馮躍封

（河南省煤田地質(zhì)局二隊(duì)，河南洛陽(yáng) 471023）

廣西、四川等西南地區(qū)地面塌陷成因分析

馮躍封

（河南省煤田地質(zhì)局二隊(duì)，河南洛陽(yáng) 471023）

我國(guó)西南地區(qū)頻繁發(fā)生的“天坑”現(xiàn)象，在給當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活造成較大損失的同時(shí)，引起了人們對(duì)重大自然災(zāi)害的恐慌。廣西、四川等西南地區(qū)頻繁出現(xiàn)的“天坑”確切地說(shuō)是人為活動(dòng)引起的地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害。

地面塌陷；形成原因；天坑；溶洞

今年以來(lái)，我國(guó)廣西、四川、浙江、湖南等地頻繁發(fā)生地面塌陷。2010年4月份，四川宜賓市長(zhǎng)寧縣硐底鎮(zhèn)紅旗村和石埡村先后出現(xiàn)45個(gè)地面塌陷形成的大坑（當(dāng)?shù)胤Q(chēng)作 天坑 ），最大直徑達(dá)60多米，深度30多米，波及范圍達(dá)0.6km2；5月份以來(lái)，成都大邑、懷遠(yuǎn)，浙江州，廣西來(lái)賓、湖南寧鄉(xiāng)等地頻繁出現(xiàn) 天坑 ，直徑1.7m到80多米，深度1.6m到40多米，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)卮迕竦纳拓?cái)產(chǎn)安全。一些人聯(lián)系甘肅玉樹(shù)和山西太原地震，把 天坑 的頻繁出現(xiàn)作為地震等嚴(yán)重自然災(zāi)害的前兆，從而造成心里恐慌。

本人通過(guò)對(duì)四川、廣西、湖南等出現(xiàn) 天坑 地區(qū)之地質(zhì)構(gòu)造條件和今年以來(lái)氣候特征的分析，對(duì)上述地區(qū)地面塌陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行了研究。

1 氣候特征

我國(guó)西南地區(qū)屬亞熱帶、熱帶高原季風(fēng)氣候，一年中5～10月份為雨季，11月份到第二年的4月份為干季，雨季和干季分明，降水場(chǎng)和溫度場(chǎng)按照云南區(qū) 川西高原區(qū) 貴州區(qū) 四川盆地區(qū) 川東區(qū)的順序逐級(jí)遞減[1]，是我國(guó)夏季降水量較為豐沛的地區(qū)之一。然而，受全球變暖大氣候的影響，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，西南地區(qū)夏季降水量相對(duì)偏少，總體偏旱[2]。中國(guó)氣象局資料顯示，云南、貴州一帶從2000年初到現(xiàn)在，一直處在降水偏少、溫度偏高這樣一個(gè)大氣候背景下。2009年9月至2010年3月，云南、貴州的降水量分別是173mm和175mm，比常年偏少一半以上，是1951年有氣象記錄以來(lái)最少的一次；在這200多天里，氣溫平均偏高1℃～2℃，跟歷史相比，云南氣溫同期歷史最高，貴州排在第三。氣溫偏高，導(dǎo)致水汽蒸發(fā)量增大。2009年7～12月份，云南省平均水汽蒸發(fā)量為822.5mm，比多年同期平均733.6mm偏多88.9mm，偏多12%；雨季提前結(jié)束。2009年9月1日到2010年2月28日，云南省平均降雨日數(shù)為31天，比多年同期平均偏少31天，偏少50%，打破1952年以來(lái)歷史同期降雨日數(shù)最少記錄。自2009年9月份開(kāi)始的云南、貴州、廣西等地出現(xiàn)干旱，11月份已影響到四川地區(qū)，2010年初延伸到湖南湘西的大部分地區(qū)，是我國(guó)1952年有氣象記錄以來(lái)干旱持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、影響范圍最廣、災(zāi)害影響最重的一次旱災(zāi)。據(jù)中國(guó)地質(zhì)環(huán)境信息網(wǎng)消息，截止2010年6月9日20點(diǎn)，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局6月份已發(fā)布的四次全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報(bào)預(yù)警中，廣西、湖南、江西、貴州、浙江、四川、重慶等西南方省份均為 發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性大區(qū)域 ，廣西、四川、湖南等地屢現(xiàn) 天坑 的情況與地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警區(qū)域相符。

