栖霞中桥地区岩溶发育特征及分布规律_杨丽君.pdf

2020年第9期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-06-19修回日期 2020-06-22 基金项目 栖霞市自然资源和规划局项目 （栖霞政采 【正平】 服务2017012） 和山东省自然资源厅项目 （鲁地环 （2018） 06号） 资助。 第一作者简介 杨丽君 （1976-） , 女 （汉族） ， 山东莱州人， 工程师， 现从事地质环境监测管理工作。 栖霞中桥地区岩溶发育特征及分布规律 杨丽君*1， 张杰 2， 杨 宁 2 （1.烟台市地质环境监测站， 山东 烟台 264003； 2.山东省第三地质矿产勘查院， 山东 烟台 264004） 摘要 栖霞市中桥地区分布有灰岩地层， 岩溶十分发育， 近年来随着当地经济的发展， 工矿企业规 模的扩大， 造成了地下水位持续下降， 引发了多次岩溶塌陷地质灾害， 因此研究岩溶发育及分布规律 意义重大。通过地质环境调查， 研究该地区已有岩溶塌陷分布、 岩溶裂隙含水岩组分布及富水性、 钻 孔特征和地球物理勘探解译成果等， 分析岩溶发育特征， 建立评价体系对岩溶发育分布规律进行评 价分区， 最终绘制了岩溶发育程度分区评价图， 为岩溶塌陷地质灾害预警预报、 监测防治、 城市建设 规划提供参考。 关键词 栖霞市； 岩溶塌陷； 岩溶发育； 权重 中图分类号 TU44 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202009-0041-05 我国岩溶地层分布十分广泛[1]， 岩溶地层的发育在 给社会经济带来发展的同时， 也会引发岩溶塌陷地质 灾害[2]威胁人民生命财产安全。在山东省内岩溶地层 主要集中分布于鲁西南地区[3]， 而胶东地区大面积发育 岩浆岩[4]， 只有小范围发育岩溶地层， 栖霞市中桥地区 就是胶东地区一处较为典型的岩溶发育区。 岩溶塌陷地质灾害的发生本质上与岩溶地层的发 育情况密切相关， 因此寻找岩溶发育特征及分布规律[5] 就显得尤为重要。同时通过分析该地区岩溶地层发育 规律， 对当地岩溶塌陷地质灾害[6]预警预报、 监测防治[7] 等具有重要意义。 1研究区概况 研究区位于山东省烟台市栖霞经济开发区中桥及 附近地区， 属暖温带东亚大陆性季风型半湿润气候， 四 季分明， 受气候影响， 降水年际间及年内均有较大差 异， 雨季主要集中在7～8月份。 2地质背景 研究区位于华北板块 （Ⅰ） 胶辽隆起区 （Ⅲ） 胶北隆 起 （Ⅲa） 胶北断隆 （Ⅲa1） 藏格庄凹陷 （Ⅲa14） 的东北缘。 区内大面积出露各时期地层 （见表1） ， 包括荆山群禄格 庄组、 新元古界蓬莱群香夼组和南庄组、 中生界白垩系 青山群八亩地组和石前庄组、 新生界第四系地层； 西北 小面积出露岩浆岩， 主要岩性为斜长角闪岩。 研究区岩脉较发育， 多呈北北西向， 多倾向东， 脉 岩单体宽度小， 长度亦短。 研究区内断裂构造十分发育， 由于形成的时期及 形成条件的不同， 断裂构造纵横交错， 互相切割。区内 断层走向多为北东向， 部分为北西向和东西向， 倾角为 40～65之间， 多为压扭性， 部分被第四系地层覆盖。 3岩溶发育特征 3.1岩溶塌陷分布 研究区于2005年10月左右首次在泗水村东南的 农田和果园内发现两处岩溶塌陷。到目前为止， 区内 共发生岩溶塌陷17次 （其中两处为重复塌陷） ， 岩溶塌 陷点15处， 主要发生在吕家庄、 中桥村、 泗水、 水道观一 带 （见表2） 。部分岩溶塌陷位于村庄内， 距离房屋较 近， 严重威胁了周围人民生命财产安全[8]。 3.2岩溶地层分区特征 研究区是胶东半岛一处较为典型的灰岩发育区， 其岩溶主要发育在新元古界蓬莱群香夼组地层中， 根 据岩溶地层出露条件的不同， 可区分为裸露型岩溶区、 覆盖型岩溶区和埋藏型岩溶区[9]三种类型。 