（地质工程专业论文）广花盆地岩溶地面塌陷灾害形成机理及风险评估研究.pdf

摘要 地面塌陷是隐伏型可溶岩地区主要地质灾害之一。随着广州城乡 一体化、城市建设的跨越式发展和人类活动的增强，广花盆地可溶岩 区人为诱发地面塌陷灾害呈逐年增长势头，在局部地区已经严重制约 了地方开发建设和经济发展。研究地面塌陷的形成机制和灾害风险评 估，探讨城市安全的风险管理模式，对城市科学建设和可持续发展具 深远意义。 本课题是以“广州城市地质调查 项目之“广州市地质灾害调查 与危险性评价 子项目为依托，在对广州地质灾害的全面调查基础上， 以广花盆地地面塌陷灾害为主要研究对象，建立地面塌陷地质灾害数 据库，研究地面塌陷的形成机制，并进一步对广花盆地地面塌陷灾害 进行风险评价。 运用地面沉降监测、地下水压力自动化监测技术，结合塌陷灾害 的全面调查、地质环境条件和地下水动力分析，对地面塌陷的成因机 制进行研究，总结了地面塌陷失托增荷、潜蚀机制、真空负压吸蚀和 气爆致塌、负压吸蚀和液爆效应、机械贯穿机制、地震和振动致塌、 荷载致塌、综合叠加机制等，提出了广花盆地较特殊的塌陷机械贯穿 机制和负压吸蚀和液爆效应。 课题建立了地面塌陷灾害数据库，并运用层次分析法原理开发了 地面塌陷风险评估系统。通过对塌陷灾害的地质背景因素、人为因素 及已发塌陷灾害的频次进行相关性分析，确定评价目标的基础因子、 响应因子、易损因子和诱发因子，并对相应因子进行赋权，构建风险 评价指标体系，借助开发的风险评估系统，对塌陷灾害进行危险性、 易损性、风险性进行评价，按大、较大、中等、小四级进一步对广花 盆地进行风险分区。 结合对广花盆地地面塌陷成因机制和灾害风险评价分区研究成 果，提出广花盆地可溶岩区城市开发建设过程中防治塌陷灾害的有效 措施和塌陷灾害防治的风险管理，对地面塌陷的有效防治、监测预警 和城市建设项目的选址、勘察、设计和施工具较强的指导意义。 关键词：广花盆地，地面塌陷，地质灾害，成因机制，风险评价 i i a bs t r a c t t h ek a r s tc o l l a p s ei so n eo ft h ep “m a i yg e o l o g i c a ld i s a s t e r si n s 0 1 u b l eb e d r o c k w i t ht h eu r b a n r u r a l i n t e g r a t i o no fg u a n g z h o uc i 劬 r a p i dd e v e l o p m e n to fu r b a nc o n s t m c t i o na n de n h a n c e m e n to fh u m a n a c t i v i t i e s ， t h en u m b e ro fh u m a n i n d u c e dk a r s t c o l l a p s e si ns 0 1 u b l e b e d r o c ko fg u a n 曲u ab a s i nh a sb e e ni n c r e a s i n gy e a ra r e ry e 强t h e s e d i s a l s t e r sh a v es e v e r e l yr e s t r i c t e dt h el o c a lc o n s t n j c t i o na n de c o n o m i c d e v e l o p m e n t i tw i l lb eo fg r e a ts i g n i f i c a n c et os c i e n t i f i cc o n s t m c t i o na n d s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fg u a n g z h o uc i t yt or e s e a r c ho nt h eg e n e t i c m e c h a n i s mo fk a r s tc o l l 印s e ，e v a l u a t i o no fg e o l o g i c a ld i s a s t e rr i s ka n d r i s km a n a g e m e n tm o d e lo ft h ec i t ys a f e t y s u p p o i r t e db y “g e o l o g i c a ld i s a s t e rs u i v e ya n di u s ka s s e s s m e n to f g u a n g z h o uc i t y ， t h e s u b t o p i c so f “u r b a ng e o l o g i c a ls u r v e y o f g u a n g z h o uc i 够，a n db a s e do nac o m p r e h e n s i v es u e yo fg e o l o g i c a l d i s a s t e r si ng u a n g z h o u ，t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e st h ek a r s tc o l l 印s ei n g u a n 曲u ab a s i n ，u p o nw h i c hg e o l o g i c a ld i s a s t e rd a t a b a s ei sb u i l t f u n h e r t h e p 印e r d i s c u s s e st h eg e n e t i cm e c h a n i s mo fk a r s t c o l l a p s e ， a n d e v a l u a t e st h er i s ko fk a r s tc o l l a p s ei ng u a n 曲u ab a s i n t h i sp 印e r ，i n t e g r a t e dw i t ha no v e r a us u r v e yo fc o l l a p s e ，a n a l y s i so f g e o l o g i c a le n v i r o m e n tc o n d i t i o n sa n dg r o u n dw a t e rh y d r o d y n 锄i c s ， r e s e a r c h e st h e g e n e t i c m e c h a n i s mw i t ht h e 印p l i c a t i o no fg r o u n d s u b s i d e n c em o n i t o r i n ga n d 铲o u n dw a t e rp r e s s u r e a u t o - m o n i t o 打n g i t s u m m 撕z e st 1 1 es e v e r a lc a u s e so fk a r s tc o l l 印s e ，i n c l u d i n gf l o a t - l o s i n g a n dl o a di n c r e a s i n g ，u n d e r 伊o u n de r o s i o n ，v a c u u mn e g a t i v ep r e s s u r es u c k e r o s i o na n da i r e x p l o s i o n ， m e c h a n i c a lp e r f o r a t i o n ， e a n h q u a k ea n d v i b r a t i o n ，l o a d i n g ，i n t e g r a t e ds l _ l p e 印o s i t i o n ，e t c b e s i d e s ，t h ea u t h o r p r 叩o s e das p e c i a lc o l l 印s em e c h a n i s mf o rg u a n 曲u ab a s i n - m e c h a n i c a l p e r f o r a t i o n t t i ak a r s tc o l l a p s ed i s a s t e rd a t a b a s ei sb u i l tf o rt h i sp r o j e c t a n da l s o ， t h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s si si n d u c e dt od e v e l o pt h er i s ke v a l u a t i o n s y s t e mo fk a r s tc o l l 印s e w i t h m er e l a t i v i 够a n a l y s i so fg e o l o g i c a l b a c k 铲o u n df a c t o r s ，h u m a nf a c t o r sa n d 舶q u e n c yo fo c c u n dc o l l a p s e s ， t h ep a p e rf i r s t l yc o n f i m sb a s i cf a c t o r s ，r e s p o n s ef a c t o r sa n di n d u c e d f a c t o r s ，w h i c ha r ew e i 曲t e ds e p a r a t e l y t oc o n s t r u c tt h er i s ke v a l u a t i o n i n d i c a t o rs y s t e m s e c o n d l y ，w i t ht 1 1 er i s ke v a l u a t i o ns y s t e m ，t h i sp 印e r a s s e s s e st i l ef i a t a l n e s s ，v u l n e r a b i l i t ya n dr i s ko ft h ec