2 地質(zhì)構(gòu)造和巖溶特征

從區(qū)域地質(zhì)特征看，西南地區(qū)位于印度洋板塊與太平洋板塊的碰撞地帶，屬于構(gòu)造抬升地區(qū)。

晚第三紀(jì)，隨著青藏高原的整體強(qiáng)烈隆起，西南巖溶區(qū)開(kāi)始間歇性緩慢上隆，形成由西向東掀斜式隆升和向東傾斜的地勢(shì)[3]，造成石灰?guī)r地層巖石裸露。以貴州為中心的川、黔、滇以及與之毗鄰的湘、桂、鄂等碳酸巖成片分布的西南巖溶地區(qū)，分布面積約54 104km2。在長(zhǎng)期的溶蝕作用下，廣泛分布的碳酸巖巖溶地層溶蝕裂隙和地下溶洞廣泛發(fā)育并且相互貫通（圖1），為地下水的儲(chǔ)存和運(yùn)移提供了良好場(chǎng)所，使地下水呈現(xiàn)集中管道狀或分散網(wǎng)絡(luò)狀等多種賦存狀態(tài)。

圖1 四川宜賓市興文縣地質(zhì)公園典型喀斯特地貌

巖溶地層特有的物理和構(gòu)造特征，決定了巖溶水補(bǔ)給主要來(lái)自大氣降水，通過(guò)溶蝕裂隙的入滲補(bǔ)給或通過(guò)巖溶地區(qū)特有的落水洞、漏斗等以滲漏直接注入的方式補(bǔ)給，最終以巖溶泉或地下河的形式排泄。地質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明，西南地區(qū)地下暗河就多達(dá)3066條。

由于巖溶地區(qū)溶蝕管道、溶洞的普遍發(fā)育，地下水排泄十分暢通，三水 （大氣降水、地表水、地下水）轉(zhuǎn)化迅速，因此，巖溶地區(qū)水量的動(dòng)態(tài)變化與降水量的大小密切相關(guān)，特別是地表巖溶泉之水量幾乎與降雨近乎同步，呈現(xiàn)季節(jié)性和周期性的特征[4]。

3 巖溶地面塌陷發(fā)育方式

西南巖溶地區(qū)地面塌陷的原因很多，但主要還是水動(dòng)力循環(huán)活躍的結(jié)果。從土洞的產(chǎn)生、發(fā)展至坍塌，每一過(guò)程都與水動(dòng)力條件密切相關(guān)，不同階段有不同的發(fā)育方式。

（1）真空吸蝕。巖溶水位下降至基巖附近時(shí)，由于受降雨影響，水位便在以基巖面為基線(xiàn)的附近頻繁波動(dòng)，洞穴中封閉的氣體產(chǎn)生向上（下）的正（負(fù)）壓，出現(xiàn)真空吸蝕而引起土體破壞，產(chǎn)生土洞（圖2）。隨著水位的頻繁升降，土體的浮托力反復(fù)改變，加快了洞穴中土體掏空、搬運(yùn)能力，進(jìn)而促進(jìn)了土洞快速向上發(fā)展，發(fā)生坍塌。

圖2 巖溶真空吸蝕示意圖

（2）地表水滲透潛蝕。以地表水直接補(bǔ)給而產(chǎn)生的潛蝕作用為特征，因西南巖溶地區(qū)第四系土層薄且砂、碎石含量高，便于澗水滲流，且向地下水補(bǔ)給徑流距離短，以類(lèi)似管道流的形式經(jīng)由第四系土層向巖溶水補(bǔ)給，對(duì)溶洞內(nèi)及第四系底部土體進(jìn)行潛蝕、淘空，導(dǎo)致塌陷。

（3）地下水滲透潛蝕。礦山疏干直接排走巖溶水，水位便逐漸下降，形成孔隙水對(duì)巖溶水的補(bǔ)給，強(qiáng)化了對(duì)土體的潛蝕能力。在巖溶水降至基巖面以下時(shí)，潛蝕加劇，最終造成塌陷。

上述3種巖溶地面塌陷的發(fā)育方式常常不是孤立存在的，每次塌陷災(zāi)害，都可能存在兩種或兩種以上方式共同作用。

4 地面塌陷成因分析

2010年4月份以來(lái)，四川宜賓、成都，廣西來(lái)賓，湖南寧鄉(xiāng)和浙江州等巖溶地區(qū)先后出現(xiàn)地面塌陷，由于各地地質(zhì)構(gòu)造的不同，引起塌陷的原因有如下幾種類(lèi)型。

（1）地下溶洞坍塌引起的地面塌陷

四川宜賓市長(zhǎng)寧縣硐底鎮(zhèn)紅旗村和石埡村屬于巖溶的喀斯特地貌，地下溶洞發(fā)育。在2009年10月持續(xù)干旱，一方面由地下水得不到有效補(bǔ)給；另一方面，為滿(mǎn)足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活的需要，因大量抽取地下水，引起水位的過(guò)量急速下降，地下水托浮力突然過(guò)量減小，誘發(fā)巖溶頂蓋巖石垮塌，形成 天坑 。地下溶洞埋藏深度和坍塌的程度，決定地面塌陷規(guī)模的大小（圖3）。

圖3 四川宜賓市長(zhǎng)寧縣硐底鎮(zhèn)石埡村“天坑”