3.3岩溶裂隙含水岩组富水性特征 研究区内岩溶裂隙含水岩组存在于蓬莱群香夼组 中， 根据其赋存条件分为裸露型和覆盖型两种类型。 根据对研究区内水井进行调查与抽水试验可知， 裸露 41 ChaoXing 2020年第9期西部探矿工程 型岩溶区和覆盖型岩溶区中灰岩富水性较好， 单井涌 水量一般大于500m3/d， 埋藏型岩溶区中灰岩富水性较 差， 单井涌水量一般小于100m3/d （见图1） 。 由此可知， 岩溶裂隙含水岩组富水性与岩溶发育 程度直接相关， 岩溶越发育， 富水性越好， 反之亦然。 3.4工程地质勘察钻孔特征 3.4.1钻孔遇洞率 在覆盖型岩溶区内， 施工钻孔岩芯基本都存在岩 溶现象， 在裸露型岩溶区内， 施工钻孔岩芯大多数存在 岩溶现象， 在埋藏型岩溶区内， 钻孔无岩溶发育。 （1） 在中桥村泗水村南桥村油家泊村一带， 包括覆盖型岩溶区和裸露型岩溶区。在覆盖型岩溶区 内， 上覆第四系松散土层较薄， 多小于25m， 当钻孔施 工穿过第四系松散土层进入灰岩后， 出现 “逢钻必遇 洞” 现象； 在裸露型岩溶区内， 施工钻孔多存在大型溶 隙、 溶孔和溶洞， 该区域浅层岩溶极为发育。 （2） 在水道观村东南后高格庄村北油家泊村 北一带， 包括覆盖型岩溶区和裸露型岩溶区， 在覆盖型 岩溶区内， 上覆松散土层厚度多大于25m。该区域施 工钻孔大多数存在溶隙、 溶孔和溶洞， 浅层岩溶发育。 （3） 在水道观村南北城子村曹家庄村北一带， 施工钻孔部分出现岩芯完整， 多数存在溶隙、 溶孔和小 型溶洞， 该区域浅层岩溶较为发育。 （4） 在南城子前高格庄曹家庄村西一带， 主要 位 置 泗水村东南农田内 泗水村东南果园内 中桥村西南大棚边 泗水村南果园内 吕家庄村东民房内 中桥村 水道观村西南果园内 泗水村西果园内 泗水村内路面下 中桥村内路面下 水道观村南河边 中桥村西南果园内 塌陷面积m2 80 12 49 12 0.6 11 80 49 8.4 16 2.6 9 塌陷日期 2005-10 2005-10 2014-06 2016-03/2016-07 2016-07 2016-07/2017-06 2016-07 2016-07 2016-07 2017-06 2017-07 2017-07 形 态 平面 似圆形 椭圆形 似圆形 椭圆形 椭圆形 似圆形 椭圆形 似圆形 椭圆形 似圆形 似圆形 似圆形 剖面 坛形 坛形 坛形 坛形 坛形 坛形 坛形 坛形 坛形 坛形 坛形 坛形 表2研究区岩溶塌陷点情况一览表 年代地层 界 新生界 中生界 新元古界 古元古界 系 第四系 白垩系 震旦系 滹沱系 统 全新统 下白垩统 下震旦统 岩石地层 群 青山群 蓬莱群 荆山群 组 沂河组 临沂组 山前组 石前庄组八亩 地组 香夼组 南庄组 禄格庄组 段 二段 一段 三段 主要岩性 含砾中粗砂 中粗砂、 粉质粘土 含砾粉质粘土 角砾岩、 凝灰岩 角砾岩、 凝灰岩 厚层巨厚层灰岩 中厚层泥灰岩夹灰岩 板岩、 泥灰岩 片岩、 片岩夹大理岩 表1研究区地层岩性一览表 42 ChaoXing 2020年第9期西部探矿工程 为裸露型岩溶区， 根据民井调查， 该区域内施工水井过 程中较少存在溶洞发育现象， 浅层岩溶发育一般。 （5） 在研究区西北炉头村一带和研究区南部小部 分区域， 为裸露型岩溶区， 该区域内较少存在浅层溶洞 发育现象。 （6） 在研究区西北一带， 主要为埋藏型岩溶区， 上 覆莱阳群砂岩与青山群角砾岩， 厚度多大于150m。该 区域浅层岩溶不发育。 3.4.2钻孔岩溶率 研究区内， 岩溶发育规模差异较大， 在覆盖型和裸 露型岩溶区内， 靠近断层、 地层接触带和地下水径流通 道的位置， 溶隙、 溶孔和溶洞十分发育， 且规模较大， 远 离断层、 地层接触带和地下水径流通道的位置， 溶隙、 溶孔和溶洞发育规模逐渐减弱； 在埋藏型岩溶区内， 不 存在浅层溶隙、 溶孔和溶洞。 