廣州臨空經(jīng)濟示范區(qū)巖溶發(fā)育特征研究

黃少飛，賴相濡，胡云琴，鄺著華

(廣州市地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510440)

1 區(qū)域地質(zhì)背景

廣州臨空經(jīng)濟示范區(qū)位于廣花盆地中部，區(qū)內(nèi)大面積分布覆蓋型可溶性灰?guī)r(圖1)，對區(qū)內(nèi)工程建設尤其是地鐵建設有著重要影響[1]。前人對區(qū)內(nèi)巖溶研究做了大量工作[2～5]。區(qū)內(nèi)可溶巖具有以下兩點特征：平面上，可溶巖包括石蹬子組(C1s)、壺天組(C2ht)和棲霞組(P2q)，主要類型有灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖。以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r分布最廣。可溶巖整體沿北東-南西向呈帶狀分布，與構(gòu)造線大致相同；時代上分布從石炭系石磴子組(C1s)和壺天組(C2ht)到二疊系棲霞組(P2q)；縱向上，可溶巖均為連續(xù)厚層狀。石磴子組(C1s)分三段，均為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r等可溶巖連續(xù)分布，據(jù)深孔鉆探揭露，該組厚度175～330 m，平均厚度210 m。壺天組(C2ht)以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主連續(xù)分布，厚度大于167 m。這種連續(xù)厚層狀可溶巖溶蝕空間大，巖溶發(fā)育率高。

2 巖溶發(fā)育特征

2.1 平面分布

主要變現(xiàn)為溶洞發(fā)育，根據(jù)工作區(qū)1790個鉆孔統(tǒng)計，共有1245個鉆孔揭露可溶巖，可溶巖總進尺11467.34 m，其中有355個鉆孔揭露到溶洞，巖溶洞隙總長1153.7 m，總體見洞率為28.51%，總體線巖溶率為10.06%(表1)。

圖1 研究區(qū)基巖地質(zhì)

不同地層之間見洞率及線巖溶率有明顯差異，有558個鉆孔揭露石蹬子組，可溶巖累計進尺4306.43 m，其中有152個鉆孔揭露到溶洞，巖溶洞隙累計高度416.04 m，見洞率為27.24%，線巖溶率為9.66%；有485個鉆孔揭露壺天組，可溶巖累計進尺4067.1 m，其中有171個鉆孔揭露到溶洞，巖溶洞隙累計高度651.76 m，見洞率為35.26%，線巖溶率為16.03%；有202個鉆孔揭露棲霞組，可溶巖累計進尺3093.81 m，其中有32個鉆孔揭露到溶洞，巖溶洞隙累計高度85.9 m，見洞率為15.84%，線巖溶率為2.78%。

通過工作區(qū)見洞鉆孔分布，可以更清晰直觀地看出不同地層之間巖溶發(fā)育程度的差異。結(jié)合鉆孔資料，將見洞鉆孔投影到基巖地質(zhì)圖上，可見鉆孔主要集中在石蹬子組和壺天組地層中，棲霞組密度相對較低。由于可溶巖分布呈北北東向，受可溶巖平面分布的規(guī)律控制，巖溶跡線也呈北北東向展布。

2.2 垂向分布特征

根據(jù)工作區(qū)355個見洞鉆孔統(tǒng)計，共揭露溶洞480個，其中埋深在20～30 m之間共281個，占所有溶洞的58.5%(表2)。石蹬子組152個見洞鉆孔中，揭露208個溶洞，主要集中在20～30 m，占總體的56.7%；壺天組171個見洞鉆孔中，揭露231個溶洞，主要集中在20～30 m，占總體的64.1%；棲霞組32個見洞鉆孔中，揭露41個溶洞，主要集中在15～25 m，占總體的59.4%。

表2 巖溶發(fā)育埋深統(tǒng)計

將溶洞個數(shù)及埋深情況做成柱狀統(tǒng)計圖，得到溶洞埋深統(tǒng)計圖(圖2)；對揭露溶洞的鉆孔單獨進行分析，計算單個鉆孔不同埋深的巖溶率，得到埋深-巖溶率統(tǒng)計圖(圖3)。結(jié)合兩者對比發(fā)現(xiàn)，溶洞個數(shù)主要集中在20～30 m之間，峰值集中在埋深較小部位；巖溶率隨著深度增加而加大，峰值集中在埋深較大部位。上述現(xiàn)象說明埋深越淺，單個鉆孔揭露的溶洞越短，溶洞規(guī)模越小；埋深越深，單個鉆孔揭露的溶洞越長，溶洞規(guī)模越大。

3 巖溶發(fā)育的控制因素

工作區(qū)位于廣花盆地東部，巖性以灰?guī)r等可溶巖為主，地形較平坦，地勢開闊水力坡度小，區(qū)域地下水總體由北向南流，地下水流速緩慢，巖溶水的運移主要受構(gòu)造控制。因此，工作區(qū)巖溶發(fā)育的控制因素應包括巖性、地下水及構(gòu)造等。