o l l 印s ed i s a s t e r b a s e d o nw h i c h g u a n 曲u ab a s i ni sd i v i d e di n t oh i 曲r i s ka r e a ，r e l a t i v eh i 曲 r i s ka r e a ，m e d i u mr i s ka r e aa n dl o wr i 文a r e a c o m b i n e dw i t ht h er e s e a r c ho fg e n e t i cm e c h a n i s ma n dd i s a s t e rr i s k e v a l u a t i o nz o n i n go fg u a n 曲u ab a s i n ，t h ep 印e rp u t sf o m a r de 虢c t i v e m e a s u r e sf o rt h ek a r s tc o l l 印s ep r e v e n t i o na n dr i s km a n a g e m e n ti nm e p r o c e s so f u r b a nd e v e l o p m e n ta n dc o n s t m c t i o ni ns o l u b l eb e d r o c ka r e a n w i l lb eo f 铲e a tg u i d i n gs i g n i f i c a l l c et ot h ee 仃e c t i v ec o l l a p s ep r e v e n t i o n ， m o t o r i n ga n dw a m i n gt h ed i s a s t e r ，a n dt h es i t es e l e c t i o n ，i n v e s t i g a t i o n ， d e s i g na n dc o n s t n j c t i o nf o rt h eu r b a nc o n s t n j c t i o np r q e c t k e yw o l m s ： g u a n 曲u ab a s i n ，k a r s tc o l l 印s e ，g e o l o 百c a ld i s a s t e r ， g e n e t i cm e c h a n i s m ，r i s ke v a l u a t i o n 硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的由来和研究意义 2 0 世纪9 0 年代以来，随着广州城市建设和社会经济的持续发展，地下空间 开发、基础工程施工、削坡建房筑路等人类工程活动对地质环境的作用同益加剧， 加之地质环境条件的脆弱性、复杂性、空间差异性及气侯条件的多变性，由此而 导致各类地质灾害时有发生，地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等地质 灾害在局部地区已成为影响经济发展的重要因素之一i l 】1 2 1 。据不完全统计，至 2 0 0 8 年底，广州市发生地质灾害就有1 1 6 5 宗，死亡1 1 4 人，失踪1 0 人，受伤 4 2 8 人，毁坏房屋2 3 0 0 余间，农田2 0 0 0 余亩，直接经济损失超过1 7 亿元，对 社会经济的发展造成了较为严重的影响。地质灾害已经严重地影响到区域人民生 命财产安全和社会的稳定、和谐，日益成为阻碍经济社会可持续发展的重要因素 之一【3 】【4 】【5 】，全面开展城市地质灾害详细调查，开展地质灾害危险性评价和风险 区划，构建地质灾害数据库和灾害信息评估模型，为城市规划和建设提供基础的 防灾减灾依据和信息管理平台已是迫在眉睫1 6 】1 7 j 1 8 j 。2 0 0 5 年9 月中国地质调查局 下达了“广州城市地质调查任务书”( 编号：基【2 0 0 5 】0 1 0 一0 6 ，工作项目编码为 1 2 1 2 0 1 0 5 1 1 1 0 6 ) 。2 0 0 6 年8 月广州城市地质调查总项目下达“广州市地质灾害 调查与危险性评价 任务书( 编号：1 2 1 2 0 1 0 5 11 1 0 6 _ 0 5 ) ，由广州市地质调查院 牵头和广州地理研究所一起组织实施广州市地质灾害调查与危险性评价工作，于 2 0 0 9 年8 月提交报告并通过评审验收。“广州市地质灾害调查与危险性评价 项 目下设4 个研究课题，地面塌陷形成机理和风险评估是其中课题之一。 本论文以广州可溶岩集中分布区广花盆地和广州最主要的岩溶地面塌 陷地质灾害为研究对象，在广州市地质灾害调查与危险性评价基础上，借助其数 据库和信息管理系统平台，进一步开展了广花盆地岩溶地面塌陷发育机理和风险 评估研究，通过分析塌陷灾害的地质环境背景和地质灾害发育现状，研究塌陷灾 害的发育机理和影响因素，构建塌陷灾害风险评估指标体系和评估模型，开展风 险评估研究和评价分区。 开展广花盆地岩溶地面塌陷发育机理和风险评估研究有着十分重要的实际 意义。