江苏徐州岩溶塌陷及其防治对策

徐州地区碳酸岩地层分布较广,岩溶较为发育。由地下岩溶所引起的地面塌陷地质灾害频发。本文分析了徐州地区岩溶发育条件、发育特征、分布规律和区域地质环境、人为因素等,对可能引起的地质灾害进行了研讨和预测。初步探讨了徐州岩溶塌陷地质灾害的防治措施和对策。     

人工神经网络在徐州岩溶地面塌陷评价中的应用

岩溶地面塌陷的影响因素很多,发展过程也复杂。在众多的对岩溶地面塌陷的评价方法中,神经网络具有自学习、自适应与高度非线性映射的特点,是一种非常有效的评价手段。在徐州岩溶石地面塌陷的评价中,成功地运用了人工神经网络技术,它具有的强大非线性映射能力,能够建立评价因子和评价对象之间的关系,正确选取评价因子,避免主观判断取值,从而得出可靠的预测模型和岩溶塌陷危险性分区图。     

论岩溶地下水位对岩溶塌陷形成的控制作用——以山东枣庄市岩溶地面塌陷区为例

枣庄市是山东省岩溶地面塌陷的主要发育地区之一,岩溶地面塌陷灾害连年发生,给当地的生产、生活造成巨大经济损失,已成为该地区经济发展的制约因素。本文对该地区的地质条件、塌陷现状及岩溶地面塌陷的分布规律进行了分析归纳,从中得出枣庄岩溶地面塌陷容易发生在:在第四系厚度为5～10m的地段,时间为每年4～9月份,地势低洼处。本文从压力差的角度,在简要分析岩溶管道的发育程度、盖层条件的基础上,分析了地下水位在枣庄地面岩溶塌陷的控制作用,并以此为依据简要提出了几个防治建议。     

临沂市城区岩溶塌陷危险性控制

通过分析临沂市城区岩溶塌陷与地下水活动的关系,确定了岩溶塌陷的主控因子为地下水水位。借助已建立的地下水流模型,提出控制岩溶塌陷的方法,即使岩溶水水位不低于控制水位。以此为目标在研究区选定若干具有代表性的水位控制点,并设计了三种地下水规划开采方案,将其带入地下水流模型演算,最终获得合理的地下水开采方案,即未来城区岩溶水开采量与现状开采相比减少了11.65×104m3/d,减少的水量由临沂市岸堤水库地表水工程解决。该方案实施后可在一定程度上控制岩溶塌陷发生的危险。     

江苏徐州地区岩溶塌陷致塌力学模型及水位控制红线

岩溶塌陷实际是覆盖层土体变形破坏的一种特殊类型。通过调查研究,将徐州地区岩溶塌陷概化为"单一透水型盖层"、"透—阻型盖层"以及"单一阻水型盖层"三种地质模式,破坏模式为渗透变形破坏和剪切变形破坏,致塌模式分别为"潜蚀渗透-超临界水力梯度致塌"、"潜蚀软化—吸蚀—渗透力致塌"以及"真空吸蚀致塌"。建立了内部塌陷阶段以及地表塌陷阶段的综合力学模型,经新生街塌陷和溶剂厂塌陷验证,计算结果与实际情况基本吻合。以徐州典型塌陷区为例,分别对不同覆盖层厚度(40 m、30 m、20 m、10 m)、不同溶洞直径(4 m、2 m、1 m、0. 2 m)、不同下伏黏性土厚度(5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、35 m、40 m)的稳定性进行试算,得到稳定性系数随水位降深的变化关系曲线,结果表明:覆盖层厚度越大、下伏黏性土厚度越大、溶洞直径越小、水位降深越小,稳定系数越高,越不容易塌陷;当洞穴直径小于1 m时,自然条件下土体均处于稳定状态;以稳定系数等于1为变形破坏的极限平衡条件,确定了最大水位降深及其空间分布,并据此作为岩溶塌陷的水位控制红线,为研究区岩溶水安全合理开采提供指导意义。     

桂林市褶皱构造对岩溶塌陷的控制作用

对桂林市褶皱构造的几何形态、应力状态及裂隙发育特征研究表明,背(向)斜的轴(核)部、倾伏端(扬起端)及指状分叉钳口处是岩溶塌陷发育的有利构造部位.本区654个岩溶塌陷,近20%发生在剥蚀深度不大且地势低洼的背斜轴部、倾伏端、指状分叉钳口处,以及埋藏深度较浅的向斜核部和扬起端.市区东西两侧近SN向的尧山背斜和塘家湾背斜等,控制了本区岩溶塌陷总的水文构造环境.     

