莱芜市泉河地区岩溶塌陷特征及成因分析

坑最大直径３ 最大深度１ ５ｍ， ２ｍ。 塌陷坑多分布在 有些仍 村东南冲沟和 农 田 内 。 有 些 塌 坑 已 被 充 填 ， 保留 ， 保留的塌坑情况见表 １。
４ 岩溶塌陷的分布规律
４． １ 空间分布 已 发 生 的 塌 陷 主 要 分 布 在 侯 家 沟Байду номын сангаас东 断 裂 以 东、 泉河断裂以东 ， 西 泉 河 村 东 南 冲 沟 附 近。 第 四 纪 松 散层多直接与下伏的裂隙岩溶较发育的奥陶纪灰岩 直接接触或分布厚度不足１ ０ｍ 的古近纪红色砂岩 。
图 ３ 泉河地区岩溶塌陷发生时间统计
３ 岩溶塌陷特征
３． １ 塌陷的突发性 岩溶塌陷多具突发性 ， 塌陷前大多无明显征兆 ， 塌陷过程短 ， 从发生到终止仅几个小时 。 如 １ ９ ９ ６年 午 后 １ 点 多 种， 西泉河村有 农历 ６ 月 １ ０ 日下 大 雨 ， 村东南 １ ０ 户居民的院内或者房内 发生突 发 性 塌 陷 ， 冲沟及其两侧发生十几处塌陷 。 其中村民刘永利家 出现一直径 ７． 深 ４． 致 使 牛栏 房 ０ｍ， ０ｍ 的塌陷 坑 ，
［ １］
迅速 ， 是区内裂 溶水接受大气降水的补给作用强烈 、 隙岩溶水的主要 补 给 来 源 。 受 岩 层 倾 向 控 制 ， 地下 由南东或南向北 西或北 径 流 （ 图 １） 。 水顺岩层倾向 ， 流经 ＥＷ 向断裂及塔子 石 门 官 庄 ＥＷ 向 压 性 断 裂 南侧受到阻拦 ， 通过杜官庄 牛王泉断裂和侯家沟断 裂东侧裂隙岩溶 发 育 带 穿 越 ＥＷ 向 压 性 断 裂 ， 经八 里沟向斜西南端岩溶发育的浅埋藏中奥陶世灰岩进 入泉河地区 。 岩溶水的主要排泄途径为顶托排泄和 人工开采排泄 。 古 近 纪 地 层 是 岩 溶 水 的 隔 水 顶 板 ， 也是第四纪孔隙水 的 隔 水 底 板 ， 割断了岩溶水与孔 隙水的水力联系 。 在 地 形 低 洼 处 灰 岩 隆 起 ， 古近纪 隔水岩层缺失或者 较 薄 部 位 ， 岩溶水与孔隙水具有 密切的水力联系 ， 以泉的方式溢出地表 。
第２ ８ 卷第 ９ 期 山
东 国 土 资 源 ２ ０ １ ２年９月
莱芜市泉河地区岩溶塌陷特征及成因分析

刘妍芬 ， 王振涛 ， 高峰 ， 于德杰
（ 山东省地质环境监测总站 ， 山东 济南 ２ ） ５ ０ ０ １ ４
摘要 ： 在２ 莱芜市泉河地区 发 生 多 起 岩 溶 塌 陷 ， 而 且 岩 溶 塌 陷 的 发 生 具 有 突 发 性、 重 复 性。在 ０ 世纪 ８ ０ 年代以来 ， 系统总结了莱 芜 市 泉 河 地 区 岩 溶 塌 陷 特 征 ， 即岩溶塌陷的形成与分布在空 已有研究成果的基础上通过现场调查 ， 在时间上具有阶段性与集中爆发 期 。 岩 溶 塌 陷 发 育 情 况 、 覆盖层条件和水文动态资料综合分析 间上具有方向性 ， 莱芜市泉河地区岩溶塌陷是区内水动力条件的改变造成的 。 结果表明 ， 关键词 ： 岩溶塌陷 ； 发育现状 ； 塌陷特征 ； 成因分析 ； 莱芜泉河 中图分类号 ： Ｐ ６ ４ ２． ２ ５ 文献标识码 ： Ｂ
５ 岩溶塌陷成因分析
５． １ 松散盖层岩性特征及厚度 研究区松散盖层为第四纪松散堆积物和厚度较 小的古近纪砂 页 岩 。 其 中 古 近 纪 砂 页 岩 厚 度 较 薄 ， 一般小于 ５ｍ， 岩性主要为砂岩 ， 胶结 程度差 。 第 四 纪松散堆积物以粘质砂土为主 ， 其次为中细砂 ， 易被 产生 潜 蚀 作 用 生 成 土 洞 。 松 散 盖 层 厚 度 水流带走 ，
