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Scientific Journal of Earth Science June 2013, Volume 3, Issue 2, PP.49-58

A Discussion of the Geological Characteristics and the Typical Disastersin Karst Areas, Southwest China Zhengjiao Qin1,2# , Daoxian Yuan1,2,3, Guiqiang Huang4,Yu Wang5 1. Institute of Karst Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Guilin Guangxi 541004, China 2. Laboratory of Karst Dynamics, Ministry of Land and Resources, Guilin Guangxi 541004, China 3. International Research Center on Karst (IRCK) under the Auspices of UNESCO, Guilin Guangxi 541004, China 4. General Academy of Geological Survey of Guangxi, Nanning Guangxi 530023, China 5. Yunnan Geo-environment Institute, Kunming Yunnan 650216, China #

Email: qinzhj-2002@163.com

Abstract As the implementation of the western Development Strategy, economic and engineering construction of west China have been greatly improved, but simultaneously series of engineering and environmental geological problems and disasters have arised, especially in the karst rock mountain areas. After multiple on-the-spot investigations, the team of the project “A Research on the Major Environmental Geological Problems and Their Countermeasure in the Southwest Karst Area” has found that the major problems include: (1) karst collapse due to the change of ground water dynamic and mined deformation, (2) karst rockslide triggered by arised by engineering construction, and (3) seepage and contamination caused by engineering construction and mining. The main reasons why these problems arised are lack of understanding the specificity and inherent vulnerability of karst environment; lack of investigation and monitoring before engineering construction, and inadequate processing of the waste in mining. Keywords: Karst Area; Groundwater Dynamics; Geological Environment; Aquifer; Cause of the Disaster

西南岩溶地质环境特点及典型灾害问题探讨 覃政教 1,2,袁道先 1,2,3,黄桂强 4,王宇 5 1.中国地质科学院岩溶地质研究所,广西 桂林 541004 2.国土资源部岩溶动力学重点实验室,广西 桂林 541004 3.联合国教科文组织国际岩溶研究中心,广西 桂林 541004 4.广西地质调查研究总院,广西 南宁 530023 5.云南省环境地质监测院,云南 昆明 650216 摘

要:西部大开发战略的实施,西部地区经济建设、工程建设取得重大发展,伴随着也产生了一系列工程地质和环境

地质问题和灾害,特别是广泛分布的岩溶石山地区。“西南岩溶石山地区重大环境地质问题及对策研究”项目组多次实地 考察发现,西南岩溶石山地区主要的地质环境问题包括:(1)改变地下水动力条件、采空引起的岩溶塌陷;(2)工程建设引 起的岩溶崩塌;(3)矿山开采、工程建设过程中引起的渗漏和污染问题。而主要原因是在经济建设和工程建设过程中对岩 溶环境的特殊性、固有脆弱性缺乏了解;工程建设前监测、调查不够;矿山开采过程中对污染物处理不到位等。 关键词:岩溶地区;地下水动力;地质环境;含水层;灾害成因 - 49 http://www.j-es.org/


引言 我国西南岩溶地区地质构造复杂,地貌类型多样,山峦起伏,沟壑纵横,岩石裸露,自然条件恶劣,特 别是岩溶石山地区,山高坡陡谷深,碳酸盐岩地层中含水层的富水性差异极大,地下排水网复杂,水位水量 随时间、季节变化大。环境脆弱,地质灾害频发。如自然或人为引起的岩溶塌陷[1],矿山开采及工程建设过 程中引起的崩塌、渗漏、污染等问题。这些灾害往往可在短期内造成重大损失,因而成为岩溶地区最重要的 环境地质之一。在过去的二三十年中,不断出现有关岩溶塌陷问题的研究成果,对岩溶塌陷的成因、机理、 特征及防治对策方面的研究[2][3][4]不断深入,防范意识得以增强。但是,目前对岩溶谷地或岩溶峰林平原中的 第四纪及表层岩溶带的水动力研究还有较大的局限性,对岩溶塌陷的预测还缺乏可普及应用技术和方法。当 前气候变化异常,大旱大涝交替出现,岩溶塌陷、崩塌、渗漏等危害问题依然是岩溶地区值得重视的环境地 质问题。