岩溶塌陷中水压力的触发作用

本文论述了岩溶塌陷模拟试验中的岩溶空腔压力,岩溶含水层水压力,土体破坏三者之间的关系,指出通过岩溶含水层水夺力的监测,对岩溶塌陷的产生进行实时监测,可达到预测预报的目的。     

徐州岩溶塌陷时空分布规律及成因分析

文章通过对以往岩溶地面塌陷勘查工作成果进行系统梳理,揭示了徐州地区裸露型岩溶和覆盖型岩溶的分布规律及历史上岩溶塌陷的时空分布特征,发现塌陷的分布具有明显的规律性:(1)塌陷受废黄河断裂带控制,离废黄河断裂带越近岩溶发育越强烈,离废黄河断裂带较远的部位岩溶发育明显减弱;(2)塌陷主要分布于浅部岩溶强烈发育地段的奥陶系灰岩中,少数分布于寒武系灰岩之中;(3)塌陷集中分布在古河道形成的,砂性土单层结构地段,少数分布在砂性土-黏性土双层结构地段;(4)塌陷全部位于岩溶水开采降落漏斗内。结合岩溶塌陷的时间与地下水的动态活动过程之间的关系,全面分析地面塌陷形成的原因,提出了古河道与废黄河断裂带的重叠部位为岩溶地面塌陷发生的有利部位,但最终发生地面塌陷则是人类工程活动过程引起岩溶水位剧烈波动——大幅、快速下降的结果。该研究成果可为徐州市今后进一步防治岩溶塌陷地质灾害提供地质科学依据,有重要的实用价值。      

桂林市柘木岩溶塌陷成因及其分布的基本特征

柘木岩溶塌陷分布在漓江Ｉ级阶地与河漫滩的结合部位,受ＮＷ向和ＮＥ向断裂控制,岩溶塌陷成因以振动致塌和冲爆致塌为主,直接的诱发原因是炸礁爆破的振动作用。     

我国红层岩溶与红层岩溶塌陷刍议

中国岩溶地区面积广阔,岩溶地貌和现象类型多样。其中我国南方地区红层中出现的岩溶现象较为特殊:可溶岩类型复杂,成岩作用差,溶蚀机理多样,还易风化崩解。近年来红层岩溶塌陷多有发生,成为一个不可回避的问题。文章对我国红层岩溶与红层岩溶塌陷研究现状进行了系统梳理。红层岩溶主要存在于以可溶物质胶结的或含碳酸盐岩砾石的红色沉积岩为主的地区。红层岩溶的特点可以概括为:(1)可溶岩类型复杂,溶蚀机理多样;(2)成岩作用差,力学强度低,易风化崩解;(3)与地质构造密切相关。红层岩溶地区不但会出现覆盖型岩溶区的土层塌陷,而且由于其特殊的岩溶作用还可能出现基岩塌陷。根据红层岩溶地区地质结构,其塌陷模式可概化为红层上覆松散层塌陷、红层溶洞顶板垮塌以及红层整体垮塌三类。今后有必要从红层溶蚀特点和红层岩溶塌陷模式出发,开展红层溶蚀对岩溶塌陷作用机理的专项研究,为红层地区岩溶塌陷地质灾害的风险评估和防治处理提供科学依据和技术支撑。     

基于层次分析-模糊综合评价法的徐州市岩溶塌陷易发性评价

为定量评价城市岩溶塌陷灾害,在详细分析徐州市地质条件的基础上,选取了岩溶发育程度、覆盖层条件、水动力条件等8个致灾因子,运用层析分析-模糊综合评价法对研究区岩溶塌陷易发程度进行评价,得到徐州市岩溶塌陷易发程度分区图。研究结果表明：徐州市岩溶塌陷易发程度分为高易发、中易发、低易发、不易发共4个等级。高易发区主要位于市区溶剂厂-新生街一带及张集水源地邓楼水厂-梁堂水厂一带。区内岩溶水水位长期在基岩面附近波动是诱发岩溶塌陷的主要因素,因此在岩溶塌陷高易发区内应加强对岩溶地下水的开采控制,建立岩溶塌陷监测预警系统,预防岩溶塌陷的发生。     

