貴州省安龍縣團(tuán)結(jié)水庫巖溶發(fā)育特征與規(guī)律研究

黃粵興　孫明彪

摘 要：團(tuán)結(jié)水庫庫區(qū)出露地層為三疊系下統(tǒng)夜郎組，以粘土巖和灰?guī)r互層為主，巖溶十分發(fā)育。工程區(qū)戛納斷層F1斷裂穿庫區(qū)而過，由于團(tuán)結(jié)水庫庫區(qū)、壩址地質(zhì)構(gòu)造及巖溶水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜，水庫自1979年建成后至今未能正常蓄水，經(jīng)當(dāng)?shù)匕昌埧h水務(wù)局多次處理，仍未達(dá)到蓄水目的。本文在大量工程地質(zhì)測(cè)繪、調(diào)查、走訪、鉆探、物探等技術(shù)手段基礎(chǔ)上，研究團(tuán)結(jié)水庫區(qū)域水文地質(zhì)條件，進(jìn)而總結(jié)出工程區(qū)巖溶發(fā)育特征和規(guī)律，為解決水庫滲漏問題和水庫成庫條件評(píng)價(jià)提供了方向和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：夜郎組；巖溶特征；巖溶規(guī)律

中圖分類號(hào)：P642.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）10-0130-04

1 引言

團(tuán)結(jié)水庫位于貴州省安龍縣灑雨鎮(zhèn)境內(nèi)，工程始建于1975年，于1979年建成現(xiàn)規(guī)模，大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高22.50m，設(shè)計(jì)洪水位1345.52m，相應(yīng)庫容為401萬m3；校核洪水位1531.44m，相應(yīng)庫容326萬m3；正常蓄水位1343.00m，相應(yīng)庫容為281.60萬m3；死水位1327.00m，相應(yīng)庫容44.4萬m3。受限于當(dāng)時(shí)選擇壩址時(shí)地質(zhì)勘探手段的落后，在未查明壩址地質(zhì)情況下匆忙動(dòng)工，致使大壩蓄水試運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)左壩肩有溶洞貫穿下游，形成病庫，安龍水利局曾經(jīng)多次處理，仍達(dá)不到蓄水目的，1980年列為停緩建工程。

安龍縣灑雨鎮(zhèn)是貴州省安龍縣貧鄉(xiāng)鎮(zhèn)之一，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展主要受交通、缺水兩大問題的限制，近年來交通逐漸改善，缺水就成為制約社會(huì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的首要因素，為解決灑雨鎮(zhèn)5208人集鎮(zhèn)人口、4571人農(nóng)村人口、2743頭小牲畜、1371頭大牲畜和水庫下游11620畝耕地的灌溉用水問題，發(fā)揮團(tuán)結(jié)水庫應(yīng)有效益，2016年3月，貴州省水利廳將其列為十三五規(guī)劃的水利扶貧項(xiàng)目，由于團(tuán)結(jié)水庫庫區(qū)、壩址地質(zhì)構(gòu)造及巖溶水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜，因此，有必要開展團(tuán)結(jié)水庫區(qū)域巖溶發(fā)育特征和規(guī)律研究，分析其水庫庫首滲漏條件，為水庫成庫條件論證、防滲處理提供依據(jù)。

2 地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

工程區(qū)位于云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，地貌類型屬侵蝕、剝蝕、溶蝕的低中山，區(qū)內(nèi)高程在1300～1550m，地形受巖性及構(gòu)造的影響，溝壑縱橫，溪谷相間發(fā)育，地形起伏差較大，區(qū)內(nèi)可溶巖的分布面積占70%以上，因而主要表現(xiàn)為巖溶地貌，即峰叢洼地、峰叢谷地、等地貌類型。峰叢間的溶蝕洼地、漏斗、落水洞、暗河等巖溶現(xiàn)象較為普遍，其中洼地面積占有較大比例（區(qū)域地質(zhì)圖1）。

