大藤峡水利枢纽工程岩溶发育特点及规律分析

三峡大学学报(自然科学版)

()JofChinaThreeGoresUniv.NaturalSciencesg

Vol.41Su.1pp

Se.2019p

:/DOI10.13393.cnki.issn.1672-948X.2019.S1.041j

],():引用格式:李保方,李占军,王俊杰,等.大藤峡水利枢纽工程岩溶发育特点及规律分析[三峡大学学报(自然科学版)J.2019,41S1177-181.

大藤峡水利枢纽工程岩溶发育特点及规律分析

李保方 李占军 王俊杰 于景宗 赵海阔

()中水东北勘测设计研究有限责任公司,长春 130021

摘要:由于岩溶发育的复杂性,加上勘察方法的局限性,导致在勘察和施工过程中遇到了很多岩溶问题;岩溶发育规律性差,从岩溶发育的基本条件-物质基础、水动力条件及运移途径出发,结合大藤峡水利枢纽工程岩溶发育的特点,论述了影响岩溶发育因素和岩溶发育规律.关键词:岩溶岩; 发育因素; 发育特点; 发育规律

)中图分类号:TV221.2 文献标识码:A 文章编号:1672-948X(2019S1-0177-05

(GeoloeartmentofChinaWaterNortheasternInvestiation,Desin&ResearchCo.,Ltd.,ChanchungyDpggg

)130021,China

LiBaofan LiZhanun Wanunie YuJinzon ZhaoHaikuogjgJjgg

KarstDevelomentCharacteristicsandReularitpgy

AnalsisofDatenxiaHdroProectygyj

ficultieshavebeenencounteredintheprocessofinvestiationandconstruction.Karstdevelomenthasapoorgp,,reularitoconfirm.Thispaerstartinfromthebasicconditionsofkarstdeveloment-materialhdrod-gytpgpyy

,mAbstract Becauseofthecomlexitfkarstdevelomentandthelimitationofsurveinethodsanif-pyopygmyd

basedonthekarstdevelomentcharacteristicsofDatenxiaHdroProect.pgyj

;;;Kewords karst develomentfactors develomentcharacteristics develomentlawpppy

,namicconditionsandmirationpathwasaimstofindthefactorsaffectinarstdevelomentanditslawgygkp

岩溶是可溶岩地层在地下水和地表水的溶蚀作

用下形成的地貌地质现象,岩溶形态复杂多样.随着国家工程建设的快速发展,遇到的岩溶工程地质问题越来越多,诸如岩溶边坡、地基稳定性,岩溶涌水、突泥及岩溶塌陷等问题,所带来的灾害具有突发性的特点,给工程建设带来巨大的安全和投资风险.由于岩溶发育的复杂性和多样性,为了把握其发育规律,需要进行大量的地质勘察工作,同时由于现场条件限制,往往存在某些岩溶水文地质工程地质条件难以把握.大藤峡水利枢纽工程枢纽区可溶岩地段大部分属于黔江Ⅰ级阶地,基岩上覆有厚15~20m的松散堆积物,堆积物以冲积、坡积成因为主,受基岩表面溶蚀塌陷影响,堆积物成层性受一定程度的改造.本文结

收稿日期:2019-04-22

合大藤峡水利枢纽工程岩溶的发育特点,探讨岩溶的发育因素和规律.

1 地质概况

大藤峡水利枢纽工程枢纽工程位于广西壮族自治区的珠江流域西江水系的黔江河段上,距下游桂平雨水充沛,流域多年平均降雨量121.5℃.400~1800

由于季风进退影响,降雨年内分配不均,多集中mm.

1.1 地形地貌

枢纽区位于大瑶山向桂平平南平原区过渡的边-市6k属于亚热带季风气候区,多年平均气温m.于4~8月,约占全年降雨量的70%.

,:作者简介:李保方(男,工程师,主要从事水利水电工程地质勘察工作.1984-)E-mail1200500218@126.com

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三峡大学学报(自然科学版) 2019年9月

缘地带,黔江右岸为大瑶山麓大瑶山近南北走向,山顶高程1左岸属于中低山向溶蚀平原000~1300m;过渡带,地面高程4下游溶蚀平原地面平0~80m.坦,为河流Ⅰ、地表沟谷发达、洼地发育.中Ⅱ级阶地.低山和丘陵地貌都为碎屑岩地区,溶蚀平原地貌为可溶岩地区.

