李干龍 張聯(lián)志

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二總隊(duì)，湖南 湘潭 411102）

一、概況

湖南省瀏陽市永和鎮(zhèn)大溪河南岸地面塌陷位于瀏陽市北東部，距瀏陽市直距24km，地理坐標(biāo)為：東經(jīng)113°48′23″～114°3′44″，北緯28°09′52″～28°17′42″。重點(diǎn)塌陷區(qū)位于永和鎮(zhèn)集鎮(zhèn)～大溪河南岸一帶。其北側(cè)為菊花石礦，分布于大溪河南岸；南側(cè)1100m 處為馬鞍嶺磷礦，通過幾十年的開采已形成一個(gè)近東西向的長約1600m，寬約600m，垂直深度達(dá)104m的大采坑，目前礦坑由于地下水補(bǔ)給形成巨大水庫。

自2006年至今，前后發(fā)生地面塌陷9 處，2012年初塌陷進(jìn)入高峰期，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)的房屋、道路、水田等發(fā)生不同程度的下沉、開裂、變形等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，至今共造成51 戶民房不同程度的開裂、荒廢農(nóng)田近3.0 畝、水塘2 口、河岸道路下沉45m，直接經(jīng)濟(jì)損失800 多萬元，潛在威脅273 戶1127 人、農(nóng)田60 畝、水塘12 口、鄉(xiāng)村級(jí)公路150m，潛在經(jīng)濟(jì)損失8500 萬元，災(zāi)情險(xiǎn)情等級(jí)為大型[1]-[2]。給當(dāng)?shù)厝罕娫斐闪艘欢ǖ目只藕蛽?dān)心，嚴(yán)重影響了他們的正常生產(chǎn)、生活，直接威脅他們的生命、財(cái)產(chǎn)安全。

二、塌陷區(qū)地質(zhì)背景

塌陷區(qū)位于湘東丘陵山區(qū)地帶，屬覆蓋型～裸露型巖溶地貌。區(qū)域地層巖性較為單一，地表為第四紀(jì)粉質(zhì)粘土、含礫粉質(zhì)粘土及碎石土層覆蓋，厚度為3～22m，其中粉質(zhì)粘土層平均厚度3.7m，含礫粉質(zhì)粘土層平均厚度4.9m，底部為碎石土層，平均厚度為22m，最大可達(dá)40m。下伏基巖為二疊系和石炭系可溶性巖，主要為質(zhì)純層厚的灰?guī)r，巖溶較發(fā)育。

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上位于橫（山）古（港）斷裂的北側(cè)，也為塌陷區(qū)的主要斷裂，斷裂帶寬10～35m，最寬61m，縱貫馬鞍嶺磷礦的北緣，并伴生走向NW、NE 向次級(jí)斷裂，它們影響巖體的完整性、降低強(qiáng)度，同時(shí)成為導(dǎo)水的通道，致使大溪河和馬鞍嶺磷礦地下水貫通，地下水主要受降水補(bǔ)給，地表地下水交替強(qiáng)烈。

三、塌陷坑的分布及形態(tài)特征

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，永和鎮(zhèn)集鎮(zhèn)周邊自2006年以來，累計(jì)發(fā)生塌陷9處，多為小型塌陷，長軸1～7m的居多，主要分布于斷裂發(fā)育、地表水與地下水聯(lián)系密切的可溶巖發(fā)育區(qū)域。地理位置上主要分布在永福村月山組～歐家組～明山組、菊香社區(qū)堆金組、三風(fēng)～永和老街～沿溪鎮(zhèn)花園村沿河段，其中靠近大溪河及馬鞍嶺磷礦采坑附近相對(duì)較集中（圖1）。

四、地面塌陷的發(fā)育規(guī)律

（一）多分布于覆蓋型可溶巖區(qū)

地面塌陷與巖溶發(fā)育密切相關(guān)，由圖1 可知，地面塌陷均發(fā)育于覆蓋型可溶巖層分布區(qū)。

（二）多沿?cái)嗔选r溶強(qiáng)發(fā)育帶分布

由圖1 可知，隱伏斷層F8、隱伏斷層F9、橫古逆斷層、巖溶強(qiáng)發(fā)育帶附近共有塌陷9 處，房屋開裂51 處，說明塌陷發(fā)生與斷裂、強(qiáng)巖溶帶關(guān)系十分密切。

（三）多發(fā)生在相對(duì)低洼階地

在地形上，河谷或溝谷低洼地帶，往往是斷裂發(fā)育帶、巖溶發(fā)育帶、第四紀(jì)風(fēng)化強(qiáng)烈?guī)?、第四系松散層較薄地帶、農(nóng)耕等人類工程活動(dòng)相對(duì)集中帶以及第四系表層黏土遭受較強(qiáng)破壞帶，下部巖溶管道及開口溶洞發(fā)育，巖溶地下水徑流對(duì)上覆土體的潛蝕作用，土拱破壞或變薄強(qiáng)度降低，地表水滲漏加劇，在多種不利因素的作用下，易發(fā)生地面塌陷。

（四）多發(fā)生在第四系相對(duì)較薄處

第四系土體厚度、性狀及下伏巖溶水水位波動(dòng)密切相關(guān)，當(dāng)上覆第四系較?。ㄒ话悖?0m），特別是上部表層粉質(zhì)粘土較?。ㄒ话恪?m），巖溶水水位波動(dòng)在基巖面上、下附近時(shí)，易發(fā)生地面塌陷。

（五）多發(fā)生于大規(guī)模抽排地下水影響范圍內(nèi)