1 岩溶地质环境特点及典型工程地质灾害 以往的研究表明,西南岩溶地区由于地质构造不同,岩溶地质环境和水文生态特征具有区域相似性和差 异性。按照碳酸盐岩分布埋藏类型的不同,西南岩溶区划分为裸露型岩溶、覆盖型岩溶、埋藏型岩溶、滇东 断陷盆地及山地岩溶和非可溶岩等类型区(图 1)。

资料来源:[南方岩溶地区水文地质图]底图,云南省地质环境监测院,贵州省地矿局 114 地质大队,广西地质调查院,湖南省地质调查院,中国地质 大学,西南大学,广东省工程勘查院提供资料,岩溶地质研究所汇编.

图 1 碳酸盐岩分布类型及典型灾害分布(示意)图 - 50 http://www.j-es.org/


1.1 裸露型岩溶 主要分布在云贵高原及高原向东、向东北降低的斜坡地带,黔南桂西为纯碳酸盐岩区, 黔、渝、湘西则 是碳酸盐岩与非可溶岩交互成层区。前者分布大面积的峰丛洼地,无隔水层,岩溶水以地下河为主要类型。 一般埋藏较深,最后向深切的河谷排放,局部由于管道水压作用,地下水直接从洼地排出,形成有压力的上 升泉或无压力的下降泉。后者由于碳酸盐岩与非可溶岩相对隔水层交替出现,岩溶层组类型为间互状纯碳酸 盐岩。以箱状褶皱束为特征,岩溶水也是多层状,向斜及背斜褶皱型水文地质结构。水文地质条件十分复杂, 地下采矿或交通隧道的开挖通常会遇到突水事故或因施工排水疏干周边一定范围的地下水,给周边工农业及 居民用水带来很大的问题。

1.2 覆盖型岩溶 多分布在湘桂沉降带,滇东、鄂西有零星分布。湘桂沉降带地下水位一般埋藏较浅,但分布不均。如峰 林平原区的地下水一般都集中于地下暗河(溶洞及岩溶管道),造成打井取水难度加大,即不容易打准水源管 道,上世纪八十年代初,岩溶地质研究所黄常晋科题组曾对桂林某研究区的 77 个勘探钻孔进行统计,单位 涌水量大于 1.8 吨/时•米的成井数 22 个,占统计孔数的 28.6%,成井率很低。而另一方面,大量抽取地下水 易引起周边水文网络范围内的地面的局部塌陷,塌陷可以发生在农田、道路、建筑物下,带来巨大的人员和 经济损失。

1.3 埋藏型岩溶 云贵高原和川南、重庆分布有大片埋藏型岩溶(图 1)。碳酸盐岩地层出露在一系列NE向背斜轴部,地 形地貌受区域构造基本格局控制,地理界线与地质构造边界大体吻合。背斜一般狭窄呈山,向斜则开阔呈谷, 岭谷相间,岭脊海拔一般在 600~1200m,谷地海拔约 250~500m。岩溶以“岩溶槽谷地貌”为其主要特征, 分布遍及长江两岸平行岭谷及盆地周边缘一带[5]。二叠纪含水层岩溶发育,含水丰富,尤其是阳新统含水层, 矿坑涌水量的 90%以上来自这一含水层。西部大开发中,道路修建工程巨大,如重庆往北、往东、往南修路 都要穿过碳酸盐岩含水层,修建隧道疏干地下水,会引起大范围的岩溶泉干枯。

1.4 滇东断陷盆地及山地岩溶 断陷盆地有巨厚新生代沉积,大片土地集中分布在各级高原面上,但周边山地岩溶发育,地下河深埋, 水源漏失,加上盆地降水比山区少 1/3,形成“干坝”,制约了当地社会、经济发展。主要问题有:①水源 漏失,地下水深埋,勘查开发难度大。②由于盆地中城镇工农业的发展,影响地下河水质水量。③地下河排 水不畅,引起盆地中洪涝灾害。