银川盆地东缘黄河断裂展布特征新认识

作为宁夏北部重要的区域性断裂之一,黄河断裂控制了银川新生代断陷盆地形成与演化,是研究银川平原地震活动及地热资源富集规律不可避免的关键点之一。目前,专项针对黄河断裂的研究较少,以地表调查为主,局部地区开展了浅层地球物理勘探。本文以地质露头资料为线索,基于区域1:20万重力资料,利用小波分界、斜导数等地球物理数据处理技术,清晰刻画出黄河断裂具有“雁行式平面展布特征,据此将断裂划分为灵武段、临河段、月牙湖段与礼和段4个亚段;临河段与灵武段的CSAMT资料揭示黄河主断裂及其次级断裂由东向西呈逐级下掉的“阶梯状,具有明显的“分级特征。黄河主断裂下切深度直抵上地壳,剖面上与次级规模断裂组合形态呈现典型的“扫帚状,各条断裂“上陡、中缓、下陡的“座椅式空间赋存形态明显。与已有研究成果对比发现,二者之间存在展布特征、展布位置、展布关系3方面的差异。     

武汉地区浅层岩溶发育特征与岩溶塌陷灾害防治

运用综合分析和数学统计的方法,较为深入地研究了武汉地区浅层岩溶的发育特征。武汉地区存在6个走向 NWW-SEE、各自相对独立的碳酸盐岩条带。根据上覆盖层工程地质性能的差异,划分出5种岩溶地质结构类型。武汉地区浅层岩溶主要类型有溶隙、落水洞及小型溶洞等,钻孔遇洞率46.0%~50.1%,线岩溶率5.93%~6.00%。浅层岩溶带中,1/3的溶洞洞高小于0.6 m,50%小于1.0 m,90%小于3.0 m。1/3的溶洞顶板在基岩面以下2.5 m 以内,50%在4.5 m 以内,90%在12.5 m 以内。溶洞充填物主要是黏土,含有灰岩碎块石。全充填溶洞占70.8%,未充填溶洞约占1/5,半充填溶洞不到8%。全充填溶洞顶板在基岩面以下平均埋深5.13 m,半充填5.71 m,无充填7.69 m,且具有全充填和半充填溶洞埋深较小、无充填溶洞埋深较大的特点,反映出溶洞充填方式是自上而下充填,充填物主要来源于上部覆盖层。武汉地区浅层岩溶为上部“垂直渗流岩溶带”地下水垂直渗流作用下的产物。根据岩溶发育程度的差异,基岩面以下浅部碳酸盐岩在垂直方向上可分为上部强岩溶和下部弱岩溶两个带;岩溶塌陷灾害平面上可划分出高、中、低3个危险性区,各区防治原则不同。高危险区是岩溶塌陷灾害防治的重点,防治的基本原则是阻止上覆粉细砂的流失;中等危险区的防治原则是保护中部老黏土层或红层的完整性;低危险区应注意远城区土洞存在的可能性。各危险区治理应以岩溶地质结构为基础,在防治原则指导下制定相应的防治措施。此外,工程建设中应合理选择和利用弱岩溶带。     

岩溶地面塌陷三机理理论及其应用

为了给岩溶地面塌陷预测、监测、防治和应急措施提供理论依据,全面总结了岩溶地面塌陷的发育规律,认为岩溶、土体和诱发因素是岩溶地面塌陷的三要素。岩溶为土体丧失提供通道和储藏空间。土的工程地质性质决定了土体塌陷方式：“黏土块”坍塌、砂颗粒漏失、软弱土流失;土体塌陷方式决定了土体塌陷机理;据土体塌陷方式提出了由“土洞型塌陷”“沙漏型塌陷”和“泥流型塌陷”构成的岩溶地面塌陷三机理理论：黏性土和密实砂性土层中,在外力作用下,土洞顶板拱效应失效而产生的地面塌陷现象称为土洞型塌陷;由于诱发因素的触发导致可溶岩上方松散砂层中砂颗粒漏失而产生的地面塌陷现象称为沙漏型塌陷;可溶岩上方软弱土体在外力作用下向可溶岩中流失而产生的地面塌陷现象称为泥流型塌陷。三机理理论关注土体塌陷方式,既解释了岩溶地面塌陷现象,更回答了土体“如何塌”的问题。诱发因素是塌陷的外部影响因素,不是塌陷机理的构成要素;诱发因素产生作用力;作用力改变土颗粒运动状态,使土颗粒由“静止→运动”,土体由“稳定→塌陷”。依据三机理理论,提出了岩溶地面塌陷综合地质预测方法,建立了基于三个塌陷机理的土体塌陷确定性预测模型,系统总结了岩溶地面塌陷监测、防治和应急措施方法,形成了从理论到实践的、完整的岩溶地面塌陷思想体系。     

