湖北钟祥市斑竹地区岩溶塌陷形成机理及防治建

0 引言

钟祥市位于湖北省中部汉江中游，大洪山南麓鄂北山区向汉江平原的过渡地带。钟祥市矿产资源丰富，是湖北省乃至全中国典型的磷矿资源型大市，全市累计探明磷矿资源基础储量9.88 亿t，总量占全国的5.6%，占全省的31.9%，是全国三大磷矿基地之一。经过50 多年的开采，钟祥市磷矿资源逐渐枯竭。近年来，随着开采深度延伸，疏排水量增加，矿区周边的矿山地质环境问题日益突出（陈红艳等，2012）。岩溶塌陷是斑竹矿区内主要矿山地质环境问题之一，其发展过程具有隐蔽性（雷明堂和蒋小珍，1998；文海涛等，2019），发生亦具有突发性，是众多矿山地质环境问题中较为复杂且治理难度较大的一种地质环境问题（蒙彦和郭明堂，2019；周济祚，1992）。

本文依托资源枯竭型城市矿山环境治理项目“钟祥市矿山地质环境治理工程（斑竹岩溶塌陷区）”，对斑竹矿区岩溶塌陷形成机理、防治对策等进行探讨，以期为钟祥地区岩溶塌陷治理工作提供参考。

1 交通位置

斑竹岩溶塌陷区位于湖北省钟祥市双河镇境内（图1），南距乐乡关6 km，东距汉江9 km，北距熊家湾磷矿6.5 km，207 国道、国防光缆、电信光缆纵贯塌陷区。周边主要生产矿山有钟祥市红土山磷矿、钟祥市熊家湾矿业有限责任公司和荆门市放马山中磷矿业有限公司三家。

1.1 地形地貌

塌陷区处于一条近南北向的宽缓沟谷中，谷底高程70～90 m，谷坡15°～20°。谷内平缓、开阔，谷宽300～800 m。该沟谷上起丁家咀、孙家咀水库，经石家湾、杜家湾、何家咀水库，下抵长龙河，全长约8 km。其汇水面积较大，补给、排泄较为畅通，造成区内水循环交替强烈，为该区岩溶形成提供了有利的地形条件与水动力条件。

图1 斑竹岩溶塌陷区交通位置图1—研究区位置；2—铁路；3—公路；4—地级市；5—县级市

1.2 气象水文

塌陷区属亚热大陆性气候，雨量充沛，光照充足，无霜期长，四季分明，具有春季温湿、夏季炎热、秋季干凉、冬季寒冷的特点。年平均气温为15.9℃，最高气温39.7℃，最低气温-15.3℃。多年平均降水量942 mm，降水量主要集中在每年的4—10 月份，4—10 月份的降水量占全年75%～91%，年平均相对湿度77%。

塌陷区地表水系较为发育，北北西向延伸的古桥坪—朱堡埠季节性河流（长龙河）为当地地表水外排通道，两侧宽缓浅切割支沟呈树枝状展布，主河道中分布有何家咀水库和古桥坪水库，沿岗谷分布有大小塘堰18 处。此外，漳河水库四干渠（北干渠）也沿西南地段跨越河谷而过。

1.3 地层岩性

塌陷区及周边分布的地层主要有第四系、新近系、古近系—白垩系和震旦系，其中新近系和震旦系的岩性主要为可溶的碳酸盐岩。

（1）第四系（Q）

塌陷区及其附近地表均分布为第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）的岩性主要为黄色、褐红色含铁锰质结核粘土，厚0.3～12.4 m，其底部为分布灰白、灰黑色，河床相含泥砂卵（砾）石层，具分选性，磨圆度较好，一般为浑圆状，次棱角状，砾径3～6 cm，大者可达15 cm，砾石以石英岩、硅质岩为主，见少量灰岩。

（2）新近系（N）

新近系主要分布于塌陷区南部，出露地层为辍刀石组（Nzd），岩性以乳白色泥灰岩为主，泥灰岩不显层理，风化后呈蜂窝状或结核状，泥灰岩表面见溶蚀现象，溶蚀裂隙呈近东西向延伸。

（3）古近系-白垩系（E-K）

古近系—白垩系主要分布于塌陷区南部，地表偶有出露，岩性为紫红色砂岩，薄-中厚层理，倾角10°～25°。

（4）震旦系（Z）

震旦系上统灯影组（Zbdn）主要分布于塌陷区深部及其北部外围地带，地表偶有出露，岩性为灰白色硅质条带白云岩、白云岩，薄—中厚层状，夹灰岩透镜体，岩层产状320°∠58°，厚度大于200 m，该区该层岩溶发育。

1.4 地质构造

斑竹地区地质构造较为发育，主要分布有北北西向深大压扭性断裂和伴生的张扭性断构造。塌陷区位于北北西向构造体系中的胡集—石牌断裂带邻近区段。胡集—石牌断裂为一隐伏的区域性断裂，走向北北西，倾向南西西，倾角较陡，以张扭性为主，具有导水性。该断裂控制了该区的构造形迹及地层分布，其他次生断裂均与之方向一致。

F1 断层：为隐伏构造，沿北北西走向贯穿全区，推测其倾向南西西，倾角较陡，张扭性。断层切穿了古近系-震旦系上统灯影组岩层，使古近系-白垩系的紫红色砂岩与震旦纪上世灯影期的白云岩直接相接触，北东盘上升，南西盘下降，生成时代晚于下第三纪—白垩纪。该断层破碎带为构造角砾岩，角砾成分为白云岩、紫红色砂岩，胶结物主要为石英、方解石及少量泥质物。该断层控制了塌陷区以及地下暗河、岩溶地貌的发展，断层破碎带内见有溶洞，为导水性构造。

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