安順市平壩區(qū)某赤泥堆場(chǎng)擬建區(qū)巖溶發(fā)育特征研究

吉勤克補(bǔ)子，江 峰，高 峰

安順市平壩區(qū)某赤泥堆場(chǎng)擬建區(qū)巖溶發(fā)育特征研究

吉勤克補(bǔ)子，江 峰，高 峰

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局114地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000）

通過(guò)對(duì)安順市平壩區(qū)某赤泥堆場(chǎng)擬建區(qū)水文地質(zhì)勘察在庫(kù)區(qū)開(kāi)展的水文地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探等工作，基本查明擬建庫(kù)區(qū)巖溶發(fā)育特征、發(fā)育規(guī)律。擬建庫(kù)區(qū)0.072km2地表發(fā)育6個(gè)直徑0.3～5.0m落水洞；物探、鉆探揭露地下巖溶發(fā)育高程1268.14～1317.24m段，1308～1318m、1298～1308m巖溶占進(jìn)尺10.93%、25.62%。揭示巖溶發(fā)育特征，可作為進(jìn)一步研究赤泥堆場(chǎng)地下水污染滲流途徑、程度工作的基礎(chǔ)資料；亦可作為擬建庫(kù)區(qū)防滲和雨污分流等工程建設(shè)、運(yùn)營(yíng)后的污染預(yù)防的基礎(chǔ)資料。

赤泥堆場(chǎng)；巖溶特征；安順平壩

赤泥是氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的紅色褐紅色泥狀廢料，化學(xué)成分復(fù)雜，屬?gòu)?qiáng)堿性有害廢棄物（朱軍和蘭建凱，2018；景英仁等，2001；李小平，2007；任根寬，2007；姜怡嬌和寧平，2003；陳蓓和陳素英，2006；南相莉等，2009；趙連鋒等，2002；章飛亮和孫中科，2017；王忠波等，2019；Al-fares W et al. 2002；McGrath R J et al. 2002）。國(guó)內(nèi)外利用多種綜合物探方法及室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)可對(duì)喀斯特區(qū)地下巖溶發(fā)育特征和規(guī)律進(jìn)行較好地反映。安順市平壩區(qū)擬建區(qū)某赤泥堆場(chǎng)為典型的西南喀斯特巖溶區(qū)，其設(shè)計(jì)庫(kù)容為98.7萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)服務(wù)年限12.6年，設(shè)計(jì)采用干法堆存工藝。存在赤泥中強(qiáng)堿性廢物向地下滲透，造成地下水和土壤污染，嚴(yán)重威脅著周邊居民的飲水安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

1 研究區(qū)概況

1.1 氣象水文

1.1.1 氣象

工作區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)型季風(fēng)氣候，據(jù)平壩氣象站資料，年均氣溫14.1℃，極端最高氣溫34.1℃（1958年4月23日），極端最低氣溫-10℃（1977年2月9日），每年一月最冷平均氣溫4℃，七月最熱月均氣溫22.4℃，平均無(wú)霜期273天，最長(zhǎng)無(wú)霜期366天，最短為207天。冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，四季分明，降水充沛，全年無(wú)沙塵天氣，無(wú)臺(tái)風(fēng)影響紫外線輻射強(qiáng)度較低，氣候溫和。多年平均降水量1238.5mm，最大年降水量1831.4mm（2014年），最小年降水量874.6mm（2013年），降水量年內(nèi)分配不均勻。

1.1.2 水文

羊昌河是紅楓湖源頭河流中最大支流，烏江水系貓?zhí)右患?jí)支流，全長(zhǎng)80.3km，流域面為903.4km2；紅楓湖建于1958年，面積57.2km2，是貴陽(yáng)市最重要飲用水源之一。近年完成了紅楓湖飲用水源一級(jí)保護(hù)區(qū)核心區(qū)搬遷工作，修建3km圍墻實(shí)行水源一級(jí)保護(hù)區(qū)物理隔離。

1.2 地質(zhì)概況

出露地層巖性：第四系（Q）；三疊系邊陽(yáng)組（T2）灰黃、黃褐色中厚層至塊狀石英細(xì)砂巖夾泥巖；新苑組（T2）紫紅色、灰黃色泥巖夾砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r及紫紅色瘤狀灰?guī)r；羅樓組（T1-2）薄層灰?guī)r為主偶夾礫屑灰?guī)r，泥晶灰?guī)r。

研究區(qū)位于都勻南北向隔槽式褶皺區(qū)北西側(cè)邊緣，毗鄰織金穹隆構(gòu)造區(qū)。主要斷裂構(gòu)造為下小河斷層，走向45°，長(zhǎng)度8km。斷層面傾向南東，傾角50°，南東盤下降，斷距100m左右。

1.3 水文地質(zhì)特征

地勢(shì)南高北低、西高東低，地貌類型為峰叢溝谷、峰林谷地、峰叢洼地等，地形起伏小，高差50～150m。含水巖組以三疊系中統(tǒng)壟頭組（T2）碳酸鹽巖含水巖組及邊陽(yáng)組（T2）碎屑巖含水巖組為主。接受大氣降水入滲補(bǔ)給，受近南北向構(gòu)造及其橫張、縱張節(jié)理控制向東徑流，溝谷切割以下降泉分散排泄于溝谷，匯入羊昌河、紅楓湖。