首先，随着广州城市发展，广花盆地塌陷灾害日益强烈，由于灾害的隐蔽 性和复杂性，政府对塌陷灾害的防治遇到极大障碍，研究灾害发育机理，掌握其 发生发展规律，从而采取有效对策进行防治势在必行。广州市政府和地铁公司等 工程项目实施单位已经对塌陷灾害引起了高度重视，近几年已逐步投入大量塌陷 硕士学位论文第一章绪论 灾害调查研究资金。其次，在区域防灾减灾管理决策方面，目前十分需要一个信 息化决策平台，不仅须要进行科学地地质灾害防治规划，还需要一个快捷的决策 管理系统，而地质灾害区域风险评估和风险管理系统开发将是非常重要的依据和 支撑，同时也是对城市地质灾害防治信息化管理的有力推进。另外，灾害危险性、 风险性分区是地质灾害群测群防网络和灾害预警预报系统建设的科学依据，在危 险大、风险大区域加强群测群防网络密度和频次，提高预警等级，相反在危险性 小区域可减少投入，以有效实现科学管理。 1 2 国内外研究的现状 1 2 1 国外岩溶塌陷研究发展 国外学者认为，岩溶塌陷通常发育于地下岩溶发育区，是地貌天然演变形成 的，是溶洞及隐伏土洞中土体被地下水流完全带走的过程。这个自然演进过程很 长，可达千年，但由于人类的活动，使这一过程加快，如美国州的佛罗里达州一 个公园，1 9 8 1 年岩溶塌陷在很短的时间内吞噬了一所房子、数辆汽车及一个新 改建的游泳池，损失数百万美元。在塌陷成因机制方面认为，大多数岩溶塌陷都 是由于抽排地下水，区域地下水位下降造成的细1 。 在地质灾害风险评估方面，国外着手较早，目前评估方法研究已经取得了长 足发展，但主要针对崩塌、滑坡、泥石流，岩溶塌陷方面的评估相对偏少。如从 2 0 世纪7 0 年代后期以来，美国地质调查局开展了大量的滑坡、崩塌、泥石流等 地质灾害危险性区划研究工作。2 0 世纪8 0 年代，c a r r a r a a n 们将多元统计分析预 测方法引用到区域滑坡空间预测中，并在世界各国得到迅速发展与推广。 h a r u y 硼ah 和k i t a 叫r ar u l l 利用数学统计理论对日本活火山地区降雨引起的滑 坡灾害进行了危险度评价。b a e z ac 和c o r o m i n a sj n 2 1 利用统计判别分析模型进 行了浅层滑坡敏感性评估。c a r r a r a a 、c a r d i n a l im 、g u z z e t t if 等将统计模型 与g i s 结合，应用于意大利中部某小型汇水盆地的滑坡危险性评估n 3 埔町n 7 儿埔1 。 联合国人道主义事务部于1 9 9 1 年和1 9 9 2 年两次正式公布了自然灾害风险的 定义：风险( r i s k ) 是在一定区域和给定时段内，由于某一自然灾害而引起的人 们生命财产和经济活动的期望损失值，相应的风险度表达式为：风险度= 危险度 易损度，或庐瞅圪之后世界各国普遍应用g i s 技术，引进其它工程技术、农 业等领域的评价数学模型，开展了大量的地质灾害风险评价方面的探讨研究工 作。 2 硕士学位论文第一章绪论 1 2 2 国内岩溶塌陷研究现状 六十年代后，由于生产的大力发展，国内岩溶发育地区岩溶塌陷频繁发生， 严重地危害人民的生命和财产安全，如唐山体育场的陷落倒塌，秦阜岛柳江水源 地抽水引起建筑及交通工程被岩溶塌陷破坏，泰安铁路车站及京广铁路部分地段 因岩溶塌陷引起列车停运，因此，岩溶塌陷的研究越来越受到重视。但是，岩溶 塌陷的研究还是一个较新的领域，在成因理论的研究、定量化预测等方面还很不 成熟，有关岩溶塌陷的专著也不多n 引。新世纪以来，在许多专家学者的共同努力 下，在灾害成因机制、危险性评价、模型构建和信息化建设方面取得了较大进展。 1 、岩溶塌陷成因的研究 ( 1 ) 岩溶塌陷的物质基础及发育特点 岩溶塌陷的物质基础是岩溶塌陷产生的物质载体和基本前提，因地质环境 不同，岩溶塌陷发育具有复杂性，但一般易发场地仍具有一定的规律啪1 。岩溶塌 陷产生的物质基础包括基岩具有溶洞、竖井、深裂隙、溶缝等开口岩溶形态， 这是地下水和塌陷物质的存储场所或通道；覆盖层为松散土层或软弱岩层，这 是产生岩溶塌陷的基础；岩溶系统渗流场中地下水动力条件的改变，这是产生 岩溶塌陷的主导因素拉。 岩溶塌陷多产生于浅部隐伏岩溶发育地段，特别是开口型岩溶形态发育地 区。岩溶塌陷多受地质构造控制，分布于上覆盖层较薄部位。据湖南、广东、广 西地区的统计资料，临界土层厚度一般为3 0 m ，而浙江某地为3 5 m 。岩溶塌陷多 发生在岩溶洼地及河谷低洼地段，这里有利于地表水的汇集及地下水的补给， 使地下水的潜蚀作用增强。岩溶塌陷随地下水抽排量的增加和地下水位的降低而 发展，多位于地下水的疏干漏斗内，并随漏斗的扩展而变大。降水入渗使土体强 度降低，动水压力增大，加剧了岩溶地面塌陷的发育啪儿捌。 ( 2 ) 岩溶塌陷的成因机制分析 近几年在塌陷致塌陷机制数学模拟和试验模拟方面开展了大量工作幽3 。岩溶 塌陷产生的根本原因是盖层的部分土体受力失稳破坏，塌陷体受到的致塌力超 过抗塌力。各种致塌力可以形成各种力学效应，构成不同的塌陷模式。岩溶塌陷 的成因机制可分为以下八种：重力致塌模式；潜蚀致塌模式；真空吸蚀致 塌模式；冲爆致塌模式；振动致塌模式；荷载致塌模式；溶蚀致塌模式； 根蚀致塌模式。 ( 3 ) 岩溶塌陷的诱发原因分析 岩溶塌陷的诱发原因是岩溶塌陷产生过程中的触发因素，根据岩溶塌陷触 发原因背景的不同，可将其分为六种类型采矿疏干排水；水源地过量抽水； 硕士学位论文第一章绪论 地下暗河水位大幅上升，在相对封闭的岩溶网络地段引起的水击作用和高压 冲爆作用；强烈地震、爆破或其它震动作用；在上覆土层抗蚀性弱，下伏地 层岩溶发育的基岩面上，地下水位上下大幅度波动；地表水大量入渗，或特大 暴雨的地面径流顺裂隙岩溶通道快速下渗。 ( 4 ) 由岩溶塌陷的破坏面反演其力学成因机制 岩溶塌陷形成后，其破坏面可由剖面形态分为直桶形、坛形、漏斗形、碟形、 藕节形等，它们是岩溶塌陷的力学破坏面。由破坏面的力学性质可以反演岩溶塌 陷的破坏机制及成因机理。力学破坏面分为直桶状破坏面、坛形破坏面、漏斗形 破坏面、碟形破坏面、藕节形破坏面五种。 2 、岩溶塌陷的预报问题 研究岩溶塌陷是为了解决其预测、预报问题，由于这一问题较为复杂，因而 多为定性评价或只进行分区研究。但是，随着科学及生产的不断发展，不仅要求 对岩溶塌陷发育区的安全性作出定量评价，而且对已发生塌陷的地区稳定性也 应作出科学评价。近年来，国内学者采用模糊综合评判法、多元逐步回归求解临 界压差场、迭置分析方法等进行定量评价，取得了一定进展，为岩溶塌陷的定量 化研究积累了宝贵的经验。 3 、岩溶塌陷的勘探方法及处理措施 岩溶塌陷的勘探研究方法主要有地质测绘、地质钻探网密集钻探、地球物理 勘探、遥感、物理力学试验、物理模型模拟等。近年，地球物理勘探在岩溶塌陷 勘探中得到了长足的发展，浅层地震勘探法、地面微土力法、声皮检测、地质雷 达、无线电波透视、综合测井、超声成像、频率测深法、电阻直法等配合钻探网 及各种勘探方法，在岩溶塌陷场地稳定性评价中取得了较好的效果。 岩溶塌陷的处理方法主要是实行避让，不能避让时采用板梁跨越塌陷洞和 土洞，人工挖孔桩、灌注桩、钢管桩支撑，使用刚柔体反滤层法回填塌坑，或采 用强夯法破坏溶洞，夯实松散塌陷物，制造人工夯实地基，做柱下地基梁，回 填灌浆，做好地面排水，防止管道渗漏及地表水汇集下渗，对于相对封闭的岩 溶网络地段，设置钻孔充、排气防塌等。同时，对水源地采用调整开采量及生产 井布局，控制开采降深等方法，对水源地实行统一管理。 4 、地质灾害危险性评估和风险管理 我国地质灾害具有类型多、分布广和成灾强度高的特点，但我国地质灾害危 险性评价研究在时间上却明显晚于国外。2 0 世纪8 0 年代以前，一直停留在铁路、 公路沿线以及其他工程建设区崩塌、滑坡和泥石流灾害危险性定性分析阶段。在 2 0 世纪9 0 年代以后，数理知识在地学中的应用向纵横方向发展，各学科的穿插 渗透，评价方法逐渐趋于定量化综合评价。回归线性预测，数学模型分析得到了 4 硕士学位论文第一章绪论 广泛的应用，尤其是白箱、黑箱、灰色预测、层次分析理论的引入，地质灾害危 险性评价更有了得心应手的方法。特别是层次分析理论适合危险性影响因素多， 分布更加复杂的大区域地质灾害危险性评价昭司啪1 。 近年来，在国家支持下，有关部门先后进行了1 0 0 多项崩塌( 危岩) 、滑坡、 泥石流、地面塌陷、地面沉降、地裂缝、海水入侵等重大地质灾害的专门勘查工 作，并对危害严重，特别是对直接危及大中城市、县级以上城镇的灾害体组织实 施防治工程。在实施灾害勘查、防治项目的同时，有关部门和专家也开始注重地 质灾害评估方面的工作。例如，1 9 9 2 1 9 9 4 年由国家计委国土地区司和地质矿 产部地质环境管理司共同组织的全国地质灾害现状调查。对全国地质灾害损失程 度和分布情况进行了估算评价；张业成、张梁等陀7 1 在对中国近4 0 年地质灾害灾 情分析的基础上，运用层次分析法( a h p ) 分析评价了中国地质灾害的危害程度， 进行了全国范围的危险性区划；刘希林等嘲1 根据大量调查统计资料，提出了判断 泥石流危险程度和评估泥石流泛滥堆积范围的方法；刘怡芬、胡瑞林等将计算机 技术应用于地质灾害评价，初步提出了地质灾害评价的计算机模型预测系统与应 用方法；罗元华、张梁、孟荣等乜钉在借鉴国内外其它领域研究成果的基础上，根 据环境经济理论，对地质灾害评估与经济损失分析的理论基础进行了探讨等等。 广州地区地面塌陷日益引起政府的高度重视，近几年逐步加大的塌陷灾害基 础调查、科学研究和地质灾害群策群防、预警预报系统建设和区( 县) 地质灾害 风险区划，在塌陷灾害防治方面逐步走到国内前列。如2 0 0 5 年起开展广卅l 城市 地质调查项目、2 0 0 8 年开展的荔湾区大坦沙岛地质灾害综合勘查、白云区金沙 洲地区地质灾害应急调查、广花盆地南部地下水监测、花都赤坭镇地质灾害勘查 研究、花都赤坭采石场岩溶塌陷监测预警研究、萝岗区地质灾害风险区划等，灾 害调查研究和风险区划工作全面展开。同时，广州市已经初步建立了地质灾害预 警预报数据库和管理系统框架，建立了地质灾害群测群防网络，并逐步引进岩溶 区地下水压力自动化监测技术，为有效实现地质灾害防治的科学信息化管理提供 了有力保证。 1 3 研究资料、目的、内容与方法 1 3 1 研究资料 地质灾害调查研究和风险评价是地质灾害防治规划、灾害监测预警预报和风 险管理的前提和基础，本论文研究的主要依据有： l 、2 0 0 3 年1 1 月2 4 日，国务院总理温家宝第3 9 4 号国务院令地质灾害防 治条例第三条，地质灾害防治工作，应当坚持预防为主、避让与治理相结合和 硕士学位论文 第一章绪论 全面规划、突出重点的原则；第八条，国家鼓励和支持地质灾害防治科学技术研 究，推广先进的地质灾害防治技术，普及地质灾害防治的科学知识；第十七条， 国家实行地质灾害预报制度。