2.2 地層巖性

區(qū)域出露主要為地層三疊系夜郎組，為一套潮下、潮間相為主的半局限臺(tái)地沉積，垂向上由潮下泥坪一混合坪一鮞灘、沖積扇一瀉湖組成的向上變淺序列，巖性以粉砂巖、粘土巖和灰?guī)r互層為主，其中碳酸鹽巖占近一半，巖溶十分發(fā)育，至下而上可分為三段，分別是第一段（T1y1）、第二段（T1y2）和第三段（T1y3），其中第二段可劃分為四層，自上而下分述如下（表1）。

2.3 構(gòu)造

庫壩區(qū)主要構(gòu)造有戛納斷層F1，干溝斷層f1，受其影響，局部巖層產(chǎn)狀變化較大，主要體現(xiàn)在左岸、右岸的產(chǎn)狀變化。戛納斷層（F1）：此斷層穿過水庫庫盆，總體呈NEE向展布，正斷層，傾向左岸，產(chǎn)狀N10-15°E/NW∠55～60°，左岸（上盤）三疊系夜郎組地層下降，右岸（下盤）二疊系長興-龍?zhí)督M上升，造就了水庫庫首以斷層為界，分為不同的水文地質(zhì)單元；鉆探、物探揭露破碎帶寬10～15m，角礫巖夾鈣泥質(zhì)充填，膠結(jié)較好，受巖性影響，在灰?guī)r層位，巖體受斷層影響破碎，為地下水溶蝕創(chuàng)造條件，巖溶較為發(fā)育，具有導(dǎo)水性質(zhì)；在泥巖、頁巖層位具有阻水性質(zhì)。干溝斷層（f1）：此斷層位于水庫庫首左岸干溝沖溝，斷層沿1#沖溝發(fā)育，長5km，總體走向?yàn)镹40°E，正斷層，傾向SE，傾角一般為70°左右。西南端在庫盆（干溝沖溝出口處）被東西向延伸的戛納斷層（F1）阻斷。沖溝右岸相對(duì)抬升，沖溝左岸相對(duì)下沉，據(jù)調(diào)查，沖溝常年干枯斷流，推斷該斷層具導(dǎo)水性質(zhì)，受F1斷層阻隔，沖溝出口有泉水s1出露；斷層主要切錯(cuò)三疊系夜郎組第二段（T1y2）、第一段（T1y1）地層（區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造三維立視圖2）。

3 巖溶發(fā)育特征及規(guī)律

測(cè)區(qū)是一個(gè)強(qiáng)烈?guī)r溶化的山原，巖溶形態(tài)種類繁多，巖溶發(fā)育相當(dāng)復(fù)雜，發(fā)育的特征歸納起來，有以下幾點(diǎn)：