圖2 研究區(qū)水文地質(zhì)圖

2 巖溶發(fā)育特征

2.1 地表巖溶

擬建庫(kù)區(qū)南東側(cè)為裸露型巖溶發(fā)育區(qū)，發(fā)育有洼地、落水洞等地表巖溶形態(tài)，未見(jiàn)土洞發(fā)育。庫(kù)區(qū)北西側(cè)初期壩及攔水壩上部為邊陽(yáng)組（T2）砂巖、泥巖等碎屑巖，下部為壟頭組（T2）碳酸鹽巖，為埋藏型巖溶發(fā)育區(qū)。地表巖溶調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 庫(kù)區(qū)巖溶個(gè)體發(fā)育調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

2.2 地下巖溶

2.2.1 巖溶發(fā)育情況

采用高密度電法和聯(lián)合剖面法在場(chǎng)區(qū)布設(shè)物探工作。在物探解譯高、低阻異常部位實(shí)施勘探鉆孔30個(gè)（圖3），有15個(gè)鉆孔揭露到地下溶洞發(fā)育。

布設(shè)6條高密度物探剖面，解譯、推測(cè)地下巖溶發(fā)育情況如下：

1-1′剖面：布設(shè)實(shí)施J2、J9勘探孔。J2勘探孔孔深50.5m，揭露壟頭組、新苑組灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，在17.6～19.1m、23.4～24.2m段，發(fā)育溶洞、溶隙高1.5m、0.8m，泥質(zhì)充填部分；J9孔孔深33.0m，巖性以新苑組灰?guī)r、泥灰?guī)r為主，在13.5～14.8m、17.4～21.1m處發(fā)育溶洞，揭露溶洞高1.3m、3.7m，無(wú)充填。

圖3 擬建庫(kù)區(qū)鉆孔布置圖

1.落水洞；2.揭露溶洞鉆孔；3.未揭露溶洞鉆孔；4.排洪井；5.地質(zhì)界線及地層代號(hào)；6.埋藏型巖溶區(qū)；7.裸露型巖溶區(qū)；8.回水池；9.庫(kù)區(qū)堆存邊界；10.庫(kù)區(qū)外圍截水渠；11.排洪管

在ρs等值線斷面圖（圖4）中可以看到，剖面240m位置有明顯高低阻界面，為邊陽(yáng)組與壟頭組地層界線位置；剖面300～540m位置淺表不連續(xù)低阻U形異常，推測(cè)為巖體破碎區(qū)；剖面225～380m位置有向深部貫穿低阻異常帶，同時(shí)在350m位置左右有聯(lián)合剖面正交點(diǎn)，推測(cè)為巖溶裂隙發(fā)育區(qū)。J9揭露封閉高阻驗(yàn)證為空洞，與400m處剖面深部封閉高阻對(duì)應(yīng)，推斷其亦為空洞，發(fā)育深度30～40m以下。

2-2′剖面：在ρs等值線斷面圖（圖5）中可以看到，在剖面243m位置有明顯高低阻界面，推測(cè)為邊陽(yáng)組與壟頭組地層界線。

J1孔孔深51.2m，鉆孔巖芯相對(duì)完整，上部為紫紅色瘤狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，下部為灰色灰?guī)r夾少量泥巖，無(wú)溶洞、大型裂隙等發(fā)育，結(jié)合鉆探揭露情況推斷J1上部揭露剖面258～340m封閉高阻圈為瘤狀灰?guī)r。

J10孔孔深30.9m，孔深6.5～8.5m、9.2～10.1m、10.4～11.3m、12.2～13.5m、14.7～15.8m、17.2～17.9m段為溶洞、溶隙（多無(wú)充填）高分別為1.7m、0.9m、0.9m、1.3m、1.1m、0.7m。由于J19、J20、J21、J22孔均有泥質(zhì)充填，更接近剖面線J21、J22情況，判斷向小號(hào)端不連續(xù)低阻為巖溶破碎帶。

圖4 物探1-1′線綜合剖面圖

圖5 物探2-2′線綜合剖面圖

2.2.2 巖溶發(fā)育特征

對(duì)J2和J10鉆孔進(jìn)行了巖溶圈邊工作。J2勘探孔巖溶圈邊結(jié)果顯示（圖6左），孔深17.60～19.10m揭露溶洞在J13孔有對(duì)應(yīng)，溶洞規(guī)模呈逐漸減小趨勢(shì)；孔深23.40～24.20m揭露溶洞僅在J14孔有對(duì)應(yīng)，規(guī)模相當(dāng)，表明J2孔巖溶發(fā)育呈北西向展布。J10號(hào)勘探孔巖溶圈邊結(jié)果顯示（圖6右），J14鉆孔區(qū)域淺部揭露溶洞（高程1303.60～1306.90m段），孔深6.80～10.10m揭露溶洞在四處圈邊孔處均有對(duì)應(yīng)。北東方向與J30鉆孔于1306.51～1300.41m高程揭露巖溶形成對(duì)應(yīng)，顯示明顯低阻特征；南西方向上J24、J26孔溶洞不發(fā)育，但低阻異常顯示相對(duì)應(yīng)；圈邊結(jié)果顯示J10號(hào)鉆孔中、下部揭露巖溶向J21-J22方向延伸發(fā)育，規(guī)模呈增大趨勢(shì)。