2 岩溶地下水动力引发的环境地质问题 岩溶区的平原谷地,一般都覆盖有厚薄不均的第四纪土层,土层下面的碳酸盐岩地层岩溶发育,地下水 位随着补给量的变化而涨落,其变动过程的水动力作用是引发岩溶塌陷的主要原因之一。近些年来由于气候 异常,旱涝频发,对地质环境影响力度增强。加之随着经济建设的不断发展,各类工程建设活动对地质环境 的扰动也日益强烈。岩溶塌陷、工程活动引发的矿山环境地质问题、交通等大型工程建设引发地下水位下降 及泉水疏干等灾害时有发生。

2.1 岩溶塌陷 岩溶塌陷是覆盖型岩溶区最突出的地质灾害,它不仅破坏农田、堵塞水源、水库漏水、中断交通、房屋 倒塌,且危及生命财产安全。广西、贵州、湘西南等省区,岩溶塌陷不仅分布广,类型多,危害突出,还具 有很大的随机性,其孕育、发展过程难以准确预测,且发生后对自然环境和人类生活所造成的损失具有很大 - 51 http://www.j-es.org/


的不确定性。以广西为例,据前些年不完全统计,全区发生岩溶塌陷 1536 处,塌坑共计 8735 个,其中岩溶 塌陷以自然塌陷为主,占 74.16%,人为塌陷占 25.84%,但在人类工程活动强烈地段却以人为塌陷为主,如 桂林市人为塌陷占 51.20%,自然塌陷占 48.80%;玉林市人为塌陷占 94.20%,自然塌陷占 5.80%;泗顶、合 山、西湾等矿区的塌陷均是人为所致。岩溶塌陷主要分布在桂中平原及桂林市、玉林市、贵港市、来宾市泗 顶矿区、宜山县、东兰县长乐乡、忻城县大塘镇等地(见图 2)。 2.1.1 岩溶塌陷的主要类型 岩溶塌陷分自然岩溶塌陷和人为工程岩溶塌陷两大类,其中,规模最大、影响范围最广、危害最大的是 人为工程活动引发的岩溶塌陷。 据广西地调院统计分析,认为岩溶塌陷分布具有以下规律: ①主要分布于经济发达地区 岩溶塌陷强、较强发育区主要分布在广西中部、北东部、东南部工农业生产较发达、经济活动频繁地区, 如桂林、柳州、忻城、合山、泗顶、贺州、钟山、贵港、玉林等地(见图 2)。

图 2 广西岩溶塌陷分布图

②主要分布于较纯的灰岩层位之上。据统计,全区 1536 处 8735 个塌陷坑中,有 1441 处 8200 个塌陷坑 分布于纯碳酸盐岩岩组分布区,占 93.88%,其余 95 处 535 个塌陷坑分布于碳夹碎或碎夹碳岩组分布地段, 仅占塌坑总数的 6.12%。 ③主要分布于构造(破碎)带之上 塌陷多沿构造破碎带分布,受构造运动的影响,在褶皱轴部,断裂两侧及断块部位形成岩体破碎带,这 些破碎带常常是岩溶发育的强烈地段,也是塌陷形成的有利地段。 ④主要分布于厚度小于 10m 的土层中 岩溶塌陷多分布在浅层岩溶发育、地下水埋藏浅、水位变幅频繁地段。据广西的统计,不同的上覆土层 厚度中,以土层厚度小于 6m 地段多易于产生岩溶塌陷,见表 1。 ⑤主要分布于溶余堆积平原及谷地中。平原区和谷地区一般是第四系松散堆积物分布区,也是人类活动 较强烈的地区,如桂林、柳州~来宾~黎塘、贺州、钟山、贵港、玉林、都安、马山等地均是塌陷发育区。 - 52 http://www.j-es.org/