3.1 巖性條件

可溶巖是巖溶發(fā)育的物質(zhì)基礎，是巖溶洞穴和塌陷形成的基本要素。結(jié)合鉆孔資料，對工作區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育情況進行統(tǒng)計(表1)，發(fā)現(xiàn)可溶巖見洞率、線巖溶率在不同地層之間存在明顯差異，如壺天組見洞率高達35.26%，而棲霞組見洞率為15.84%。將本次工作中收集到的見洞鉆孔投到工作區(qū)基巖地質(zhì)圖上，發(fā)現(xiàn)巖溶發(fā)育與地層巖性密切相關(guān)。

圖2 溶洞埋深統(tǒng)計

圖3 埋深-巖溶率統(tǒng)計

通過系統(tǒng)、等距、鉆孔數(shù)量充足的勘察工程，發(fā)現(xiàn)溶洞在石炭系壺天組內(nèi)最為發(fā)育，其次為石炭系石蹬子組，而在二疊系棲霞組中最不發(fā)育。

引起上述現(xiàn)象的主要原因是巖性差異。雖然同為可溶巖，但石磴子組第一、二、三段均為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r等可溶巖連續(xù)分布；壺天組以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主連續(xù)分布，厚度大于170 m，這種連續(xù)厚層狀可溶巖溶蝕空間大，巖溶發(fā)育率高。棲霞組為炭質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r與碎屑巖互層，灰?guī)r呈中薄層狀，故巖溶發(fā)育率低于前兩者。

綜上，巖性因素是本區(qū)控制巖溶發(fā)育的首要因素。

3.2 水文地質(zhì)條件

對鉆孔揭露的溶洞進行統(tǒng)計(表2)，發(fā)現(xiàn)巖溶分布具有明顯的分帶性，溶洞個數(shù)主要集中在20～30 m埋深范圍，占總數(shù)的58.5%。結(jié)合巖溶發(fā)育埋深統(tǒng)計圖(圖2)可以看出，不同地層巖溶埋深也存在一定的差異性。

對揭露溶洞的鉆孔單獨進行分析，發(fā)現(xiàn)單個鉆孔中巖溶率隨著深度增加而加大(圖3)，反映的是埋深越深，單個鉆孔揭露的溶洞越長，溶洞規(guī)模越大。

地下水的流動是造成這一現(xiàn)象的主要原因。地下水是巖溶發(fā)育的主要條件，其他因子的作用最終體現(xiàn)在水的作用上。在灰?guī)r面以下存在地下水強烈循環(huán)帶，巖溶最發(fā)育，以中、小型溶洞為主，亦有大型溶洞：①強烈循環(huán)帶上部巖溶以垂直方向為主，溶溝、溶槽、落水洞等巖溶形態(tài)最為發(fā)育，大型溶洞少見；②強烈循環(huán)帶下部以大中型溶洞為主，亦發(fā)育管道式巖溶通道。

3.3 構(gòu)造條件

構(gòu)造的主要作用，在于為不同地下水單元提供流通通道，一般在斷裂發(fā)育區(qū)域，巖溶普遍發(fā)育，溶洞在空間分布上存在一定的規(guī)律性，但根據(jù)工作區(qū)見洞鉆孔分布圖及地鐵九號線見洞鉆孔分布圖(局部)顯示，本次工作收集鉆孔并未顯示出巖溶與構(gòu)造的相關(guān)性，推測可能的原因有兩個：①鉆孔密度不夠；②本次統(tǒng)計均為工程孔，項目性質(zhì)決定鉆孔布設時均遠離區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造。

4 結(jié)論

本文研究以工作區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育情況為研究主題，對大量的工程地質(zhì)鉆探資料進行整理、分析，提取可利用的工作成果，結(jié)合工作區(qū)地質(zhì)、水文等方面資料，總結(jié)巖溶的空間展布特征，分析巖溶發(fā)育的控制性條件，得出以下主要結(jié)論。

可溶巖巖性是影響巖溶發(fā)育的主要因素，不同巖性間有較顯著差別，壺天組地層屬于巖溶強發(fā)育，石蹬子組及棲霞組地層屬于巖溶中等發(fā)育；地下水活動對巖溶發(fā)育層位有重要影響，受地下水淺部交替循環(huán)影響，溶洞主要發(fā)育在20～30 m埋深范圍，而隨著埋深增加，溶洞規(guī)模變大；構(gòu)造對巖溶發(fā)育影響不明顯；本次工作中發(fā)現(xiàn)在同一地層中，線巖溶率對比見洞率相對偏低，主要原因可能是鉆孔深度偏小，大部分鉆孔僅入巖3～4 m，入巖進尺偏少。