山东省莱芜盆地岩溶塌陷风险性评价

山东省莱芜盆地岩溶塌陷风险性评价

高

峰

1

王振涛

1

靳丰山

1

张宪尧

2

刘善军

1

（1．山东省地质环境监测总站，山东济南250014；2．莱芜市国土资源局，山东莱芜2271100）

摘要关键词

莱芜盆地岩溶塌陷范围广、陷坑数量多，持续时间长，是山东省岩溶塌陷最集中的地区之一，加之区内人口众多，经济发达，岩；“天窗”岩溶塌陷构造；风险性评价；莱芜盆地

X4

文献标识码

A

文章编号

1002－2104（2016）11增－0359－04

溶塌陷对生命财产威胁极大，进行风险性评价有利于莱芜市地质灾害预防工作开展，并对城市规划及矿产资源开发利用有指导意义。中图分类号

莱芜盆地是山东省岩溶塌陷重要发生地点之一。莱东、南三面环山，中部低平，西部开阔。地势由芜盆地北、

东向西倾斜，北、东、南三面向中部倾斜。中部为低缓（微起伏）的平原，标高150—200m由东向西流出本区。

［1］

宽约1—2cm，已搬迁1户；耿公清村塌陷坑7处，已搬迁33户，剩余民房中开裂较严重的有家；张公清村塌坑约7处

［4］

。岩溶塌陷造成莱芜市直接经济损失1560万元，威胁表1

莱芜城区周边岩溶塌陷发育情况简表

最大直径（m）302021．08．06．51．535．014．05．0

最大深度（m）3．03．04．06．03．01．312．013．04

塌坑面积（m2）3300328．21298．8294．936．71．943．2112．0250．010012

。牟汶河横贯盆地中部，人口威胁人口1010人，威胁财产2180万元。

1岩溶塌陷危害

莱芜盆地灰岩岩溶裂隙发育，东西泉河、耿公清等多

村庄孟公清耿公清张公清孟家庄曹西庄曹东庄西泉河东泉河侯家庄合计

塌坑数（个）521328243210718238

“天个村庄附近灰岩顶板凸起，覆盖层厚度较薄，形成类似窗”的构造结构（图1）

［2］

。

2

图1

“天窗”地质构造示意图

莱芜市岩溶塌陷要素简述

松散盖层特征

莱芜盆地大部被第四系覆盖，厚度0—20m。第四系

截至2013年底，莱芜盆地已发岩溶累计238处，塌坑面积总计10012m（表1）。莱芜盆地发生岩溶塌陷时间较1973年谷家台铁矿大抽水期间，在抽水量为21385早，

m/d，岩溶水位降深达到22．4m时，沿张公清断裂东侧发生突发性岩溶塌陷17处

［3］

3

2

2．1

岩性多为褐色粘质砂土、砂质粘土、细砂、中、粗砂夹卵砾石等。钻探、物探资料显示，莱芜盆地第四系岩性多元结为冲洪积及残坡积成因。第四系松散堆积物在地下水构，

水位强烈波动之下极易被冲刷破坏，进而形成塌陷。2．2

岩溶发育特征

莱芜盆地奥陶系灰岩岩溶裂隙发育。综合区域内多

。至2013年底莱芜盆地先后发生

200余处岩溶塌陷，给当地居民生活和生产带来了严重影响。塌陷造成孟公清村内民房开裂较严重的达31户，裂缝

09-18收稿日期：2016-

作者简介：高峰，工程师，主要研究方向为地质灾害勘察、治理、水文地质调查。E－mail：gaofeng2258@163．com。

·359·

中国人口·资源与环境2016年第11期增刊

个钻孔资料，莱芜盆地奥陶系灰岩裂隙岩溶发育，垂向从十几米至百余米均有发育。受岩性及水溶蚀交替条件影响，岩溶发育较快，形成的溶洞体积较大。裂隙岩溶的发育为岩溶塌陷的形成创造了较大的物质运移空间。在地下水位频繁波动下易引发岩溶塌陷。2．3

地下水动力条件

莱芜盆地南部山区寒武－奥陶系灰岩发育，出露地表，岩溶裂隙发育，地表降水入渗补给地下水，顺地势向北径流至盆地，以泉、人工开采、矿山排水等方式排泄地表。莱芜盆地周边构造发育，矿山众多，地下水水位受降水位波动剧烈。水和人为开采双重影响，

