广东省平远县洋背村地面塌陷群特征及成因研究

高佩玺　刘艺

摘要：洋背村地面塌陷群位于广东平远县东石镇洋背村，严重威胁着塌陷区范围居民的生命财产安全。在现场调查分析的基础上，研究塌陷群的特征和成因机制，为防治工作提出依据。

关键词：地面塌陷；成因机制；平远县洋背村

洋背村地面塌陷群位于平远县东石镇洋背村洋背街组一带，距离东石镇政府直线距离约3km，坑口群中心地理坐标：东经115°56′43.0″，北纬24°43′04.2″。塌陷群从2000年开始出现第一个塌陷坑，到2008年进入盛发，截至2015年一共发育近30个大小不一的塌陷坑，最小塌陷坑直径约lm，最大塌陷坑直径约20m，分布高程180m～240m。从现场调查结果可知，该塌陷群从2008年开始处于不断变形发展过程中，严重威胁当地村民的生命财产安全。

1.地质环境背景

1.1地形地貌特征

洋背村总体属于构造、剥蚀切割低山河谷地貌，海拔高程180m～240m，相对高差60m左右，地形坡度较缓，平均地形坡度在20。以下，属平台或缓坡地形。塌陷群所在区域植被覆盖较好，植被覆盖率在40%以上，其余地方为农田。

1.2地层岩性

洋背村区域地层由第四系、中晚石炭世壶天群、早石炭世忠信组和晚泥盆世双头组组成。地层由新到老描述如下：（1）第四系：主要为在壤积运反冲洪积层，分布于塌陷区东北东南部山坡及山间洼地等地段。主要为耕植土，耕植土分布于地表表层，岩性为碎块石黏性土，灰色、褐色，厚度一般在3m以内，块石含量一般在20%以下，透水性较好。（2）中晚石炭世壶天群：分布于塌陷区西、西北部，呈北西一南东向展布，白一灰白色厚层状大理岩、结晶灰岩夹薄层白云岩、白云质灰岩，与下伏地层呈假整合接触，厚度370m～500m。（3）早石炭世忠信组：分布于塌陷区外围西北部、西南部，呈北西一南东向条带状展布，岩性为细粒石英砂岩、粉砂岩。

1.3地质构造

洋背村位于洋背倒转向斜的东翼，石辉坑、炭坑里两石灰石矿区位于洋背倒转向斜的西翼，其槽部为中晚石炭世壶天群，两翼为早石炭世忠信组。受构造影响，塌陷群所在区域地层岩体较破碎，裂隙发育，有利于地下水的渗入、流通，而大量地下水的渗入和流通进一步促进了白云岩、灰岩岩溶的发育，为地面塌陷的形成提供了有利条件。

1.4气象水文

洋背村地处南亚热带与中亚热带过渡的气候区，气候温和，四季分明，夏冬长，秋春短，雨量充沛，风力小，霜期短。年内最多风向为西北，多年平均气温20.6℃，多年平均降雨量1771.7mm。受地质构造和地层岩性的影响控制，洋背村地面塌陷群所在区域地下水类型为碳酸盐岩类裂隙溶洞水，赋存于中晚石炭世壶天群的碳酸盐岩裂隙溶洞中，主要富集于洋背倒转向斜的西翼。由于以可溶岩为主，水量较丰富，泉、暗河溶洞流量可达100L/s～600L/s，岩溶水类型主要为重碳酸钙型，矿化度一般小于0.5g/L。主要受大气降水补给，多呈大泉、地下暗河排泄。

2.地面塌陷群特征

2.1塌陷群发育史及规模调查

根据现场调查访问洋背村地面塌陷群最早在2000年出现零星陷坑，到2008年进入盛发期，目前整个塌陷群分布面积约3km2范围内，一共出现过近30个规模不等的塌陷坑。

2008年塌陷：2008年1月4日14：30左右，洋背村发生岩溶地面塌陷，至4月5日，发展至南北长约250m、东西长约120m的不规则状灾害区，面积约0.025km²。塌陷坑有15余处（至4月30日增至21处），直径1.5m～10m，深度1m～8m，坑中大部分无水，仅个别有积水。其中规模较大的5处～6处。地面塌陷威胁房屋5处和公路及两侧农田。4月6日上午对较为严重的塌陷进行回填压实，但在4月7日15：15调查时发现已回填的又发生塌陷。后于4月9日发生塌陷2处，4月11日发生塌陷2处，4月20日发生塌陷1处，4月26日发生塌陷1处，4月29日发生塌陷1处。

