雙同釗 王中美 劉兵

摘 要：貴州西部茅口組石灰?guī)r地層廣泛分布，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈。通過收集資料、野外地質(zhì)調(diào)查、試驗(yàn)和鉆探等手段，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對(duì)貴州西部茅口組巖溶發(fā)育特征進(jìn)行了分析與探討。分析結(jié)果表明巖溶發(fā)育在平面上和垂向上都具有不均勻性。平面上呈現(xiàn)研究區(qū)中部的六盤水區(qū)域巖溶發(fā)育十分強(qiáng)烈，西部的威寧地區(qū)發(fā)育相對(duì)較弱的規(guī)律;垂向上呈現(xiàn)隨著茅口組灰?guī)r埋深的增大，巖溶發(fā)育程度先增強(qiáng)后減弱的規(guī)律。該研究結(jié)果對(duì)今后貴州西部巖溶區(qū)重大工程建設(shè)、巖溶災(zāi)害的治理及巖溶地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)具有一定的指導(dǎo)作用和參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：茅口組;巖溶;發(fā)育特征;貴州西部

中圖分類號(hào)：P642.25?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

貴州西部地處貴州一級(jí)高原面，分布著廣大的茅口組地層，巖溶發(fā)育、構(gòu)造復(fù)雜、地形切割強(qiáng)烈，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。加強(qiáng)公路與高速鐵路網(wǎng)建設(shè)成為促進(jìn)該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一種有效途徑。在巖溶山區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，需要克服最大的難題就是巖溶工程地質(zhì)問題，因而對(duì)巖溶發(fā)育情況的研究對(duì)工程具有指導(dǎo)性意義。

前人對(duì)貴州茅口期巖溶進(jìn)行了較多的研究：王明章[1]劃分了貴州茅口期的古地貌，依據(jù)地貌特征分析巖溶發(fā)育規(guī)律;李源航[2]研究了覆蓋層對(duì)茅口組古巖溶發(fā)育的影響，認(rèn)為上覆巖性類型影響著巖溶的持續(xù)發(fā)育;陳萍[3]對(duì)研究區(qū)巖溶帶的供水水文地質(zhì)進(jìn)行了研究，認(rèn)為古巖溶普遍存在于茅口組頂部且富水性和滲透性存在不均勻性;張勇[4]研究了貴州花秋二礦茅口組巖溶發(fā)育規(guī)律;羊文等[5]對(duì)貴州水銀洞茅口組巖溶發(fā)育特點(diǎn)進(jìn)行了分析。上述研究多是針對(duì)某一工程中茅口組巖溶發(fā)育對(duì)其的影響，或只是對(duì)茅口組中的古巖溶發(fā)育特點(diǎn)進(jìn)行分析，而針對(duì)貴州西部茅口組巖溶發(fā)育特征進(jìn)行專項(xiàng)分析的研究相對(duì)較少。實(shí)際工程中經(jīng)常遇到各種各樣的巖溶工程地質(zhì)問題，解決該類問題就需要準(zhǔn)確掌握該地區(qū)的巖溶發(fā)育特征，故本文對(duì)此進(jìn)行研究，是對(duì)前人研究的補(bǔ)充，具有一定的借鑒價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

本文的“貴州西部”是指以六盤水為中心，安順的東部、畢節(jié)的南部地區(qū)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，以繼承性間歇隆升為主，并伴有掀斜運(yùn)動(dòng)和斷裂活動(dòng)，由于地殼的間歇性抬升使得西部一級(jí)剝夷面抬升至2 700～2 900 m，并出現(xiàn)階梯狀多級(jí)剝夷面[6]。區(qū)內(nèi)地層從震旦系燈影組至第四系均有出露，其中以石炭系、二疊系和三疊系出露的地層為主。二疊系茅口組灰?guī)r層厚大、巖性純，地層中巖溶極為發(fā)育，地下水十分豐富。在這些地質(zhì)條件的綜合影響下，造成本區(qū)域格局錯(cuò)綜復(fù)雜，巖溶水文地質(zhì)和工程地質(zhì)問題十分突出。

研究區(qū)海拔在1 800～2 900 m，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。區(qū)內(nèi)山高坡陡、地形復(fù)雜、河谷深切，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑[7]，其獨(dú)特的氣候條件促進(jìn)了區(qū)內(nèi)巖溶的發(fā)育。區(qū)內(nèi)主要存在兩大地貌類型，一是以流水作用為主導(dǎo)的剝蝕-侵蝕地貌，二是以巖溶作用為主的巖溶地貌[6]。區(qū)內(nèi)河流眾多且河網(wǎng)密布，大于10 km的河流有188條，河網(wǎng)密度0.173 km/km2，大氣降水為地表徑流的主要來源。年降雨量在789～1 500 mm，86%集中在5—10月，歷年大到暴雨日為8～15 d，日最大降水量為935～206.9 mm，受冷暖氣流交替作用的影響，降水時(shí)空分布極不均勻。