钻孔的遇洞率和岩溶率从不同方面反映出研究区 内岩溶发育程度， 是判定岩溶发育程度的重要依据， 研 究区内浅层岩溶发育具有一定的规律， 覆盖型岩溶区 浅层岩溶最为发育， 其次是裸露型岩溶区， 埋藏新岩溶 区浅层无岩溶发育； 构造带与地下水径流带岩溶发育 程度要远远大于其他地区。 3.5地球物理勘探特征 通过开展物探调查， 研究区内岩溶发育层位一般 在15～60m， 区域走向NNE向。 （1） 在中桥村东北泗水村南桥村西南一带， 该 区域物探解译剖面图上存在多处低阻异常， 主要以 “O” 型低电阻异常为主， 部分地区呈现 “V” 或 “U” 型。该区 域低阻异常多为连续出现， 单个异常规模较大， 发育深 度多贯穿整个解译深度， 说明该区域岩溶发育。 （2） 在油家泊村后高格庄村水道观村一带， 物 探解译剖面显示部分地区存在低阻异常， 多为单个独 立出现或两个为一体， 发育深度一般在40～60m之间， 说明该区域岩溶较发育。 （3） 在研究区西北炉头村一带和研究区南部区域， 物探解译剖面局部存在低阻异常， 均为单个独立出现， 发育规模较小， 发育深度一般在20～40m之间， 说明该 区域岩溶发育一般。 （4） 在研究区西北一带， 主要为埋藏型岩溶区， 上 覆莱阳群砂岩与青山群角砾岩， 厚度多大于150m。该 区域浅层岩溶不发育， 物探未解译处低阻异常。 4岩溶发育程度评价 根据研究区现状条件， 采用层次分析法进行岩溶发 育程度分区评价。本次选取7个评价因子 地层岩性L1、 岩溶塌陷K1、 岩溶类型D1、 单位涌水量S、 钻孔遇洞率D2、 钻孔岩溶率K2、 低阻异常L2。首先选用层次分析法利用 方根确定各评价参数的权重， 然后根据每个参数的评分 体系进行加权和， 最终对岩溶发育程度分区评价。 4.1建立评价体系 依据本次选取的7个评价指标， 构建矩阵， 矩阵中 各元素表示评价因素Pi对Pj为相对重要性标度。 Pij ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ P11P12P13P14P15P16P17 P21P22P23P24P25P26P27 P31P32P33P34P35P36P37 P41P42P43P44P45P46P47 P51P52P53P54P55P56P57 P61P62P63P64P65P66P67 P71P72P73P74P75P76P77 计算矩阵中的每一行的乘积 Mi∏ j1 7 Piji，j1,2,,7 图1研究区岩溶裂隙含水岩组富水性分区图 43 ChaoXing 2020年第9期西部探矿工程 计算7次方根 --- - WiMi 7 4.2求取权重 将所得方根进行归一化处理后得到参数权重见表 3。 为保证本次矩阵合理性， 在求取权重后， 对矩阵进 行一致性检验， 经检验本次所取得的权重是合理的。 4.3评价参数评分 地层岩性 类型 香夼组二段 香夼组一段 南庄组三段 禄格庄组 石前庄组、 八亩地组、 岩浆岩等 评 分 10 8 5 3 1 岩溶塌陷 范围处/ 0.01km2 ≥1 0 评 分 10 1 岩溶类型 类型 覆盖型岩 溶区 裸露型岩 溶区 埋藏型岩 溶区 评 分 10 8 1 单位涌水量 范围 [L/ （ms） ] ＞2 0.8～2 0.4～0.8 0.1～0.4 0～0.1 评 分 10 8 5 3 1 钻孔遇洞率 范围 （） ＞80 80～60 60～30 30～10 10～0 0 评分 10 8 5 3 2 1 钻孔岩溶率 范围 （） ＞20 20～10 10～5 5～3 3～1 0 评 分 10 8 6 4 2 1 低阻异常 范围处/ 0.01km2 ＞5 5～3 3～1 0 评 分 10 7 4 1 表4岩溶发育程度评价指标范围和评分 级别分值 岩溶发育程度 1 不发育 ＞1且≤3 微弱 ＞3且≤6 中等 ＞6且≤8 强烈 ＞8 极强 表5研究区岩溶发育程度级别表 评价参数 权重ω 地层岩性L1 0.068 岩溶塌陷K1 0.216 岩溶类型D1 0.083 单位涌水量S 0.147 钻孔遇洞率D2 0.186 钻孔岩溶率K2 0.161 低阻异常L2 0.139 表3各因子权重 每一个评价参数其评分取值范围为从1到10， 本 次岩溶发育程度评价指标的范围和评分见表4。 