我国岩溶塌陷研究综述

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'我国岩溶塌陷研究综述'
. . . .第 18 卷 第 3 期中国地质灾害与防治学报Vol . 18No . 32007 年 9 月The Chinese Journal of Geological Hazard and ControlSep .2007我国岩溶塌陷研究综述张丽芬1~3 ,曾夏生5 ,姚运生1~3 ,廖武林1~411111430071 ;(1中国地震局地震研究所 ,湖北武汉 430071 ; 2 地壳运动与地球观测试验室 ,湖北武汉3 中国地震局地壳应力研究所武汉创新基地 ,湖北武汉 430071 ;4中国地震局地球物理研究所 ,北京100081 ; 5湖北中南勘察基础工程有限公司 ,湖北武汉 430081)摘要:随经济的不断发展 ,对岩溶区资源的开发日益增强 ,由此引发的岩溶塌陷问题也日趋频繁、严重 ,已成为岩溶区可持续发展的一大障碍 ,有效减轻其造成的危害势在必行。文章根据近年来国内外岩溶塌陷的研究现状及发展 ,概述了岩溶塌陷的三大形成条件 :一定发育程度的岩溶、上覆盖层、岩溶地下水系统; 以及中国岩溶塌陷的时空分布规律 ,分别举例例证了它的几种成因机制 ,如重力致塌、潜蚀致塌等。由于其突发性及危害性 ,有必要对岩溶塌陷的预测防治进行深入研究 ,做到防灾减灾。基于此 ,总结了中国岩溶塌陷的监测预报和安全评价等方面的新方法和措施等。针对塌陷的形成条件、塌陷现象或其危情的存在状况及其危害性 ,归纳了有针对性的防治措施。关键词:岩溶塌陷; 成因机制; 监测预报; 防治; 安全评价文章编号:100328035 (2007) 0320126206 中图分类号:P642125 文献标识码:A 专业资料1 岩溶塌陷概述据不完全统计 ,全球已有 16 个国家存在严重的塌陷问题。就我国而言 , 可溶岩分布面积达 365 万 km2 ,占国土面积的 1P3 以上 ,是世界上岩溶最发育的国家之一[ 1 ] 。岩溶塌陷分布范围也相应很广 , 见于22 个省区 ,以南方的桂、黔、湘、赣、川、滇、鄂等省区最为发育;北方的冀、鲁、辽等省也发生过严重的岩溶塌陷灾害[ 2 ] 。岩溶塌陷的产生 ,使岩溶区的工程设施 ,如工业与民用建筑、交通干线 ,矿山及水利水电设施等遭到破坏 ,还造成岩溶区严重的水土流失并恶化环境。如1981 年 5 月 8 日发生在美国佛罗里达州的 Winter Park 的巨型塌陷 ,直径 106m、深 30m ,毁坏街道、公用设施和娱乐场所 ,损失超过 400 万美元。1996 年 1 月28 日发生于桂林市市中心的体育场塌陷 ,塌陷坑直径 915m ,深度5m ,造成邻近整个商业街关闭15 天 ,营业额损失近千万元。1981 年 1 月 3 日发生于广西玉林分界的塌陷 ,共形成塌陷坑 400 多个 ,使 517hm2 农田被毁[ 2 ] 。2000 年 3 月 ,福建安溪县湖上乡岩溶塌陷造成多处山上梯田破毁 ,经济损失达 390 余万元[ 3 ] 。2 岩溶塌陷的形成条件岩溶塌陷的形成 ,通常必须具备三个条件: 下部有岩溶地层 ,有溶蚀的空间(溶洞或土洞) ,为地下水和塌陷物质提供存储场所或通道;上部有一定厚度的盖层 ,盖层可以是基岩 ,也可以是松散土层;其三是产生岩溶塌陷的主导因素 ———致塌作用力。211 空间条件岩溶是漫长的地质历史所形成的。可溶岩中普遍存在的垂向岩溶是其上方岩土体中物质在水的入渗作用下发生的垂直通道 ,而层状岩溶、构造岩溶和层间岩溶 ,既是垂直通道运移来的物质在水动力作用下进一步运移的水平通道 ,也是当溶洞发展到一定规模时直接容纳冒落和塌陷物质的空间 ,它控制了岩溶塌陷的分布[ 4 ] 。简言之 ,洞隙是塌陷产生的基础 ,是地下水和塌陷物质的存储场所或通道。岩溶洞隙主要分布于构造断裂带、褶皱轴部、相对易溶的地层岩性地段 ,或者与非可溶岩接触地带。如广东碳酸盐岩分布区 ,岩溶普遍发育 ,加上雨量充沛 ,浅部岩溶洞隙由于地下水活动频繁 ,连通性较好 ,地下往往形成错综复杂的洞隙网络系统 ,岩溶通过各种途径与向上开口的溶洞裂隙连通。这些向上开口的溶洞裂隙 ,是接受塌陷物质的门户和窗口 ,是塌陷产生的重要因素[ 5 ,6 ] 。212 岩溶塌陷的物质条件收稿日期:2006211216 ;修回日期:2006212223作者简介:张丽芬(1981 —) ,女 ,硕士 ,现从事水库诱发地震研究。第 3 期 张丽芬 ,等:我国岩溶塌陷研究综述 127岩溶地面塌陷是盖层土体在各种致塌因素作用下所产生的塌落现象 ,盖层的性质根据其胶结程度分为岩石和土石两类。岩石指各种坚硬岩石 , 裂隙发育 ,具破碎性;土石主要为松散土石 ,是主要的塌陷盖层。从致塌条件分析 ,随土的颗粒变粗 ,其抗塌性能变差 ,随含砂量的增加 ,其抗塌性降低 ,均匀结构的黏土具有最好的抗塌性[ 6 ] 。岩土体的厚度因受岩溶地下水动力作用的大小、可溶岩接受溶蚀的时间长短、区域构造升降运动的缓急等因素控制 ,随地区的不同其差异较大。一般来说 ,塌陷大多分布于上覆盖层较薄部位 ,盖层越厚越不易产生塌陷。213 水动力条件有了基岩的洞化及较薄的盖层 ,并不一定就会形成塌陷 ,还要有岩溶系统渗流场中地下水动力条件的改变 ,这是产生岩溶塌陷的主导因素[ 7 ] 。地下水动力条件的改变 ,从某种程度上来讲就是使塌陷产生的作用力 ,即致塌力。这种力主要来自地下水位改变及水流产生的水、气作用力及岩土体的自重。由于水动力条件决定的岩溶洞穴扩展速率和上部岩土体物质转移的速率不同 , 岩溶塌陷有二种形式:一种是岩溶洞穴发展到一定规模时在重力作用下产生自然冒落 ,形成岩溶塌陷。岩溶洞穴容纳了塌陷体 ,在我国北方大多数都属于这种类型[ 8 ] 。另一种是岩溶上部岩土体中薄弱部位在垂直入渗水动力和分界面水平运动水动力综合作用下形成土洞 ,当土洞发展到一定规模时 ,自然冒落形成岩溶塌陷 ,容纳塌陷体的是土洞而不是岩溶洞穴 ,据我国南方十省岩溶塌陷的资料统计 , 96117 % 的岩溶塌陷属于这种类型[ 4 ,9 ] 。总之 ,地下水动力条件的改变是塌陷形成的主要原因;而可溶岩浅部岩溶发育强烈 ,溶洞发育 ,第四系土层较薄 ,结构较疏松 ,地势较低洼 ,则是塌陷发生必须具备的条件。只有上述条件同时具备 ,岩溶塌陷才有可能产生。3 岩溶塌陷的时空分布规
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