白云岩地区岩溶发育规律初探2

黔东南白云岩地区岩溶发育机制研究张良平，李爱国，宋斌长江岩土工程总公司（武汉）ZhangLiang-ping，LiAi-guo，SongBin（ChangjiangGeotechnicalEngineeringCorporation,Wuhan430010）【摘要】贵州碳酸盐类岩石分分布面积占全省80%左右，其厚度占地层总厚的50-70%。以石炭系和二迭系岩层岩溶发育最强。根据岩溶层组的岩性特点，出露面积，构造条件和岩溶发育程度，对岩溶发育强度进行分区，将全省划分为强烈发育，较强发育，中等发育及弱发育四个大区[1]（图0-1）。本文以下溪水库工程区岩溶研究为实例，来分析黔东南地区寒武系白云岩出露区岩溶发育机制。提出了影响Abstract:【关键词】白云岩风化剥蚀速率化学溶蚀速度岩溶发育机制岩溶发育强度Keywords:Dolomite，Rateofweatheringanddenudation，Chemicalcorrosionspeed，Karstdevelopmentmechanism，Karstdevelopmentintensity0、前言黔东南自治州位于贵州东南部，地处东经107°18′～109°35′，北纬25°19′～27°31′，东邻湖南省，南接广西，现辖16个县市，面积30302平方公里，水资源丰富，水能理论蕴藏量210万千瓦，可开发量约125.2万千瓦。位于黔东南镇远、凯里、三都一线以东地区，传统上划定为非岩溶区（V）[1]，区内极少或无岩溶地貌发育。随着境内社会经济发展，交通、旅游、中小型水电水利工程开发加快建设，对该区域的岩溶发育状况的研究也进一步加深，研究评价黔东南地区岩溶发育有着深远意义，对工程项目的实施也有着技术指导意义。紫云罗甸惠水镇宁关岭晴隆册亨望谟贞丰安龙兴义市兴仁盘县Ⅲ六枝普定六盘水市织金贵阳市安顺市荔波独山都匀市三都榕江从江丹寨凯里市剑河黎平龙里天柱镇远瓮安铜仁市松桃思南湄潭遵义市绥阳桐梓仁怀黔西金沙息烽习水赤水市道真沿河黔西赫章威宁4Ⅱ2Ⅱ3Ⅲ3ⅠⅣⅤ1Ⅲ5Ⅲ2Ⅲ1Ⅴ2岩溶强烈发育区岩溶较强烈发育区岩溶强烈发育区岩溶弱发育区非岩溶区分区代码分区界线亚区界线贵州省岩溶发育强度分区图ⅠⅡ1图0.1贵州省岩溶发育分区图（注：[1]摘自《贵州省水文地质志》）1黔东南区域地质背景1.1地层岩性黔东南地层发育齐全，自元古界至第四系均有出露（图1.1、表1.1）。上元古界（Pt3）地层大面积出露于三都—凯里—镇远—玉屏一线以东（江南区（Ⅲ）），主要是陆源碎岩为主，次为火山岩及火山碎屑岩，少量碳酸盐岩，大部分已变质为绿色。过渡区内少量分布。震旦系（Z）以海相碎屑沉积为主，过渡区内为粘土夹碳酸盐岩、中粗碎屑岩及细屑岩为主，江南区为炭质岩、硅质岩、杂砾岩为主。寒武系（∈）下统由碎屑岩组成，其余以海相碳酸盐沉积占优势。奥陶系（O）地层黔东南地区为台地边缘相，以碳酸盐岩为主，伴有碎屑沉积，江南区仅出露于三都一带，上统和中统大部分缺失，主要为斜坡相碳酸盐岩和碎屑岩。