1、河北省滦县黄庄岩溶塌陷成因初探摘要：河北省滦县黄庄村位于滦县西部，东距滦县城区约 8.5km，行政区划属雷庄镇。其中心地理坐标：东经 1183317，北纬 394508。黄庄村目前拥有人口 3000 多人，村民住宅大多为一层民房，个别有新建二层楼房，共有 24 排，现有住户 813 户，民房 2452 间。 关键词： 河北省滦县黄庄； 岩溶塌陷； 中图分类号：TU 文献标识码： A 文章编号： 该村座落于丘陵与山前倾斜平原交界地带的岩溶埋藏区，自 80 年代初陆续发生了四次岩溶地面塌陷。由于四次塌陷均发生于黄庄村南，无建筑设施，未造成人员伤亡和大的财产损失。第三次塌陷发生于 2003 年8 月
2、 23 日，距离村庄最近，位于村民刘宝祥院南 5m，造成刘宝祥家东屋墙体产生裂缝。由于距离村民住宅较近，引起了附近居民的恐慌，也对当地的新农村建设规划产生了一定的干扰。因此，对黄庄村岩溶地面塌陷的成因探讨具有一定的现实意义。 2 岩溶塌陷的地质背景 2.1 地形地貌 黄庄地处古滦河沙河冲洪积扇的上部边缘地带，为低山丘陵与倾斜平原的交接部位。北部、东部为低山丘陵，南部为倾斜平原，地势较为平坦，总体由北向南倾斜。地面标高 47m 左右。 2.2 地层岩性 黄庄村周围北部、东部丘陵地带主要发育中上元古界蓟县系、青白口系。村庄及附近广泛分布寒武系中、上统和奥陶系下、中统，除在部分残山有出露外其余均被第
3、四系覆盖。寒武系中上统岩性主要为厚层状鲕状灰岩，泥质条带灰岩、竹叶状灰岩夹砂岩、页岩等，总厚度约660m。通过钻孔 ZK1 揭露，勘查区西部下伏基岩为寒武系上统崮山组紫色泥岩。奥陶系下、中统岩性主要为巨厚层豹皮状灰岩、白云质灰岩。第四系厚度 45.4m102.8m，层位属中、上更新统。变化趋势为从西北向东南逐渐变薄，岩性主要为粉土、粉质粘土、粘性土夹厚层砂层和卵石层，底部发育一层褐红色粘性土。 2.3 构造 黄庄位于开平向斜东北翘起端。该向斜为开滦台凹的主体构造，核部为石炭二叠系，两翼依次有奥陶系、寒武系。总体走向由 NE 向转至EW 向，宽 1520km，长约 50km，两翼不对称，西北翼陡
4、，东南翼缓。因本区处于开平向斜东北翘起端，地层产状变化较大，走向从 NW 向南转为NE，倾向从 SW 转为 NW，倾角 2040。 主要断裂构造为滦县西断裂。位于黄庄东约 3.5km。一般认为由三条相互平行、间距 23km 的正断层组成，走向 NW，倾向 NE，倾角 80，断距 120m。向北与 NE 向的迁安冷口断裂相接，平面上构成弧形，向SE 延伸至乐亭，长约 70km。 经过勘查初步推断，这组断层除上述已知的三条断层之外，在其西侧约 4km 处还应该存在第四条断层。因为本区处于开平向斜的东端，地层产状是向西倾斜的，地层的正常分布规律是：由东向西逐渐由老到新。但经两个钻孔揭露，东部 ZK2
5、 所见基岩为奥陶系冶里组灰岩；而西部的ZK1 孔所见基岩却是紫色泥岩，经鉴别其层位应属寒武系上统崮山组。而寒武系在黄庄东侧的尖山东部和洞山东南部已有分布，这样在区内就出现了地层重复现象，因而推断在 ZK1 和 ZK2 两个钻孔之间存在一条近南北方向的断层穿越黄庄村东部。从走向上看，这条断层与滦县西断裂基本一致，应为同一组断层，所以推测其性质为东倾的正断层。也正是这条断层的存在，提供了黄庄岩溶地面塌陷的构造条件（见图 1） 。 2.4 水文地质 本区主要地下水类型为松散岩类孔隙水和碳酸盐岩类岩溶裂隙水。 2.4.1 松散岩类孔隙水 松散岩类孔隙水含水层自上而下划分为三个含水组即第、含水组。 第含
6、水组：层位相当于上更新统上段（Q33） ，底板埋深8.524.5m，含水层岩性主要为粉砂、粉细砂、细砂，厚度 3.520m。接受大气降水、河水以及农田灌溉入渗补给；排泄方式除侧向径流外，主要为人工开采。 第含水组：相当于上更新统中段（Q32） ，岩性为卵砾石、粗中细砂及粉砂，含水层厚度 2747m，底板埋深 4675m。含水层及其顶板分布稳定，地下水以承压水形式存在，富水性强，水质良好，水化学类型为 HCO3-Ca-Mg 型，矿化度小于 0.5g/L，是当地工矿企业及生产、生活用水的主要开采层位。 第含水组：相当于上更新统下段（Q31） 。分布于冲洪积层底部，本区只发育上部层位。含水层岩性主要
