安阳县西善应石膏矿区地质灾害成因及危害分析

安阳县西善应石膏矿区地质灾害成因及危害分析
刘丹;潘广灿
【摘要】根据安阳县西善应石膏矿区地质灾害现状,从采矿因素、岩性因素、地质构造因素、暴雨、地表水及地下水因素、地震因素等方面探讨了山体裂缝、地面塌陷及崩塌形成的主要原因.
【期刊名称】《产业与科技论坛》
【年(卷),期】2017(016)001
【总页数】2页(P76-77)
【关键词】石膏矿;山体裂缝;地面塌陷;崩塌
【作者】刘丹;潘广灿
【作者单位】河南省有色金属地质矿产局第四地质大队;河南省有色金属地质矿产局第四地质大队
【正文语种】中文
(一)自然条件。

安阳县西善应石膏矿属安阳县善应乡管辖。

位于安阳市西南侧
25km处，有简易乡级公路与东侧(5km)铜浚公路相通。

该区属大陆性半干旱型气候。

年最大降雨量为1182.2mm，年最小降雨量为271.9 mm。

多年平均降雨量515.5 mm，年降雨量一般在500～800 mm，多集中在7、8、9三个月。

区内地表水体不发育，冲沟较深沟内坡度较大。

野外调查期间沟内无水。

(二)地形地貌。

该区位于太行山东南麓，地形属于剥蚀低山地貌。

地势西高东低，最高313.10m，最低158.50m，平均海拔约240m，最大高差154.6m。

区内分
布有两条沟谷，走向南东，沟谷无水，仅雨季有季节性洪水通过，矿区东南部为小南海水库。

在沟谷地带有部分耕地，耕地以外的谷坡地带植被发育一般，地表植被覆盖率达15%～40%，植物为阔叶林。

在两条沟谷之间靠近小南海水库边的低山
处发育有数条地裂缝，裂缝宽度0.1～3m不等，深度可达60m左右。

(三)地层岩性。

矿区所在区域地处太行山东麓波状复式背斜至华北平原的过渡地带。

区域出露的地层有太古界、元古界和古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系及新生界第三系、第四系，矿区主要出露岩性为中奥陶系马家沟组第三岩性段(O23)及第四系地层。

(四)地质构造与地震。

构造上位于太行山复背斜东翼，太行陆梁南段与华北陆槽的过渡带。

构造型式以近南北向和北北向大型宽展褶皱，以及东侧下降的阶梯式正断层，部分地堑式断带为主；北西、北东向两组扭性断裂相伴而生。

构造形迹为：南北以及北西向褶皱和南北、北北东、北东、北西向多数高角度正断层、部分逆断层相互交叉组成的断裂带，以及“入”字形构造。

其中南北向、北北东向，主压性结构面起着主要控制作用。

(五)水文地质条件。

该区域位于太行山隆起带与华北平原沉降带之间的过渡带,由西向东大致可分为三个相对独立的水文地质单元：以林州西山大断裂为界，断裂西为太古界变质岩、震旦系石英岩状砂岩组成的基岩区水文地质单元；基岩区水文地质单元东侧为寒武系、奥陶系碳酸盐岩组成的岩溶水文地质单元，此单元局部出露有侵入的闪长岩体并在林州盆地及低洼地带覆盖有新生代沉积物；以近南北向延伸的奥陶系与石炭、二叠系地层接触带为界，又划分出以石炭、二叠系及第三系地层中砾岩、砂岩、灰岩及相对隔水的泥岩、页岩组成的碎屑沉积岩水文地质单元。