据统计这些地区共有 4890 个塌陷坑,占全区塌陷坑总数的 56%。 ⑥主要分布于疏干漏斗范围内 岩溶塌陷多分布在大量抽取地下水地区。区内抽(排)地下水点多面广,塌陷主要分布在抽(排)水降 落漏斗(带)范围内,而且以地下水补给方向分布较多[6],规模较大。如桂林市电表厂~电机厂一带约 10km2 范围内,地下水开采量 17046m3/d,形成水位降落漏斗与水位低槽,其水力坡度 8‰左右,外围水力坡度 5‰, 漏斗范围内现有塌陷点 40 多处,密度﹥4 处/km2,外围地区塌陷则很少。 ⑦也分布于河流沿岸地带 受大江大河河水位变幅影响,沿岸Ⅰ、Ⅱ级阶地也是塌陷的易发区,如东兰长乐、宜州三岔等地。 2.1.2 岩溶塌陷典型实例 近年来,广西发生了多处典型的岩溶塌陷,如东兰县武篆镇那论村岩溶塌陷、来宾市良江镇吉利村岩溶 塌陷。 表 1 覆盖层厚度与岩溶塌陷关系统计表 地区

0―6m

6―10m

>10m

桂林市区

52.13

32.70

15.17

桂林市西城区

74.61

24.45

0.94

玉林市

68.60

25.40

6.00

①论村岩溶塌陷 据广西东兰县武篆镇那论村村民介绍,2010 年 3 月以来,村中稻田多处泥土下陷,出现大大小小 10 多 个圆形的新“天坑”,小的直径 1 米,大的有 6 米,坑里有水,深不见底(见图版照片 1)。近几个月来, 附近居民房屋墙壁出现裂缝的情况越来越多。被村民称之为“天坑”就是岩溶塌陷。在新近发生塌陷的前一 段时间,当地村民新建了五个抽水站抽取地下水,突然出现的众多“天坑”,应是过度抽取地下水引发了岩 溶塌陷。 ②吉利村岩溶塌陷 2010 年 6 月 3 日 14 时左右,由于连日暴雨,在来宾市良江镇吉利村上吉利屯东面约 150m 的岩溶山坡 脚地带发生了大面积地面塌陷(见图版照片 2)。塌时坑深约 20m,见有水溅起,6 月 4 日,岩溶塌陷灾害 状况愈发严重,附近又出现五个大坑,最大的坑长三四百米,深六十多米,一大片农田陷入地下,6 月 5 日 时发展到 8 个塌陷坑。塌陷同时也引发山体滑坡及地面裂缝、地面沉降、民房开裂等伴生灾害,吉利屯修建 在山坡上约 200 m3 的水池也产生了下滑,沿山边产生了一条近南北向的长约 800 m 的地面裂缝。在村边的路 上见有明显的地面裂缝,裂缝宽一般 2~10cm,走向为 220°。在塌陷影响范围内,有民房开裂,地基下沉。 另在该屯南面约 750 m 的山坡近坡脚地带,2010 年 6 月 1 日也曾产生一个近圆形的塌陷,面积约 20 亩,深 0.9~1m。据了解,塌陷产生后,位于北面(下游)约 1.7km 的新龙屯正在施工的机井(深 60m)有水涌出, 但过后机井抽不出水,该井原可 30 吨/小时的水泵抽水。其原因应是塌陷堵塞了上游地下水造成。

2.2 崩塌灾害 2.2.1

岩溶崩塌的主要类型

岩溶石山地区地质构造和地层结构多造成软质和硬质岩层相间分布。造山运动使该区多呈高斜坡及深切 河谷地形地貌,加之风雨的长期侵蚀、风化,岩层裂隙、节理发育。一些高角度的硬质陡崖,在自然和人类工 程活动(如地下矿产开采、工程建设高边坡开挖等)的影响下,引起硬质陡崖崩塌。 在软质和硬质岩层相间分布区,上覆硬质岩层,下伏为软弱岩层,岩层倾角平缓,上覆岩层裂隙、节理 - 53 http://www.j-es.org/


