断裂性质与褶皱构造对岩溶塌陷形成演化的多学科解析：以湖南张井村为例

为解决岩溶区断层-褶皱相互作用如何控制地下水补给及塌陷形成这一科学问题，中国地质大学（武汉）团队通过野外调查、地球物理勘探（ERT/GPR）、水化学分析和地下水监测等多学科手段，揭示NNE向断裂-褶皱系统通过构建垂向水力通道和侧向阻水屏障，驱动岩溶气爆机制引发塌陷群发。该研究为复杂构造区岩溶灾害防控提供了新理论框架。

　　

岩溶塌陷作为喀斯特地貌区最典型的地质灾害之一，全球约20%陆地面积受其威胁。在中国，岩溶区面积达344万km²，占国土面积三分之一。尽管塌陷灾害频发，但其突发性和深部构造控制的复杂性使得机制研究远滞后于滑坡等灾害。尤其当断层与褶皱结构耦合时，如何通过改变地下水运移路径触发塌陷，成为学术界亟待破解的难题。

中国地质大学（武汉）工程学院的研究团队选择湖南张井村这一典型区域展开攻坚。该区域存在两个独特现象：数十年的持续地面震动与高密度塌陷群，以及多组走向各异、力学性质不同的断层-褶皱系统。通过多学科交叉研究，论文首次系统揭示了特定断层性质（走滑/逆冲断层）与褶皱构造协同控制下的岩溶塌陷形成机制，相关成果发表于《Geomorphology》。

研究采用四大关键技术：1）覆盖35 km²的野外地质调查与1.1 km²重点区测绘；2）电阻率成像法（ERT）和探地雷达（GPR）构建地下40 m以浅结构模型；3）水文地球化学示踪解析补给路径；4）地下水位动态监测网络捕捉暴雨前后30 m水位突变。

【研究结果】
岩溶地貌特征
NE向黔北复背斜控制着碳酸盐岩集中出露区，形成脊谷相间地貌。地球物理显示沿背斜轴部存在80×40 m低阻区，对应溶蚀管道网络，证实构造对岩溶发育的主导性。

断层-褶皱控水机制
走滑断层与背斜交汇处形成垂向补给通道，促使浅部含水层（epigene aquifer）向深部岩溶含水层（hypogene aquifer）下渗；而排泄区的逆断层则构成水力屏障，限制侧向径流并诱发向上补给。这种"下渗-上涌"双路径系统为塌陷群发创造了水文条件。

震动成因解析
持续干旱后暴雨导致地下水位骤升30 m，引发岩溶气爆（karst air blasting）现象。气压力突破覆盖层稳定阈值，造成屋顶坍塌并产生密集覆盖型塌陷，这解释了张井村数十年的震动之谜。

【结论与意义】
该研究建立了"断层-褶皱-地下水"三元互控理论模型：1）NNE向构造体系划分渗透性差异单元，形成"断隆"水文结构框架；2）走滑断层促进垂向渗透，逆断层诱导压力积聚；3）气爆机制是极端降雨触发塌陷群的关键动力学过程。这不仅为岩溶灾害预警提供了新指标（如水位突变30 m阈值），更创新性地将构造地质学与水文过程耦合分析，对全球覆盖型岩溶区的灾害防控具有普适指导价值。