北方岩溶区断裂带水文地质性质及结构模型

断层带结构和内部流体流动特性是水文地质研究领域的难点问题。石油地质领域,在油气运移与成藏方向已形成较成熟的断层封闭性定量评价技术手段。相比较,断裂的水文地质性质研究尚停留在断裂的力学性质对断层导水、阻水特性的定性评价阶段,尚未详细开展断裂带结构、渗透性各向异性等方面的研究工作。文章梳理总结国外断裂带水文地质性质研究中关于结构组成、断裂带演化、渗透率影响因素等方面的研究成果,引入断裂带渗透率结构模型,并以中国北方岩溶区碳酸盐岩与碎屑岩互层含水岩组为例,构建断裂带水文地质结构模型。断裂带研究尺度和精度不同、断裂带发育部位不同,导致其结构及水文地质性质亦不相同,如何建立起精确、典型的断裂带水文地质结构模型,需要各领域数据共享及多学科融合共同开展研究工作。     

基于Wyllie平均方程的煤系岩溶陷落带富水性预测

在岩溶陷落带孔隙发育,原来坚硬致密的岩石改变了性质,造成岩石密度、波速、电阻率等物性参数发生变化,这些物性异常引起地震波波场改变,从而导致地震波特征参数如时间、反射系数、波阻抗等的变化。利用Wyllie时间平均方程可以建立充水岩体的地震波速度和孔隙度之间的关系。根据密度平均方程建立充水岩体密度和孔隙度之间的关系,进而建立波阻抗和孔隙度之间的关系。因为岩溶陷落带孔隙发育情况和导通性决定了其是否能成为导水通道,利用波阻抗属性可预测岩溶陷落带孔隙度发育情况,这可为判断富水性提供重要参考依据。     

徐州市区地面塌陷与岩溶水开采关系研究

岩溶水是徐州城市供水的主要水源。由于对岩溶水的长期不合理开采,诱发了地面塌陷。论文概述了该地区水文地质条件及地下水开采状况。较系统地分析地面塌陷的形成机制及诱发因素并提出了防治措施。     

金沙江断裂带中段岩溶发育和地下水循环特征

金沙江断裂带中段碳酸盐岩分布区水文地质结构复杂、岩溶水量丰富, 是工程地质安全的重要威胁之一。文章在岩溶地貌和水文地质调查的基础上, 采用水化学和新型同位素测年与示踪的方法, 研究了金沙江断裂带中段岩溶发育特征, 分析了岩溶水补给、径流和排泄过程。结果表明: 岩溶空间分布和地下水补给、径流、排泄均受构造控制; 在垂向上主要存在3个高程级别的岩溶发育分区, 其中二级和三级顶部岩溶的发育时间分别为晚中新世至晚更新世和上新世至晚更新世; 岩溶水补给区海拔4400~4600 m, 主要补给源为大气降水和冰湖水, 水中228Ra/226Ra数据显示非定曲断裂控制范围内水源难以形成跨断裂影响范围的补给; 岩溶水循环速度快, 岩溶大泉的85Kr年龄＜15 a, 且基本没有年龄较大的地下水混合; 径流过程中碳酸盐岩溶蚀和阳离子交换作用不充分。在工程中应充分考虑活动断裂影响下岩溶水径流通道空间分布、高水压影响和特殊天气条件带来的地质灾害威胁。     

广州金沙洲岩溶地面塌陷地质灾害成因分析

广州金沙洲是岩溶地面塌陷危害较严重的地区之一,至目前已发生塌陷24个,主要集中分布在某高铁隧道两侧,与隧道垂直距离小于400 m;塌陷的形成与发展与金沙洲地质环境条件脆弱、高铁隧道施工抽排地下水有很大的关系。调查表明,金沙洲北东向断裂构造发育,隐伏灰岩见洞率60 %～76.9 %,线岩溶率最大达52.58 %,部分地段灰岩上覆土体厚度小于15 m。金沙洲某高铁隧道施工期间多个时段排水强烈,排水量达2 000～3 000 m 3 /d,导致地下水位剧烈波动,并引发了20多个岩溶地面塌陷,而在隧道施工之前及在隧道施工不抽排水的个别时段,区内均无塌陷发生。上述岩溶塌陷发育特征表明,脆弱的地质环境条件是金沙洲岩溶地面塌陷的内在因素,而高铁隧道施工抽排地下水则是岩溶地面塌陷的直接诱发因素。     

断裂带结构的识别方法及其控藏作用

正随着国内外学者对野外露头研究程度的增加,断裂带三维复杂地质结构及演化规律逐渐明确,精细刻画断裂带内部结构特征对明确油气运移方式具有重要意义。本文以长岭断陷龙凤山—东岭地区为例,利用岩心、测井、地震等地质资料定性、定量识别断裂带的内部结构,并划分断裂带结构类型,揭示断裂带结构发育类型的有序性变化规律。