岩溶塌陷的形成受地层岩性、岩溶发育状况和大气降水、地形地貌等条件的制约。关于岩溶塌陷产生的临界条件，国内外著述较多，观点各异。在此以枣庄市岩溶塌陷为例对岩溶塌陷形成的影响因素、临界条件等进行研究。
岩溶塌陷主要与裂隙-岩溶、覆盖层、地表水、大气降水、地形和人为开采地下水活动等因素有关(图8-1)，其中发育浅层开口型裂隙-岩溶的可溶性基岩、一定厚度的松散覆盖层及易于改变的地下水动力条件是产生岩溶塌陷的三大基本要素。
一、岩溶塌陷影响因素分析
(一)地质条件
1.地层岩性
岩溶塌陷多发育于寒武-奥陶系九龙群三山子组和马家沟组碳酸盐岩分布区。枣庄市十里泉、东王庄地段三山子组白云岩、灰质白云岩主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO和FeO，其含量分别为1.72%，0.28%，0.31%，0.02%，30.06%，20.57%，0.15%;佟庄、良辛庄地段马家沟组五阳山段和阁庄段石灰岩主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO和FeO，其含量分别为3.54%，0.65%，0.87%，0.10%，30.02%，18.64%，0.33%。石灰岩、白云岩的可溶较强，易于被地下水溶解、溶蚀。
图8-1 岩溶塌陷形成的影响因素与临界条件关系框图
照片8-5 东王庄地段发育的地表裂隙、岩溶
2.裂隙、岩溶发育状况
岩溶发育是塌陷的先决条件。山东省鲁南灰岩分布区岩溶较发育，其中三山子组白云岩、奥陶系马家沟组灰岩、白云岩地表岩溶、裂隙发育，岩溶形态为溶沟、溶槽，宽度在0.50～1.00m之间，发育方向为NE130°，或两组，一组方位角为55°，另一组方位角为135°，两组相互交织形成“井”字形裂隙网(照片8-5)。据钻孔资料，在50m以上岩溶发育强烈，岩溶形态以溶洞、溶孔、溶隙为主，洞穴直径1～7cm，且连通性好，线性岩溶率平均为5.50%;地下30～80m之间溶洞、蜂窝状溶孔发育，线性岩溶率平均为9%。
3.第四系覆盖层
所有塌陷均发生于第四系浅覆盖区，盖层厚度一般小于30.00m，土体岩性结构为上部粘性土(粉质粘土、粘土等)、下部粉土或砂土的双层结构，为塌陷易发区。
如枣庄市十里泉西地段以单层结构的粉质粘土或粘土为主，在张林附近发育有双层或多层结构的土体，上部0.00～3.00m为粉质粘土，中部厚4.00～5.00m为粉土，下部为细砂，其厚度一般小于2.00m;东王庄地段第四系厚度一般小于6.00m，以单层结构的粘土为主;丁(佟)庄和良辛庄地段第四系厚度在7.00～10.60m之间，以双层结构为主，上部4.50～5.30m为粉质粘土，下部与基岩接触带附近为砂砾层或中砂，厚度为2.50～5.30m。
(二)水文地质条件
岩溶塌陷的分布区多集中于单位涌水量大于1000m3/(d·m)或在500～1000m3/(d·m)之间地段。这些地段下伏白云岩、石灰岩，裂隙、岩溶发育，地下水富水性强，径流强度大。而位于单位涌水量小于10m3/(d·m)地段塌陷发生几率较小，这些地段裂隙、岩溶不发育，地下水开采强度不大。
(三)地下水开采条件
自20世纪70年代初，为解决枣庄城市供水，首先在十里泉地段开采裂隙岩溶水。随后开采量逐年增加，1976年十里泉泉水出现断流，1981年裂隙岩溶水开采量达到7.54万m3/d，超过该水源地允许开采量(6.89万m3/d，据枣庄市城市供水水文地质勘探报告)0.65万m3/d，次年产生岩溶塌陷。1995年开采量最高达到9.7万m3/d(图8-2)，超采2.81万m3/d，地下水水位持续下降，致使岩溶塌陷频繁发生。
图8-2 十里泉水源地历年开采量曲线
丁庄—东王庄水源地自80年代初启用，自1986年开始超过允许开采量(5.50万m3/d)0.65万m3/d(表8-5)，以后地下水处于长期超采状态，造成该地段岩溶塌陷不断产生。
表8-5 丁庄—东王庄地段1981～2000年日平均开采量统计表
