华北岩溶塌陷的发育规律.pdf

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1、2011年第1期能源技术与管理41doi：lO．3969／j．issn．1672—9943．2011．01．016华北岩溶塌陷的发育规律王峰·，崔伟雄(1．山西省地勘局二一二地质队，山西长治046000；2．中国矿业大学资源学院，江苏徐州221008)[摘要]岩溶陷落柱在华北煤田中广泛分布，严重影响矿井的设计和生产。为了探明岩溶塌陷发育的控制因素，根据前人研究成果，总结了华北岩溶陷落柱发育的岩性条件和构造条件，并在此基础上提出华北地区岩溶塌陷构造多发育于岩溶水与地下水水位差较大的地区这一规律，可作为今后岩溶陷落识别方面的有效分析手段。[关键词]华北：岩溶陷落：水位差[中图分类号]

2、P584[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2011)01-0041-03岩性及结构的控制。北方岩溶主要发育于奥陶系、0引言寒武系、震旦系碳酸盐岩中，陷落柱仅在中奥陶统论及华北煤矿区岩溶陷落柱的形成，是碳酸较为发育，发育强度总的趋势是灰岩强于白云岩。盐岩地层古代岩溶不断溶蚀扩大，上部覆盖岩层据不完全统计，北方237个溶洞分布各地层的多在重力长期作用下发生坍塌，随之垮落而成的地寡次序是0>-E-2>O>Zj，说明岩溶具有一定的层质现象。岩溶是具侵蚀性的水对可侵蚀、溶蚀岩石控性[刚。作用的结果，同时也是多种地质因素综合作用的中奥陶统的厚度和岩性在华北地区有较明显结果。由于

3、各地区地质条件的差异，形成过程各有的南北差异，从而影响岩溶发育、分布及含水性强不同，有的系有石膏层l】]，有的源于地壳连续上弱等特征，如图1所示_7]。在华北南部，大致从豫升l2]，有的认为是重力负压[“]，也有岩浆和热液活西、平顶山至淮南一带，中奥陶统厚度较薄，岩性动参与等，岩溶发育过程往往又不是单一的成以白云岩为主，不含石膏沉积，岩溶不甚发育，含因，而是多种因素多样机制综合作用的结果。多种水性一般较弱；在华北中部地区，即渭北、山西、太力学效应和地质环境综合作用，从而产生不同的行山以东及南侧、鲁中地区、燕山南侧、唐山一带致塌模式。等地，则以古石膏的各类碳酸盐岩为岩溶发育、含水性

4、强的重要层组；华北北部辽南一带，中奥陶统1岩溶陷落发育的主控因素影响岩溶陷落发育程度的因素很多，可分内因和外因两大部分。内因基本为岩石固有的特性，即岩石成分、结构特征、原生孔隙形态及分布特征，以及岩层在宏观上的组合特征等。外因指岩石成岩以后的一切地质作用和条件，如多序次地质构造活动的叠加，次生孔隙的发生和发展，易溶岩上覆地层的厚薄，自然气候、海平面的升降、基准面、可溶岩层的暴露时间、地下水中具侵蚀性CO和so4的饱和度、矿山开采引起的地压水压变化及地下水运动条件等。上述各种因素相互作用，互为因果，控制岩溶的发育。1．1岩性条件我国北方的岩溶，在山西、山东、河北、河南、囹o厚度等值

5、线圆隆起区困灰分陕西等地，奥陶系灰岩广泛发育，石灰岩富水性导水性极强并有层控的特点。岩溶作用明显受地层图1华北0厚度等直线图42王峰，等华北岩溶塌陷的发育规律2011年第1期主要为厚层纯质灰岩，白云岩含量较少，且不含石作用的强烈改造，具有孔隙度低、力学强度大的特膏，岩溶甚为发育，含水性也较强。点，这些特点都直接影响到岩石的含水性和岩溶奥陶系石灰岩主要为较纯的灰岩类和白云岩的发育程度。类岩石，不纯碳酸盐岩类岩石仅有少量沉积。马家1．2构造条件沟统石灰岩，多数为陆表海地台潮问一潮下相环构造作用控制了岩溶发育区的分布和岩溶古境，沉积了3层巨厚的硬石膏，岩石成分较纯，厚地貌的总体格局。它

6、不仅对其岩溶水动力单元的度大，约600m，分布稳定。上覆本溪组厚度较薄，样式有控制作用，而且对岩溶的发育与分布规律仅为30m左右。当发生构造断裂时，奥陶系灰岩也具有区域性影响[8]。构造期的变动，直接影响着与太原组薄层灰岩或山西组砂岩直接接触，上、下岩溶地块的升降，关系到排泄基面的水头差，可形含水层则可发生水力联系，且含水层补给、泾流、成不同高程的岩溶分带，决定着岩溶的发育程度，排泄体系完整。这些区域的碳酸盐受到成岩后生如华北地台构造地理图。(a)加里东期(b)华西期(c)喜马拉雅期姥■r‘]开阔内陆盆地k；晚第三纪超覆区目陆桶垢隆起。．．．一圈基底隆起：：i圈大陆斜坡[==l二

7、间已E，C一P海侵l塞早第i纪断陷忿地图2华北地台构造地理图1．2．1加里东运动皱断裂的发生，也相应地使后期岩溶作用得以加在奥陶纪末至中石炭纪初这段一亿多年的历强，如图2(b)。史时期中，整个华北基本上处于海平面以上，使岩1．2．3燕山、喜山运动石遭受长期强烈的剥蚀溶蚀，如图2(a)，当时地自侏罗纪到第三纪以来，本区的构造发育进表一定深度产生了溶洞及溶痕，并为风化残余矿人了新的阶段。第三纪地壳上升，大致经历3个剥物充填，如山西式铁矿和G层铝土矿呈鸡窝状分蚀期，在地下水循环的条件下