Ⅵ度区外，据调查访问及相关调查资料，本区无地震诱发岩溶地面塌陷出现的记载或口述材料。地震作用可能对溶洞或土洞顶板稳定性造成一定的影响，但远未达到极限平衡状态，或与本区处于地震烈度Ⅵ度区外，震动影响程度有限有关。震动模式不完全适用于本区。
⑥载荷致塌模式不适用于本区。
6岩溶地面塌陷成因模式分析
岩溶地面塌陷是多因素综合影响的结果，是力学失衡问题。本区岩溶地面塌陷均产于覆盖型岩溶区，下伏碳酸盐岩岩溶发育程度中等，开口向上的溶洞、溶隙等普遍存在，水位上下波动会破坏上覆土体力学平衡状态，不断引发局部坍塌破坏，直至地面塌陷，故本区岩溶地面塌陷的成因模式为：土体坍塌造成的岩溶地面塌陷。
结语
通过本区岩溶地面塌陷的分析探讨发现，岩溶地面塌陷形成机制适用于地下水潜蚀机制和重力至塌模式，成因模式为土体坍塌造成的岩溶地面塌陷。建议日后运用先进手段开展该区岩溶地面塌陷预测预报等方面的研究等。
参考文献
[1]潘懋,李铁峰.灾害地质学[M].北京：北京大学出版社，2012
[2]王旋.浅谈岩溶地面塌陷原因及形成机理[J].大科技,2015（02）:188- 189.
[3]1：20万贺县幅区域水文地质报告[R].1983
[4]1：20万梧州幅区域水文地质报告[R].1988
[5]王建秀,杨中立.阻水盖层分布区岩溶塌陷的物质基础及成因研究[J].水文地质工程地质,2000(04):21
[6]高宗军.岩溶地面塌陷形成机理与成因模式研究—以山东泰安-莱芜为例[J].中国工程科学,2008年第10卷第4期:41.
[7]刘伟威.贺州市“7.31”苍梧地震诱发地质灾害调查报告[R].桂林:广西壮族自治区贺州地质环境监测站,2016
论文作者:蒙勋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/8/1
标签：岩溶论文; 地面论文; 成因论文; 地下水论文; 模式论文; 机制论文; 重力论文; 《基层建设》2019年第9期论文;