志留系（S）：属于凯里—三都分区，主要分布于施秉以南、黄平—麻江—都匀—山以东、台江—雷山—三都以西，地层发育不全，以壳相碎屑岩为主，夹少量碳酸盐岩，岩相分复杂，底部为底砾岩。泥盆系（D）：泥盆系地层全属扬子地层区凯里小区，为滨岸沉积，下统及中统大部为陆源碎屑岩，中统顶部及上统为白云岩。区内主要出露上泥盆系（D3）薄层灰岩、石炭系（C）：分布较少，仅出露于三都——都匀以北、福泉——台江以南地区及黎平以东大部，主要是暗色碳酸盐及硅质沉积。二叠系（P）：上统（P2）主要为碎屑岩和石灰岩，呈近南北向，砂页岩夹煤及燧石灰岩、玄武岩、灰岩夹页岩及薄煤层；下统（P1）主要为碳酸盐岩，以灰岩夹白云岩与砂页岩，岩相呈近东西向分布。主要分布于贵阳—都匀一带及黎平——天柱一带。三叠系（T）：以海相沉积为主，黔东南地区出露较少，以下三叠系（T1）灰岩及砂页岩、薄层灰岩及白云岩、砾屑灰岩、泥灰岩及页岩为主，分布于黎平—天柱一带小部区域。侏罗系（J）：为陆相红色岩系，地层发育不全，天柱一带仅出露中侏罗统（J2），以一套紫红色为主的石英长石砂岩夹粉砂质泥岩、粉砂岩。白垩系—第三系（K—E）：零星出露于黄平、台江、镇远、榕江小部地区，属山间断拗或断陷盆地沉积，上白垩系（K2）砖红色砾岩、含砾砂泥岩；K未分：含砂岩、石英砂岩夹泥岩；第三系：N含砂砾粘土岩夹褐煤E：褐红色砾岩、含砾砂泥岩夹煤线第四系（Q）：冲积砂、砾及冲洪积砂、粘土；冰碛泥砾。从江凯里市新晃玉屏岑巩石阡施秉黄平福泉市都匀市丹寨榕江黎平台江瓮安镇远锦屏三都水尾剑河余庆麻江∈O1O1K2O1SSSDPt3P1O1DO2DP1∈O1O1K2∈ZDDO1∈∈Pt3∈K2∈Z∈∈∈∈O1ZZZZZ∈∈ZZZJP1P1PP1P1PC2Z1C2PT1Z1K2O1O1O1O1K2ZP∈Pt3∈∈∈∈ZDO1O1S∈C1PDSP1DO1P1ZZO1ZZZPt3ZPt3ZPt3Pt3ZPt3∈ZOs∈∈ZZPt3Pt∈∈∈SQ1ZPt3SPSO1DDZZδ3δ3∈2179雷公山ZZZγZZZPCZZCCPSO1DCχ3δ3δ3δ3χ3χ3χ3ZO1ZZ∈∈∈CPt3Pt3Pt3Pt3Pt3∈Pt3C222γ22γ22β22μPt3K2Pt3Pt3Pt3ZO1SO1O1∈PPTTO1DSTP雷山Pt3Z∈C∈湖南广西Z∈Pt3Pt3Pt3`图1.1黔东南地质构造略图（根据贵州省1：150万地质图绘制）表1.1黔东南地区地层简表地层单位岩性描述地层单位岩性描述系统代号系统代号白垩系上统K2砖红色砾岩、含砾砂泥岩志留系中统S1-2中统为砂质页岩夹砂岩侏罗系上统J2泥岩、粉砂岩与长石石英砂岩互层下统S1砂质页岩夹薄层灰岩、生物灰岩三叠系中统T2白云岩、灰岩夹页岩，砾屑灰岩、藻灰岩、石英砂岩、粘土岩奥陶系下统O1灰岩、白云岩及砂页岩；砂页岩夹灰岩下统T1灰岩及砂页岩、薄层灰岩夹白云岩。