張洪明，田維強(qiáng)

（貴州省地礦局第二工程勘察院，遵義 563000）

沿河縣譙家鎮(zhèn)抬頭井地面塌陷成因分析

張洪明，田維強(qiáng)

（貴州省地礦局第二工程勘察院，遵義 563000）

基于烏江流域地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查資料，分析該地面塌陷的地質(zhì)背景、形態(tài)特征和成因。地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和大氣降雨構(gòu)成其自然成因，而煤礦建設(shè)中的抽排地下水和爆破作業(yè)是其人為誘因。

地面塌陷；巖溶裂隙；地質(zhì)構(gòu)造；煤礦作業(yè)

1 前言

地面塌陷［1］是地質(zhì)災(zāi)害的一種類型，其產(chǎn)生在時(shí)間上具有突發(fā)性、在空間上具有隱蔽性特點(diǎn)，一旦發(fā)生其危害十分嚴(yán)重。地面塌陷的形成除自然因素外，往往與人類工程活動有著密切關(guān)系。根據(jù)調(diào)查資料，沿河縣地面塌陷主要分布在譙家鎮(zhèn)，而譙家是沿河縣的產(chǎn)煤基地，是地下采掘工程活動最為強(qiáng)烈的地區(qū)。然而在譙家一帶的地面塌陷既有巖溶塌陷，也有地下采空塌陷，也有兩者共同作用下形成的地面塌陷。2008年8月5～9日沿河縣連續(xù)降雨，雖然雨量不大，但在8月11日凌晨4時(shí)譙家鎮(zhèn)韓家村井鄉(xiāng)二組抬頭井西南側(cè)約650m處的斜坡體上發(fā)生地面塌陷，居住在塌陷坑邊緣的一戶村民難逃厄運(yùn)，造成1人死亡，毀房4間。

2 塌陷區(qū)地質(zhì)背景

2.1 地形地貌特征

塌陷區(qū)屬中－低山斜坡地貌，地形上總體西北高南東低，山頂高程1 228.8m，最低點(diǎn)位于塌陷坑南東側(cè)一帶，高程890m左右，相對高差約340m。區(qū)內(nèi)屬典型的碳酸鹽溶蝕地形地貌，坡面上沖溝、巖溶洼地、巖溶漏斗較為發(fā)育。地形坡度12°～20°，總體坡向130°。

2.2 地層巖性

塌陷區(qū)域出露地層有二疊系中統(tǒng)棲霞至茅口組、上統(tǒng)吳家坪組、長興組和第四系。

（1）二疊系中統(tǒng)棲霞至茅口組（P2q－m）：為深灰、淺灰色及灰黑色中至厚層灰?guī)r及含燧石泥晶生物屑灰?guī)r夾炭泥質(zhì)灰?guī)r組成，分布于區(qū)內(nèi)北西側(cè)斜坡上部地帶，厚度大于100m。

（2）二疊系上統(tǒng)吳家坪組（P3w）：由深灰色、灰色、淺灰色薄至中厚層生物屑灰?guī)r、燧石灰?guī)r夾薄層碳質(zhì)頁巖，底部含有煤層，厚度大于150m。

（3）二疊系上統(tǒng)長興組（P3c）：為深灰色、灰色中至厚層含生物屑泥晶灰?guī)r，含硅質(zhì)團(tuán)塊及燧石團(tuán)塊及條帶，局部夾瀝青質(zhì)頁巖，厚度大于50m。

（4）第四系（Q）：為殘坡積粘土、碎石土，整個(gè)斜坡表面均有分布，厚0～8m。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

塌陷區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺黔北臺隆遵義斷拱鳳岡NNE向構(gòu)造變形區(qū)，譙家向斜北西冀，地層呈單斜產(chǎn)出，巖層產(chǎn)狀140°∠23°，受區(qū)域構(gòu)造影響，巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育，導(dǎo)致巖體完整性較差。主要發(fā)育兩組，一組傾向210°～230°，傾角80°～90°，線密度1～1.5條/m；另一組傾向300°～310°，傾角75～85°，線密度0.5～1條/m。

2.4 水文地質(zhì)條件

根據(jù)區(qū)內(nèi)出露的地層巖性及地下水在含水介質(zhì)中的賦存特征，塌陷區(qū)地下水類型可分為巖溶水、基巖裂隙水和第四系松散巖類孔隙水。

（1）巖溶水

賦存于二疊系中統(tǒng)棲霞至茅口組（P2q－m）、上統(tǒng)吳家坪組（P3w）和長興組（P3c）碳酸鹽巖的地下洞穴、巖溶管道、巖溶裂隙中，以巖溶管道水為主，受季節(jié)性降雨影響，富水性強(qiáng)。

（2）基巖裂隙水

主要賦存于二疊系上統(tǒng)吳家坪組（P3w）底部煤系地層形成的節(jié)理裂隙中，為弱含水層。

（3）第四系松散巖類孔隙水

賦存于第四系粘土、碎石土中，受季節(jié)性降雨影響大，含水性較弱。

區(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降雨的補(bǔ)給，沿地表沖溝、巖體中的節(jié)理裂隙、巖溶管道從區(qū)內(nèi)北西側(cè)向南東側(cè)方向徑流，在地勢低洼地段以泉點(diǎn)、巖溶洞口處排泄，最終排泄于耳當(dāng)溪流入烏江。