地层单位官桥组

上段下段上段下段第13段

郁江组第12段之下

第12段

地层代号Dg1-2Dg1-2De1De1

2121

1.2 地层岩性

工程区基岩地层岩性为泥盆系下统沉积岩,总体呈海进沉积序列,即由滨海碎屑沉积的砂岩、泥质岩过渡到浅海化学沉积的碳酸盐岩.可溶岩地层为连续

1

()碳酸盐岩(见表1D.g)1-2

12沉积的郁江组第1至下中统官桥组下段2段(Dy)1

表1 地层岩组划分表

岩性

页岩、含泥砂岩、泥岩

白云岩、灰岩、泥质灰岩、泥岩、页岩.白云岩、泥质灰岩、灰岩夹泥岩、泥岩窗孔极发育(形成粗大晶洞)的白云岩

灰黑色灰岩

灰黑色泥质灰岩与泥质粉砂岩互层

碎屑岩

岩组划分碎屑岩岩组次纯碳酸盐岩岩组次纯碳酸盐岩岩组纯碳酸盐岩岩组纯碳酸盐岩岩组不纯碳酸盐岩岩组

碎屑岩岩组

二塘组

郁江组

Dy1Dy1

1312

1.3 地质构造

枢纽区内断层产状多为走向N倾向55°~80°W,

,倾角7主要为平移断层.多数断层规模不NE,0~85°

大,破碎带宽度一般3基本为陡倾角断层;0~100cm,,岩层走向N倾向S倾角1多数断5°~30°E,E,5~25°层与岩层走向基本垂直,少数平行,工程区总体为单该向斜背核部走向Nm处发育一个二级向斜,77°E,倾向S两翼对称,倾角1E,5~20°.

本区为覆盖型岩溶地区,根据工作区内地层岩性及其组合关系,将工作区内地层划分为松散岩类含水岩组、纯碳酸盐岩含水岩组、次纯碳酸盐岩含水岩组、不纯碳酸盐岩含水岩组和碎屑岩含水岩组5大类.地下水主要集中在纯碳酸盐岩含水岩组、次纯碳酸盐岩含水岩组内.工作区地下水大部分来自东北侧相邻区域地下水补给,少部分南木江江水补给和大气降雨补给.本区岩组含水空间以溶洞、溶蚀裂隙、构造裂隙及松散堆积物孔隙为主,松散堆积物孔隙水主要以层流的方式径流,基岩内地下水主要形成网状裂隙流或岩溶管道进行径流,向黔江排泄(如图1所示).斜地层,为大瑶山复式背斜的N在坝下游1E翼,200

2 影响岩溶发育的因素

岩溶发育的基本条件为具有可溶性岩层、具有溶蚀性的水、具有渗流的管道,三者少一不可,从发育条件可以推论出岩溶发育与岩性、地下水、构造有直接2.1 岩性

可溶岩为岩溶提供了物质基础,按照碳酸盐在岩石内的含量和岩层构造,碳酸盐岩可以分为纯碳酸盐岩类,次纯碳酸盐岩类和不纯碳酸盐岩类.不同的碳在同样的溶蚀环境下,碳酸盐含量越高,溶蚀程度越高.

12

、从表2可以看出,郁江组第1第12段(D3y)1

关系.

1.4 水文地质条件

酸盐岩岩组中的岩溶发育程度是不同的,一般来说,

131

、段(岩溶不发育;二塘组下段(二塘组上DDe)y)1111

、段(官桥组下段(表层岩溶发育,岩溶De)Dg)11-2)

发育程度随高程降低呈递减趋势,二塘组(De的岩11溶发育程度要强于官桥组下段(大体上体现D.g)1-2

了岩溶的发育程度随碳酸盐岩纯度的降低而降低.

除了碳酸盐的含量之外,结晶质岩石的晶粒愈

小,相对溶解度愈大,不等粒结构比等粒结构相对溶

]1

,解度值要大[同时岩石的原生孔隙度对岩溶的发育

影响也较大,原生孔隙度越高,越有利于岩溶发育,

1

在二塘组下段(岩体内普遍发育鸟眼天窗构造,De)1

原生孔隙度极高,也是导致该层岩溶发育强烈的因素之一.