发育,透水性好,大气降水入渗迅速,下伏软弱岩层透水性差,遇水易软化,形成软弱基座而产生塑性变形, 导致上覆硬质岩层沿临空方向卸荷松动变形、倾倒形成崩塌。此外软弱基座长期遭受风化剥蚀,在与硬质岩 层接触面退化、萎缩形成陡岩,上覆硬质岩层失去支撑,沿自身垂直软弱结构面向临空面产生卸荷掉块形成 崩塌。 崩塌引发的因素有自然和人为两大类型,其中以人为因素引发占主导地位,其主要类型包括道路交通、 城镇建设场地平整中的高边坡开挖、采石场山石开采、以及矿产资源的地下开采。 2.2.2

崩塌的危害

西南岩溶石山地区特别是黔、桂、鄂西一带,崩塌灾害出现较多,尽管其规模类型以小型为主,中型次 之,大型少见。但造成的损失不小。据贵州省最新的调查,全省崩塌 1727 处,崩塌造成 514 人死亡、1051 栋房屋毁坏、数千人被迫搬迁、数百亩耕地毁坏、7.142km 公路被毁、3 座煤矿井口及工业广场部埋没,直 接经济损失 73989 万元。 2.2.3

典型实例

① 软基硬质岩陡崖山体崩塌���贵州省盘县马场乡窑上崩塌 崩塌位于盘县马场乡窑上村,出露岩层为二叠中统栖霞组、茅口组(P2q-m)、梁山组(P2l)和石炭系上统马 坪组(C2m)。栖霞组、茅口组为厚层石灰岩,裂隙发育,透水性良好,下伏梁山组岩性为以泥岩、粉砂质泥岩 夹劣质煤,抗风化能力弱,易于风化,P2q-m 石灰岩抗风化能力强不易风化,由于二者风化速度的差异,地 形上常呈现陡崖,沿梁山组地层形成软弱的“基础”,而栖霞组、茅口组形成硬质的陡崖,崖体厚层灰岩在 后期的风化过程裂隙发育,降水易于入渗,遇泥岩段阻隔,导致泥岩层软化产生塑性变形,上部灰岩段在自 重作用下随之变形,产生拉裂,进而演化成崩塌。该崩塌体纵长 20m,横宽 70-80m,厚 6-10m,体积约 12000m3(见图 3)。 ②溶隙卸荷型山体崩塌—广西风山—巴马公路凤山进城段山体崩塌 2009 年 1 月,位于广西凤山至巴马二级公路凤山进城段,发生岩体崩塌灾害,从山体崩下的巨石砸毁一栋四 层住宅楼的大半,埋没山脚一层工房,公路中断,由于块石巨大,当时根本无法营救。至农历 2009 年春节, 崩塌石仍未能清除(见图版 1 照片 3)。

图 3 贵州省盘县马场窑上崩塌(据王明章等)

2.3 岩溶渗漏 渗漏是岩溶区最常见的工程地质病害,各地在岩溶区利用自然条件修建的大量拦、蓄、引、提等水利工 程蓄水后均不同程度地存在渗漏现象。岩溶渗漏的形成与地质条件及人为工程活动关系密切。 - 54 http://www.j-es.org/


在岩溶洼地修建的尾矿(排泥)库,如防治措施及工程处理不到位,也会发生渗漏,给周边水源带来污 染。广西桂西华银铝业有限公司氧化铝厂规划分两期建成,一期规模为 160 万 t/a,二期规模为 320 万 320 万 t/a,分为德保、靖西 2 个矿区。一期工程靖西矿区的选矿厂位于靖西县新甲乡农林屯,排泥库位于农林屯西 南面 4.3km 的龙山排泥库(见图版 1 照片 4),农林选矿厂洗矿后的矿泥等通过 4 根直径 40cm 的排泥管输 送到龙山排泥库储存。龙山排泥库在 2008 年 1 月开始试运行,2008 年 2 月初就发现在其下游约 2km 的坡珠 屯有 2 个泉(S0316、S0316-1)发现泉水有点变浑(见图版 1 照片 5),于 2008 年 3 月 22 日泉水变棕黄色, 其原因就是龙山排泥库发生了严重渗漏。龙山排泥库自 2008 年初投入使用至今,共发生 15 次泥浆泄漏,其 中经抢险处置的大的泄漏有 3 次。最近一次是 2012 年 5 月 26 日泄漏泥水总量约 30 万立方米,造成泄漏点 周边坡珠屯(58 户,240 人)大部分民房受淹,古杰屯(32 户,135 人)出行道路被淹通行中断,438.39 亩 各类用地被泥浆淹没(其中耕地 304.78 亩),群众生产生活受到很大的影响,财产受损(见图版 1 照片 6)。