修订日期 ： 编辑 ： 孟舞平 ２ ０ １ ２ ０ ８ ２ ９； ２ ０ １ ２ ０ ９ １ ６； 收稿日期 ： 作者简介 ： 刘妍芬 （ ， 女， 山东威海人 ， 助理工程师 ， 主要从事环境地质及地质灾害防治工作 ； ： １ ９ ８ ３—） Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ｗ ａ ｎ ｚ ｈ ｅ ｎ ｔ ａ ｏ ｓ ｄ ６ ３． ｃ ｏ ｍ。 ＠１ ｇ
。
１ 地质环境背景
研究区地形平坦 ， 地貌为山前冲洪积平原 。 区内 年 最 大 降 水 量 １２ 多年平均降 水 量 ６ ９ ７ ． ３ｍｍ， ３ ６ ． ９ 降水多 集 中 在 ６ —９ 月 份 ， 占全年的７ ｍｍ， ５ ％ 左 右。 ３ 区内主要河流为汶河 ， 多年平均流量 ８ ／ 。历 ． ２ ９ｍ ｓ
３］ 空间 ［ 。
体天然容重增加 。 在大气压和土体自重的共同作用 下， 厚度较薄的 土 体 将 在 短 时 间 内 发 生 塌 落 。 泉 河 地区岩溶塌陷大多集中于雨中或雨后便起因于此 。
６ 结语
泉河地区岩溶塌陷发生机理主要为在第四纪松 散盖层覆盖的岩溶 发 育 区 ， 由 于 自 然、 人为因素（ 大 量抽取岩溶水 ） 的 作 用， 造 成 地 下 水 动 力 条 件 改 变， 第四系盖层土颗粒被水迁移 、 地层完整性遭到破坏 。 地下水位的变化使 得 土 洞 内 气 压 变 化 ， 外加降雨使 颗粒间相互吸引力减小 ， 致使岩溶上 土体自重加大 、 覆较薄的土层发生塌陷 。
中间 夹 薄 层 古 近 纪 砂 岩 。 西 泉 河 地 区 自 １ ９ ７ ５年开 始塌陷至今 ， 共塌陷 ６ 塌陷坑呈筒状 ， 坑口以 ０ 余处 ， 圆形 、 椭 圆 形 为 主， 塌 坑 面 积 约 ３０ 图 ２） ， 塌 ０ ０ｍ （
２
全部 淹 没 ， 窖 子 里 的 １０ ０ ０ 多 千 克 土 豆 埋 至 于 内。 西泉河村突现多处塌 ２ ０ ０ ０ 年农历 ８ 月 １ １ 日 雨 后， 陷坑 ， 其中最 大塌陷 坑直径约 ５ｍ， 深 ６ｍ。 致 使 多 家房屋突然陷落 ， 房内物品多陷于坑中 。 ３． ２ 塌陷的重复性 岩溶 塌 陷 一 般 是 雨 天 或 雨 天 过 后 ， 在塌陷范围 内重复出现塌陷 。 如西泉河东南部的田地中 ， １ ９ ９ ８， １ ９ ９ ９， ２ ０ ０ ０， ２ ０ ０ １， ２ ０ ０ ８， ２ ０ ０ ９ 年多次发 生岩溶 塌 陷 。 再如西 泉 河 村 南 ５ ０ ０ｍ 小河沟内的２处岩溶塌陷 坑， 自１ ９ ９ ９ 年至今已经发生了 ３ 次塌陷 。
３ ３ 年最大流量 ２ ／ ， 历年最小流量 ０ ／ 。 ９ ２ ０ｍ ｓ ． ０ ４ｍ ｓ
研 究 区 地 层 由 老 至 新 依 次 为 奥 陶 纪 马 家 沟 组、 石炭纪本溪组 、 古 近 纪 大 汶 口 组 及 第 四 纪。 泉 河 地 区附近主要断裂构造为侯家沟东断层及泉河断层 。 研究区位于赵庄 牛王泉水文地质单元内 ， 为裂 隙岩溶水的富 水 地 带 。 南 部 寒 武 系 、 奥陶系广泛分 布， 地表岩溶发育 ， 多为溶沟 、 溶槽和溶蚀裂隙 ， 可直 接接受大气降水和山间溪流地表水的入渗补给 。 岩
图 ２ 泉河地区地质环境图