图1 地下水径流图

第4等 大藤峡水利枢纽工程岩溶发育特点及规律分析1卷 增刊1 李保方,

表2 钻孔遇洞率和线溶率统计表

地层官桥组下段

1

(Dg)1-2

179

钻孔个数68

项目分层遇洞率/%线溶率平均值/%分层遇洞率/%线溶率平均值/%分层遇洞率/%线溶率平均值/%分层遇洞率/%线溶率平均值/%分层遇洞率/%线溶率平均值/%总的遇洞率/%总的遇洞率/%总的遇洞率/%总的遇洞率/%总的遇洞率/%

20以上 20~10 10~0 0~-10 -10~-2058.3

60.6

52.267.617.5

92.1

75

46.589.824.8

91.7

71.4

66.777.624.7

0

0

000

0

0

000

0

0

0

0

31

18.8

41.7

40

40.8

27.3

溶洞发育高程/m

岩组划分

次纯碳酸盐岩岩组

二塘组上段

2(De)1

59

纯碳酸盐岩岩组

二塘组下段

1(De)1

49

纯碳酸盐岩岩组

郁江组第13段

13(Dy)1

30

纯碳酸盐岩岩组

郁江组第12段

12(Dy)1

30

不纯碳酸盐岩岩组

2.2 水和构造

下水动力条件主要是地下水径流的方向、速度和流量.地下水的径流方向决定了岩溶管道的发育总体方向,径流的强度决定了岩溶管道发育的规模.岩溶管道系统由多条岩溶管道交织在一起所构成,各个管道的流速流量不尽相同,主管道会越来越优势,支管道

]2

,会变的弱势、甚至废弃[岩溶管道系统会在地下水

地下水和构造对岩溶发育影响较大,是岩溶发育的主要因素,地下水为岩溶发育提供了动力条件,构造为地下水的入渗、溶蚀和交替提供了通道,二者相辅相成,促使岩溶发育.

)碳酸盐岩溶蚀过程1

岩中的C该反应为可逆反应,水中离aCO3发生反应.子达到平衡时,地下水不具有溶蚀性,只有CO2不断的补给,岩体才会不断的溶蚀.同时压力越大,温度越高,水的溶蚀性越强,到排泄区压力和水温降低,会在

]2

排泄区出现碳酸钙析出结晶现象[.

碳酸盐岩溶蚀过程为水中的侵蚀CO2与碳酸盐的作用下不断优化.岩溶管道内地下水径流的强弱变化会发生携带物质的沉积和冲刷,管道会被逐渐废弃、充填,也会发生废弃的岩溶管道复活.枢纽区船闸基坑降水降深大于3船闸东北侧2k5m,m之内水文地质条件发生了改变,地下水位大幅下降,每天船闸

53

涌水量约1.从涌水情况看,先是浑水,涌2×10m,

)地质构造2

地下水为岩溶发育提供了动力条件,构造为地下

水携泥沙量大,经过几周逐渐变清,最后基本为清水,时而变浑,这说明管道内的大量泥沙被带出,原先活动较弱的管道或者废弃的管道变的活跃,废弃的岩溶管道重新复活.

)地表水4

地表水对岩溶发育的影响也较大,一般地表水水

水的入渗和溶蚀提供了通道,使地下水和地表水联系紧密,致地下水活动剧烈,侵蚀性变强,促使岩溶发育,一般来说断层和构造破碎带往往是透水和富水性都较高,张性断层比压性断层透水性强,陡倾角较缓倾角水力梯度及上下连通性好,地下水会优先选择陡倾角渗流,故陡倾角要比缓倾角岩溶发育,向斜比背斜汇水性要好,且向斜核部节理一般下宽上窄,有利于地下水的运动垂直和水平渗流,故向斜核部较背斜核部岩溶发育,核部构造较两翼发育,故核部较两翼发育.