2012年至今塌陷：2012年1月22日，洋背村发生地面塌陷，造成1处大塌陷（TX1）、3处小塌陷（TX2～TX4）和多处房屋裂缝。TX1发生在2012年1月22日7：00左右，截至2月13日11：00，已形成塌陷坑直径15m～20m，深度10m～12m，坑中有积水，塌陷位于石辉坑石灰石场矿界内的老采空区内。TX2～TX4为小塌陷，直径1.5m～2.2m，深度1m～2m，坑中无积水。TX2一TX3发生在1月23日，TX4发生在更早的1月10日。2015年与石辉坑矿坑道口北东300m树林处出现新陷坑（PY2-564），直径约20m，坑深18m，与旧陷坑长列方向一致，2016年、2017年在塌陷群东南稻田内出现新陷坑（PY2-565、PY2-566），直径在1m～2m内。

2.2洋背村塌陷群成因机制分析

以往研究表明，塌陷的形成一般具备以下几个条件：（1）要有开口面向覆盖层的溶洞、溶隙或断裂裂隙，或其他人工地下空间，即要有能容纳上覆岩土的场所空间。它不仅使上覆的盖层失去支撑，同时也是地下水及塌陷物质的储存与运输通道。（2）要有一定厚度和强度较低的覆盖岩土层，在地下水反复波动作用下，容易脱离母体而被水流带走，从而形成塌陷的雏形。（3）要有地下水，特别是反复波动地下水的活动。塌陷形成的力学机制有两种：一种是推拉，另一种是剪切，这两种作用都是由地下水波动引起。

根据现场调查以及室内分析研究结果表明，洋背村地面塌陷群不仅具备上述特征，而且还有其他外部因素导致塌陷形成的原因，具体成因分析如下：

塌陷群所在位置有两处地下矿山开采活动：石辉坑石灰石场1991年建成投产，炭坑里石灰石场1989年11月建成投产，2008年地面塌陷盛发之后两处矿场关停。2008年4月4日洋背村发生地面塌陷，而2007年10月3日炭坑里石灰石场井下遇溶洞突水，涌水点水量60m³/h～80m³/h。2008年4月5日在石輝坑石场井下现场调查涌水点时，涌水量10m³/h～20m³/h。2008年3月25日前后炭坑里石灰石场井下涌水异常，井下另一处原本涌水很小的涌水口（干溶洞）涌水变得浑浊，发生突水突泥，涌出大量黄泥浆水。该溶洞裂隙涌水处4月6日下午再次突水突泥，涌水量150m3，/h，导致塌陷区回填压实后再次发生塌陷。由于岩溶、溶洞裂隙发育，在局部地段溶洞相互连通，为塌陷区的上部土层流失提供了空间。2007年10月3日炭坑里石灰石场遇溶洞突水后的近5个月连续干旱，2008年3月下旬进入雨季以后雨水充足、持续降雨，地表土体被水浸泡，过饱和的松散土层在地下水流场被改变的情况下极易被掏空流失，加大灾害的发展和规模。

2008年洋背村地面塌陷是由炭坑里石灰石场和石辉坑石灰石场两家矿山开采，长期抽排地下水和持续降雨等多方面原因共同引发的地质灾害，其中炭坑里石灰石场井下溶洞突水突泥是引发地下水位下降、诱发岩溶地面塌陷的主因。

2012年及以后发生塌陷原因大致与2008年相同，所不同的是发生塌陷的部位大部分不同以往，灾发前矿山也无突水突泥现象。灾发期间处于特殊的气候环境，2011年下半年长期干旱，2011年12月下旬至2012年1月中旬持续降雨，地表土体被水浸泡，过饱和的松散土层在地下水流场被改变的情况下被掏空流失，地表水的大量人渗，使处于干缩状态的土体迅速达到饱和状态从而增加自身重量，超出所能提供的支撑。2012年至今的地面塌陷仍然是由矿山长期开采、抽排地下水改变地下水的流场和久旱遇持续降雨共同造成。

3.结论

（1）洋背村地面塌陷群，最早出现零星塌陷到2008年盛发之后在3km2范围内分布有大小不等的塌陷坑近30个，这些最大塌陷坑坑口直径达到20m。

（2）洋背村地面塌陷群的形成与地质环境条件（岩溶地层、松散土体、丰富地下水）、降雨和人类工程活动（地下采矿）有关。

（3）目前洋背村地面塌陷群仍然处于不断发展变形过程中，稳定性较差，威胁着10户30人的生命安全，财产200万，险情等级中型；已出现的小塌陷坑有逐渐演变为较大规模塌陷坑的变形发展趋势，危害范围扩大，应引起足够的重视。