Analysis on the formation mechanism and development process of karst collapses in Lijia Village, Gaoming District of Foshan City
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摘要:
以自然诱发的李家村岩溶塌陷群为研究对象，在系统收集区域地质、构造、工程、水文、环境、气象、历史灾害等资料的基础上，结合钻探揭露结果，查明了李家村岩溶塌陷群所在区域地质环境条件和岩溶发育特征，分析了形成过程，并探讨了成因机理。结果表明：（1）李家村岩溶塌陷群所在区域覆盖层为带“天窗”的“隔−透”交替型地质结构、基岩可溶岩砾状灰岩中方解石含量高易溶蚀，为土洞和溶洞形成和发展起到决定性作用；北东向和北西向断裂交叉叠加作用、紧靠西江和存在古河道，为地下水潜蚀强径流和频繁交换提供通道，对岩溶发育起到主导作用；地表水和地下水连通性好有助于降雨诱发岩溶塌陷；（2）李家村岩溶塌陷群的发生过程经过三个阶段：前期水渗气压阶段→中期软化塌陷阶段→后期振动群塌阶段，致塌模式属渗压−重力−软化型。（3）李家村岩溶塌陷群是在特殊的“岩−土−水−气”组合地质环境条件下，由强降雨作用诱发并导致土洞垮塌而引起一连串自然塌陷所形成的。
Abstract:Taking natural-induced Lijia Village karst collapses as the research object, on the basis of systematically collecting the data of regional geology, tectonic geology, engineering geology, hydrogeology, environment, meteorology, historical disasters, combined with the drilling data, the geological environment conditions and karst development characteristics of Lijia Village karst collapses come to a conclusion, and its formation process is analyzed. Finally, the genetic mechanism is discussed. The results indicate that: (1) The overburden in the area where the Lijia Village karst collapses located is an alternate geological structure with “Skylight” and “Separation”, and the content of calcite in rudstone is high and easy to dissolve, which plays a decisive role in the formation and development of soil caves and karst caves. The intersection and superposition of the NE fault and NW fault, closing to Xijiang River and the existence of ancient river channels, provide a channel for groundwater erosion and strong runoff and frequent exchange, and play a leading role in karst development. Good connectivity between surface water and groundwater directly leads to rain-induced karst collapse. (2) The process of karst collapses in Lijia Village is divided into three stages: water pressure stage in the early stage, softening collapse in the middle stage and vibration group collapse in the later stage. The collapse model is Osmotic Pressure-Gravity-Softening. (3) The karst collapses in Lijia Village is formed by a series of natural collapses induced by heavy rainfall under the special geological environment of “rock soil water gas” combination.
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表 1 研究区主要地层岩性表
Table 1. Lithology table of main strata in the study area
地质年代 地层单位及代号 岩性概述 第四系 人工填土（Qml） 以素填土为主，主要由粉质黏土和黏性土组成，含碎石和块石、砖块等。 海陆交互相沉积层（Qmc） 岩性主要为粉质黏土、淤泥、淤泥质土、粉细砂、粗砂、砂砾、砾石。 残坡积层（Qedl） 岩性主要由粉质黏土、粉土、粉砂、中砂和风化岩砾石、碎块组成。 侏罗系 金鸡组（J1j） 岩性以砾状灰岩为主，局部为砂页岩，砾状灰岩碎块角砾结构及致密胶结状重结晶结构；碎块角砾成分以灰岩角砾为主，其次为少部分的内碎屑及变质砂岩角砾。岩石的胶结物及填隙物成分主要由细碎屑及方解石组成，且以方解石数量居多；细碎屑主要为灰岩、砂岩细碎物以及少量的生物碎屑及鲕粒内碎屑；重结晶方解石呈填充状分布于碎块角砾间，方解石成分较纯。 