圖6 研究區(qū)J2和J10號(hào)巖溶圈邊柱狀圖

2.3 巖溶發(fā)育規(guī)律

2.3.1 巖溶發(fā)育層位

表2 庫(kù)區(qū)1278～1308m高程鉆探揭露巖溶分段統(tǒng)計(jì)表

場(chǎng)區(qū)地表出露三疊系中統(tǒng)壟頭組（T2）灰?guī)r，巖性較純，地表巖溶個(gè)體發(fā)育，由于該地層場(chǎng)區(qū)厚度較薄，鉆孔揭露地下溶洞、大型裂隙等發(fā)育于新苑組二段（T2x）紫紅色瘤狀灰?guī)r中。

2.3.2 地下巖溶發(fā)育高程

鉆孔揭露地下巖溶發(fā)育高程1268.14～1317.24m段，在1308～1318m 、1298～1308m高程區(qū)間（表2），揭露巖溶占鉆探總進(jìn)尺10.93%、25.62%，巖溶相對(duì)發(fā)育。

2.3.3 主巖溶發(fā)育帶

地表巖溶發(fā)育出露于壟頭組（T2）碳酸鹽巖地層中，受早期巖溶管道發(fā)育影響，場(chǎng)區(qū)地表巖溶發(fā)育多呈串珠狀分布，主巖溶發(fā)育帶為沿J3-J2-J26-J24-J10-J30一線。

通過(guò)勘探孔資料，對(duì)J3-J2-J26-J24-J10-J30一線進(jìn)行了剖面還原（圖7），該剖面線存在明顯巖溶管道，發(fā)育方向?yàn)槟蠔|-北西向。早期發(fā)育巖溶管道由NEE向SWW發(fā)育，地下水由NEE向SWW徑流，溶洞局部已出露地表。

圖7 J3-J2-J26-J24-J10-J30剖面示意圖

對(duì)K4-J23-J30剖面還原（圖8），溶洞埋深在12m內(nèi)，垂向上呈“多層狀”，高2.4～6.1m，坡度較緩，約為5°，見(jiàn)少量泥質(zhì)充填。

圖8 K4-J23-J30剖面示意圖

4 結(jié)論

（1）場(chǎng)區(qū)壟頭組（T2）地表巖溶個(gè)體發(fā)育于新苑組二段（T2x），差異溶蝕造成沿著接觸面而形成地下巖溶裂隙不斷擴(kuò)大而發(fā)育為溶洞；

（2）擬建庫(kù)區(qū)地下巖溶發(fā)育于1268.14～1317.24m段；1308～1318m、1298～1308m段，揭露巖溶占比10.93%、25.62%，相對(duì)其他段巖溶發(fā)育；

（3）擬建赤泥庫(kù)區(qū)地下巖溶管道發(fā)育方向?yàn)槟蠔|-北西向，在垂向上呈“多層狀”發(fā)育。

本文揭示巖溶發(fā)育特征，可作為進(jìn)一步研究赤泥堆場(chǎng)地下水污染滲流途徑、程度，為擬建庫(kù)區(qū)防滲和雨污分流等工程建設(shè)、運(yùn)營(yíng)后的污染預(yù)防的基礎(chǔ)資料。

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A Study of Karstification Development Characteristics of a Proposed Red Mud Storage Yard in Pingba District, Anshun City

Geochilmaru JIANG Feng GAO Feng

(The 114thGeological Party, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources, Zunyi, Guizhou 563000)

This study carries out hydrogeological survey, geophysical exploration and hydrogeological drilling in a red mud storage yard in Pingba District, Anshun City in order to find out karstification development characteristics. The proposed reservoir area covers about an area of 0.0722 km2where 6 sinkholes with a diameter of 0.3-5.0 m are developed. Underground karstification is developed in such as intervals with an elevation of 1268.14-1317.24 m, 1308-1318 m and 1298-1308 m. The results are of importance to the construction of anti-seepage and rainwater sewage diversion projects in the proposed reservoir area.

red mud storage yard; karstification; Pingba, Anshun, Guizhou

P642.25

A

1006-0995（2022）02-0241-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.02.011

2021-04-13

貴州省礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局地質(zhì)科研項(xiàng)目“貴州省礦泉水資源成礦機(jī)理與規(guī)律研究”（黔地礦科合[2018]24號(hào)）

吉勤克補(bǔ)子（1984— ），男，四川省冕寧人，高級(jí)工程師，碩士，長(zhǎng)期從事巖溶水文地質(zhì)工作

江峰（1991— ），男，四川資中縣人，工程師，從事水文地質(zhì)及地?zé)岬刭|(zhì)研究工作