巖性—構(gòu)造系統(tǒng)對(duì)巖溶發(fā)育規(guī)律及控制作用研究

許漢華，劉文連，徐則民，陳積普，李建偉，李 賽，字貴春

(1. 中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051; 2. 昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093)

0 前 言

巖溶，即水對(duì)可溶性巖石(碳酸鹽巖、石膏、巖鹽等)進(jìn)行以化學(xué)溶蝕作用為主，流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等機(jī)械作用為輔的地質(zhì)作用，以及由這些作用所產(chǎn)生的現(xiàn)象的總稱。我國(guó)的巖溶分布很廣，是世界上巖溶分布最典型的國(guó)家，廣西、貴州和云南東部所占的巖溶面積最大，是世界上最大的巖溶區(qū)之一。在巖溶發(fā)育區(qū)有大量的機(jī)場(chǎng)、鐵路、地鐵、高速公路、市政、礦山等工程項(xiàng)目需要建設(shè)，巖溶地質(zhì)環(huán)境問題作為世界性難題，廣泛受到了國(guó)內(nèi)外地質(zhì)、環(huán)境、巖土等領(lǐng)域科學(xué)家的關(guān)注[1]。對(duì)巖溶發(fā)育規(guī)律及控制進(jìn)行系統(tǒng)綜合研究，具有極其重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)意義。同時(shí)也為促進(jìn)礦山合理開采治理、科學(xué)防災(zāi)減災(zāi)措施提供參考依據(jù)，對(duì)土地合理利用和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)提供重要的指導(dǎo)借鑒意義[2]。本文結(jié)合云南省昆明市大板橋鎮(zhèn)某工程對(duì)云南省昆明市大板橋鎮(zhèn)某工程巖性—構(gòu)造系統(tǒng)對(duì)巖溶發(fā)育規(guī)律及控制作用進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于昆明市大板橋鎮(zhèn)南西約1.4 km，研究場(chǎng)地位于入滇河道—寶象河河谷內(nèi)，河谷走向約45(°)，寬約1.4 km，地勢(shì)平坦，場(chǎng)地地面標(biāo)高1 945 m，研究區(qū)以不規(guī)則長(zhǎng)條狀呈北東—南西向沿寶象河右岸分布，長(zhǎng)約600 m、最大寬度170 m。

研究區(qū)位于滇池外圍的巖溶區(qū)內(nèi)，其外圍300 km2范圍內(nèi)的地面標(biāo)高在2 500 m以內(nèi)，地形坡度多在20(°)以內(nèi)。研究區(qū)屬低緯度亞熱帶—高原山地季風(fēng)氣候，日照長(zhǎng)；主要受印度洋西南暖濕氣流的影響，年平均氣溫15℃，年均降雨量1 035 mm，具有典型的溫帶氣候特點(diǎn)，溫度在0～29℃之間。寶象河全長(zhǎng)約25 km，流域總體呈北東向展布，研究區(qū)以上的匯水面積約182 km2，主要接受寶象河下泄水流和漕河的補(bǔ)給。

2 研究區(qū)構(gòu)造

研究區(qū)外圍的區(qū)域性大斷裂主要是普渡河斷裂和小江斷裂，研究區(qū)位于這兩條深大斷裂圍限的近南北向地塊之間，與兩者的垂向距離分別約為19 km和18 km(見圖1)。

小江斷裂帶最早在晚元古代就有活動(dòng)，二疊紀(jì)時(shí)表現(xiàn)為強(qiáng)烈的拉張，成為大規(guī)模基性巖漿噴發(fā)的通道，形成了二疊系峨眉山玄武巖；中生代時(shí)，曾經(jīng)歷強(qiáng)烈擠壓；喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)時(shí)，表現(xiàn)為張裂和左行走滑，一方面造成東、西兩地塊間的位移，同時(shí)沿?cái)嗔褞纬闪艘幌盗袛嘞莺?。滇東臺(tái)褶帶的地質(zhì)歷史及普渡河斷裂帶、小江斷裂帶的演化歷史清晰表明，研究區(qū)為大規(guī)模沉降帶的一部分，碳酸鹽巖發(fā)育大規(guī)模強(qiáng)烈(古)巖溶化的可能性相對(duì)較小；區(qū)內(nèi)斷陷盆地與巖溶高原(臺(tái)地)相間的地貌格局形成于喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)時(shí)期，更具體地說是始新世(E2)以后并一直演化至今。當(dāng)然，也有部分學(xué)者如姜朝松等[3-4]認(rèn)為昆明盆地形成于更晚的晚第三紀(jì)上新世中晚期，全盛于第四紀(jì)中更新世—晚更新世時(shí)期。

