城市岩溶空间分布规律及塌陷风险评价研究 ——以深圳某区为例

论文摘要

深圳是中国第一个全部城镇化的城市,也是我国岩溶分布的主要地区。目前探查出的可溶岩面积约占城区面积的10.8%,且多为覆盖型岩溶,埋藏于第四系地层之下,必须借助于勘探手段,才能查明岩溶的发育程度或分布情况。如何准确、经济的确定城市地下岩溶性质及位置规模等特征,是当前城市岩溶探测中的一大难题,也是开展城市岩溶研究工作的一个重要基础。深圳地区早期曾发生过20多次岩溶塌陷,分布在全市各区覆盖层较薄区域,造成了不同程度的人畜伤亡、居民房屋倒塌、工程项目停顿等,损失巨大。目前深圳已被划为粤港澳大湾区规划的四大中心城市之一,发展速度快,经济总量大,人口密度大,国际影响大,一旦发生岩溶塌陷灾害将会造成重大人员伤亡、财产损失及不可估量的损失。城市作为人口与经济的集中区,塌陷引发的风险最为突出。因此,从防灾减灾角度出发,探明城市地下岩溶发育分布规律,开展城市岩溶塌陷风险评价研究,是确保位于岩溶分布区城市地质安全的重要措施,不仅具有重要的学术价值,更具有重要的战略指导意义。本文以深圳某区30km2范围为研究区域,采用多学科综合的方法对城市岩溶的探测、发育分布、塌陷风险进行系统性的研究。综合分析了岩溶发育的地质环境背景,采用了适合城市岩溶的综合探测方法,揭示了地下岩溶的发育特征、空间分布规律、岩溶发育影响因素。在岩溶塌陷影响因素分析的基础上,进一步讨论研究区塌陷点岩溶塌陷的作用机理。基于城市环境的特殊性,将城市法定图则应用于风险评价,结合岩溶塌陷形成的基础地质条件、人为条件、承灾体易损性条件,综合使用多种评价方法,构建了研究区风险评价体系和模型,实现了研究区地面塌陷灾害的风险等级评价。论文取得的主要成果是:(1)综合研究了岩溶区地质环境背景区域可溶岩为石炭系下统石磴子组的大理岩、灰岩,主要分布在第四系冲洪积和残坡积下,少量位于石炭系测水组砂岩和花岗岩之下。地下水类型主要为岩溶裂隙水和松散岩类孔隙水。岩溶水的富水程度为中等,松散岩类孔隙水的富水程度为贫乏~中等。区域地质构造复杂,东西南北存在多条断裂,将研究区与周围切割开。北西向碧岭断裂、北东向的汤坑断裂、北东向的坪山断裂、北西向的咸水湖断裂对区域岩溶发育影响最大。(2)采用了适合城市环境下的岩溶综合探测方法以前期科研成果为基础,遵循重点区域重点调查原则,以探明溶洞、土洞为目标,使用了高密度电法、地质雷达、弹性波CT、瞬变电磁这四种物探方法以及钻探手段对重点区域展开探测,共完成高密度电法测线48条,地质雷达测线14条,弹性波CT成像3对,瞬变电磁测线2条,地质钻孔共43个。经反复对比试验,综合考虑采用高密度电法对研究区岩溶进行探测,对重点区域实施钻探验证,搜集片区已有钻探数据对物探成果进行补充,探明了研究区溶洞的位置、规模、形态及填充,是一种快捷、经济、无损且较好地反映城市地下岩溶信息的有效方案。(3)揭示了城市岩溶发育特征、空间分布规律研究区岩溶主要是覆盖型岩溶,分布全区。岩溶发育形态以溶洞、土洞、溶蚀溶槽为主,岩溶总体上处于弱~中等发育的水平。溶洞多为半填充、全填充溶洞,从西到东,溶洞填充物呈现出含砾粘性土~粘性土、砂质粘性土~细沙、中粗砂这一变化过程。大部分无填充,半填充溶洞处于发育期。溶洞剖面整体呈现出椭圆形或不规则面状。溶洞总体分布呈现出较大的不均匀性,溶洞发育以小~中型溶洞为主,主要分布在研究区东部及西部,大型溶洞主要分布在东部,中部仅有少量大型、特大型溶洞分布。多层溶洞主要分布在硼茜矿区东侧,牛角龙区域和咸水湖区域,具有明显的区域特性。岩溶高程分布规律呈西高东低的趋势,与区域地势变化一致。岩溶垂向分布规律表现为随深度增加发育逐渐减弱,总体在15~40m埋深范围比较发育,多层溶洞发育深度较浅。随着埋深的增加,小型、中型溶洞比例逐渐降低,而大型~特大型溶洞比例逐渐增加。反映在平面上岩溶发育深度规律为西部发育较浅,中部发育最深,东部发育深度次之。岩溶发育主要受水文条件、地形地貌、地质构造、岩性条件的影响。其中地质构造起主导作用,区域内存在多条断裂构造,在丰富的的地表水系、地下水补给作用下,不仅为地下岩溶发育提供了良好条件,同时也控制了岩溶发育方向。(4)研究了岩溶地面塌陷成因与机理分析得出研究区岩溶塌陷主要受岩溶发育、岩性、盖层条件影响,并存在大气降水、地下水位波动、人类抽排地下水等自然和人为因素的影响。研究了研究区塌陷点受地表水下渗、地下水下降的致塌机理。对咸水湖塌陷点的降雨下渗致塌过程进行了模拟验证,在覆盖层较薄的岩溶地区,在降雨或积水影响下,当上部土体达到饱和或有一定深度的降水,土体重度增加,可能发生岩溶地面塌陷。(5)构建了城市岩溶地面塌陷风险评价体系基于层次分析法、敏感因子分析、专家决策等多种方法,主要考虑了岩溶发育程度、地下水位变幅、岩溶发育深度这三种基础因子对塌陷的影响,重点考虑到城市岩溶塌陷受人类活动强度这一人为因素的影响,将城市法定图则纳入评价计算,建立了岩溶地面塌陷风险评价模型。根据风险度评价数学模型进行风险性计算,对研究区进行了岩溶塌陷的风险评价,将研究区划分为高、中、低、无四个风险等级,其中岩溶塌陷的高风险区,面积为2.53km2;中等风险区面积为6.5km2,低风险区面积约为4.74km2。无风险区为研究区内非碳酸盐岩分布区,面积约为15.44km2。