4.4评价结果 利用本次层次分析法求取的参数权重进行加权求 和， 公式为 岩溶发育程度评价指标0.089K10.136L0.268 K20.284D0.223S 本次根据参数权重取值和加权求和， 结合研究区 的现状， 将得到的分值进行整合， 最终确定研究区岩溶 发育程度级别见表5。 经评价， 研究区岩溶发育程度评价结果为1.000～ 9.464， 并根据表5得到最终评价分区， 见图2。浅层岩 溶在泗水村西南南桥村中桥村东北一带最为发 育， 在区内炉头村燕地村水道观村北和曹家庄东 南一带发育最弱甚至不发育。 本次评价结果与研究区内已发生岩溶塌陷位置区 域一致， 在中桥村泗水村泗水村东南一带岩溶塌 陷发生较为频繁， 而这些地段均位于岩溶发育程度极 44 ChaoXing 2020年第9期西部探矿工程 强区内； 研究区西北一带未发生过岩溶塌陷地质灾害， 该处岩溶微弱发育不发育。 5结论 （1） 根据本次对研究区内岩溶裂隙含水岩组富水 性、 工程地质勘察钻孔和地球物理勘探三方面的研究 分析得知， 区内岩溶主要发育在新元古界蓬莱群香夼 组灰岩中， 而其中香夼组二段岩溶较为发育。 （2） 在香夼组二段地层中， 浅层岩溶主要发育在沿 地下水主径流带与断层附近， 其中泗水村西南南桥 村中桥村东北一带岩溶最为发育。 （3） 本次虽采用层次分析法对中桥地区浅层岩溶 发育程度进行了评价， 但是仍具有局限性， 当采用不同 分割方法或评价方法进行时， 会出现部分偏差。同时， 本次所得出的结论为基于研究区目前地质环境条件状 态下的结论， 当研究区地质环境条件发生改变时， 各评 价因子及其权重会随之发生改变， 最终评价结果也会 产生变动。 参考文献 [1]刘传正.我国岩溶塌陷分布规律的探讨[J].中国地质灾害与 防治学报,1997,8111-17. [2]杜正民,吴光明,洪亮.潜蚀作用导致岩溶塌陷地质灾害的实 例分析[J].水文地质工程地质, 2007, 34389-92. [3]宋明春,焦秀美,宋英昕,等.鲁西隐伏含铁岩系前寒武纪 济宁岩群地球化学特征及沉积环境[J].大地构造与成矿学, 2011,354543-551. [4]邱连贵,任凤楼,曹忠祥,等.胶东地区晚中生代岩浆活动及对 大地构造的制约[J].大地构造与成矿学,2008,321117-123. [5]江思义,石覃剑,袁范洋,等.广西贺州市平桂区岩溶发育特征 与分布规律[J].中国地质灾害与防治学报,2019,302110- 117. [6]官善友,蒙核量,周淼.武汉市岩溶分布与发育规律[J].城市勘 测,20084145-149. [7]孙佑光,崔煜烽.山东烟台市栖霞中桥岩溶塌陷机理及防治 措施[J].西部探矿工程,2017,2995-7. [8]张晓斌.福建省大田县桃源镇前厝村岩溶塌陷发育特征及 成因分析[J].地质灾害与环境保护,2018,29415-20. [9]张治伟,朱章雄.中国南方不同岩溶类型区土地利用的问题 与对策[J].中国土地科学,2012,261264-68. [10]别发礼,朱蒙蒙,何云飞.高密度电法在岩溶地区溶洞探测 中的应用[J].山西建筑,2018,443672-73. （上接第40页） 体制， 加强地质灾害 （隐患） 监测， 尤其是雨季， 要加强 对评估区潜在地质灾害的监测工作， 依据相关规范建 立监测点， 并设立相关安全警示标志。对住户做好地 质灾害防治知识的普及教育， 并制定应急预案， 确保安 全。 6结语 文中提到的地质灾害防治措施建设单位在工程建 设与生产过程中应充分重视， 尽快完成相关的地质灾 害防治措施， 最大限度地减少灾害损失， 从而确保人民 生命财产安全， 如若不能采取有效防治措施须另选场 地。 45 ChaoXing