研究區(qū)的近場(chǎng)構(gòu)造主要是夾于普渡河斷裂和小江斷裂西支之間的北東向復(fù)背斜，這里稱其為尋甸—呈貢復(fù)背斜，研究區(qū)位于該背斜的南西端。尋甸—呈貢背斜形態(tài)總體完整，長(zhǎng)軸走向15(°)，長(zhǎng)約80 km、寬約40 km，核部由震旦系(Zb)、下古生界的寒武系(∈)、奧陶系(O)、志留系(S)及上古生界的泥盆系(D)和石炭系(C)構(gòu)成，翼部為二疊系(P)(下統(tǒng)的碳酸鹽巖和上統(tǒng)P2β)，包含了滇東臺(tái)褶帶蓋層的全部地層單位。背斜軸部發(fā)育一個(gè)長(zhǎng)約40 km、寬約15 km的向斜構(gòu)造，核部為侏羅系(J)，翼部由P組成。

研究區(qū)的近場(chǎng)斷裂構(gòu)造主要是白邑—橫沖斷裂，該斷裂斜切尋甸—呈貢背斜的南西側(cè)，從研究區(qū)下游約2.5 km處通過。白邑—橫沖斷裂走向5(°)，與普渡河和小江斷裂總體平行，應(yīng)屬前兩者的次級(jí)構(gòu)造。白邑—橫沖斷裂造成的地形突變明顯，北起嵩明白邑，向南經(jīng)舊關(guān)、銅牛寺水庫(kù)、果林水庫(kù)被第四系掩蓋后，推測(cè)繼續(xù)南延到大新冊(cè)村、柏枝營(yíng)一線，長(zhǎng)度大于100 km，為一區(qū)域上的深大斷裂。銅牛寺以北為北段，斷裂呈舒緩波狀延伸，連續(xù)性好，地貌上反映為一系列小河谷，第四系山間盆地。沿走向表現(xiàn)有眾多的斷層分支復(fù)合，在斷裂的上盤和下盤都發(fā)育一系列與主干斷裂平行的次級(jí)斷層，形成由數(shù)條次級(jí)斷層組成的較寬斷裂帶。斷裂產(chǎn)狀總體東傾，傾角變化較大，約40(°)～70(°)，北段由北向南傾角變緩，局部為30(°)，斷裂東盤地層均相對(duì)老于西盤，表明東支為東盤的上升盤，其性質(zhì)為左行平移—壓性逆斷層，構(gòu)造破碎帶寬推測(cè)5～20余米，以斷層角礫巖為主，是昆明盆地下更新世湖盆的東部邊界，為基底斷裂。該斷層附近，歷史上曾發(fā)生過5級(jí)左右的中強(qiáng)地震。結(jié)合地震活動(dòng)情況推斷，該斷裂活動(dòng)時(shí)代為中更新世，晚更新世以來活動(dòng)微弱，屬于中更新世活動(dòng)性斷裂。

3 研究區(qū)地層

研究區(qū)地層出露與分布具有以下特點(diǎn)：

1)以震旦系—石炭系(Z-C)為核部，以二疊系(P)為翼部的尋甸—呈貢復(fù)背斜的宏觀架構(gòu)是清晰的，尤其是不同地層單位之間(如Z-C與P)呈現(xiàn)的整合及假整合接觸表明區(qū)內(nèi)地臺(tái)蓋層在對(duì)區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)方面具有一定程度的一致性，所折射出的“沉降→褶皺回返”的地質(zhì)歷史脈絡(luò)是清晰的。這對(duì)于區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育是不利的。

2)在涵蓋研究區(qū)的1∶5萬大板橋幅地質(zhì)圖中，除了基底(昆陽(yáng)群)外，構(gòu)成滇東臺(tái)褶帶蓋層的全部地層單元都有出露，只是露頭面積不同而已，涉及9個(gè)系級(jí)、21個(gè)組級(jí)地層單位。這表明盡管區(qū)內(nèi)的構(gòu)造旋迴脈絡(luò)是簡(jiǎn)單清晰的(中元古代基底+古生代+新生代蓋層在燕山晚期回返)，但該區(qū)域的蓋層對(duì)不同期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(如燕山、喜山等)的響應(yīng)更為強(qiáng)烈，這應(yīng)該是被普渡河和小江兩大斷裂帶共同造成的結(jié)果。這種地質(zhì)歷史對(duì)于巖溶發(fā)育是有利的。

3)在研究區(qū)周邊范圍內(nèi)，缺失了志留系、奧陶系及寒武系雙龍?zhí)督M，總厚度約350 m，泥盆系?？诮M下段(D2h1)與寒武系陡坡寺組上段(∈2d2)直接接觸(前者推覆于后者之上)，表明地臺(tái)蓋層系統(tǒng)內(nèi)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)還是很強(qiáng)烈的。這對(duì)于區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育是有利的。