)地下水3

体会补给地下水,使地下水动力条件变强,在水体底部附近往往多发于垂直的岩溶,小型落水洞,地表水补给地下水,地表水携带充足的C使地下水的侵O2,蚀性变强,特别是岩溶洼地,岩溶洼地多为塌陷坑,直接与下方溶洞相连,直接补给岩溶水,使附近岩溶发育强烈.在受地表水冲刷的基岩裸露区,受地表水溶蚀较均匀,面溶率较高,多发育溶芽、溶沟,表层岩溶发育(如图2所示).

地下水动力条件是影响岩溶发育的主要因素,地

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三峡大学学报(自然科学版) 2019年9月

图3 枢纽区岩溶发育特点分析

2 河漫滩地表育的溶沟、溶牙

2.枢纽区属覆盖型岩溶地区,仅在江边有少量基岩出露,可溶岩为碳酸岩类2

.主要分布在黔江左岸(见图

性土),覆盖层多为二元结构,厚约35~1其,下属冲洪积堆积物为卵石混合,表部为粘水活动剧烈0m,

船闸开挖范围大5m,土,厚约5~,岩溶极发,育揭露的岩溶现象较全面,岩溶形态有溶槽、溶,洞地下、溶隙、小型落水洞、岩溶管道等(如图开挖有效尺度为280m×34m,地面高程一般在3~4所示).船闸442~深度大于5m,建基面高程50m,地下水降深大于-7.00m,地下水高程在35m.30m,开挖图3 船闸揭露的溶槽及小型落水洞

图4 沿断层发育的落水洞和溶洞

图5 船闸附近地形、地层地下水径流简图

1

船闸部位地表水与地下水联系密切)船闸岩溶发育分析,在地形上地表水汇集形成向黔江排泄的汇水排水带,地表水活动强烈,特别是上闸首地表发育条深沟,在沟谷底部多发于垂直向的小型落水洞,补给地下水;船闸部位平行和垂直岩层走向向的断层发育,断层、节理多为陡倾角,层理较缓,断层、节理和层理相互交错,为地下

水提供了良好的运移途径;船闸的岩性主要为二塘组

下段(D1

1

成大溶洞e-)的白溶槽较大规模的岩溶体系云岩,通过开挖揭露来,在断层附近岩看,沿断层形溶发育,沿节理形成规模小的溶洞-溶隙,组成小的渗漏通道2

郁江组第)可溶岩交界处纯碳酸盐岩岩溶不发育.

段(d1

屑岩(y12

泥岩)层、粉,岩性为灰岩与13段(d1

y13

)岩性为灰岩砂岩等),该处粉为砂碎岩屑互层,岩和可,其下为第再其溶下为1岩的碎2交界处,按一般规律来讲该处岩溶应该较发育,但通过开挖揭露,主要是以溶隙为主,宽度小,岩溶不发育郁江组第13.

,段(岩溶d1不y13发)育和第(如1图2段(6所d1

12洞率为0%示y),)分从钻孔看遇析原因有

两点:12薄,下部为第①该层和第11层1(2段(11d层厚约1较,易产生塑性变形d1

不高y,使盖两层的应力容易释放)的泥岩和粉砂岩1y)7~,岩石强度28m,,不会产生较大的应力集中,导致该层节理不发育,碎屑岩含泥量较高,节理多被充填,透水性差,该处的地下水不活跃.②下部的碎屑岩为相对隔水层,

碎屑岩与可溶岩间水力联系较小,深部的地下水主要为岩溶水,岩溶水遇到碎屑岩隔水层时,由于层理较缓,不利于地下水的渗流,故会向上运动,交界处存在一定距离内地下水活动较弱,岩溶不发育.

图6 各个地层钻孔遇洞率和线溶率统计图

3 岩溶发育规律和特点

枢纽区岩溶发育有择优性、受控性、不均匀性和复杂性等规律和特点1

二塘组是质纯的碳酸盐岩地层)择优性.

,官桥组发育的是

不纯的碳酸盐岩地层,二塘组比官桥组地层岩溶发

第4等 大藤峡水利枢纽工程岩溶发育特点及规律分析1卷 增刊1 李保方,

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育;地下水会选择有利于径流的构造作为渗流通道,岩溶管道系统也会选择更有利于渗流的管道作为优势管道,不利的会被逐渐废弃2

.