（1）巖溶的發(fā)育具有對(duì)巖性的選擇性規(guī)律。巖石可溶性不同，巖溶強(qiáng)度具有明顯的差異性：由于巖性的不同，其可溶程度也不一致，這主要取決于巖石內(nèi)碳酸鈣的含量。從微觀上分析，碳酸鹽巖相對(duì)溶解度的大小，取決于CaO、MgO及非可溶物質(zhì)比值的高低。（2）受地質(zhì)構(gòu)造控制，場(chǎng)區(qū)巖溶發(fā)育具明顯的方向性。地下水是巖溶發(fā)育的必備條件之一，而地下水的運(yùn)移，總是從巖體最薄弱的部位入手，如斷層、節(jié)理裂隙及褶曲軸部等。（3）巖溶發(fā)育受地質(zhì)構(gòu)造和巖層組合結(jié)構(gòu)控制具有條帶性。巖溶地貌與流水侵蝕地貌交錯(cuò)分布，且有明顯的條帶性。通常情況下，巖溶區(qū)砂頁巖具有夾層性質(zhì)，分布面積總是小于碳酸鹽巖面積，形成巖溶地貌發(fā)育區(qū)內(nèi)出現(xiàn)小面積的侵蝕地貌，并形成地表水流，流至巖溶地貌區(qū)又潛伏地下，又明流轉(zhuǎn)為暗流。相反，地下河流至侵蝕地貌區(qū)受砂頁巖阻隔又出露成為地表河。表現(xiàn)出兩類不同性質(zhì)的地貌共同發(fā)育轉(zhuǎn)化而又互相制約的關(guān)系。（4）巖溶發(fā)育的不均勻性。由于巖溶發(fā)育具有選擇性，決定了其在發(fā)育速度、程度和空間分布上都存在不均一性。首先，在不同巖層上，質(zhì)純、層厚的巖溶發(fā)育強(qiáng)度高于質(zhì)雜、層薄的地層，表現(xiàn)出極大不不勻性；其次，在同一地層上而言，受斷層、皺褶的影響，給地下水活動(dòng)提供了活動(dòng)空間，巖溶水總是力爭(zhēng)與區(qū)內(nèi)主河流的侵蝕基準(zhǔn)面相適應(yīng)，且沿最薄弱的結(jié)構(gòu)面開始，導(dǎo)致巖溶發(fā)育在時(shí)間和空間上表現(xiàn)出不同溶蝕速度和溶蝕程度，所以在同一地層上，巖溶發(fā)育也是不均一的。（5）巖溶發(fā)育具不均勻性和向深部減弱的規(guī)律。巖相的不均一變化，特別是構(gòu)造破壞在不同的構(gòu)造部位不一致，近代地質(zhì)作用的選擇性，使巖溶的發(fā)育在不同地段、同一地段的不同深度均不相同。

3.1 巖溶調(diào)查及識(shí)別

3.1.1 地表地質(zhì)調(diào)查

通過多次走訪、調(diào)查，水庫區(qū)巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈，形態(tài)多樣。巖溶發(fā)育區(qū)主要分布庫首左岸，主集中在T1y2-2-3、T1y2-2-1和T1y2-1-1灰?guī)r層位上，巖溶形態(tài)以溶溝溶槽、溶洞、巖溶管道為主；其中T1y2-2-3層位以溶溝溶槽、溶洞為主，分布于左岸斜坡山頂；T1y2-2-1層位以溶溝溶槽、溶洞、巖溶管道為主，分布于左岸近壩山體一帶，據(jù)70年代大壩蓄水試運(yùn)行資料，老壩靠左岸河床段有巖溶管道發(fā)育，滲漏嚴(yán)重，為壩址（老壩）主要巖溶滲漏通道（見圖3）；T1y2-1-1層位以溶溝溶槽、溶洞、溶孔溶隙為主，分布于水庫左岸干溝沖溝及出口一帶，受斷層擠壓影響，巖溶較發(fā)育，發(fā)育有s1泉水群，流量25L/s（見圖4）。巖溶發(fā)育主要順層面和裂隙、斷層影響帶溶蝕，不均勻性明顯，規(guī)模差異較大，主要受裂隙控制，在地表上具帶狀分布的特點(diǎn)，垂直方向上具有成層性。總的來說，水庫區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育是不均勻的。

3.1.2 鉆探揭露情況

為了進(jìn)一步查明水庫區(qū)巖溶發(fā)育與地下水分布情況，本次在前期勘察基礎(chǔ)上在左岸布置zk6水文孔、河床布置了zk9、zk13、zk14孔，水庫老壩溢洪道布置了zk7孔，壩腳布置了zk12孔，右岸布置了zk10、zk11，揭露巖溶情況見下表2。

根據(jù)zk6、zk7、zk8、zk9、zk12、zk13和zk14鉆孔揭露，水庫區(qū)溶洞溶穴及溶蝕孔洞較發(fā)育，鉆孔遇洞率較高，主要分布于庫首左岸。鉆進(jìn)過程中，常遇到溶洞而出現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象，鉆孔無法取芯或巖芯見大量溶蝕晶孔發(fā)育；而部分區(qū)段巖體完整，溶蝕現(xiàn)象僅表現(xiàn)為小型溶蝕晶孔，鉆孔取芯呈長柱狀，可見鉆孔巖溶發(fā)育具有不均勻性。