據(jù)以往資料，2016年10 月以前馬鞍磷礦開采標(biāo)高已達(dá)±0m，經(jīng)計(jì)算其影響范圍達(dá)2km，主要影響花園村～菊香社區(qū)～永福村～永和中學(xué)附近，共有房屋、地面開裂89處，馬鞍磷礦停產(chǎn)后，近兩年內(nèi)周圍地面塌陷與房屋開裂數(shù)量明顯減少。自來水機(jī)井深度達(dá)80m，曾多次大量抽水，尤其2013年湖南地區(qū)干旱，該機(jī)井連續(xù)抽水3 個(gè)月，降深達(dá)30m 以上，主要影響佳成村新平組、新灣組等區(qū)域，共發(fā)生房屋開裂171 處，共發(fā)生地面塌陷32 處。由此可見，塌陷與房屋開裂大多發(fā)生于大規(guī)模抽排地下水影響范圍內(nèi)。

五、地面塌陷的成因分析

（一）礦山及人為抽排地下水，破壞天然平衡

礦山及人為抽排地下水是塌陷區(qū)巖溶地面塌陷發(fā)生的主要誘因。根據(jù)以往工作資料，至2016年10 月，馬鞍嶺磷礦排水最低水位高程為±0m，礦坑排水量最大達(dá)67733m3/d（2012年7 月17 日），降落漏斗已擴(kuò)大到磷礦以北較大區(qū)域，主要通過一個(gè)強(qiáng)徑流帶的控制，覆蓋了包括花園村州上組～菊香社區(qū)～永和老街～永福村明山組～月山組～歐家組等區(qū)段，降落漏斗半徑達(dá)2km。馬鞍嶺磷礦礦坑和自來水機(jī)井不斷突水及長年超深大量疏干排水是造成塌陷區(qū)土巖原有靜力平衡破壞，抗塌力減小，是致塌力增加的主要來源。目前磷礦雖已停產(chǎn)回水，但對(duì)地質(zhì)條件的影響已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)（圖2）。

（二）地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，強(qiáng)巖溶帶發(fā)育，增加了地下水徑流強(qiáng)度與沖涮作用

塌陷區(qū)位于橫（山）古（港）斷裂的北側(cè)，并伴生F8、F9 次級(jí)強(qiáng)徑流帶和強(qiáng)巖溶帶，為導(dǎo)水的通道，致使大溪河和馬鞍嶺磷礦地下水貫通，地下水主要受降水補(bǔ)給，致使地表、地下水交替強(qiáng)烈，上部土體厚度一般為3～22m，下伏可溶巖巖溶發(fā)育，鉆孔見洞率78%，當(dāng)?shù)叵滤唤档椭粱鶐r面以下時(shí)，基巖面上的部分土體隨地下水流向下部巖溶網(wǎng)絡(luò)中，基巖面上的部分土體被掏空形成土洞，由于易形成土洞的砂土、粉土和淤泥質(zhì)土抗剪強(qiáng)度低，土體被掏空后即容易產(chǎn)生巖溶地面塌陷[3]-[6]。

（三）降水

降水分布不均勻，使地下水的補(bǔ)給來源分布不均勻，雙層地下水水頭差而隨之變化。特別是暴雨期間，一方面加大上、下層地下水間的水頭差，使土體產(chǎn)生滲透變形，形成土洞；另一方面加大土體自重和同時(shí)降低土洞頂拱土體的抗剪強(qiáng)度，在已形成或?qū)⒁纬赏炼吹耐凉跋滤鷷r(shí)容易誘發(fā)地面塌陷。

（四）地下水恢復(fù)

當(dāng)抽水達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，地下水位達(dá)到一定位置不再下降，此時(shí)早先在土洞或溶洞中形成的負(fù)壓降慢慢消失，若地下水位的穩(wěn)定時(shí)間很長，負(fù)壓降會(huì)與地表達(dá)成平衡。停止抽水后，隨著水位回升，土洞溶洞中形成較高的壓力并足以使土層發(fā)生破壞。這種現(xiàn)象導(dǎo)致的巖溶塌陷被稱作“氣爆效應(yīng)”引起的塌陷[7]。

六、地面塌陷的防治對(duì)策

（1）建立地下水、降雨量和建筑物裂縫的長期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和預(yù)警預(yù)報(bào)平臺(tái)，及時(shí)掌握地下水徑流場的動(dòng)態(tài)變化，分析預(yù)測(cè)地面塌陷的發(fā)展趨勢(shì)，為塌陷災(zāi)害的防治提供重要依據(jù)。

（2）永久性關(guān)閉周邊負(fù)地形礦山企業(yè)。

（3）在已經(jīng)發(fā)生塌陷的地塌陷區(qū)，嚴(yán)禁礦山及人為抽排地下水活動(dòng)。

（4）采用土石方、混凝土及時(shí)填封發(fā)生的塌陷坑洞回填處理。

（5）對(duì)于能通過修補(bǔ)仍可使用的房屋進(jìn)行地基基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)加固。

七、結(jié)論

（1）塌陷區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜脆弱，有利于地面塌陷的產(chǎn)生。

（2）塌陷區(qū)巖溶帶發(fā)育較強(qiáng)烈，潛在危害性大。

（3）塌陷區(qū)地面塌陷主要由馬鞍嶺磷礦、自來水機(jī)井等人為抽排地下水以及地下水位波動(dòng)引發(fā)。

（4）塌陷區(qū)今后的地面塌陷，仍將呈間歇性繼續(xù)發(fā)育。