2.5 人類工程活動

塌陷區(qū)位于五井煤礦礦區(qū)范圍內(nèi)。據(jù)調(diào)查資料，該礦山自2007年5月開工建設(shè)，至2008年8月塌陷發(fā)生時(shí)只完成了主巷道和支巷的建設(shè)，尚未形成采空區(qū)。主巷道和支巷的建設(shè)過程中采用了爆破作業(yè)，并抽排過地下水。

3 塌陷區(qū)特征

塌陷坑發(fā)育于較為平緩斜坡上，據(jù)調(diào)查訪問，在譙家一帶有地面塌陷現(xiàn)象發(fā)生，但在該塌陷附近，在本次塌陷之前，未曾發(fā)生過塌陷。本次塌陷形成兩個(gè)塌陷坑（分別為1號、2號，見圖1、圖2、圖3），其特征分述如下：

圖1 抬頭井地面塌陷平面示意圖Fig.1 Plane view of the Taitoujing ground subsidence

（1）1號塌陷坑（TX1）：平面形態(tài)呈橢圓形，長軸方向5°，長度65m，短軸方向95°，長度45m，平面積約2 500m2，可見深約50m，坑壁角度75°～90°，局部呈“凹”巖腔，塌陷坑壁可見土層厚2～8 m，基巖為吳家坪組（P3w）薄至中厚層生物屑灰?guī)r、燧石灰?guī)r夾薄層碳質(zhì)頁巖，巖體中節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，完整性較差（圖4）?？颖谝娙芪g和鈣華現(xiàn)象，如坑壁上見多孔隙的海綿狀結(jié)構(gòu)鈣華現(xiàn)象。

（2）2號塌陷坑（TX2）：平面形態(tài)近似圓形，坑口直徑約18m，位于1號塌陷坑的北側(cè)約3m處，平面積約280m2，可見深約35m，坑壁陡傾，角度70°～90°，局部呈“凹”巖腔，塌陷坑壁可見土層厚3～8m，坑壁地層特征與1號塌陷坑（TX1）相同（圖5、圖6）。

圖2 譙家鎮(zhèn)抬頭井地面塌陷A－A′剖面示意圖Fig.2 A－A′section of the Taitoujing ground subsidence

圖4 1號塌陷坑坑壁Fig.4 Wall of Collapse pit 1

4 地面塌陷成因分析

根據(jù)調(diào)查資料分析，地面塌陷的產(chǎn)生與巖溶洞隙的存在、地層巖性（包括松散覆蓋層）、地質(zhì)構(gòu)造、大氣降雨和人為工程活動改變水動力條件等有關(guān)［2］。

4.1 自然因素

（1）巖溶洞隙發(fā)育的影響

圖5 2號塌陷坑外景Fig.5 Exterior scene of Collapse pit 2

圖6 2號塌陷坑坑壁Fig.6 Wall of Collapse pit 2

巖溶的發(fā)育有強(qiáng)弱之分，一般可溶巖巖性較純，連續(xù)分布厚度較大，出露較廣，較破碎的巖層巖溶較發(fā)育。同時(shí)巖溶洞隙受巖溶地下水的控制，多發(fā)育于淺部，向深部逐漸減弱。塌陷區(qū)出露的可溶性巖正好是二疊系中統(tǒng)棲霞至茅口組的灰?guī)r，巖性質(zhì)純，又地處地下水排泄－流通區(qū)，因此形成許多巖溶洞隙，這在地面、井下巷道中均可得到證實(shí)。在塌陷地段地表以下為一自然溶洞，溶洞凈空高達(dá)幾十米，巖溶主要發(fā)育于二疊系中統(tǒng)茅口組灰?guī)r中，并向上穿過二疊系上統(tǒng)吳家坪地層中，其巖溶頂板巖土層較薄，推測厚3～5m，為塌陷的產(chǎn)生提供了有利條件。

（2）地層巖性的影響

塌陷區(qū)下伏地層為二疊系中統(tǒng)茅口組灰?guī)r，質(zhì)純，巖溶較發(fā)育，在節(jié)理、裂隙較發(fā)育地段易形成較大規(guī)模的隱伏溶洞，煤層上部為二疊系上統(tǒng)吳家坪薄至中厚層生物屑泥晶灰?guī)r，也易形成一定規(guī)模的溶洞，加之吳家坪巖層中構(gòu)造節(jié)理裂隙特別發(fā)育，巖體破碎，完整性較差，為可能產(chǎn)生的巖溶塌陷提供了良好條件。同時(shí)塌陷區(qū)的第四系覆蓋層主要為殘坡積粘土、碎石土，從致塌條件分析，隨土的顆粒變粗，其抗塌性降低，隨含砂礫量的增加，其抗塌性降低，均勻結(jié)構(gòu)的粘土具有較好的抗塌性，巖體結(jié)構(gòu)越破碎其滲透性和導(dǎo)水性越好，其抗塌性越差。