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表 3 研究区岩土体特征表
Table 3. Characteristics of rock and soil mass in the study area
层号 地层代号 揭露厚度/m 土体特征概述 备注 （1） Qml 0.50~7.20 填土：广泛分布，由黏性土为主，含砂粒，局部见少量碎石、瓦片、砖块，已压实。 （2）-1 Qmc 1.50~7.80 粉质黏土：广泛分布，含少量砂粒，黏性一般-较强，可塑。 隔水层 （2）-2 0.50~9.80 淤泥质土：透镜状分布，含有机腐殖质、腐叶，局部夹淤泥质粉土、粉砂薄层，流塑。 相对隔水层 （2）-3 1.40~5.30 粉质黏土：较广泛分布，含粉细砂，局部含腐殖质，局部夹淤泥质土，稍密-中密，很湿，可塑。 隔水层 （2）-4 1.70~10.80 粉细砂：广泛分布，局部含较多黏粒，局部夹粉土、淤泥质土透镜体，松散-稍密，局部中密，饱和。 透水层 （2）-5 1.90~14.80 粉质黏土：较广泛分布，土质较杂，局部过渡有粉土、粉砂，局部夹淤泥质土薄层，黏性一般，软塑-
可塑。隔水层 （2）-6 0.40~14.40 淤泥质土：较广泛分布，含少量腐殖质及粉砂，局部过渡为淤泥，局部夹粉土、粉质黏土，流塑。 相对隔水层 （2）-7 1.20~13.30 粉细砂：广泛分布，含少量泥质，局部夹中砂，稍密-中密，局部松散或密实，饱和。 透水层 （2）-8 0.90~26.60 粉质黏土：广泛分布，含少量粉砂，黏性一般较强，可塑，局部硬塑，该层揭露到2个土洞，占总揭露土洞的11%。 隔水层、
土洞发育层（2）-9 1.50~6.50 淤泥质土：局部分布，含有机腐殖质，局部夹薄层粉砂，流塑。 相对隔水层 （2）-10 1.60~18.90 粉细砂：局部分布，含少量黏粒，局部夹粉土，稍密-中密，饱和。 透水层 （2）-11 0.90~3.70 粗砂、砾砂：透镜状分布，含较多泥质，以砾砂为主，局部过渡为粗砂、圆砾，密实，饱和。 透水层 （3） Qedl 0.80~18.50 残坡积土：广泛分布，以粉质黏土为主，含较多岩石风化的砂粒、角砾及碎石，可塑-硬塑状，中密-密实，饱和，该层揭露到16个土洞，占总揭露土洞的89%，是土洞发育的主要层。 隔水层、
土洞主要层（4）-1 J1j 1.50~9.17 全风化砂岩、炭质页岩：局部分布，砂岩密实砂土状，水冲易散；炭质页岩呈坚硬土状，局部夹煤层。 （4）-2 4.50 强风化砂岩：零星分布，半岩半土状，岩质极软，岩芯易折断。 （4）-3 1.40~2.80 中风化砂岩：局部分布，岩芯短柱状，岩质较坚硬，局部见褐铁矿化现象。 （4）-4 0.20～11.56 微风化砾状灰岩：广泛部分，砾状结构，砾石主要为灰岩砾，岩芯短或长柱状，岩质较硬-坚硬，个别较软，该层钻孔见洞率31.08%。 岩溶发育层
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表 2 研究区主要断裂特征表
Table 2. Characteristics of main faults in the study area
断裂编号 走向 产状/(°) 长度/km 宽度/m 断裂特征概述 f1 北东 145∠45 3.5 2～10 为大尧山断裂组之次级断裂，主要发育早侏罗世地层之中，构造岩以碎裂岩为主，局部为硅化岩和硅化砂岩，带内裂隙发育。 f2 北西 10～25∠70～80 2.5 10～15 同属西江断裂组之南蓬山断裂的次级断裂，主要发育于泥盆系、石炭系地层中，构造岩由构造角砾岩、硅化岩和碎裂岩组成；断裂早期活动以压扭性为主，晚期活动表现为张扭性，具有活动多期性。 f3 北西 40∠50 2.5 10～25
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表 4 研究区地下水特征表
Table 4. Groundwater characteristics in the study area
地下水类型 地下水特征描述 松散岩类孔隙水 主要赋存于第四系海陆交互相沉积层和残破积层中，含水介质为（2）-4、（2）-7、（2）-10层砂砾石层和（3）层碎石土层，含水层厚度2.00～26.30 m；存在多个隔水层，上部为潜水、下部为微承压水；水位埋深1.00～3.80 m；富水性中等。 覆盖型碳酸盐岩类裂隙溶洞水 主要赋存于早侏罗世金鸡组（J1j）基岩裂隙和溶洞中，含水介质为（4）-4层微风化砾状灰岩，水位埋深1.30～1.60 m；富水性以中等为主，局部为丰富。
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表 5 研究区土洞特征表
Table 5. Characteristics of soil caves in the study area
孔号 土洞分布埋深/m 洞高/m 洞顶板土层厚度/m 充填情况 洞顶板最下部土层 所在层位 土类 厚度/m ZK9 33.00～37.50 4.50 33.00 半充填，洞底少量黏性土 残坡积土 1.20 （3） ZK22 26.80～36.33 9.53 26.80 洞底（0.33 m）充填少量黏性土 残坡积土 1.70 （2）-8 ZK22-1 32.20～10.30 9.10 32.20 无 残坡积土 1.00 （3） ZK23 27.10～30.12 3.02 27.10 无 残坡积土 3.60 （3） ZK23-1 29.50～30.70 1.20 29.50 无 残坡积土 1.10 （3） ZK26 35.10～39.20 4.10 35.10 充填砾夹泥 残坡积土 3.60 （3） ZK44 37.50～40.00 2.50 37.50 充填黏性土 残坡积土 11.40 （3） ZK44-1 37.00～39.00 2.00 37.00 充填流塑状黏性土 残坡积土 10.00 （3） ZK48 45.80～16.50 0.70 45.80 无 残坡积土 