3 矿山环境地质问题 3.1 矿产资源开发活动易产生的地质灾害 矿山地质环境问题或矿山地质灾害是指矿产资源开发活动对地质环境造成的负面影响和破坏,主要包括 ①土壤侵蚀、水土流失、土地荒漠化;②废渣、废气、废液排放对大气、水、土的污染;③水生及野生动物 栖息场所生态系统及自然人文景观的破坏;④地面开裂、沉降、塌陷、山体崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害; ⑤地下采掘(巷道)开挖引发地下水位下降、地表泉水干涸等。 岩溶区由于特殊的地质结构,地下岩溶发育,矿山地下采掘排水会造成周围一定范围内的水环境变化,以 至引发塌陷、地下水位下降、地表泉水干涸或地下水远程污染[7]等等。据调查,这类危害在目前仍是一个较为 突出的问题,近年来常有发生,其特点是通过地下,具有隐蔽性和延时性,不容易察觉,应引起高度重视。

3.2 矿区塌陷的一些典型实例 3.2.1

采空塌陷

图 4 南丹新州矿区地面塌陷平面示意图

大厂镇新州矿区处于山间较平缓的谷地,谷地宽 100~400m。谷地走向 15°,由于地下开采锡矿形成了 面积约 0.5km2 的采空区,1985 年开始,地面开始出现裂缝,九十年代初,地表陆续出现直径 3~5m,深 2~ 3m 的塌陷。1993 年 3 月,发生了两处规模分别为 50×40m2、25×22m2,深 30m 的大塌坑。1994 年 6 月,附 近又发生两处近似上述规模的大塌坑。1997 年 6 月,1993 年塌陷坑处再次塌陷,原来的几处塌陷已连在一 起,成为长 192m,宽 108m,深 45m 的长条形大坑(见图 4)。塌陷至少曾造成了 3 人死亡,装御车被埋, - 55 http://www.j-es.org/


房屋倒塌、开裂,并且在谷地内未塌地面有部分产生沉陷,沉陷量 5~10m。同时在谷地的西面引发山体滑坡。 3.2.2

疏干排水引发的塌陷

西南岩溶石山地区的不少矿床为岩溶充水矿床,开采时通常需要大量地抽排地下水,破坏地下水平衡状 态,使其周围一定范围内的使土层及土洞顶板受蚀作用加剧,在负压及重力作用下发生塌陷。 广西融安县泗顶矿区塌陷是典型的疏干排水型塌陷,自上世纪 50 年代进行抽水试验以来,随着矿区大 规模疏干排水采矿, 泗顶地区累计塌陷达 620 多处, 主要分布于矿区地下水疏干范围之内, 塌陷面积率达 28‰, 矿区塌陷范围向西南延伸 1300m,向南达 700 多米。塌陷全部分布于融县组灰岩之上。随着抽水范围的扩大, 塌陷范围也随之扩大,在泗顶街发生了大量塌陷,致使泗顶乡被迫迁走。

4 工程隧道施工排水引发人为干旱 泛亚铁路(玉溪—蒙自线)全长 141.1km,在通海县境内呈北西—南东向展布,北起通海盆地西部关营 村北西 1.5km 处,沿途经过河西、九街、秀山、里山、高大五个乡镇,南至柿花树村南东 1.0km 处,长约 33.27km, 其中隧道 24.322km,地面路 8.33km,桥 617.55m。共设计五段隧道,每段隧道长 5.73-10.303km 不等,规模 较大的为汉邑隧道和秀山隧道。各隧道基本情况及施工抽排水量见表 2,累计抽排水量 5.38 万 m3/d。 表 2 泛亚铁路玉蒙线通海段隧道情况表 隧道名称

底板标高(m)

隧道长度(Km) 隧道断面(m2)