(六)工程地质条件。

山体裂缝及地面塌陷地带主要岩性为中奥陶系马家沟组第三岩性段(O2m3)及第四系地层。

山体裂缝地带出露的第四系地层很少，而地面塌陷地带出露的一般均为第四系的碎石土及粘性土。

(七)人类工程活动。

在矿区东北部的山坡前缘为居民住宅用地，居民住宅周围有小规模的边坡开挖及填方活动存在。

矿区共有采矿口三个，分别分布于场地中部及南侧。

在水库边的环库公路的建设较强烈，公路建设切坡形成了一些不稳定坡体，在2002年局部形成了小型错断式崩塌，主要分布在南侧冲沟的北坡环库公路东部及南部位置。

(一)山体裂缝的成因机制。

1.采矿因素。

安阳县石膏矿于20世纪70～80年代在该山体下部大规模开采石膏矿，后废弃形成采空区。

一方面，西部石膏矿层开采深度大，变形扩展到地表所需的时间愈长；石膏矿层采空的空间大，地表的变形值增大。

另一方面，石膏矿采用全面采矿法、巷道采掘为主、不支撑或用临时支撑的小矿，地表变形强烈。

采矿因素是山体裂缝形成的主要原因。

2.岩性因素。

上覆岩层强度高、分层厚度大时，地表变形所需采空面积要大，破坏过程所需的时间长，脆性岩层地表易产生裂缝，本区石膏矿层顶板灰岩属脆性岩层，易出现山体裂缝。

岩性因素属次要因素。

3.地质构造因素。

岩层节理裂隙发育，增大变形范围，扩大地表裂缝区，矿区内有两条断层通过，断层带上的地表变形会更加剧烈。

地质构造因素属次要因素。

4.暴雨、地表水及地下水因素。

一方面，由于山体裂缝范围大，且直接裸露，大气降水、地表水及部分地下水很容易进入山体裂缝，则必将导致岩体中瞬时地下水静水压力骤增，形成水劈作用，冬季裂缝中水体结冰形成冰劈作用都将加速灾害的发育；同时山体裂缝的岩体在水体作用而强度降低，会加快变形速度，增大地表变形值。

另一方面，矿区矿体属石膏矿及顶板属碳酸盐，抗水性弱，易与水发生化学作用。

5.地震影响。

地震作用也可导致山体裂缝的组成岩石在地震应力的作用下产生变形破坏，地震也是产生山体裂缝的诱发因素，属次要因素。

(二)地面塌陷的成因机制。

1.采矿因素。

由于小南海水库西侧山前地带石膏矿埋藏浅、开采成本低，在20世纪70～80年代时开采活动相对强烈，后废弃形成采空区。

该区石膏矿层开采深度小，变形扩展到地表所需的时间短。

另一方面石膏矿采用全面采矿法、巷道采掘为主、不支撑或用临时支撑的小矿，地表变形强烈。

地面塌陷坑多呈串珠状分布于采空区顶部，采矿因素是地面塌陷形成的主要原因。

2.岩性因素。

上覆岩层为强度低的强风化岩层及第四系地层、厚度较小，一般在15m左右，强度低、分层薄的岩土层，产生的地表变形较大，且速度快，地表一般出现地面塌陷坑。

岩性因素属次要因素。

3.地质构造因素。

岩层节理裂隙发育，增大变形范围，扩大地表裂缝区，矿区内有两条断层通过，断层带上的地表变形会更加剧烈。

地质构造因素属次要因素。

4.暴雨、地表水及地下水因素。

石膏矿体及矿体顶底板碳酸盐均属抗水性弱的易溶岩，易产生岩溶作用；小南海水库蓄水后，水体渗透进入石膏矿采空区，将岩土体浸泡，相应岩土应力降低，孔隙水压力升高，随着水位的升降，岩土应力不断反复变化，以致破坏原岩土体结构，同时加速岩溶作用，加速上部岩土体发生变形破坏而产生地面塌陷。

暴雨、地表水及地下水因素属次要因素。

(三)崩塌的成因机制。

1.地形地貌。

斜坡高陡是形成崩塌的必要条件，南部崩塌及东部崩塌均属直线坡，坡度分别在48～80°、38～45°之间，坡度一般较大，具有高陡临空面，是崩塌形成的主要因素。

2.地层岩性。

东部崩塌场地岩石为灰岩，属坚硬岩石，具有较大的抗剪强度和抗风化能力，能形成陡峻的斜坡，岩石破碎，易形成错断层崩塌；南部崩塌属泥质灰岩及灰岩地层，由于风化差异易形成锯齿状坡面，岩石破碎，易产生错断型崩塌。

3.地质构造。

由于崩塌场地岩石节理裂隙较发育，裂隙的贯通性较好，多无充填，
结合差，这些抗剪强度低的结构面对边坡稳定不利，当这些不利结构面倾向临空面时，被切割的不稳定岩块易沿结构面发生崩塌。

4.降雨。

大气降雨促进岩体的风化作用，由于基岩直接裸露地表，雨水直接下渗入基岩裂缝中，一方面产生静水压力，另一方面水对裂隙内充填物质有软化作用，在流动时还能带走细粒物质，降低缝内充填物的凝聚力，恶化岩体稳定性。

5.温度。

温度作用的差异使岩体呈不均匀受热状态，尤其对软质岩体和裂缝的充填物尤为明显；在温度变化过程中产生的热胀冷缩作用始终保持向下位移的总趋势，为崩塌发育中的积极因素之一。

6.地震。

矿区地震基本烈度为8度，在地震水平作用力的影响下，易引起岩体稳定性降低，诱发失稳，产生崩塌。

7.人类工程活动因素。

主要包括不合理的采矿及开挖边坡，地下采矿后的上部地层失去支撑而产生应力释放，导致采空区上部岩土体变形产生裂缝，对岩体的稳定产生不利影响。

山体裂缝、地面塌陷以及崩塌是安阳县西善应石膏矿的主要地质灾害类型。

石膏矿的采矿活动是造成这些地质灾害的主要因素。

为了尽快消除地质灾害隐患，对山体裂缝、地面塌陷及崩塌采取防治措施是必要的。

【相关文献】
[1]聂振龙，张光辉，李金河.采矿沉陷作用对地表生态环境的影响[J].勘察科学技术，1998，4：16～20。