4)盡管震旦系—侏羅系(Z-J)是作為地臺(tái)蓋層同時(shí)于燕山晚期—喜山早期隆起的，但震旦系—石炭系(Z-C)地層的連續(xù)性要明顯差于二疊系(P)，表明同為蓋層的不同年齡的地層單位經(jīng)歷的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期次可能還是不同的，即緊鄰研究區(qū)的震旦系—石炭系(Z-C)，尤其是作為建筑地基的寒武系地層(∈)應(yīng)該經(jīng)歷了更多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。這對(duì)于研究區(qū)，尤其是地基的巖溶發(fā)育是有利的。

5)作為巖溶發(fā)育基礎(chǔ)的碳酸鹽巖，出現(xiàn)于二疊系、石炭系、泥盆系和寒武系4個(gè)系級(jí)單位，共有6個(gè)巖性地層單元，相鄰者合并，總厚度約1 100 m。出露范圍最廣的是三疊系下統(tǒng)陽(yáng)新組(P1y)，作為工程地基的是寒武系龍王廟組(∈1lS)白云巖和寒武系滄浪鋪組粉砂巖夾白云巖(∈1c)。

6)包含∈1lS的寒武系地層在研究區(qū)附近的連續(xù)性較差(斷裂發(fā)育)，為巖溶發(fā)育創(chuàng)造了有利的構(gòu)造條件。

4 巖溶發(fā)育影響因素

1)研究區(qū)外圍地質(zhì)調(diào)查表明，作為地基的龍王廟組白云巖巖溶化傾向低于灰?guī)r，研究區(qū)北側(cè)露頭雖然結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育，但結(jié)構(gòu)體相對(duì)致密，巖溶化程度總體較低。

2)研究區(qū)外圍地層呈緩傾狀背離滇池侵蝕基準(zhǔn)面產(chǎn)出，出露寬度小且夾持于陸源碎屑巖之間，大氣降水補(bǔ)給有限，不利于巖溶的發(fā)育。

3)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及工程勘察表明地基巖溶較為發(fā)育，高度巖溶化的現(xiàn)狀應(yīng)是D-P～Z-∈推覆構(gòu)造和寶象河斷裂綜合作用的結(jié)果。

4)推覆構(gòu)造造成地基巖體碎裂化，促使溶蝕—坍塌復(fù)合型溶洞快速發(fā)育。

5)寶象河斷裂不僅碎裂巖體，同時(shí)形成寶象河河谷、研究區(qū)上游匯水區(qū)和導(dǎo)水通道，為研究區(qū)地基巖溶提供強(qiáng)大的侵蝕動(dòng)力。

6)地基巖溶發(fā)育程度平面分布與場(chǎng)地巖性分布規(guī)律總體一致，局部受到構(gòu)造控制，巖溶化程度更高一些。

7)現(xiàn)今寶象河流域的地下水徑流應(yīng)受控于滇池侵蝕基準(zhǔn)面，研究區(qū)強(qiáng)巖溶化帶的主體下限標(biāo)高應(yīng)在1 900 m左右，大規(guī)模深部巖溶發(fā)育的可能性很小。

因此，研究區(qū)地基巖溶發(fā)育的主控因素應(yīng)為“巖性—構(gòu)造”，此外，始新世古氣候也是研究區(qū)巖溶發(fā)育的重要影響因素。

5 結(jié) 語(yǔ)

云南省國(guó)土總面積39.4萬km2，巖溶分布面積11.1萬km2，占全省面積的28.14%；全省轄8個(gè)地級(jí)市、8個(gè)自治州，共129個(gè)縣(市、區(qū))，其中119個(gè)縣有巖溶分布，且?guī)r溶面積占國(guó)土面積30%以上的巖溶縣(市、區(qū))共有65個(gè)，巖溶面積占國(guó)土面積50%以上的縣(市、區(qū))有32個(gè)，巖溶分布面積最廣的是蒙自縣和羅平縣，分別占國(guó)土面積的96.6%和85.10%。本文主要以云南省昆明市大板橋鎮(zhèn)某工程為例，研究成果主要結(jié)論如下：

1)研究區(qū)作為地基的龍王廟組白云巖巖溶化傾向低于灰?guī)r，巖溶化程度總體較低；

2)研究區(qū)地基巖溶發(fā)育程度平面分布與場(chǎng)地巖性分布規(guī)律總體一致，局部受到構(gòu)造控制，巖溶化程度更高一些；

3)研究區(qū)巖溶發(fā)育的主控因素應(yīng)為“巖性—構(gòu)造”；

4)始新世古氣候也是研究區(qū)巖溶發(fā)育的重要影響因素。