至 08 年 7 月 2 日 总进尺(m)

08 年 6 月 17 日 偶测抽排水量(m3)

杜家营隧道出口段 1860

2.66

7×10

937

甸苴坝隧道

1854

1.10

7×10

1022

汉邑隧道进口

1853.15

7.55

7×10

1700

汉邑隧道斜井

1851.78

汉邑隧道出口

1849.31

河西隧道

1849

0.73

7×10

440

秀山隧道进口

1810.39

10.303

7×10

2460

20602.08

秀山隧道出口

1609.08

1971

28909.44

4025.38 203.67

1350

52.7

4.1 水文地质概况 五条隧道穿越地层主要包括上泥盆统白云岩、上震旦统灯影组白云岩夹砂岩、泥岩、中侏罗统綦江组砂 岩、页岩,以穿越岩溶含水层组为主,各隧道基本穿越了地下水补给—排泄区,总体水文地质条件相似,以 单支最长的秀山隧道为例,该支隧道总体穿越 2 个地下水径流系统,大体以香阱一带为地下水分水岭。北西 段地下水向通海盆地方向径流排泄,局部沟谷地带有泉水出露,主要岩溶含水层为上泥盆统、中上石炭统黄 龙—马坪组灰岩、白云岩,富水性强—极强;南东段大致与隧道走向平行,向地势较低的沟谷底部径流排泄, 多处沟谷地段见泉水出露,主要岩溶含水层为上泥盆统、中上石炭统黄龙—马坪组灰岩、白云岩灰岩、白云 岩及上震旦统灯影组夹层状白云岩夹砂岩,富水性中等—极强。

4.2 地质环境影响 整条隧道顶板标高 1609-1810m,远低于沿线原始地下水位(见图 5)。五条隧道对地质环境的影响主要 是导致地下水位下降,并伴随隧道沿线大部分泉水断流或流量明显减小。隧道开挖对地下水径流系统的破坏 形式。初步估算,隧道施工过程中,形成以隧道中轴线为中心,两侧平均宽度 200-1000m 的地下水位降落带, 共造成 18 个泉水流量减小或干涸,祭龙水库干涸(以汉邑 3 号泉为补给源),落水洞水库渗漏(含水层被 - 56 http://www.j-es.org/


破坏),其中,规模较大的汉邑隧道和秀山隧道产生的工程环境地质问题最为严重。致使 45000 余人和一万 多头大牲畜的饮水、23000 余亩田地的灌溉用水受到不同程度的影响。

图 5 秀山隧道中轴线水文地质剖面图(据王宇等) 1.碳酸盐岩岩溶水;2.碳夹碎岩溶裂隙水;3.基岩裂隙水;4.孔隙水;5.白云岩;6.灰岩;7.砂岩;8.泥岩、页岩;9.砂质粘土;10.钙质粘土;11.断层;12. 地层代号;13.地层产状;14.下降泉,左编号,右上流量(l/s),右下日期(年.月.日);15.开挖前地下水位;16.开挖后地下水位;17.隧道;18.隧道排水量, 上水量(m3/d),

5 工程环境地质问题防治对策建议 针对工程建设引起的环境地质问题,有针对性地采取措施进行防治,才能取得较好的效果。

5.1 隧道开挖 加强前期水文地质调查研究,选线时充分考虑工程建设对地下水的影响,对可能造成较大影响或对生态环 境造成较大破坏的地区,应尽量避开。研究施工工艺,采取超前灌浆、衬砌封闭等措施,防止大量抽排地下水。

5.2 矿山开采 对于井下开采的矿山,不可避免的会对地下水位产生一定的影响,关键是要使地下水位的下降幅度控 制在合理的范围内,不至于造成生态环境的退化和植被的死亡等问题,因此,应根据矿产、水资源及生态环 境条件,确定矿产资源开发与否及开发规模等,对于采矿易造成地下水严重渗漏和生态环境恶化的区域, 暂不列为规划开采区,采矿造成的地下水渗漏不严重地区,在采矿过程中要采取工程措施,保护地下水位 的基本稳定。