受控性主要体现在地下水的受控)受控性,枢纽区地下水

运动的方向基本是岩溶的发育方向,在补给区地下水主要做垂向渗流,垂直岩溶发育;在径流区地下水主要为水平向运动,故岩溶以水平向发育为主;在排泄区,排泄基准面附近为水平向,在基准面以下为斜向发育,在排泄区多发于倒虹吸式岩溶管道在坝下游与黔江斜交,上1、2下游00m处发育一宽缓向斜.

,

向斜轴向侧两翼覆盖层平均厚度分别为

明向斜核部较两翼岩溶发育更为强烈8.4m和14m;核部附近覆盖层平均厚度28.9m,

说枢纽区断层产状多为走向径流方向大致为走向N55°~.

80°W,地下水泄,通过勘察和施工开挖揭露证实地下水径流方向与N5°~30°E,呈羽状向黔江排岩溶管道大体方向基本一致,岩溶管道大体方向与构造方向基本垂直槽宽约底部岩体较完整10~20m.在工程区船闸上闸首,,发深育一约30条m宽,从1号溶槽,溶约开2~挖3揭cm露来的看小,断溶层槽,

该断层延伸性好,沿宽约成宽约10~20m,深约30m2~3的大溶槽cm的小断层就能溶蚀;工作区内最大断层宽约看,沿该断层岩溶发育不强烈1m,水平断距达200m;还有沿许多小裂隙,据目前开挖揭露来,发育溶隙-溶洞-岩溶通道,其实究其根本为地下水活动的强弱决定了岩溶的发育程度,地下水的径流方向决定了岩溶管道的总体方向,断裂构造控制了岩溶发育的局部方向,沿着与径流方向一致的断裂,岩溶极发育.径流的强弱决定了岩溶发育速度和规模3

通过工程区的开挖揭露可以看出)不均匀性.

,岩溶发育是不均匀的,在构造和地下水活动的地方岩石溶蚀强烈,在构造不发育和地下水活动弱的地方岩体溶蚀不发育,在一个小的岩溶通道上,是溶隙与溶洞串联,溶蚀的发育规模相差较大均匀.但常被地表水侵蚀的可溶地区表层岩溶发育较,多发于溶沟溶牙等,面容率极高,同时也说明了构造等因素的不均匀性导致地下水

的不均匀,4

岩溶的复杂性)从从而导致岩溶发育的不均匀性复杂性.

主要表现在岩溶形态的复杂性和

岩溶发育的随机性,因其受控因素多,使得在地质探知上极为困难.枢纽可溶岩区位于溶蚀平原边缘,目前最低排泄基准面为黔江,枯水期水位高程为左右,江底高程一般在15m左右,Ⅰ级阶地高2程4m在40~45m,Ⅱ级堆积阶地基本已被侵蚀完全,仅剩一些残丘;通过钻孔揭露在管道存在,船闸开挖揭露0高程以下还有较大的岩溶表明,低于现今排泄基准面约主2岩溶形态仍以水平管道为,0m的其发育规模和形态超乎想象0m高程附近,.

结 语

大藤峡水利枢纽工程枢纽区处于大瑶山向溶蚀平原过渡地带,处于宽缓的河流阶地部位,属低平原覆盖型岩溶,具有其独特的发育规律:①岩溶发育在质纯和次纯的碳酸盐岩地层中,不纯的碳酸盐岩地层中未见有岩溶现象.②在船闸开挖深度即低于平水期河水位2岩溶管道仍很发育.5m范围内,且以水平管道为主③岩溶管道主体发育方向的主控因素是地下水径流方向,断裂构造控制局部发育方向纯度上的差异和薄层.④在岩层层序上虽有碳酸盐岩泥质岩分布,但因小断层、大裂隙的切割影响,岩溶没有呈现出顺层发育的性质岩溶发育是地形地貌.

、地层岩性、地质构造、水文

地质和水文气象等多因素共同作用下,经过演化发展形成的地质地貌现象,受工作任务的限制,得到的岩溶发育特征还很粗浅,其系统的发育规律尚有待深入研究.参考文献:

[1] 沈春勇,于[M].北京: 波,郭维祥中国水利水电出版社.水利水电工程岩溶勘察与处理,[2] 韩行瑞.岩溶水文地质学[M].北京20:1科学出版社5.

,2015.

14