预报内容主要包括地质灾害可能发生的时间、地点、 成灾范围和影响程度等。 2 、1 9 9 9 年3 月2 日，国土资源部第四号部长令地质灾害防治管理办法 第八条，县级以上人民政府地质矿产行政主管部门负责组织开展本行政区域内的 地质灾害调查；第九条，国务院地质矿产行政主管部门组织编制全国地质灾害防 治规划。县级以上地方人民政府地质矿产行政主管部门根据上一级地质灾害防治 规划，组织编制本行政区域内的地质灾害防治规划。跨行政区域的地质灾害防治 规划，由其共同的上一级人民政府地质矿产行政主管部门组织编制；第十七条， 地质灾害防治管理实行预报制度。预报内容主要包括：( 一) 发生时间；( 二) 发生 地点；( 三) 成灾范围；( 四) 影响强度。 3 、2 0 0 0 年3 月国土资源部地质环境司颁布县( 市) 地质灾害调查与区划基 本要求实施细则，目的是“为查明我国地质灾害严重县( 市) 的地质灾害隐患， 圈定地质灾害易发区和危险区，建立地质灾害信息系统，建立健全群专结合的监 测网络，有计划地开展地质灾害防治，减少灾害损失，保护人民生命财产安全 。 4 、1 9 9 9 年1 1 月国土资发3 9 2 号文件关于实行建设用地地质灾害危险性 评估的通知规定：“从1 9 9 9 年1 2 月1 日起，城市建设、地质灾害易发区内进 行工程建设、及其它有可能导致地质灾害发生的工程项目建设，在项目选址阶段 必须进行地质灾害危险性评估。评估结果由省级以上地质矿产行政主管部门认 定，并作为该建设项目用地审查报批的必备条件之一。不符合条件的，土地行政 主管部门不予办理建设用地预审及审批手续 。 本论文收集与参考的主要资料见表卜1 。 1 3 2 研究目的 以广花盆地岩溶地面塌陷为研究对象，通过对塌陷灾害调查，查明塌陷灾害 发育的地质环境背景及其分布特征，研究塌陷灾害的发育机理和致塌因素，对塌 陷灾害的危险性、风险性进行评估，划分塌陷灾害高风险区，为广花盆地的规划 建设、防灾减灾、风险管理和预警预报提供服务。 6 硕士学位论文第一章绪论 表1 1项目收集与参考的主要资料一览表 1 3 3 研究内容 本论文研究的主要内容为： l 、充分收集并整理分析工作区基础地质、地质环境、地质灾害调查资料， 调查并研究岩溶地面塌陷的地理、孕灾背景条件； 2 、调查分析可溶岩的分布特征和结构层次，概化出可溶岩结构类型；分析 岩溶、土洞发育特征和平面、纵向分布规律； 7 硕士学位论文第一章绪论 3 、总结塌陷灾害的发育历史、现状和整体特征，统计分析岩溶地面塌陷灾 害的发育频度和危害性特征，分析研究塌陷的形成机制，分析形成地面塌陷的控 制条件和诱发因素； 4 、结合对塌陷形成机理研究，对比分析风险评价方法，构建风险评价指标 体系和风险评价模型，研究风险评价的实施方案和实施过程，开发建设岩溶地面 塌陷地质灾害数据库和风险评价信息管理系统； 5 、研究各评价因子类型、量化表达、判别指标和权值分配，确定风险度大 小的划分方法和分级，利用风险评价模型对工作区进行风险评价，并编制风险区 划图； 6 、总结论文研究成果，提出相应的地质灾害防治建议或设想。 1 3 4 研究方法和工作计划 1 、研究方法 在充分利用已有资料和前人岩溶塌陷灾害调查研究成果基础上，综合运用区 域地质调查、地球物理勘查、遥感解译、水文监测等现代勘查技术和信息技术， 采用点面结合、走访与面上调查相结合的方法，适当补充部分野外钻探、试验分 析测试等，开展塌陷灾害研究工作： ( 1 ) 系统而充分收集工程地质钻探、环境地质调查、水文地质调查、地质 灾害调查、物探工程和遥感信息等方面的资料，对资料进行整理、分析，提取可 利用的工作成果； ( 2 ) 运用遥感技术对岩溶地面塌陷地质灾害进行解译，提取有效信息，通 过信息对比和野外调查、钻探验证，圈定地质灾害；进行野外地质灾害调查时， 划分重点工作区，工作中突出“以人为本 的原则，重点调查对象主要为城镇周 围、矿区、主要交通道路、居民集中居住点等；用地球物理勘查方法，结合钻探 资料和补充钻探，开展岩溶地面塌陷调查； ( 3 ) 在调查基础上，对广花盆地塌陷灾害分布规律、成因类型、影响因素 进行综合分析，研究岩溶塌陷的形成机理。借助于计算机技术，构建塌陷灾害数 据库和风险评价信息管理系统，并进一步进行风险评估。 2 、工作计划 ( 1 ) 准备阶段：主要是资料收集，全面收集区域内的气象、水文、地质、 水文地质、工程地质、环境地质等已有的资料。 ( 2 ) 现场实地调查阶段：通过现场调查，掌握地质灾害现状资料，包括地 形地貌、工程地质、环境地质、人类活动等现场资料，并进行整理、分类，为研 8 硕士学位论文 第一章绪论 究提供第一手基础资料。 ( 3 ) 资料分析阶段：在收集和现场调研的资料基础上，建立塌陷地质灾害 风险性评价因子体系。 ( 4 ) 灾害评估阶段：研究地质灾害评价的理论和方法，构建适当的评价模 型，对研究区的地质灾害危险性进行分区评价和工程适宜性评价，提出地质灾害 防治规划措施。 ( 5 ) 成果整理阶段：撰写论文，结合研究区岩溶地面塌陷灾害发育机理和危 险性、风险性分区，提出研究的结论和建议。 