3．13．1．1

危险性评价评价方法

本次以地质环境条件中的相对不变因素作为莱芜盆

地岩溶塌陷的主要评价因子，然后采用综合指数法进行预测

［6］

。将莱芜盆地划分为500m×500m单元网格，然后分

别对网格内地质环境因素进行综合指数打分，预测模式为：

Q=Z+Z1+K+P+S式中：

Q—综合指数（无量纲）；Z—松散盖层厚度指数；Z1—第四系含水层厚度指数；K—灰岩顶界面岩溶发育程度指数；P—“天窗”内塌陷坑密度指数；

S—第四系松散岩类孔隙水与岩溶水水力联系指数。

（1）

3．1．2

评价因子特征值的确定

表3

第四系厚度（m）Z值含水层厚度（m）Z1值岩溶发育程度K值塌陷坑密度（个/Km2）P值水力联系S值（2）

3风险性评价

岩溶塌陷风险（Ｒ）是潜在塌陷危险性（Q）和期望损

［5］

失（V）的函数

Ｒ=Q*V

实际操作中，将岩溶塌陷危险性分区图和期望损失分级图的属性按对应单元相乘，生成一个初步的风险级别（表2），再对这个风险级别重分类，确定岩溶塌陷的风险级别为五级，其中最高风险为一级风险，最低风险为五级风险。

表2

Ｒ原始值＞167—1—61—3

各评价因子特征值见表3。

塌陷预测评价因子取值表

＞301＞37强7＞1007强烈720—3031—35中等550—1005中等510—2050．5—13弱－不发育030—503弱15—107＜0．51－－10—302－＜51－－－－＜101－Ｒ值重分类及风险级别确定

重分类值

1234

风险级别一级二级三级四级

图2莱芜盆地岩溶塌陷易发区划分图

·360·

高峰，等山东省莱芜盆地岩溶塌陷风险性评价

3．1．3评价要素确定3．1．5预测结果

（1）松散盖层厚度

赵庄、耿公清等多个天窗区域，第四系厚度5—15m，古近系厚度0—10m；山区一带第四系、古近系剥蚀，其余古近系厚度大于10m。区域第四系厚度大于15m，

（2）第四系含水层厚度

含水层厚度普遍1—3m左右。区域在几个天窗位置，地区0—15m左右。

（3）灰岩顶界面岩溶发育程度

“天窗”莱芜盆地中8处区中奥陶系灰岩顶界面岩溶线性岩溶裂隙率1%—5%，有利于第四系松裂隙较发育，

散岩类孔隙水的垂直渗透补给。赵庄、耿公清、泉河一带，受构造影响局部地段的溶洞率达24%。

（4）塌陷坑密度指数

“天窗”“天窗”75赵庄塌陷密度252．5处/km；耿公清201．8处/km。侯家沟“天窗”400处/km；泉河“天窗”

处/km。其余区域密度指数为0。

（5）松散岩类孔隙水与岩溶水水力联系

砂岩厚度大于30m则认为松散岩类孔隙水与岩溶水30—10m水力联系中等，水力联系弱，小于10m水力联系强烈。3．1．4

岩溶塌陷易发程度划分

为了客观反映莱芜盆地岩溶塌陷易发程度，根据综合指数（Ｒ）划分为三个易发区（表4）。

表4

划分取值

高易发区Ｒ≥27

22

2

2

“天窗”据预测（图2），评价区内赵庄等属于岩溶塌陷“天窗”、“天窗”高易发区；牛泉山子后属岩溶塌陷中易发“天窗”区；杜官庄西部地段则属岩溶塌陷低易发区；其它地区属岩溶塌陷不易发区。3．23．2．1

