蔡建斯，龔 鵬，任宏劍

(1.深圳市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，廣東 深圳 518034；2.深圳市易智博網(wǎng)絡(luò)科技有限公司，廣東 深圳 518000)

2019年12月5日，群測群防人員例行巡查時，發(fā)現(xiàn)龍崗區(qū)龍崗街道龍園路出現(xiàn)地面塌陷(沉陷)災(zāi)害(塌陷點(diǎn)1)， 面積約150 m2， 中心位置下沉約10 cm，造成龍園路路面直接經(jīng)濟(jì)損失約120萬元。塌陷點(diǎn)1東南側(cè)約150 m處的城市更新項目工地上， 出現(xiàn)一處塌陷坑(塌陷點(diǎn)2)，面積約200 m2，中心位置下沉約15 cm，且有明顯的沉降裂縫，裂縫寬5～8 cm。隱患點(diǎn)1西北側(cè)約250 m的龍崗河河床上，出現(xiàn)一處泥漿水噴發(fā)現(xiàn)象(塌陷點(diǎn)3)(圖1)。巖溶塌陷險情的發(fā)生，威脅周邊居民群眾生命財產(chǎn)安全，當(dāng)時立即啟動應(yīng)急調(diào)查和分析研究工作， 制定系列防治措施和治理方案， 有效指導(dǎo)完成巖溶塌陷險情恢復(fù)治理工作，消除安全隱患。通過全面總結(jié)本項目的工作經(jīng)驗，為后續(xù)巖溶區(qū)城市工程建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)和防治措置建議。

圖1 巖溶塌陷(沉陷)險情點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution of dangerous points of karst collapse (subsidence)

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 地形地貌

龍園路位于深圳龍崗區(qū)南聯(lián)新市場東南側(cè)，為沖洪積平原地貌，地形整體趨勢兩端低、中間高，局部受龍崗中心城和坪山區(qū)工程建設(shè)的影響，地形起伏小，地面標(biāo)高在25～35 m之間。

1.2 地層巖石

根據(jù)《深圳地質(zhì)》[1]及收集資料分析，該片區(qū)地層巖性較復(fù)雜。覆蓋層主要為第四系人工填土層、全新統(tǒng)沖洪積層、晚更新統(tǒng)沖洪積層、殘積層。下伏基巖為下石炭統(tǒng)大塘階石磴子組灰?guī)r和大塘階測水組砂頁巖。由老至新分別描述如下所述。

1) 下石炭統(tǒng)大塘階石磴子組(C1s)：淺海相碳酸鹽巖，灰、深灰色結(jié)晶灰?guī)r，多已變質(zhì)為灰白色大理巖、白云質(zhì)大理巖，厚度>340 m，在龍崗河中部分出露于地表。

2) 下石炭統(tǒng)大塘階測水組(C1c)：為海陸交互相含炭質(zhì)碎屑巖建造；下段為灰色、深灰色、灰黑色炭質(zhì)泥質(zhì)頁巖、粉砂巖夾細(xì)砂巖等；上段為淺灰-深灰色石英砂巖、石英砂礫巖夾黑色炭質(zhì)頁巖、粉砂巖，厚度>1 120 m，與石磴子組灰?guī)r呈整合接觸，主要分布于低山丘陵地貌區(qū)。

3) 第四系晚更新統(tǒng)(Q3)坡積、坡洪積，局部為河湖淤積層：分布于河流溝谷中上游段，出露于山體邊緣帶。

4) 第四系全新統(tǒng)(Q4)河流沖積堆積層，下段底部為灰白色卵礫石，往上為黃、黃白色礫砂混黏土、頂部為粉砂質(zhì)黏土；上段為褐黃色、黃色含泥礫砂、中細(xì)砂，往上漸變?yōu)楹胺圪|(zhì)黏土，頂部局部夾透鏡狀、團(tuán)包狀泥炭質(zhì)黏土或泥炭土。

除以上地層外，區(qū)域內(nèi)巖石分布有花崗巖體，分別為燕山期中粗粒、中粒斑狀黑云母花崗巖和中細(xì)粒黑云母二長花崗巖。

1.3 區(qū)域構(gòu)造

龍崗區(qū)位于紫金-惠陽凹褶斷束中區(qū)域性的龍崗復(fù)式向斜北東段，為北東向五華-深圳大斷裂切割，被花崗巖侵入體破壞，形成了區(qū)內(nèi)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造背景(圖2)。