2 巖溶發(fā)育特征

通過對(duì)野外地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)范圍內(nèi)茅口組的巖溶發(fā)育形態(tài)各異，有巖溶漏斗、豎井、溶洞、落水洞、溶蝕洼地、地下暗河等。受到氣候、地質(zhì)構(gòu)造、植被、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、巖層厚度及其組合方式等多種因素的控制，使得茅口組石灰?guī)r地層巖溶發(fā)育強(qiáng)烈且空間分布極不均勻，同時(shí)具有系統(tǒng)性和方向性。

2.1 水平方向巖溶發(fā)育特征

對(duì)野外鉆探的91個(gè)鉆孔資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，部分鉆孔數(shù)據(jù)見表1。從表1可知， 80%以上的鉆孔揭露了不同的巖溶發(fā)育形態(tài)，主要為溶洞和溶蝕裂隙。根據(jù)《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[8]，對(duì)巖體裂隙發(fā)育程度進(jìn)行了劃分（表2），繪制了節(jié)理裂隙發(fā)育餅狀圖（圖1）和節(jié)理裂隙發(fā)育程度與巖溶發(fā)育折線圖（圖2）。從圖1可以看出，這一區(qū)域39%范圍內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，48%范圍內(nèi)節(jié)理裂隙較發(fā)育。從圖2可以看出，溶洞數(shù)量隨著節(jié)理裂隙的發(fā)育程度的增強(qiáng)而增多。

茅口組的灰?guī)r受不均勻溶蝕和地下滲流等因素影響，水平方向上的巖溶發(fā)育極不均勻。以六盤水為中心的中部茅口組巖溶發(fā)育相對(duì)強(qiáng)烈，西部的威寧地區(qū)發(fā)育相對(duì)較弱，其他區(qū)域的溶蝕現(xiàn)象在宏觀上無明顯規(guī)律。總的來說：研究區(qū)中部區(qū)域巖溶發(fā)育程度強(qiáng)烈，個(gè)體巖溶現(xiàn)象廣布，其他區(qū)域巖溶發(fā)育程度相對(duì)較弱，個(gè)體巖溶現(xiàn)象較為少見;同一地段和相同水文條件下的不同構(gòu)造部位、不同地貌類型的區(qū)域的巖溶發(fā)育程度不同。

2.2 垂向巖溶發(fā)育特征

在對(duì)鉆孔資料統(tǒng)計(jì)分析過程中發(fā)現(xiàn)，91個(gè)鉆孔中，茅口組地層中遇到2個(gè)以上溶洞的鉆孔有18個(gè)，溶洞間的間隔較小，最小埋深1.5 m，最大埋深37.0 m。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，研究區(qū)不同埋深的溶洞發(fā)育數(shù)量見圖3。

從圖3可以看出：圖形呈倒V字型，區(qū)內(nèi)溶洞主要發(fā)育在>5～10 m和>10～15 m深度范圍內(nèi)，分別占總?cè)芏吹?5%、29%，>30～35 m和>35～40 m范圍

內(nèi)發(fā)育的溶洞1個(gè)，數(shù)量少，說明溶蝕作用弱。溶洞的個(gè)數(shù)隨著地層埋深的增加先增后減少，說明受巖溶水滲流垂直分帶、地下水水位下降和巖溶發(fā)育的繼承性等因素的影響，茅口組的巖溶發(fā)育隨深度的增加先增強(qiáng)后減弱，整體上呈線性相關(guān)關(guān)系。

小型溶洞的垂直高度0～2 m，中型溶洞的垂直高度>2～5 m，大型溶洞的垂直高度大于5 m。通過分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：區(qū)內(nèi)溶洞的最小高度0.2 m，最大高度達(dá)10.3 m，其中，小型溶洞84個(gè)，中型溶洞25個(gè)，兩者占總數(shù)的96.5%，以中小型溶洞為主（圖4）。溶洞頂板厚度大多數(shù)處于0～6 m，溶洞個(gè)數(shù)隨頂板厚度增加呈指數(shù)型遞減的趨勢(shì)（圖5）。巖溶發(fā)育巖層主要以中風(fēng)化、較破碎狀態(tài)為主（圖6）。溶洞主要發(fā)育在兩段高程范圍內(nèi)，一段處于>1 780～1 830 m，占32.7%，另一段處于>1 830～1 880 m，占37.2%（圖7）。

3 影響因素分析

3.1 巖性成分對(duì)巖溶發(fā)育的影響

巖性成分對(duì)巖溶發(fā)育的影響主要表現(xiàn)在巖石的成分和結(jié)構(gòu)上。方解石和白云石是構(gòu)成碳酸鹽巖主要的礦物成分，方解石的主要成分為CaCO3，白云石的主要成分為CaCO3、MgCO3。根據(jù)研究區(qū)71個(gè)巖樣做化學(xué)成分的分析，茅口組石灰?guī)r地層的CaO的平均含量為51.14%，MgO的平均含量為1.79%，CaO和MgO的比值為28.57[9]。CaO和MgO比值越大，方解石的含量越高，石灰?guī)r就越純，溶蝕性就越強(qiáng)。