5.3 地下水开采 (1)合理开发,科学管理,优化地下水开采布局。加强地下水资源管理,全面规划,合理开采,严格 执行与地下水资源有关的法律、法规和政策,对已经严重超量开采或漏斗中心的取水工程,应令其限量开采 或关闭,使地下水位得以恢复。同时,许多盆地区地下水多为承压水,不宜过量集中开采,单井开采量及井 间距应适当控制,高层建筑基坑开挖及施工过程中,禁止过于集中或大量疏干排水,并采取保护措施,避免 由于排水引起的周围地面不均匀沉降或坑壁坍塌。 (2)加强监测,保证生态安全。由于开采量与地下水位之间的相关关系,在开采的同时,应建立地下 水位长期监测网络系统,布设地下水位观测井,定期监测地下水动态,密切注意地下水位的变化情况,预测 地下水位降落漏斗的发展趋势,随时调整开采计划,使水资源的储量始终能够得到保障。 (3)加大宣传力度,提高节水意识 地下水资源是有限的,超量开采会导致水资源的衰竭,节约用水不仅可以缓解水资源紧张。政府部门要 广泛宣传节约水资源的重要意义,使群众真正认识到水资源是当代和子孙后代的共同财富,牢固树立“节约 水资源,人人有责”的思想。 - 57 http://www.j-es.org/


致谢 感谢云南省地质环境监测院,贵州省地矿局 114 地质大队,广西地质调查院,湖南省地质调查院,中国 地质大学,西南大学,广东省工程勘查院有关专家参与野外考察并提供资料,岩溶地质研究所殷建军博士对 本文中英文摘要作出的修改!

REFERENCES [1] 康彦仁, 项式均, 陈健, 等. 中国南方岩溶塌陷.[M]. 广西科学技术出版社. 南宁. 1990 [2] 沈万里, 宣世进. 岩溶塌陷形成机制及防治方法研究[J]. 科协论坛. 2009 年第 1 期: 94-95 [3] 朱真. 广西岩溶塌陷特征及防治对策[J]. 水文地质工程地质[J]. 2002 年第 3 期: 75-76 [4] 林玉山, 覃政教, 赵付明. 桂林市冠岩危岩发育特征与防治对策[J]. 中国地质灾害与防治学报. Vol.18, No.3, Sep. 2007: 44-48 [5] 罗祥康, 刘安云, 夏鹏翅. 重庆盆地隆起型岩溶地热水特征[J]. 中国岩溶地下水与石漠化研究. 中国地质调查局主编. 广西 科学技术出版社. 2003, 226-231 [6] 覃政教, 林玉石, 高明刚, 等. 桂林甑皮岩遗址岩溶地下水水害成因及防治对策[J]. 地球学报. Vol.32, No.1, Jan.2011: 107-113 [7] 覃政教, 林玉石, 袁道先, 等. 西南岩溶区矿山与水污染问题探讨与建议[J]. 地球学报. Vol.33, No.3, May 2012: 341-348

【作者简介】 1

覃政教(1955-),男,壮族,高级工

2

袁道先(1933-),男,汉族,中国科学院院士,一直致力

程师,主要从事探测技术方法和水文、

于西南岩溶地区水文地质和环境地质工作,中国岩溶学的奠

工程环境地质研究。

基人之一,目前主持我国地质碳汇潜力综合研究项目。

Email: qinzhj-2002@163.com

3

黄桂强(1963-),男,汉族,高级工程师,主要从事水、

工、环地质调查研究工作。 4

王宇(1960-),男,汉族,教授,博士,主要从事水文、

工程、环境地质调查研究。 图版:

照片 1 东兰武篆那伦村稻田中的塌陷

照片 2 来宾市良江镇吉利村地面塌陷

照片 3 广西凤山—巴马公路边坡崩塌灾害

照片 4 龙山排泥库全貌 - 58 http://www.j-es.org/

照片 5 泉 S0316 被污染为棕色

照片 6 龙山排泥库泄漏淹没农田和民房


A discussion of the geological characteristics and the typical disastersin karst areas, southwest ch