廣西來(lái)賓市吉利村地區(qū)地下河非常發(fā)育，形成地下河系統(tǒng)，山前是地下河的補(bǔ)給入口，其匯水面積大，因泉眼排水量有限，暴雨大量洪水匯集地下河；因地下河溶洞壁巖層承受地下水壓力越來(lái)越大，超過(guò)其承受極限發(fā)生塌陷。并從開(kāi)始的局部坍塌逐步發(fā)展，最終形成一條塌陷帶。一般地下河延伸的距離較遠(yuǎn)，規(guī)模較大，塌陷 天坑 的規(guī)模大，影響范圍廣。

（2）地下水位急劇變化引起的地面坍塌

成都附近的大邑位于成都平原的西部，在堅(jiān)硬的早寒武紀(jì)結(jié)晶花崗巖基底之上覆蓋了一套由粘土和砂礫、卵石組成的陸相碎屑沉積，一般厚度5m以上，最大厚度達(dá)8000m。因持續(xù)干旱和地下水過(guò)量開(kāi)采，引發(fā)地下水位大量下降，發(fā)生局部地面塌陷形成 天坑 。目前其塌陷的規(guī)模一般較小（如圖4），但是存在一定危害。

圖4 成都大邑鎮(zhèn)桐林村稻田“天坑”

（3）礦山開(kāi)采和爆破施工引起的巖層塌陷

西南地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，已發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)在150種以上，礦業(yè)開(kāi)發(fā)已成為西南地區(qū)各省、區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一[5]。湖南寧鄉(xiāng)地區(qū)煤炭資源十分豐富，由于該地區(qū)煤層頂板多為石灰?guī)r，其下隱伏巖溶發(fā)育，礦層開(kāi)采后常形成較大范圍的懸空空間（統(tǒng)稱(chēng) 老頂 ）。在巖層自身重力和附近煤層采掘的擾動(dòng)影響下，老頂懸空到一定范圍發(fā)生斷裂，引起頂板急劇下沉，形成地面塌陷。煤礦采空區(qū)垮塌形成的 天坑 的深度和波及范圍，受煤層埋藏深度、厚度和采空區(qū)大小控制，其規(guī)模和影響范圍一般較大。湖南寧鄉(xiāng)縣大成橋鎮(zhèn)2010年1月以來(lái)先后出現(xiàn)的10多個(gè) 天坑 ，都是其附近煤礦采空區(qū)垮塌而引起的地面塌陷（如圖5）

圖5 湖南寧鄉(xiāng)縣大成橋鎮(zhèn)清泉村“天坑”現(xiàn)場(chǎng)

5 結(jié)論

2010年上半年在西南地區(qū)頻繁出現(xiàn)的 天坑 ，科學(xué)地講應(yīng)稱(chēng)為地表塌陷；西南地區(qū)地面塌陷的成因有四種：長(zhǎng)期持續(xù)干旱引起的地下水位下降、過(guò)量抽采地下水、地下隱伏溶洞坍塌、礦山開(kāi)采和爆破施工。

[1]徐 曉，肖天貴. 西南地區(qū)氣候季節(jié)劃分及特征分析，高原山地氣象研究，2010年第30卷第1期，P35～40.

[2]李永華，徐海明等. 我國(guó)西南地區(qū)東部夏季降水的時(shí)空特征，高原山地氣象研究，2010年第29卷第2期，P523～530.

[3]路海濤，章 程. 中國(guó)西南地區(qū)巖溶水資源的特點(diǎn)及可持續(xù)利用對(duì)策，西華師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2006年第27卷第2期，P139～142.

[4]楊曉燕，袁仁茂. 南京棲霞山地區(qū)巖溶地面塌陷成蔭研究，北京大學(xué)學(xué)報(bào)，2001年第6期，P839～844.

[5]毛 英. 西南地區(qū)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題研究，四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2003年第23卷第2期，

P106～108.

Analysis of the Subsidence in Southwest China including Guangxi and Sichuan Provinces

FENG Yuefeng

(The No.2 Team of Henan Coalfeld Geological Bureau, Luoyang, Henan Province 471023)

The Tiankeng frequently occurs in southwest China, which has the severe infuence on the daily lives of the local residents. As a result, the local people are very scared by the further natural disasters. According to the study on the land subsidence in Guangxi and Sichuan provinces, the Tiankeng occurred in the Southeast China is considered as the result originated from human activities.

Land subsidence；Origination factors；Tiankeng；Karst caves

X45

A

1007-1903(2011)01-0037-03

馮躍封：男（1965-），地質(zhì)工程碩士，注冊(cè)安全工程師，1989年畢業(yè)于焦作礦業(yè)學(xué)院，主要從事地質(zhì)勘查工作。E-mail:fengyuefeng1103@163.com。