圖2 勘查區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖Fig.2 Regional geological map of exploration area

龍崗向斜：向斜核部出露在龍崗南-嶂背一帶[2]，軸向呈北東50°～60°反“S”形延展，長約20 km，其影響寬度3～5 km。核部由石炭系下統(tǒng)測水組第二段粉砂巖、粉細(xì)砂巖組成，兩翼由石炭系下統(tǒng)測水組第一段粉砂巖、礫砂巖，石蹬子組大理巖、灰?guī)r組成，向斜南東翼巖層出露較完整，產(chǎn)狀較穩(wěn)定，為北西300°，傾角30°～40°。北西翼巖層出露不全，總體傾向南東110°，傾角25°～60°。兩側(cè)發(fā)育有許多次一級小褶皺，形態(tài)復(fù)雜多樣，常見倒轉(zhuǎn)、平臥褶曲，一般呈緊密狀，其軸與主體褶皺近于一致，少數(shù)斜交或垂直。由于受斷裂切割、紅層及第四系覆蓋，花崗巖體吞噬，形態(tài)極不完整。

深圳斷裂束是深圳斷裂帶的主體，由大致平行的企嶺嚇-九尾嶺斷裂組(以下簡稱“九尾嶺斷裂”)、橫崗-羅湖斷裂組、石井嶺-田螺坑斷裂組以及其間所夾持的斷裂熱變質(zhì)帶組成。各個斷裂組均由若干斷裂組成，自深圳水庫往南西方向，有斷裂數(shù)量逐漸增多和分散撒開的趨勢。生成時期在晚侏羅世后，最新活動期為中更新世晚期。

勘查區(qū)內(nèi)位于龍城斷裂組(F1255)東側(cè)，區(qū)域斷裂構(gòu)造——北西向的清林徑斷裂束之將軍帽斷裂(F3531)可能經(jīng)過本區(qū)。清林徑斷裂束之將軍帽斷裂(F3531)特征：走向北西向320°，發(fā)育于下石炭統(tǒng)，市內(nèi)長7 km，斷裂破碎巖，硅化巖帶發(fā)育，構(gòu)造巖由褐鐵礦化碎裂巖、硅化巖組成。

2 應(yīng)急勘查

為查明巖溶地面塌陷(沉陷)現(xiàn)狀及動態(tài)變化情況，分析巖溶地面塌陷(沉陷)動力條件，對勘查成果進(jìn)行數(shù)字化，同步開展綜合分析及系統(tǒng)研究工作，最終提出防治對策。

2.1 專項調(diào)查

收集并解譯了勘查區(qū)及周邊1∶1萬遙感影像圖14 km2，提取1∶5 000遙感信息，完成1∶5萬區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查5 km2。調(diào)查(疑似)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)6處、地質(zhì)環(huán)境點(diǎn)和水文點(diǎn)20處、觀測水位300余次，同時在南聯(lián)市場、雅豪祥苑等居民區(qū)開展了地面和房屋開裂抽樣調(diào)查、詢問。

2.2 工程地質(zhì)鉆探

在勘查區(qū)及周邊完成了鉆孔98孔，總進(jìn)尺3 551.24 m，其中，工程地質(zhì)監(jiān)測孔22孔(進(jìn)尺1 117.68 m)、工程地質(zhì)技術(shù)孔26孔(進(jìn)尺1 313.9 m)、一般工程地質(zhì)鉆孔50孔(進(jìn)尺1 000 m)；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗198次，采取巖樣83組，土樣137件，水樣26件，見溶洞鉆孔27個，土洞鉆孔6個。

2.3 巖土水試驗

完成了各類試驗283組件，包括巖樣83組、土樣137件、水樣全分析9件、水樣簡分析10件、巖礦鑒定44件。為分析地層巖性、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和斷裂構(gòu)造提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料。