8.30 （3） ZK49 44.00～47.00 3.00 44.00 上部无充填、下部（1 m）充填黏性土 残坡积土 11.00 （3） ZK55-1 45.00～47.50 2.50 45.00 半充填软塑状黏性土 残坡积土 5.50 （3） ZK60 32.00～35.30 3.30 32.00 上部无充填、底部（0.3 m）充填黏性土 残坡积土 3.00 （3） ZK60-1 29.50～30.50 1.00 29.50 充填流塑状黏性土 残坡积土 1.50 （3） ZK61-1 28.70～31.30 2.60 28.70 充填流塑状黏性土 残坡积土 4.10 （3） ZK62 28.00～31.70 3.70 28.00 充填流塑状黏性土，含碎石 残坡积土 1.50 （3） ZK66 26.20～28.30 2.10 27.10 充填流塑状黏性土，含中砂、碎石 粉质黏土 1.20 （2）-8 ZK67 27.10～30.20 3.10 27.10 半充填流塑—可塑状黏性土 粉质黏土 3.50 （3） CZK3 27.30～35.30 8.00 27.30 半充填软泥，含碎石 残坡积土 7.20 （3）
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表 6 研究区溶洞特征表
Table 6. Characteristics of karst caves in the study area
孔号 溶洞分布深度/m 洞高/m 洞顶板岩石厚度/m 洞顶板土层厚度/m 线岩溶率/% 充填情况 ZK11 33.00～33.50 0.50 1.50 29.00 6.3 无充填 ZK19 38.40～48.01 9.61 2.40 36.00 76.9 无充填 ZK20 33.10～33.50 0.40 1.20 31.90 4.4 无充填 ZK21 33.20～33.60 1.50 0.40 33.20 33.7 充填褐黄色黏性土 36.56～38.56 2.00 1.46 充填褐黄色砂土，含碎岩屑 ZK24-1 39.70～40.30 0.60 5.40 34.30 6.0 无充填 ZK25 36.10～36.90 0.80 2.90 33.20 8.1 充填褐黏性土，含较多砂 ZK26 41.30～42.00 0.70 2.10 35.10 25.0 充填卵石夹泥，未到底 ZK41 35.00～35.20 0.20 0.25 34.75 89.0 充填粗砂 35.60～43.50 7.90 0.40 充填碎块岩石及中粗砂 ZK42 32.40～38.00 5.60 5.00 27.40 51.9 充填碎石、中粗砂 ZK43 27.80～28.10 0.30 0.50 27.30 45.4 充填中砂 28.60～29.00 0.40 0.50 充填细砂 29.20～29.60 0.40 0.20 充填中砂 29.90～32.90 3.00 0.30 充填中砂 33.10～33.40 0.30 0.20 充填中砂 ZK44 43.90～46.65 2.75 3.90 37.50 39.6 上部无充填，下部（1.1 m）充填软塑状黏性土 ZK44-1 39.60～41.60 2.00 0.60 37.00 28.2 充填流塑状黏性土 ZK45 35.10～38.00 2.90 1.50 33.60 27.9 充填软塑状黏性土，含角砾、碎石 ZK58 34.80～37.30 2.50 1.70 33.10 42.6 充填黄色粉质黏土 38.80～40.60 1.80 1.50 充填黄色粉质黏土 ZK60 36.80～37.40 0.60 1.50 32.00 6.2 充填黄色黏性土 ZK61 32.30～36.50 4.20 5.50 26.80 40.4 上部无充填，下部（1.1 m）充填黏性土，含碎石、粗砂 ZK61-1 32.30～36.30 4.00 1.00 28.70 70.2 上部无充填，下部（1.3 m）充填流塑状黏性土 ZK62 41.90～43.60 1.70 1.70 28.00 13.8 上部无充填，底部（0.5 m）充填流塑状黏性土 ZK63 30.10～40.90 10.80 0.30 29.80 88.5 充填流塑状黏性土，含碎石、角砾 ZK65 32.7~33.1 0.40 3.80 28.90 4.0 无充填 ZK66 32.60～34.00 1.40 4.30 26.20 22.6 上部充填粗砂，含砾石
下部充填可塑状黏性土ZK67 34.80～44.60 9.80 4.60 27.10 66.2 半充填黏性土，含粗砂、砾石 ZK67-1 33.30～42.60 9.30 6.20 27.10 58.5 上部无充填，下部（2.6 m）充填流塑状黏性土
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表 7 研究区岩溶塌陷地质灾害特征表
Table 7. Geological hazard characteristics of karst collapse in the study area
塌陷编号 面积/m2 形状 规模/m 深度/m 位置 发生发展情况 灾害情况 TX1 528 近圆形 长22.5，宽22 7 李家村开田 始发时间为2005年4月25日，
盛发时间为2005年4月26日至
2005年5月8日；2006年3月10日
干鱼塘时发现毁树约10棵，直接威胁人员7户
26人，间接威胁86户386人。
经济损失超500万TX 2 19.6 圆形 直径5 4 西安河 TX 3 9.6 圆形 直径4.6 7 李家村开田 TX 4 200 近圆形 长18，宽15 7 李家村开田 TX 5 10.7 圆形 直径3.7 0.8 鱼塘底 TX 6 60.0 近圆形 长10，宽6.0 3.5 西安河 TX 7 19.6 圆形 直径5.0 3.2 TX 8 12.6 圆形 直径4.0 3.0 TX 9 长条形 宽0.7~0.8 1.0 TX 10 长条形 宽0.6~0.8 1.0
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