塌陷多产生于开采井附近及其周围(图8-3)，在距开采井600m以内的塌陷47处，占总塌陷的70%以上，只有12处塌陷在1000m以外。
图8-3 岩溶塌陷与开采井距离相关图
(四)地表水条件
塌陷多产生于河、塘等地表水体附近的3条支流内及附近地段(图8-4)，这些地段多分布砂性土，地表水与地下水交替快，塌陷首先在河流内产生，而后向距河流较远的地段发展。距河流30m以内的塌陷有15处，占22%，60m以内的12处，占18%;60%的塌陷在距河流300m以内，只有27处塌陷距河流300m以外。
图8-4 岩溶塌陷与地表水体的距离相关图(枣庄地区)
二、岩溶塌陷形成的临界条件
通过对岩溶塌陷发生与分布规律的研究，我们认为以下几方面的因素具有控制作用。
(一)隐伏溶洞和开口型裂隙是产生岩溶塌陷的基础
岩溶塌陷均产生于可溶性岩石分布区，其中开口型裂隙和隐伏溶洞发育，为塌陷贮备了空间条件，同时也是地下水强烈运动的良好场所。地下水水位波动首先对裂隙和溶洞的充填物进行潜蚀，在充填物中形成空洞雏形，随着地下水的频繁升降运动，充填物被掏空，形成空腔，在地表水、地下水及重力的共同作用下产生塌陷，因此，隐伏溶洞与开口型裂隙的存在是岩溶塌陷发生、发展的基础。
(二)第四系覆盖层中形成的土洞是塌陷产生的前提
土洞的发育过程是岩溶塌陷的前期阶段，初始土洞的形成标志着岩溶塌陷的开始(图8-5)。土洞的形成与扩张是覆盖层土体剥落破坏造成的，随着土洞规模的逐渐扩展，覆盖层土体整体稳定系数降低，最终完全塌陷的危险性增强。覆盖层内部一般形成较为明显的空腔型土洞，在下伏存在裂隙、溶洞的条件下，发展成岩溶塌陷。
图8-5 土体中土洞发育过程示意图
对于覆盖层较薄的十里泉以东地段，土体往往在基岩顶板附近或裂隙、溶洞充填物中直接破坏并迅速向上发展至地表形成岩溶塌陷。
(三)大气降水与岩溶水开采强度异时耦合导致地下水动力机制的改变是诱发岩溶塌陷的重要条件
大气降水是引起地下水水位升降运动的主要因素之一。据统计，82%的塌陷都产生于枯水年份或枯水期，即发生在年内的4～7月份，此时农田灌溉、工业用水对地下水开发利用程度相对较强，地下水水位呈下降状态。
如十里泉地段:1981年降水量仅为546.20mm，少于多年平均降水量(821.79mm)275mm，导致1982年的地下水水位降至34.07mm，比1980年下降13.77mm，是自1975年开采地下水以来的最低值，成为该地段岩溶塌陷的第一个集中发生期，累计产生塌陷40余处;1995～1997年连续三年降水量偏少，比多年平均降水量少100mm以上，水位持续下降，到1997年降至24.35m(最大水位埋深达41.56m)，比1995年下降15.71m，致使1996～1998年枯水期成为该地段岩溶塌陷的第二个集中产生期，三年累计产生塌陷近40处(图8-6)。
图8-6 十里泉地段岩溶塌陷与大气降水、地下水水位—开采量相关图
同样，丁庄—东王庄地段受1981年和1995～1997年降水量偏少的滞后影响，水位不断下降，在第一次有效降水影响下，致使1982年和1996～1998年成为岩溶塌陷产生的2个集中时段。
(四)地表水渗漏加快了岩溶塌陷的发展速度
地表水的汇集区，地下水与地表水交替频繁，再加上河床两岸及沟塘内分布的是砂性土，土体的颗粒较粗且松散，凝聚力小，颗粒间的联结力差，地表水垂向渗透潜蚀作用增强。当土体充水，其重度增加，并改变土体的稠度状态，强度降低，降低了第四系盖层的稳定性，塌陷先其发生，且规模较大。经调查，60%的塌陷发生于河道内、沟塘或地形低洼处，而远离地表水体的地段，土体结构多为粘性土，颗粒间的联结力较强，地下水与地表水的交替运动性差，盖层较为稳定，塌陷出现的数量少，规模也小。
(五)地形地貌具有区域的控制作用
塌陷多产生于河流一级阶地及地形相对较低洼处。由于地形低洼处是地表水的汇集区，地表水、地下水运动交替较为强烈，动力条件充分，这些地段往往先于地形较高处塌陷。在地形较高处，地表水汇集不充分，地表水与地下水的交替运动较差，出现塌陷的时间晚、次数少。