3 成因分析

3.1 地質(zhì)構(gòu)造

勘查區(qū)基巖地層整體傾向為南東東向113°，傾角約30°，地處深圳斷裂帶西北部影響帶，整體處于走向北東的龍城斷裂組(F1252、 F1253、 F1255)和走向北西的清林徑斷裂組(F3521、 F3531)的影響范圍，介于北東向龍城斷裂組中F1255斷裂北東側(cè)延伸段和北西向?qū)④娒睌嗔?F3531)南西側(cè)延伸段的交匯處， 推測受區(qū)域斷裂帶影響(圖3)， 勘查區(qū)范圍內(nèi)斷層較發(fā)育， 多處鉆孔揭露碎裂大理巖和斷層角礫巖。本次勘查揭露了三條斷層， 其中， 北東向斷層一條(F1)、 北西向斷層兩條(F2和F3)。

圖3 勘查區(qū)受斷裂影響程度分布圖Fig.3 Distribution of the degree of influence of tectonic activity in the exploration area

北東向斷層(F1)：為勘查區(qū)主斷層，斷層走向約為北東向60°，寬約110 m，在勘查區(qū)內(nèi)的影響范圍主要為龍崗河到龍河路沿岸，推測為龍城斷裂組的延伸(圖3)。其中在龍崗河沿岸，JCA04號鉆、JCA05號鉆孔周邊構(gòu)造發(fā)育最為強(qiáng)烈，其次為龍河路雅豪祥苑南門JCA14號鉆孔附近，受斷層活動的影響較為強(qiáng)烈，鉆孔揭露的巖性表現(xiàn)為構(gòu)造角礫巖(圖4(a))和碎裂大理巖(圖4(b))，巖石受構(gòu)造應(yīng)力作用明顯，發(fā)育碎裂，或為破碎后重新結(jié)晶成巖，裂隙中常見鐵質(zhì)物質(zhì)充填，在鏡下可見方解石晶體明顯的扭曲變形現(xiàn)象，構(gòu)造角礫巖角礫大小不等，形態(tài)各異，但以棱角狀、次棱角狀為主，個別可見有磨圓，膠結(jié)物多為方解石，角礫縫隙中常見炭質(zhì)和鐵質(zhì)充填。

圖4 鉆孔揭露的典型巖芯照Fig.4 Typical core photos revealed by drilling

北西向斷層(F2和F3)：為勘查區(qū)內(nèi)的次生斷層，F(xiàn)2斷層和F3斷層走向平行，總體走向為北西向315°，兩條斷層寬度均為10 m左右，斷裂最發(fā)育的區(qū)域為南聯(lián)新市場東北角和西北角(JCA17鉆孔、JCA24鉆孔、JCA18鉆孔、JCA41鉆孔等揭露的區(qū)域)，其次為和昌4#工地內(nèi)(JCA29鉆孔、JCA40鉆孔等揭露的區(qū)域)，另外雅豪祥苑南門(JCA14揭露的區(qū)域)受北西向與北東向兩組斷層共同作用影響，地下巖層破碎程度高。

碎裂大理巖和構(gòu)造角礫巖的巖性特征分別描述如下：①構(gòu)造角礫巖：青灰色，由深灰色、灰黑色灰?guī)r角礫、白色大理巖角礫為主組成，角礫石呈擠壓鑲嵌狀，部分角礫邊、角有鈍化或圓化，角礫間主要充填細(xì)碎的灰?guī)r、大理巖屑，具有重結(jié)晶，斷口見大量鐵質(zhì)充填(圖4(c))；②碎裂大理巖：青灰色、淺肉紅色，細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，以青灰色為主色，含白色斑塊的云紋狀，白色斑為大理巖組成，受擠壓產(chǎn)生拉伸、扭曲、磨圓、鈍化等變形(圖4(d))。

強(qiáng)烈的擠壓構(gòu)造變形作用，使斷層破碎帶及影響帶是地下水運(yùn)移的良好通道，從而為地下水溶蝕大理巖及灰?guī)r提供了空間和通道。鉆探揭露勘查區(qū)沿前述斷裂帶穿過地段的巖溶作用強(qiáng)烈且溶洞發(fā)育；基巖埋深也明顯受到構(gòu)造的控制，斷裂構(gòu)造對勘查區(qū)巖溶發(fā)育程度的影響較為密切。