１— 第四系 ； ２— 奥陶系 ； ３— 现存塌陷坑 ； ４— 古塌陷 ； ５— 古近纪 地层缺失分界线 ； ６— 实测及推测地质界线 ； ７— 推测断层
４． ２ 时间分布 泉河 地 区 岩 溶 塌 陷 发 生 的 季 节 性 较 为 明 显 ， 据 调 查 统 计， ８ ０％ 以 上 的 塌 陷 集 中 发 生 于 每 年 汛 期 （ 的 较 大 降 雨 中 或 雨 后 的 一 段 时 期 内。 如 ６—９ 月 ） 其中８月份 ２ ０ ０ ０ 年莱芜市共 发 生 岩 溶 塌 陷 １ ５ 处， 发生 １ 暴雨中 发 生 １ ， 占全年岩溶塌陷总 ２ 处（ ０ 处） 量的 ８ 图３ ） 。 ０％ （
莱芜市泉河地区岩溶塌陷主要分布于西泉河村 东侧及东南冲沟附近 ， 呈 ＮＮＷ 向 ， 南北长 １０ ０ ０ｍ， 东西宽 １ 在冲沟 ０ ０～３ ０ ０ｍ。１ ９ ７ ５ 年叶庄放水实验 ， 及其两 侧 发 生 塌 陷 １ ６ 处。进 入 ２ ０世纪８ ０年代以 来， 由于大量开采地下岩溶水 ， 再加上南部鄂庄煤矿 和槲 林 电 厂 的 废 水 排 放 ， 加 剧 了 该 处 的 塌 陷。 自 区内 共 塌 陷 ６ 塌陷坑 １ ９ ７ ５ 年开始塌陷至今 ， ０ 余 处， 坑 口 以 圆 形、 椭 圆 形 为 主。 塌 陷 多 具 突 发 呈 筒 状， 一般是雨天或雨天过后 ， 在塌陷范围内重复出现 性， 塌陷
表 １ 西泉河地区岩溶塌陷坑基本情况
序号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ 塌 坑 情 况 长 ７． 宽６ 深 １． ７ ｍ， ｍ， ５ ｍ。 塌 陷 时 间 塌陷坑近似圆 形 ， ２ ０ ０ ９ 年秋雨后 直径 ２ 深 ０． ｍ， ５ ｍ。 塌陷时间 ２ ０ ０ ９年 塌陷坑呈圆形 ， 坑口长 ５ 宽 ４． 现状 深 度 约 ０． ｍ， ７ ｍ， １ ｍ。 塌陷坑呈圆形 ， 塌陷时间 ２ ０ ０ ８年 长约２ 宽约２ 塌陷时深度约 ５． ５ ｍ， ５ ｍ， 塌陷坑呈 方 形 ， ２． ３ ｍ。 塌陷时间为 ２ ０ ０ ７年 长１ 宽５ 深２ ７ ｍ， ｍ， ｍ。 塌陷时间 ２ ０ ０ ９年 塌坑呈长方形 ， 长１ 最宽处 ３ 深 １． ０ ｍ， ｍ， ５ ｍ。 塌 陷 塌陷坑呈葫芦形状 ， 时间 ２ ０ ０ ９年 坑 口 直 径 约 ３． 塌陷时间２ ５ ｍ， ０ ０ ９年７ 塌陷坑成圆形 ， 月１ ３日 深 约 ０． 塌陷时间２ ２ ｍ， ５ ｍ， ０ ０ ８年５ 塌陷坑直径约为 １． 月９日
图 １ 莱芜泉河地区水文地质单元地下水运动示意图
２ 岩溶塌陷发育现状
岩溶塌陷现象主要集中在西泉河村东侧及东南 冲沟附近 。 奥陶纪灰岩上覆较薄的第四纪松散层或
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第２ ８ 卷第 ９ 期 环 境 地 质 ２ ０ １ ２年９月
５］ 土体黏聚力 及 内 摩 擦 角 减 小 ， 抗 塌 力 降 低［ ， 土 和，
散盖层厚度 小 于 １ 厚度１ ０ｍ 的 占 多 大 数 ， ０～３ ０ｍ 的塌陷数量较小 ， 而厚度大于 ３ ０ｍ 的仅零星出现 。 ５． ２ 可溶岩发育程度 研究区浅部岩溶洞隙的地下水活动频繁交替强 烈， 连通性好 ， 成为岩溶塌陷物质的储存空间和运移 多数 通道 。 泉河地区在灰岩顶板之下 ３ ０ｍ 范围内 ， 钻孔可见溶洞且多呈半充填状 ， 溶洞厚度可达 ２ｍ， 为地下水强烈活动和塌陷物质的运移提供了有力的