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岩土知识:岩溶塌陷的形成条件

2015-12-9 17:27| 发布者: ccbuild| 查看: 899| 评论: 0

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  (一)岩溶洞隙是岩溶塌陷产生的基础

  岩溶(国际通用术语Karst,译名喀斯特)是指水对可溶性岩石(在我国以碳酸盐岩为主,局部尚有硫酸盐岩、卤化物岩等,这里主要对前者进行论述)进行以化学溶蚀作用与特征(并包括水的机械侵蚀和崩塌使用以及物质的携出、转移和再沉积)的综合地质作用,以及由此而产生的现象统称。岩溶作用的结果在可溶岩表面及其内部形成各种岩溶现象,在地表的如洼地、槽谷、漏斗、落水洞、溶沟溶槽、石芽、石柱、溶峰等;在地下的则为各种形态的溶洞、溶隙、管道等。由于岩溶作用受着地下水水流系统的控制,因而各种岩溶现象也往往组成一定的系统,称为岩溶系统,受各种因素的影响,岩溶的发育有强弱之分,一般可溶岩岩性较纯,连续厚度较大,出露分布较广,断层较发育、岩层较破碎的,岩溶较易发育;可溶岩岩性不纯,含泥质及其它不溶杂质成分较多,连续厚度不大或多类有非可溶性夹层,出露分布较局限,断层不发育、岩层较完整的、岩溶发育较弱。其分级标志参见下表。

  岩溶发育愈强烈,岩溶洞隙数量愈多,其规模也愈大,愈有利于岩溶塌陷的形成。岩溶洞隙的发育一般受岩溶地下水排浊基准面的控制,多发育于浅部,向深部逐渐减弱。浅部岩溶洞隙由于地下水活动频繁,交替强烈,一般连通性较好,成为塌陷物质的储集空间和运移通道。岩溶洞隙的开口程度是影响岩溶塌陷形成的重要因素,岩溶地下水的活动,塌陷物质的运移都是通过洞隙开口处进行的,因此,塌陷坑与开口洞隙存在着密切的垂向对应关系。实践表明,洞隙规模愈大,塌陷也愈大;洞隙开口愈大,塌陷速度愈快。洞隙的平面展布形态对塌陷平面形态有着决定性影响,裂隙状洞隙往往形成长条状塌陷坑,沿地下河管道往往产生链状或串珠状分布的塌陷坑群。

  (二)一定厚度的松散盖层

  目前已知塌陷中土层塌陷占96.7%,可见土层是塌陷的主要组成部分。土层可由粘土、砂、砾等各种组分组成,形成单层双层或多层结构。岩性结构对塌陷的形成有着明显的影响:均一的砂土由于其颗粒间无粘结力,在一定水头的水流渗透作用下,其细小颗粒易于被潜蚀搬运进而淘空破坏,抗塌陷能力最差,塌陷数量相对较多;双层或多层结构的土层,由于有粘性土的缓冲作用,其抗塌能力要稍好一些;均一粘性土或底部为粘性土的多层结构土层,由于粘性土具有一定的凝聚力,抗塌能力较强,塌陷数量相对较少,塌陷的速度也要缓慢一些。

  土层的厚度对塌陷的产生也有明显的影响,据统计,土层厚度小于10m的塌陷占绝大多数;厚度10—30m的塌陷数量要少得多,而>30m的仅零星出现。目前所知土层厚度最厚的见于安徽铜陵新桥矿塌陷,土层厚度达到60m.

  除盖层为土层的塌陷外,如盖层为风化破碎的基岩也可产生塌陷,如湖南水口山铅锌矿阳公堂因矿坑排水产生塌陷,直径59X54m,塌坑可见深25m,塌陷层表层残积土厚38.7m,其下碎屑岩厚124.67m,下伏为岩溶发育的灰岩,盖层总厚达163.37m.山东莱芜铁矿顾家台矿区因矿坑排水在厚156m受断层破碎的第三系红色砂岩、粉砂岩中产生塌陷。此外,在湖南的煤炭坝煤矿、江西城门山和东乡铜矿,均发现有隐伏的古基岩塌陷堆积体,其直径可达500m,其深度可达300m.

  (三)易于改变的岩溶地下水动力条件

  岩溶地下水一般具有赋存状态复杂(集中管道状或分散网络状)、动态变化迅猛、迳流通畅、流态多变的特点,这些特征在不同地段由于其补给、迳流、排泄条件的不同而又有明显的差异。影响补、迳、排条件的因素除了地质构造外,主要受地形地貌、即碳酸盐岩的出露条件、地形切割程度及水文网配置格局所控制,不同地貌类型具有不同的岩溶地下水特征。据此可在宏观上将岩溶地下水概括三种类型:岩溶山地(裸露型岩溶)的岩溶地下水,岩溶平原、盆地、谷地(复盖型岩溶)的岩溶地下水和河湖近岸地带的岩溶地下水。

  需要指出的是,在华南复盖岩溶区的上复粘性土层常与残坡积或坡洪积成因,多含有砂砾质且垂直裂隙发育,具有不均一的含水性,往往组成弱含水层,居民多取之供生活用水。其特征是含水不均,水位随地形而变化,水量较小,干旱年份甚至干涸。这一类土层水的水位一般高于下伏的岩溶地下水位,尤其在雨季,其水位差达到最大,在其作用下,沿土层中的垂向裂隙和粗大孔隙产生垂向渗透补给岩溶地下水,其水力坡度较大,可在土层中产生潜蚀作用,将土的细小颗粒随水带走,形成土洞,进而扩展形成塌陷。

  地下水的动力条件是指地下水的赋存(含水介质类型)和水力条件(承压、非承压)及其以水位(水头)、流速、水力坡降等要素表征的条件。在岩溶地下水埋藏较浅、循环交替强烈的地段,岩溶地下水动力条件易于改变,地下水活动变化强烈,有利于塌陷的形成。这些地段有:水位埋藏较浅,多具承压性,变化幅度较大,或在基岩面附近波动的地段;迳流较通畅的集中迳流带或主迳流带;地下水的排泄带;具有潜水(包括土层水)和岩溶水双层含水层结构分布地段;与潜水或地表水体联系密切、交替强烈地段;降落漏斗影响范围内。

责任编辑:zyy
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