3.2 水文地質(zhì)條件

勘查區(qū)及周邊均為可溶巖裂隙溶洞含水層分布區(qū)，愛構(gòu)造影響巖層破碎，裂隙發(fā)育，為地下水的富集與徑流提供了良好的空間和通道；同時緊鄰區(qū)域地下水排泄基準(zhǔn)面龍崗河，地下水補(bǔ)給、排泄及地下水位波動強(qiáng)烈。地下水的強(qiáng)烈徑流和波動為巖溶的發(fā)育創(chuàng)造了良好的水文地質(zhì)條件。鉆探直接揭露勘查區(qū)內(nèi)溶洞發(fā)育，且多為半充填溶洞，溶洞之間互相貫通使含水層水力聯(lián)系密切，可在溶洞內(nèi)呈管道流的狀態(tài)。特別是北東向、北西向斷裂通過地段巖溶發(fā)育，水力聯(lián)系密切，水位波動傳導(dǎo)快、影響遠(yuǎn)，因此，在該帶上的局部水位波動可能引起較遠(yuǎn)地區(qū)的地面塌陷。

3.3 土洞發(fā)育特征

本次分析114個鉆孔(含16個收集鉆孔，進(jìn)尺686.66 m)，發(fā)現(xiàn)有6個鉆孔揭露土洞，土洞洞頂埋深在5.9～21.0 m之間，土洞發(fā)育規(guī)模一般較大，洞高在2.7 m(ZK12鉆孔)～18.1 m(JCA34鉆孔)之間，均為半充填或少量充填土洞，無全充填土洞。6個揭露土洞的鉆孔中，JCA23鉆孔、ZK08鉆孔、ZK12鉆孔、ZZK05鉆孔位于龍園路，JCA34鉆孔位于南聯(lián)新市場的西南角，JCA40鉆孔位于黃龍陂二巷西端。

通過分析獲得以下幾點(diǎn)認(rèn)識：①土洞埋藏深度在5.9～21.0 m之間，土洞規(guī)模較大，洞高在2.7～18.1 m之間；②土洞多呈空洞或半充填狀態(tài)，無全充填土洞。充填物以流塑～流動狀軟泥為主，夾含碎石粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土的土塊；③土洞主要分布于殘坡積含碎石粉質(zhì)黏土或沖洪積粉質(zhì)黏土、黏土中；土洞垂向上主要分布于基巖面附近，可能與溶洞相連通；④土洞與隱伏溶洞存在明顯的伴生關(guān)系。隱伏溶洞與地下土洞的分布、規(guī)模存在明顯的正相關(guān)，土洞發(fā)育地段基巖面附近溶洞一般都較發(fā)育，因此地下土洞也是巖溶作用的產(chǎn)物。

3.4 溶洞發(fā)育特征

勘查區(qū)揭露到的可溶巖基巖面起伏不平，高差變化較大，共有112個鉆孔深度到達(dá)可溶巖，從基巖面等深圖(圖5(a))獲知，可溶巖基巖面在南聯(lián)新市場西側(cè)南程路延伸線方向、黃龍陂一巷西南側(cè)一帶埋深較淺；JCA04-JCA34-JCA44線，基巖面高程東西兩側(cè)有明顯的突變現(xiàn)象，東側(cè)基巖面埋深明顯較西側(cè)大；龍園路南側(cè)至和昌工地內(nèi)，基巖面起伏不平。

圖5 勘查區(qū)溶洞發(fā)育特征等值線圖Fig.5 Isogram of karst cave development characteristics in exploration area

通過統(tǒng)計分析鉆孔溶洞發(fā)現(xiàn)(圖5(b))，有41個鉆孔可見溶洞，見洞率為36.61%，總體分布在龍園路以北，南程路以東至龍崗河一帶；共揭露溶洞92個，充填溶洞20個，占揭露溶洞總數(shù)的21.74%；半充填溶洞17個，占總數(shù)18.48%；其余55個以空洞為主，占59.78%。單孔見溶洞一般1～3層，部分鉆孔達(dá)4～6層，單個溶洞最大8.0 m(JCA33鉆孔)，JCA11鉆孔有6層溶洞，總高度最大達(dá)17.1 m。