（3）地質(zhì)構(gòu)造的影響

區(qū)域上塌陷區(qū)處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺黔北臺隆遵義斷拱鳳岡NNE向構(gòu)造變形區(qū)，譙家向斜北西翼，譙家向斜軸部距塌陷坑南東側(cè)約2km，向斜軸走向NE30°，塌陷區(qū)處巖層呈單斜產(chǎn)出，產(chǎn)狀為140°∠23°，塌陷區(qū)總體坡向130°，為順向坡，易于地下水的排泄。從塌陷坑壁可以看出，巖體節(jié)理發(fā)育，巖體較為破碎。這一特殊的地質(zhì)構(gòu)造加之淺表層的巖體較為破碎決定了本區(qū)基巖含水層具有很好的滲透性和導(dǎo)水性，為地下水活動提供了主要通道。

（4）大氣降雨的影響

降雨對松散覆蓋層的巖土體起到充水和軟化作用，產(chǎn)生地下的滲透潛蝕作用，也加快地面塌陷的形成。根據(jù)氣象資料分析，塌陷區(qū)每年汛期，降雨頻繁，強(qiáng)度大。塌陷處地表較為平緩，為農(nóng)田、旱地區(qū)，降雨時(shí)雨水不易沿地表流走，大部沿第四系松散層下滲至下伏可溶巖，沿巖溶管道徑流，補(bǔ)給地下水。下伏巖層節(jié)理裂隙又較為發(fā)育，各種巖溶洞穴、管道、裂隙為降雨入滲和地下水徑流提供了良好的通道。地下水的流動，將可溶巖進(jìn)行溶蝕、掏空，并將巖溶管道中充填物搬運(yùn)帶走，將土體中的細(xì)小顆粒沖刷帶走。當(dāng)溶洞頂板厚度逐漸變薄，自穩(wěn)能力降低，承受不了地表巖土體重量時(shí)，則產(chǎn)生了巖溶塌陷。

4.2 人為因素

（1）巷道建設(shè)過程中抽排地下水的影響

在主巷道和支巷的建設(shè)過程中抽排地下水加快了地面塌陷的速度。同時(shí)據(jù)當(dāng)?shù)鼐用窠榻B，在塌陷區(qū)周圍也有地下采煤工程活動，在開采煤礦時(shí)均抽排過地下水，對地下水的動態(tài)產(chǎn)生了一定的影響。地下水降落漏斗增大，地下水流速加大，地下水對覆蓋層的潛蝕和對巖溶充填物的搬運(yùn)作用加強(qiáng)，因此加快了地面塌陷的產(chǎn)生［3］。

（2）巷道建設(shè)過程中爆破作業(yè)的影響

據(jù)收集資料，現(xiàn)五井煤礦的開采巷道已延伸到塌陷坑北東側(cè)，施工中的爆破作業(yè)震動對地面塌陷產(chǎn)生了明顯的影響，加劇了溶洞頂部巖土體的塌落，進(jìn)而加速了地面塌陷的發(fā)生。

5 結(jié)語

沿河縣譙家鎮(zhèn)抬頭井地面塌陷是在不利的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、大氣降雨等自然因素提供了塌陷形成的條件，人為因素是真正的誘發(fā)因素。

地面塌陷具有隨機(jī)、突發(fā)、危害巨大特點(diǎn)，有的甚至防不勝防。但是值得指出的是，我們完全可以針對塌陷產(chǎn)生的原因，事前作出詳細(xì)的調(diào)查或勘查工作，采取科學(xué)合理的采掘方案，避免災(zāi)害的發(fā)生或減少災(zāi)害造成的損失。

［1］郭建強(qiáng)，等.地質(zhì)災(zāi)害勘查地球物理技術(shù)手冊［S］.北京：地質(zhì)出版社，2003.11.

［2］張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理［M］.北京：地質(zhì)出版社，1984.

［3］周濟(jì)祚.巖溶地區(qū)抽水引起的塌陷及防治［J］.貴州科學(xué)，1992，（2）：102－106.

CAUSES OF THE TAITOUJIN GROUND SUBSIDENCE IN QIAOJIAZHEN，YANHE COUNTY

Zhang Hong－ming，Tian Wei－qiang
（The Second Engineering and Exploration Institute of Guizhou Bureau of Geology and Mineral，Zunyi 563000，China）

The detailed surveys of geo－h(huán)azards in Wujiang Basin are used to analyze the geological background，morphology and causes of the subsidence.Lithology，geo－tectonics and rainfall constitute its natural causes while the groundwater extracting and blasting in coalmine construction are its man－made causes.

ground subsidence；karsts；tectonics；coalmine construction

P642.26

A

1006－4362（2011）03－0052－04

2011－05－03 改回日期：2011－08－12

張洪明（1976－ ），男，貴州清鎮(zhèn)人，工程師，主要從事巖土工程、地質(zhì)災(zāi)害勘察與設(shè)計(jì)工作。