易损性及期望损失评价易损性评价

具体的评价过程是，根据研究区1：50000实际材料街道分布图、铁路、公路分布图以及水域分布图等，生图、

成研究区社会经济与基础条件分区图，铁路周围设缓冲区10m，高速公路设缓冲区20m，省道设缓冲区15m，水系设评价这些要素的易损性和期望损失。缓冲区5m。然后，

其中易损性评价又可以分为社会经济易损性评价和结构易损性评价。

社会经济易损性评价（V－social）评估岩溶塌陷可能主要从人口的密集情况、经给社会经济带来损失的几率，

济水平、克服灾害的能力以及对整个社会的重要程度等方面考虑，赋值范围在0—1之间，值越大，表示易损性越大。

结构易损性评价（V－stru）目的是从基础结构的角度，评估不同土地利用要素的抗塌陷能力，以塌陷时发生破坏取值在0—1之间。的可能性表示，3．2．2

期望损失评价

期望损失评价是指计算评价岩溶塌陷的期望损失，本评估塌陷发部分从国民经济和人民生命财产损失的角度，

生时带来的损失，表示为V－eco以万元为单位。最后由易

不易发区Ｒ≤16

易发区划分标准

低易发区16≤Ｒ＜21

中易发区21≤Ｒ＜27

损性值与经济损失值得到期望损失值（V－loss），并对其进行分级。

图3岩溶塌陷风险性评价结果图

·361·

中国人口·资源与环境2016年第11期增刊

（1）社会功能方面的考虑。可能造成较大经济损失本区易损性指标定为的是交通枢纽和城区居民地等，

100—1000万元；而耕地、绿地等损失最小，为5万元；其它类型用地均在10—50万元之间。

（2）生命线的考虑。铁路因其重要地位，易损性值为200万元；高速公路70万元，省道50万元。

对易损性评价结果（社会易损性、结构易损性）和经可得期望损失评价结果济损失评价结果进行综合处理，（V－loss），在此，采用直接相乘的方法，即：

V－loss=V－social*V－stru*V－eco

（3）

由式3即可求出发生塌陷时，各土地利用单元的最终5级损损失值，然后按照损失大小对其分级，共分为5级，1级最小，得出期望损失分级图。失最高，3．3

风险性评价

根据评价结果（图3）预警区域内各级别风险区均有

2

分布，其中一级风险区，面积约7．52km，位于杜官庄天窗

2

分布在山子后村和险损失很大；三级风险区面积5．22km，

面积牛泉镇天窗位置；四级风险区位于杜官庄西部，3.02km2；五级风险区为莱芜盆地其余范围，岩溶塌陷风险性很小。

（编辑：刘晓雯）

参考文献

［1］高峰，董强，王振涛，等．鲁中煤铁矿区矿山地质环境调查2014年

Ｒ］．济南：山东省地质环境监测总站，2015．度成果报告［

［2］刘妍芬，王振涛，高峰，等．莱芜市泉河地区岩溶塌陷特征及成因

J］山东国土资源，2012，28（9）：18－20．分析［

［3］张丽霞，熊大军，王集宁，等．莱芜盆地岩溶塌陷原因分析与评价

［J］．山东地质，2002，18（2）：32－36．

［4］王振涛，张丽霞，高峰．山东省莱芜市莱城区方下镇东部地区岩溶

．济南：山东省地质环境监测塌陷地质灾害调查与评估报告［Ｒ］2009．总站，

［5］姚春梅，杨全城，邵景力，雷晓东．山东临沂市城区岩溶塌陷易损

J］．中国地质灾害与防治学报，2010，21（2）：性和期望损失评价［74－76．

［6］——以泰安为例［J］．刘善军．隐伏岩溶区岩溶塌陷易发程度评价—

2004（3）：87－90．中国地质灾害与防治学报，

位置，同时靠近高速公路，本区域岩溶塌陷的危险性较高，同时人口密集，一旦塌陷社会风险损失很大；二级风险区

2

面积28．50km，位于东西泉河村、杜官庄村、孟家庄村、耿

公清天窗位置，靠近村庄等居民聚集点，一旦塌陷社会风

ＲiskassessmentofkarstcollapseintheLaiwuofShandongProvince

GAOFeng1

WANGZheng-tao1

JINFeng-shan1

ZHANGXian-yao2

LIUShan-jun1

（1．ShandongMonitoringCenterofGeologicalEnvironment，JinanShandong250014，China；

2．ShandongLaiwuBureanofLandＲesources，JinanShandong250014，China）

Abstract

LaiwubasinwideScopeofkarstcollapse，pitnumber，longduration，inshandongprovinceisoneofthemostconcentratedar-

eaofkarstcollapse．Italsohasalargepopulation，developedeconomy．Karstcollapseisagreatthreattolifeandproper．Karstcollapseriskevaluationishecessarytogeologicaldisasterpreventionworkinlaiwucity，andhasaguidingsignificancetothedevelopmentandu-tilizationofmineralresources．Keywords

karstcollapse；skylightstructure；riskassessment；Laiwubasin

·362·