進(jìn)一步分析鉆孔溶洞的總高度，從鉆孔溶洞高度等值線圖(圖5(c))可知，單孔總高小于5 m的溶洞在勘查區(qū)較廣泛的發(fā)育，而單孔溶洞總高大于5 m的巖溶發(fā)育段主要集中在南程路、南聯(lián)新市場、龍河路及黃龍陂一帶，該區(qū)域內(nèi)斷裂發(fā)育，對應(yīng)F1255斷裂、F3531a斷裂、F3531b斷裂及斷裂交匯部位，說明勘查區(qū)的斷裂對巖溶的發(fā)育程度十分相關(guān)。最后，用單孔溶洞總高除以孔深為單孔線巖溶率，單孔線巖溶率等值線圖(圖5(d))也印證溶洞沿斷裂帶發(fā)育。

3.5 塌陷成因分析

綜上分析，勘查區(qū)巖溶塌陷及河床突發(fā)承壓泥漿水噴出主要有以下原因。

1) 勘查區(qū)為覆蓋型可溶巖地區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，有北東向斷裂和北西向斷裂穿過勘查區(qū)，特別是北西向斷裂通過和昌場地向北至龍崗河，沿斷裂下伏可溶巖裂隙、溶洞發(fā)育，上部土洞發(fā)育，且溶洞及土洞多為空洞或半充填狀，在勘查區(qū)形成復(fù)雜的承壓地下水管流系統(tǒng)。

2) 勘查區(qū)可溶巖裂隙溶洞承壓水的波動，使勘查區(qū)承壓地下水管流系統(tǒng)好多溶洞、土洞產(chǎn)生真空負(fù)壓作用或滲透潛蝕作用，打破該系統(tǒng)的天然平衡狀態(tài)。

3) 在工程作用下，溶洞或土洞產(chǎn)生機(jī)械貫穿或釋壓，使可溶巖裂隙溶洞承壓水水頭成倍增加，從而將溶洞與龍崗河貫通，致使龍崗河泄水口的水頭進(jìn)一步降低，使該管流系統(tǒng)相連的土洞真空負(fù)壓進(jìn)一步增大，引發(fā)地面沉陷或塌陷。

4) 塌陷土洞釋放的大量水體沖刷巖溶管道內(nèi)的泥砂，使龍崗河泄水口涌冒泥水。

4 處置建議

1) 因地制宜處置勘查區(qū)土洞、溶洞：優(yōu)先對溶洞總高大和線巖溶率高的地段采取灌注混凝土、注漿、墊層強(qiáng)夯等方法。既增加土體密實度、減小壓縮性、提高土體的抗塌能力，又直接充填隱伏的土洞或淺埋的溶洞，消除產(chǎn)生塌陷的巖溶條件。

2) 最大限度控制地下水位的劇烈波動：由于勘查區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件十分脆弱，應(yīng)最大限度地減少抽排地下水，保持地下水的自然平衡狀態(tài)。若因城市開發(fā)建設(shè)需要，應(yīng)制訂合理的抽排水方案，經(jīng)評審、報建和審批后方能實施，并在實施過程中加強(qiáng)檢查、監(jiān)督。

3) 加強(qiáng)對勘查區(qū)龍崗河段出水口的觀測，科學(xué)評估后及時進(jìn)行堵水處理，使勘查區(qū)巖溶地下水系統(tǒng)重新恢復(fù)天然平衡狀態(tài)。

5 預(yù)防措施

1) 采用綜合勘查手段，查明建成區(qū)地下巖溶塌陷發(fā)育條件和影響因素，建立巖溶地質(zhì)三維可視化信息平臺，為建成區(qū)地下空間開發(fā)利用提供分析條件。

2) 建立區(qū)域巖溶地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，開展地下水動態(tài)及地面變形長期監(jiān)測，為地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害防治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3) 建立對巖溶發(fā)育區(qū)內(nèi)重大工程項目基礎(chǔ)施工或地下軌道交通建設(shè)的抽排水、樁基施工等工作方案審查機(jī)制，最大限度減少人為抽排水破壞巖溶地下水系統(tǒng)平衡。

4) 建立巖溶塌陷監(jiān)測預(yù)警和應(yīng)急聯(lián)動機(jī)制，及時根據(jù)監(jiān)測網(wǎng)預(yù)警信息組織應(yīng)急會商會議，適時啟動應(yīng)急預(yù)案和提升應(yīng)急處置能力。