9 硕士学位论文 第一二章地质环境彳宁景概况 第二章地质环境背景概况 2 1 地理位置、气象水文及地貌 2 1 1 地理位置与发展概况 1 、地理位置 广花盆地( 广州花都盆地简称) 地处珠江三角洲北缘，东连白云区的白 云山、帽峰山，西邻佛山市，北靠从化市，南接珠江河北岸( 图2 1 ) ，范围为 东经1 1 2 。5 7 7 广花盆地跨越的行政区域包括广州市花都区山前大道以南部分，白云区广从 高速公路( g 1 0 5 国道) 以西部分和荔湾区火车站一南岸路一珠江双桥以北部分， 总面积1 0 9 2 k m 2 ，分布人口约1 6 7 万。 2 、区域发展建设概况 广州市为带动广东全省、辐射华南、影响东南亚的现代化大都市。城市空间 布局向多中心、组团式、网络型发展，城市基础设施建设战略性布局基本完成， 1 0 硕士学位论文第二章地质环境背景概况 城乡一体化进程快速发展，见图2 1 。广花盆地地属花都片区，位于都会区西北， 随着城乡一体体化，两个片区中间部位城市化进程加快，人类矿产开发和工程建 设活动异常活跃，区域经济和城市建设迅猛发展。 上世纪6 0 8 0 年代，广花盆地以地下水资源开采为主，建立了以石井、鸦 瑶、新市为中心的多个水源地，上世纪9 0 年代至本世纪初1 0 年间，水泥原料矿 产采矿活动为广州历史罕见。2 0 0 0 年以来，广州城市建设深入贯彻科学发展观， 实施“南拓、北优、东进、西联”战略，广花盆地成为“西联 和“北优 的纽 带，期间区内城市建设包括大型区块工程建设( 如白云国际新机场、白云新城、 金沙洲、大坦沙岛等区块开发建设) 、交通( 如北二环高速公路、武广客运专线、 地铁和轻轨建设) ，地下空间开发活动也空前强烈。 2 1 2 气象 广花盆地位于北回归线带上，地处南亚热带，气候主要受副热带高压控制， 属南亚热带典型的季风海洋气候，夏季盛行南风和东南风，干湿冷暖较分明。冬 季处于冷高压的前缘，盛吹北风和东北风，雨水稀少，常见冬旱。区内各地多年 平均雨量1 6 6 5 0 1 6 7 8 0 m m ，详见图2 2 ，具有从东、西、北山丘和南海海域向 三角洲平原中心地带递减的规律。 2 1 3 水文 ”。黟：“”警缪 q i l j 兹 袖 嘶 图2 2 月平均降雨量图 份 广花盆地位于珠江三角洲平原北缘，处于西江和北江的下游，境内水道密布， 河流纵横交错，属南方丰水地区。东北部以山区河流为主，主要由从化市流经花 都区和白云区的流溪河。广花盆地主要河流的水文要素见表2 1 。广州洪涝的主 要影响因素是洪水和潮汐。珠江水系每年4 9 月份汛期，主要洪水期分别在农 历3 月底( 头造水) 、4 月( 4 月水) 、5 月( 龙舟水) 、7 月( 慕仙水) 与8 月( 中 秋水) 。大洪水多发生于4 、5 、6 月。7 月起洪水间隔加长，影响水位变化的因 硕士学位论文第二章地质环境背景概况 素也有潮汐的影响。日平均潮差一般为1 5 米左右；多在朔( 农历初一) 、望( 农 历十五) 后1 2 天出现大潮，在上弦( 农历初七、八) 和下弦( 农历廿二、廿 三) 后1 2 天出现小潮。 表2 1 广花盆地主要河流水文要素一览表 附注：括弧内数字为增城境内数字。资料来自，“州市志( 1 9 9 1 ) 。 2 1 4 地貌概况 广花盆地地势大致为北部高、南部低，地貌类型有丘陵、台地和平原等，以 平原为主，台地和丘陵次之，见图2 3 。地貌受岩性、构造控制较为明显3 ， 如密集褶皱的岩层则形成垄状地形；中、新代地层分布区多为低丘和平原。覆盖 型可溶灰岩常分布在平原区域b 2 3 3 1 。 平原海拔高度小于2 0 m ，主要分布花都南部盆地大部分地区。晚第四纪以来， 滨海平原主要沉积了滨海相软土，从而孕育了地面沉降和软土地基沉降等地质灾 害。平原面总体向南倾。按平原特点可分四类： ( 1 ) 溪谷平地，分布于丘陵区河谷的上游，平原面积小，组成物质较粗。 ( 2 ) 洪积冲积平原，分布于丘陵边部和冲积平原区间，如盆地东部、白云 山西麓平原，坡度较大，达4 6 。堆积物来源复杂，结构松散，透水性好。 ( 3 ) 冲积平原，分布于河流下游，如流溪河、白坭河等河岸平原等，地面 平坦，堆积层厚度大。 ( 4 ) 三角洲，主要分布于珠江沿岸。地势低平，海拔小于5 m ，汊河众多， 沉积物细小。 1 2 硕+ 学位论文第二章地质环境背景概况 图2 3 广花盆地地貌分区略图 - -1 1 7 r一-”r r i， 一r r 譬 镌饿瓣麟珊 f 釜j 。莎-_ 斌侧 黼 麟瀚 i k 谶警 _ 一赚隧褰黜麓勰 爹 k 魄i 删满罄 黼 嫩j 缀 髟弋 _ 。叫 吨 醚f绐麟&熬 f 花镅薯鳓 鼎-篓戮 一 旁 瀚麟 露阀 杀 鬻 警婷芸谶 蓦翳- 坭 ： 镇 丞 | 一夏茅村 嘲 一 夔黼蠓多 i 空新世 挪落糕瓣 鬟耀! ； 、曹， i 更新世 il 白璺摹 善 悻罗摹 白云区金沙洲 le 叠幕 魄z 濑 l 二叠晕 荔湾区大坦沙岛_ 圣盟鸳氐l i i | 圈：主： 迸骚裂p 龟 、 鐾耘 1 l 雪驮- 曩量 睫蟹景 蔗三哥苎、 陆畀鼻 霉，! 。j 尘竺、 产= 知一- - - t l j t f ：t _ 酝：茹：熏量?