3.1.3 高密度電法勘探情況

高密度電阻率法是近幾十年來發(fā)展起來的一種電法勘探，在工程領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。為了解水庫庫首巖溶發(fā)育、斷層分布與地下水分布情況，本次勘探共布置5條測(cè)線，基本控制工程區(qū)，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)校正、處理以及反演后，結(jié)合地表地貌綜合解釋，解釋圖版見圖5，出現(xiàn)電阻率低阻異常一般為溶洞發(fā)育區(qū)或斷層破碎帶等，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，水庫庫首左岸巖溶較發(fā)育，主要分布于庫首左岸及河床靠斷層破碎帶上，發(fā)育高程1280m～1310m。

3.2 巖溶發(fā)育特征

工區(qū)巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈，形態(tài)多樣。巖溶發(fā)育強(qiáng)度和深度主要差異性較大，主要受巖性及斷層影響。工程區(qū)巖溶發(fā)育區(qū)主要分布庫首及建庫河流源頭干溝、水庫老壩、黃泥寨一帶，主集中在T1y2-4灰?guī)r層位上，巖溶形態(tài)以溶溝溶槽、溶洞、巖溶管道為主，通過鉆探物探等揭露統(tǒng)計(jì)，大大小小溶洞、溶槽多達(dá)17個(gè)，庫首左岸巖溶發(fā)育高程多在1328～1340m，河床高程多在1280～1310m；巖溶發(fā)育主要順層面和裂隙、斷層破碎帶溶蝕，不均勻性明顯，主要集中在T1y2-4灰?guī)r層位，少量發(fā)育于T1y2-3，規(guī)模差異較大，主要受巖層接觸面控制，在地表上具帶狀分布的特點(diǎn)。庫水通過壩址左岸巖溶通道向下游滲漏可能性大。壩址右岸滲漏主要為壩基肩裂隙性繞壩滲漏問題，壩址左岸滲漏主要為壩基肩溶洞、溶隙性繞壩滲?？赏ㄟ^防滲帷幕解決，底界為相對(duì)隔水層T1y1灰綠色薄層泥巖、砂質(zhì)泥巖層位，在戛納斷層破碎帶適當(dāng)加深，河床段防滲深度55～60m，下限高程1250m；左岸采用全封閉式帷幕，穿過溢洪道，往3#沖溝方向延伸，接頭為正常蓄水位與地下水位交點(diǎn)，底限深入相對(duì)隔水層T1y1灰綠色薄層泥巖、砂質(zhì)泥巖層位。

3.3 巖溶發(fā)育規(guī)律

研究區(qū)位于南方亞熱帶濕潤地區(qū)，既具有相同于區(qū)域巖溶規(guī)律的共性，又具有自己獨(dú)有的個(gè)性。巖溶現(xiàn)象往往是諸多因素綜合作用的結(jié)果，如巖體的沉積相物質(zhì)組成，地質(zhì)構(gòu)造，地形地貌，地下水的溶蝕能力與水動(dòng)力條件等。此外，當(dāng)?shù)氐淖匀灰蛩?，如氣候，水文，植被等，也是影響巖溶發(fā)育程度的不可忽略的因素。

沉積方面，研究區(qū)是一套潮下帶、潮間帶為主的半局限臺(tái)地沉積，以泥巖、粘土巖和灰?guī)r互層為主，灰?guī)r占比約40%，灰?guī)r以鮞粒灰?guī)r、厚層塊狀灰?guī)r為主，CaCO2含量高，構(gòu)成了該區(qū)巖溶發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，區(qū)內(nèi)巖溶十分發(fā)育，特別是灰?guī)r于泥巖的接觸面往往是巖溶泉水的出水點(diǎn)；構(gòu)造方面，戛納斷層F1，干溝斷層f1斷層穿庫壩區(qū)而過，斷層破碎帶由于裂隙較發(fā)育，往往是巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)，其中庫首河床zk5分布在F1斷層帶上，表面斷層帶是地下水的優(yōu)勢(shì)運(yùn)輸通道，為巖溶的發(fā)育提供便利條件；地形與水動(dòng)力方面，工程區(qū)位于測(cè)區(qū)東部——水庫下游的黃泥寨—小山腳—天橋一帶，入伏點(diǎn)為落水洞k2（見地形與水動(dòng)力平面布置圖6），高程1290.0m，發(fā)育于發(fā)育于T1y2-2灰?guī)r層位；出伏點(diǎn)為坡汪村寨河對(duì)岸的ks04，洞口高程1225m，進(jìn)出口落差65m，巖溶管道比降1.98%。