茅口組灰?guī)r粒屑含量高，巖溶作用強(qiáng)。研究區(qū)茅口組灰?guī)r多為泥晶、亮晶、淀晶結(jié)構(gòu)。地下水在巖石中滲流時(shí)，接觸面積大，溶解度就大，巖石易于溶蝕，使得該區(qū)茅口組灰?guī)r巖溶強(qiáng)烈發(fā)育。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巖溶發(fā)育的影響

在東吳運(yùn)動(dòng)的不均衡強(qiáng)烈抬升作用下，大范圍的海退使得貴州全境結(jié)束茅口組海相沉積，剛沉積不久的茅口組灰?guī)r露出海面，暴露在地表。在溫和潮濕的氣候下，茅口組灰?guī)r遭受大氣淡水淋濾和溶蝕。在威寧、水城、六枝至紫云一線，分布了一條寬大的北西向褶、斷帶，主要是由古生代至中生代地層組成的一系列平行長(zhǎng)條狀不對(duì)稱褶皺，并伴隨著大量斷裂構(gòu)造[10]。這些褶皺和斷裂使巖石的透水性增強(qiáng)，就會(huì)成為巖溶優(yōu)先發(fā)育的通道，使得巖溶得到較好的發(fā)育。貴州新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)從晚第三紀(jì)以來，貴州地殼經(jīng)歷了3次較大的抬升，分別是早、晚第三紀(jì)之間的喜山運(yùn)動(dòng)、上新世末的翁哨運(yùn)動(dòng)和早更新世末的烏羅運(yùn)動(dòng)[11]。第三紀(jì)所發(fā)生的喜山運(yùn)動(dòng)是晚元古代以來波及面最廣的造山運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)奠定了現(xiàn)代褶皺的構(gòu)造格局，并在其后期，褶皺逐漸進(jìn)入定型階段。貴州的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，從東往西大面積的間歇性上升，使得地表河流產(chǎn)生溯源侵蝕，導(dǎo)致地表水和地下水系的演變，進(jìn)一步推進(jìn)巖溶發(fā)育的迅速演化，使得巖溶發(fā)育具有向深性和疊加性的特征[6]。

4 結(jié)論

影響巖溶發(fā)育的因素是相互作用的，使得研究區(qū)的巖溶發(fā)育復(fù)雜、不均勻。

（1）在平面上，巖溶發(fā)育極不均勻，以六盤水為中心的中部茅口組巖溶發(fā)育十分強(qiáng)烈，西部威寧地區(qū)發(fā)育相對(duì)較弱，其他地段的巖溶發(fā)育程度無明顯規(guī)律?？偟膩碚f，研究區(qū)中部區(qū)域巖溶化程度高，個(gè)體巖溶現(xiàn)象也發(fā)育強(qiáng)烈，其他區(qū)域巖溶化程度較弱，個(gè)體巖溶現(xiàn)象也相對(duì)較弱;在同一區(qū)域的溶蝕現(xiàn)象比例不同。

（2）在垂向上，茅口組灰?guī)r巖溶發(fā)育也不均勻，隨著茅口組灰?guī)r埋深的增大，巖溶發(fā)育程度先增強(qiáng)后減弱。且主要發(fā)育在兩段高程范圍，一段處于>1 780～1 830 m，占32.7%，另一段處于>1 830～1 880 m，占37.2%。

本次研究未能分析研究區(qū)巖溶的發(fā)育期次，在接下來的研究中可以通過野外采取巖樣并結(jié)合相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)該區(qū)巖溶發(fā)育期次做進(jìn)一步的研究，確保工程實(shí)踐安全和有效地進(jìn)行。

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（責(zé)任編輯：周曉南）

Discussion on Karst Development Characteristics of

Maokou Formation in Western Guizhou

SHUANG Tongzhao， WANG Zhongmei*， LIU Bing

（College of Resources and Environmental Engineering， Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract：

The limestone strata of Maokou formation in western Guizhou are widely distributed with strong karst development. The characteristics of karst development in the Maokou formation in western Guizhou were analyzed and discussed by means of data collection， field geological investigation， test and drilling and so on. The results show that the karst development is not uniform in both plane and vertical direction， and the karst development is very strong in the middle area of Liupanshui area， and relatively weak in the west of Weining region. Along with the increase of the depth of limestone burial in Maokou formation， the degree of karst development first increases and then decreases in vertical direction. The results of this study have some guidance and reference value for the construction of major projects in karst area of western Guizhou， the treatment of karst disasters and the protection of karst geological environment in the future.

Key words：

Maokou formation; karst; developmental characteristics; western Guizhou

收稿日期：2019-10-18

基金項(xiàng)目：貴州省科技計(jì)劃聯(lián)合基金資助項(xiàng)目（黔科合LH字[2017]7284號(hào)）; 貴州大學(xué)新苗培養(yǎng)及創(chuàng)新探索資助專項(xiàng)（黔科合平臺(tái)人才[2017]5788號(hào)）

作者簡(jiǎn)介：雙同釗（1996-），男，在讀碩士，研究方向：巖溶水文地質(zhì)與工程地質(zhì)，Email：454779764@qq.com.

通訊作者：王中美，Email：891342472@qq.com.