基岩和盖层对广东惠阳岩溶地面塌陷影响机制

李 晶

(广东省地质局第七地质大队，广东 惠州 516008)

1 岩溶特征

广东惠阳可溶岩分布于淡水南部石桥、司前、东部长潭、新桥等地。其中城区以大理岩为主，南站新城以石灰岩为主。

勘查区内无裸露型岩溶，城区大部分地表已被城镇建筑及道路覆盖，南站新城地表大部分被第四系冲洪积土层覆盖，属覆盖型岩溶；新桥东部经钻孔揭露，可溶岩与测水组砂页岩呈平行整合接触，地表为第四系冲洪积土，属埋藏型岩溶。勘查区岩溶主要是地下岩溶形态，包括溶洞和溶蚀。

2 岩溶地面塌陷的影响因素及机理分析

2.1 基岩条件

可溶岩矿物成份主要为不同结晶程度的方解石、白云石、文石、石英等矿物。岩石矿物成份中方解石、白云石含量越高，所处部位构造越发育，越容易发生岩溶溶蚀。碳酸盐岩本身矿物成份组合是产生岩溶的重要前提。碳酸盐的成因是多种多样的，因而其结构组份也比较复杂多样，由碳酸盐为主的矿物和一些不溶残余形成的碳酸盐岩，其溶解性取决于碳酸盐类矿物的化学组分，以及成岩、蚀变、变质过程的作用，碳酸盐类矿物的化学组分CaO含量越高溶解性越强，MgO和不溶残余含量越高溶解性越弱。其碳酸盐岩的溶解性能由强到弱的顺序为灰岩-大理岩-白云岩-泥质灰岩-硅质灰岩，见表1。

勘查区碳酸盐岩为石炭系石磴子组的灰岩、大理岩，根据岩矿分析表(表1)可知，钻孔DZ06含CaO含量高、MgO含量低，故其溶解性越强，由钻孔揭露溶洞发育特征统计表(表2)可知，钻孔DZ06共发育5层溶洞；钻孔SW06、SW07总体而言CaO含量低、MgO含量高，故未揭露溶洞；钻孔DZ08虽揭露1层溶洞，但洞体小，见表2。

岩溶发育程度与岩层厚度成正相关，即层理愈厚，岩溶就愈发育。岩石岩层越厚，其含有的难溶物越少，溶解度也越大；薄层碳酸盐岩常含较多的泥质等杂质，溶解度较小，不利于溶洞的发育。勘查区碳酸盐岩以中厚层状为主，利于岩溶发育。

表1 岩矿分析表Tab.1 Rock mass analysis

表2 钻孔揭露溶洞发育特征统计表Tab.2 Statistics of development characteristics of karst caves exposed by drilling

2.2 盖层条件

2.2.1 盖层底部土体类别

覆盖层底部土体类别主要影响地下水自覆盖层向基岩垂直下渗补给的。覆盖层底层土类主为粉质粘土/粘土，少量为砂砾层，粉质粘土/粘土有较好的隔水作用，地表水与地下水连通性差，对岩溶塌陷的影响较小；砂砾层渗透系数大，使岩溶洞隙上覆的第四系松散岩类孔隙潜水垂向下渗补给岩溶水，利于岩溶发育。需要说明的是，研究表明，可溶岩面常分布有一层残积粘土层，该粘土透水性差，常为岩溶水和第四系潜水隔水层。在地下水潜蚀作用或真空负压作用下，该层最容易受到破坏而形成土洞或快速致塌。

2.2.2 岩土体结构

覆盖层结构指的是垂向上覆盖层土体类别及其组合特征，覆盖层结构对岩溶地面塌陷的影响主要体现在抗渗透变形等方面。土层的性质非常重要。如砂质土层中发生的潜蚀作用，除与水力梯度有关外，其颗粒级配的情况也很重要；粘性土中，土的压缩模量，土中粉粒、粘土颗粒的含量等，与塌陷的发生，均有一定的相关性。岩性结构对塌陷的形成有着明显的影响，均一的砂土由于其颗粒间无粘结力，在一定水头的水流渗透作用下，其细小颗粒易于被潜蚀搬运进而掏空破坏，抗塌陷能力最差，塌陷数量相对较多；双层或多层结构的土层，由于有粘性土的缓冲作用，其抗塌能力要稍好一些；均一粘性土或底部为粘性土的多层结构土层，由于粘性土具有一定的凝聚力，抗塌能力较强，塌陷数量相对较少，塌陷的速度也要缓慢一些。

经统计，勘查区覆盖层结构较杂，主要为“粘土+砂层+粉质粘土”“填土+粉质粘土”“上粘土+砂砾层”“填土+淤泥质土+粉质粘土”等双层和多层结构和“填土”“粉质粘土”单层结构，由上述分析可知，勘查区覆盖层结构抗塌能力总体较好。

2.2.3 盖层厚度

覆盖层除土层的各种物理技术特性外，相对说来，覆盖层较厚的地区，其稳定性较高，所以，覆盖层的厚度可作为判别该地是否可能产生塌陷的一项主要因素。

勘查区内岩溶区的覆盖层厚度不一。本次研究主要研究岩溶地面塌陷的影响，因此主要考虑存在溶洞的钻孔覆盖层情况。根据资料分析，本次布设的钻孔覆盖层厚度0.5～55.5 m；其中揭露有溶洞钻孔覆盖层厚度4.1～39.3 m，平均厚度约11.78 m见图1；勘查区内岩溶区范围的覆盖层厚度于中部淡澳河南段最厚，北东、西南两端覆盖渐薄，SW2位于瑞景居周边，DZ15、23位于孙屋村、新建片区，覆盖层较厚，不易发生岩溶地面塌陷；松散层厚度越小，越容易产生岩溶地面塌陷，存在发生岩溶地面塌陷的概率较高。总体而言，勘查区覆盖层较薄，利于岩溶发育。

图1 本次工作岩溶钻孔覆盖层厚度曲线图Fig.1 Thickness curve of karst drilling overburden in this work

3 结 语

综上所述，岩溶发育程度随着深度的增加而逐渐减弱。目前揭露的这些溶洞中，溶洞的规模偏小，总体上处于弱～中等发育的水平。勘查区覆盖层结构抗塌能力总体较好。勘查区碳酸盐岩以中厚层状为主，为基岩中有利于发育岩溶的地方。勘查区覆盖层较薄，利于岩溶发育。