灰岩、泥灰岩及页岩并层O中上统为页岩、炭质页岩、泥灰岩二叠系上统P2砂页岩夹煤及燧石灰岩、玄武岩：灰岩夹页岩及薄煤层寒武系上统∈3白云岩、灰岩及砾屑灰岩；泥灰岩、页岩及砾屑灰岩下统P1灰岩夹白云岩与砂页岩中统∈2白云岩夹砂岩；白云岩、灰岩夹砾屑灰岩；页岩夹灰岩石炭系上统C2灰岩及白云岩，上部砂页岩夹泥质灰岩下统∈1硅质岩、炭质页岩、砂页岩及灰岩下统C1下部为灰岩夹页岩及砂页岩夹煤或铝质岩，上部为灰岩、白云岩震旦系上统Z2隐藻白云岩、磷块岩：粘土岩夹白云岩及硅质岩泥盆系上统D3灰岩、白云岩，硅质岩夹灰岩下统Z1杂砾岩或砾石质泥岩、砂岩夹粘土岩，含锰质中统D2灰岩夹泥质灰岩及砂岩上元古界板溪群Pt31bx变余砂岩、砂质板岩、变余凝灰岩、绢云母板岩下统D1-2蟒山群石英砂岩夹砂质页岩1.2地质构造黔东南地区凯里—岑巩—玉屏—铜仁一线以西位于扬子准地台黔北台隆-遵义断拱-贵阳复杂构造变形区（Ⅰ1A3区），三都—凯里以西、凯里—贵定以南一带小部属黔南台隆贵定南北向构造变形区（Ⅰ21区）；三都—凯里——玉屏一线以东位于华南褶皱带（Ⅱ）。Ⅰ、Ⅱ两大区之间以施洞口断层为界，变形样式是渐变过渡的，与中、上寒武相变地带走向一致。Ⅰ1A3区（贵阳复杂构造变形区）出露地层主要为下古生界及前寒武系，褶皱舒缓开阔，枢纽波状起伏急剧，背斜高隆地段常呈穹窿状或短轴状，褶皱轴向主要为北北东，褶曲形态以舒缓开阔型为主，两翼对称，倾角一般只有10°～20°，主干褶曲跨幅多≥10km，长度＞40km。向斜多被走向断层破坏，背斜枢纽起伏急剧，高隆地段常为穹窿状。卷入地层主要为寒武系，背斜高隆地段有青白口系，个别出露梵净山群。黔东南Ⅰ21区（贵定南北向构造变形区）分布于东北部，以北东向构造及近东西的弧形构造为主，构造线方向近于北东并多有S形弧形弯曲。华南褶皱带（Ⅱ区），构造线方向主要为北东向，以长条脊状褶曲为主。褶皱主体为北东向长条脊状，两翼大多对称，倾角多10°～20°，少数10°或＞30°。单个皱曲跨幅5～10km，长度多＞40km。2黔东南地区岩溶发育特点三都—凯里—台江—镇远—玉屏一线以东主体属江南造山型褶皱带，地貌上以剥蚀中山、低山、丘陵为主，强切割的侵蚀中山主要分布于雷公山一带，出露地层以上元古界变质岩系为主，该线以西位于黔中丘原盆地边缘，以岩溶丘陵的开阔的溶蚀盆地为主，其次为峰丛谷地、洼地，其中台江—三穗—玉屏一线带状广泛分布寒武系、奥陶系碳酸盐岩类，地貌上以峰丛谷地主；玉屏—凯本一线东北部属低山丘陵区，地势西高东低、南高北低，山脊呈北北东向与构造走向一致，以岩溶低山、丘陵、洼地等岩溶地貌为主。岩溶多发育以灰岩、白云岩，白云岩组成的平缓褶皱的核部，岩溶形态有：溶洞、地表溶沟、溶槽及溶缝或溶蚀裂隙等。2.1白云岩地区岩溶类型溶洞、地表溶沟、溶槽及溶缝或溶蚀裂隙等。（1）溶洞：形态各异，规模大小不等，小者仅0.5m左右，大者呈走廊状，洞内无充填，洞壁干燥，见钟乳石及灰华沉积。该地区均有分布，如镇远县的青龙洞、岑巩县的雾龙洞、黄平的浪洞等(图2.1a）。