巖溶發(fā)育在很大程度上受地表水匯流和下滲條件的影響，地勢(shì)高差決定了地表水、地下水的水動(dòng)力強(qiáng)弱，因此區(qū)域地貌表征著區(qū)域水文網(wǎng)的發(fā)育特征，決定了侵蝕基準(zhǔn)面和地下水排泄基準(zhǔn)面的性質(zhì)和分布，同時(shí)控制了地下水的運(yùn)動(dòng)方向，從而控制了巖溶發(fā)育的總趨勢(shì)，所以研究區(qū)巖溶管道方向多為W和SN，部分呈N方向，地下水和地表水整體自西部向東經(jīng)多段明暗交替后匯入筏子河，工區(qū)筏子河河谷構(gòu)成了研究區(qū)的排泄基準(zhǔn)面；自然因素方面，氣候是巖溶發(fā)育的一個(gè)重要影響因素?？扇苄詭r石溶蝕作用的強(qiáng)弱，受氣溫的高低、雨量的大小等因素影響，工區(qū)內(nèi)年平均氣溫15.1℃，多年平均降雨量1200.70mm，氣候溫潤，雨量充沛，是巖溶發(fā)育的良好條件；研究區(qū)所處灑雨鎮(zhèn)，是典型的少數(shù)民族聚居區(qū)，少數(shù)民族占88.3%，植被破壞較少，森林覆蓋率高達(dá)70%，水的溶蝕能力取決于水中酸性物質(zhì)的含量，主要由CO2的含量決定，而CO2主要來源于植被的腐爛形成的腐殖質(zhì)和土壤，庫區(qū)植被茂密，提供大量的CO2，雨水通過空氣和土壤層，增加了水中CO2含量，有利于巖溶的發(fā)育。

綜上所述，研究區(qū)無論從沉積的物質(zhì)組成、構(gòu)造發(fā)育特征，還是區(qū)域水文排泄條件及氣候、植被，均構(gòu)成良好的巖溶發(fā)育條件，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)巖溶洼地、巖溶管道、落水洞、巖溶泉等巖溶現(xiàn)象十分普遍，巖溶的發(fā)育，尤其是落水洞和大型的巖溶管道的發(fā)育，將會(huì)形成水庫滲漏的優(yōu)勢(shì)通道，導(dǎo)致水庫無法正常蓄水。

4 結(jié)語

研究區(qū)巖溶洼地、巖溶洞隙、落水洞、巖溶泉等巖溶現(xiàn)象十分普遍，主要分布于T1y2-4層位，巖性以灰至深灰色中厚層夾厚層灰?guī)r為主，構(gòu)成了本區(qū)巖溶發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，由于受F1、f1斷層穿庫壩區(qū)而過、良好的氣候和植被條件以及暢通的補(bǔ)、徑、排條件，導(dǎo)致工區(qū)巖溶十分發(fā)育，形成穿庫區(qū)而過的巖溶管道，致使水庫修建至今無法正常蓄水，形成病庫。巖溶發(fā)育強(qiáng)度受巖性及其分布特征的影響、巖溶發(fā)育部位及延伸方向受地質(zhì)構(gòu)造的控制、巖溶發(fā)育受地下水排泄基準(zhǔn)面控制、巖溶發(fā)育具有一定的繼承性。

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