论文目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 岩溶发育特征

1.2.2 岩溶探测方法

1.2.3 岩溶塌陷风险评价

1.3 主要研究内容及创新点

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法及技术路线

1.3.3 创新点

2 地质环境背景

2.1 气象水文特征

2.2 地形地貌特征

2.3 地层岩性特征

2.4 可溶岩分布特征

2.5 地质构造特征

2.6 水文地质特征

2.6.1 地下水类型及特征

2.6.2 地下水水位埋深特征

2.6.3 地下水补给、径流、排泄条件

2.6.4 地下水化学特征

2.6.5 地下水动态变化特征

3 城市岩溶发育特征及空间分布规律

3.1 城市岩溶探测

3.1.1 地球物理勘探

3.1.2 地质钻探

3.1.3 探测方法对比

3.2 岩溶发育特征分析

3.2.1 岩溶类型

3.2.2 岩溶形态特征

3.2.3 地下溶洞填充特征

3.2.4 岩溶发育程度

3.3 岩溶发育空间分布规律

3.3.1 岩溶发育的不均匀性

3.3.2 岩溶发育规模

3.3.3 岩溶发育深度

3.4 岩溶发育控制条件

3.4.1 水文条件

3.4.2 地形地貌条件

3.4.3 地质构造条件

3.4.4 岩性条件

4 城市岩溶地面塌陷机理研究

4.1 岩溶地面塌陷基本特征

4.2 岩溶地面塌陷成因分析

4.2.1 岩溶地面塌陷典型案例分析

4.2.2 岩溶地面塌陷成因

4.3 岩溶地面塌陷机理研究

4.3.1 地表水下渗致塌机理分析

4.3.2 地下水下降致塌机理分析

4.4 岩溶地面塌陷数值模拟分析

5 城市岩溶地面塌陷灾害风险评价

5.1 风险评价方法及研究思路

5.1.1 风险评价方法

5.1.2 塌陷风险评价思路

5.2 评价因子选择与评价模型构建

5.3 岩溶地面塌陷危险性评价

5.3.1 评价模型建立

5.3.2 评价条件层及因子层权重计算

5.3.3 判断矩阵评价因子权重计算

5.3.4 评价因子量值划分

5.3.5 危险性评价

5.4 岩溶地面塌陷易损性评价

5.4.1 评价模型建立

5.4.2 评价因子权重计算

5.4.3 易损性评价

5.5 岩溶地面塌陷风险评价

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

个人简历、在学期间取得的科研成果

致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 付宇

导师: 黄志全

关键词: 岩溶,探测方法,空间分布规律,塌陷机理,风险评价模型

来源: 华北水利水电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 华北水利水电大学

分类号: P642.25

DOI: 10.27144/d.cnki.ghbsc.2019.000026

总页数: 225

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城市岩溶空间分布规律及塌陷风险评价研究 ——以深圳某区为例

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