露爝父_一 口- t 目 ”“ k j 一 -i_o ” l 山 o 图2 4 广花盆地区域基岩地质图 硕士学位论文 第二章地质环境背景概况 2 2 区域地质 广花盆地在构造单元上属华南褶皱系粤北一粤中凹陷带的粤中凹陷区，区内 以沉积地层为主，大面积分布覆盖型可溶灰岩。受广从断裂控制，盆地内构造格 局以北东向复式向北斜为主，地貌上北东向残丘垄脊和丘间平原平行排列。中南 部为沉积地层，北部盆地边缘以花岗岩类台地为主。区域地质见基岩地质图 2 4 3 4 1 。 2 2 1 地层 广花盆地行政区内地层由老至新有蓟县一青白口系、泥盆系、石炭系、二叠 系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系和第四系。 1 、前第四纪地层 蓟县一青白口纪地层在盆地东部边缘白云山西麓，为云开岩群( p t z ) ，变 质变形复杂，主要岩性为片岩、片麻岩等。 泥盆纪地层出露范围甚广，区内普遍分布。岩性由下部的砾岩、砂砾岩及砂 岩，夹粉砂质页岩向上过度为灰白、灰黑色灰岩、钙质页岩、页岩及粉砂岩等。 石炭纪地层为广花盆地主要地层，区内大面积分布，沉积建造类型有滨岸浅 海碎屑沉积、滨岸沼泽含煤沉积和浅海碳酸盐台地沉积，自下而上分为5 个组级 岩石地层单位：大赛坝组( c 。斟主要岩性为粉砂岩、细砂岩，夹页岩、炭质页岩 等；石磴子组( c 。5 j 主要岩性为灰、深灰色灰岩，下部与白云质灰岩互层，夹生 物灰岩，底部及顶部常含泥质；测水组( c 。c ) 主要岩性是砂岩、粉砂岩、页岩夹 砂砾岩、铁质砂岩、炭质页岩及煤层；曲江组( c 。彩主要岩性为硅质岩、砂岩、 页岩夹薄层灰岩、粗砂岩及炭质页岩等；壶天组( c ：妨在广花盆地第四系盖层下 分布( 钻孔资料) ，主要岩性是灰白色夹多层肉红、暗红色灰岩；下部与含燧石 结核( 或条带) 灰岩互层，中部夹有含灰岩、粉砂岩及粘土岩等角砾的砾状灰岩， 底部灰岩整合于曲江组之上。 二叠纪地层仅出露于广州北郊嘉禾一三元里等地，由浅海碳酸盐岩沉积，滨 岸湖沼含煤沉积、滨岸湖泊红色碎屑沉积等多种建造类型组成。其中灰岩主分布 在栖霞组( p 。纱，其岩性为灰岩夹粉砂岩及炭质页岩。 三叠纪地层出露比较零星，主要见于荔湾区西部、花都等地，分为3 个组级 岩石地层单位：大冶组( t 。a ) 仅于广州新市一带有小面积分布，为一套浅灰、 灰色灰岩、泥灰岩、砂质灰岩夹钙质泥岩；红卫坑组( t 。力力出露于从化吕田张屋、 良口溪头、龙潭高髻项等地，底部为砾岩，下部砂砾岩、粉砂岩、泥岩夹可采煤 1 4 硕士学位论文第二章地质环境背景概况 层一层，中上部为粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩，夹不稳定砾岩2 3 层和局部可 采煤层2 层；小坪组( t 。力于花都中洞岭、华岭以及广州石马、大朗、五雷岭、 竹料等地均有分布，为一套较粗的含煤碎屑岩。 侏罗纪地层主要见于盆地南部荔湾区西部和白云区西南部，早侏罗统为一套 浅海、海陆过渡碎屑沉积，中一晚侏罗统为陆相碎屑岩和火山岩，与前侏罗纪地 层呈不整合或喷发不整合接触。 白垩纪地层分散出露于盆地南部珠江河两岸，为一套陆相红色碎屑沉积，自 下而上由粗一细一较粗组成两个大的沉积旋回，可划分为4 个组级岩石地层单 位。白鹤洞组( k 。锏出露于广州河南赤岗新村等地，在番禺沙溪一广州白鹤洞一 带第四纪沉积层之下有较广泛分布；为一套碎屑岩，上部夹泥灰岩和灰岩，普遍 含薄层或团块状石膏，并见有次英安岩和次流纹岩。三水组( k ：鳓小面积出露于 广州烈士陵园、小港新村等地，在芳村一黄埔一带第四纪松散层之下有较广泛分 布，为一套位于大望山组之下的下粗上细的碎屑岩兴碳酸盐岩。大望山组( k 2 d 1 ) 在广州瑶台、黄花岗、白鹤洞等地有分布，为一套由灰紫或暗紫红色粉砂岩、细 砂岩夹砂砾岩和灰黑、深灰色钙质泥岩及泥灰岩。 古近纪地层出露于广州等地，为一套陆相碎屑和火山碎屑沉积，可分为4 个 组级岩石地层单位。莘庄村组( e ，力在花都炭步环山村、广州嘉禾等地均有小面 积分布，为一套下粗上细的红色地层。布心组( e 心功在广州龙归一带第四纪松散 层之下有较广泛分布，为一套由钙质泥岩、泥灰岩、油页岩、粉砂岩和砂岩组成 的深灰色岩层，以含油气、膏盐等矿产为主要特征。宝月组( e 2 b y ) 在广州钟落潭、 太和等地有小面积分布，为一套红色碎屑岩。华涌组( e 。向为一套碎屑岩和火山 岩，纵向上以火山岩为标志细分两个部份，下部为砂砾岩、砂岩、粉砂岩与火山 碎屑岩、流纹岩、粗面岩、玄武岩互层，或互为夹层，上部为砂砾岩、含砾砂岩、 粉砂岩、泥岩互层。 2 、第四纪地层 第四纪松散沉积物广泛分布于盆地平原区，有河口三角洲沉积，又有陆相沉 积，沉积物厚度多变，第四纪松散沉积物在三角洲平原区和河谷平原区分布较厚。 2 2 2 侵入岩 侵入岩广泛分布，形成于奥陶纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪及白垩纪，其中 以侏罗纪侵入岩最为发育；岩性从石英闪长岩到花岗岩，以二长花岗岩为主。 2 2 3 区域地质构造 硕士学位论文 第二章地质环境背景概况 规模宏大的北东向、东西向构造带及北西向断裂带构成了广花盆地的主体构 造格局，见图2 5 。广花盆地主体受北东向和北西向断