7、为砂砾卵石，粒径最大可超过200mm，局部地段沉积了一层中砂。含水层厚度 016m，水位埋深3540m，水化学类型为 HCO3-Ca-Mg 型，矿化度小于 0.5g/L，该含水组在勘查区内发育不连续。 2.4.2 碳酸盐岩类岩溶裂隙水 如前所述，本区东部有一条推测断层通过，这样就使得本区的水文地质结构变得较为复杂，根据地层岩性以及构造，将本区岩溶裂隙水划分为两个不同的水文地质单元，即西部单元和东部单元（见图 2） 。西部与东部水文地质单元以断层西侧的寒武系中统相隔，西部含水层岩性为可溶性灰岩，应与本区西部巍峰山、南部张亭子等属同一水文地质单元，单位涌水量40m3/h?m。东部单元含水层岩性亦为
8、可溶性灰岩，由于是同一个向斜构造，其东、南、北三面被相对隔水的中寒武统所包围，西侧与隔水的寒武系中统徐庄组页岩呈断层接触，因而形成了一个相对封闭的储水构造。由于奥陶系灰岩岩溶及裂隙发育，岩溶裂隙水量丰富，水质良好，单位涌水量40 m3/h?m，实测岩溶水位埋深 43.7m（2007 年5 月 15 日） 。虽然这个储水构造相对封闭，但它却能通过西侧的断层破碎带与外界发生水力联系。所以它的补给途径除了大气降水和上覆第四系的越流补给外，还有通过断层破碎带的侧向径流补给。而排泄途径除了人工开采外，主要也是通过断层破碎带侧向流出。所以，这条断层成为了这个含水构造的主要补排通道，也就为本区岩溶的发育提供
9、了有利的水动力条件。 3 岩溶塌陷的时空分布 黄庄村已发生的四次塌陷都发生于 1976 年地震以后，而且多发生在710 月份，塌陷发生前一般无明显征兆，具突发性特点。 空间上，塌陷点均分布在黄庄村南面平原地带，古滦河与沙河交互冲洪积扇顶部，孔隙水与岩溶水双层水分布区，第四系厚度小于 90m。呈南北向定向分布（见图 1、图 2） ，四个塌陷坑按时间顺序分别编号为、，规模均较小，直径一般 12m，最大 4.8m，可见深度0.63m，最大 3.5m。塌坑的平面形态为近似圆形或椭圆形，剖面形态呈筒状、坛状，坑内无积水。详见表 1。 滦 县 黄 庄 地 面 塌 陷 特 征 统 计 表表 1 4 岩溶塌陷
10、的成因分析 本区东约 300m 有滦县特种水泥厂，西约 500m 有一硅砂厂。区内农田灌溉及居民生活用水大多开采第四系中深层地下水，无用水量较大的工矿企业。第四系水位高于岩溶裂隙水水位 49m，形成了一定的水头差，因而，本区地下水在垂向上对岩溶上方的第四系可形成潜蚀作用。 通过对本区地质条件分析，结合已发生的四次岩溶地面塌陷现状分析，初步认为，本区所发生的岩溶地面塌陷应属发生于构造破碎带上的主要为自然因素中重力作用所致的自然塌陷。其形成机理试分析如下： 勘查区东部由奥陶系灰岩组成的含水构造相对封闭，其西侧的断层破碎带（主要在灰岩一侧）成为本含水构造中地下水补给和排泄的主要通道。由于地下水长期的
11、、不间断的流动，使破碎带中的碳酸盐被不断溶蚀带走。经过地下水的这种长期溶蚀作用，在断层东侧的石灰岩破碎带及其附近就形成了很多大小不同的溶洞。由于第四系水位高于岩溶裂隙水位，第四系水沿底部隔水层裂隙越流补给岩溶裂隙水，对第四系松散层形成潜蚀作用。第四系物质逐渐随水流进入溶洞并被岩溶裂隙水径流带走，从而在第四系中形成土洞。当土洞顶板上覆岩土的压力超过应力拱的抗塌强度时，原有的应力平衡遭到破坏，就会发生塌落。第四系物质塌入溶洞后，又被流动的岩溶裂隙水带走，使溶洞总不能被填满。这样，土洞顶板不断有物质塌落，又被不断带走，土洞的顶板也在不断上升。当土洞塌落到地表时就形成了岩溶地面塌陷。当地表有降水入渗时，会加剧土洞顶板的塌落。所以本区几次岩溶塌陷均发生在雨季。 5 存在的问题 推测断层存在与否，没有工程验证，其准确位置和产状也不清楚，所以，本文的观点有待进一步的工作证实。 参考文献： 冀津唐地区自然灾害及其防治王景明等编著 地质灾害勘查指南刘传正主编 河北省滦县黄庄岩溶地面塌陷地质灾害初步勘查报告李秀君、杜佳术、王彦光主编