（2）溶沟、溶槽：主要发育在两岸斜坡地带，其发育方向受裂隙控制，一般深1～3m，宽0.5～2.0m，局部与地下溶缝相连，深达4～5m，多数被碎石和粘土充填(图2.1b）。a溶洞b溶沟图2.1下溪水库坝址区岩溶类型照片（3）溶缝、溶蚀裂隙：主要沿陡裂隙面、缓倾角层面溶蚀，一般呈长、高数米，宽厘米级至数米的狭缝，地表多见无充填或充填粘土，或溶蚀风化呈白云砂状，局部延伸至地下溶洞；地层深部局部溶蚀，溶蚀范围及强烈程度有限，岩体层岩屑夹岩块状或岩块夹岩屑状(图2.2）。a溶缝b溶蚀裂隙图2.2下溪水库坝址左、右岸溶蚀裂隙典型照片（4）深部岩溶1）溶洞：通对已建、在建水利工程勘察资料统计分析，深部岩溶多受构造影响，沿结构面发育，埋藏多8～10m，充填碎石土等(图2.3）。图2.3下溪水库坝址区钻孔揭露溶洞岩芯典型照片（左为钻孔录像柱状图，右为钻孔录像展开图）2）层间破碎溶蚀缝层间破碎溶蚀缝多表现为水平方向，是岩溶地区地下暗河发育初期，通过对下溪水库钻孔岩芯及钻孔录像判译统计，层间破碎溶蚀缝共71个/16孔，左岸9个，河床42个，右岸20个。多为局部溶蚀，溶蚀范围及强烈程度有限，岩体呈岩屑夹岩块状或岩块夹岩屑状(图2.4）。图2.4坝址区钻孔揭露层间破碎溶蚀缝图（左为钻孔录像柱状图，右为钻孔录像展开图）2.2白云岩地区岩溶发育规律（1）分区性岩溶的分区性主要表现在平面分布的沿构造形迹分布的方向性、和对岩性的选择性两个方面。以对玉屏至岑巩境内暗河、溶洞、溶沟（槽）及深部溶蚀带的统计为例[7]（[7]贵州省玉屏—朱家场地区水资源分布图），溶洞均发育在细晶—中晶白云岩及灰岩分布地段，构造部位上选择了区域断层交汇处及褶皱的转折端处，地貌上分布于河谷的陡倾角裂隙发育密集的顺向坡一岸，而层间破碎溶蚀缝发育部位，则选择了有利于降雨入渗与地表水水位范围内。表2.1黔东南地区岩溶发育统计表位置岩溶类型说明构造部位暗河溶洞雷打坡（白水洞）2条出水型溶洞1个暗河相通，出露O1h、O1t桐梓组灰岩、白云岩，源头为白云岩，施洞口断层，三穗向斜西翼韭菜塘2条进水型溶洞2个，出水型溶洞1个，暗河相通，为鸭溪沟源头，地层为∈3q泥质、灰质白云岩盘山背斜核部转折端姚家冲一带4条进水型溶洞2个，出水型溶洞1个，暗河相通，暗河地层为∈3q组泥质、灰质白云岩下溪水库/地表、钻孔揭露溶洞21个，溶沟（槽）3个；层间溶蚀带71处地层为∈2s细—中晶白云岩小堡断层南侧，盘山背斜北翼黄平1个（浪洞）地层为∈1l细—中晶白云岩郎洞断裂镇远1个（青龙洞）地层为∈1l细—中晶白云岩镇远枢纽断层与瓮哨断层间；哨山向斜南端（2）垂直方向的多层性、衰减性以下溪水库岩溶垂直分布规律为例（图2.5)。揭露溶洞最低底界线高程为368.35m，最高顶界线高程为451.05；分布在高程378m以下的1个，378m～410m之间的共11个，410m～416m之间的共1个，416m以上的共8个；层间破碎溶蚀缝最低高程