肖昌林 粟梅 蘇雙鳳 周瑜 田金燕 張小艷

摘 要：水是自然界不可缺少的一部分，許多反應(yīng)過程都少不了水。水擁有多種形式，其中，地表水和地下水對(duì)巖溶地貌的形成都產(chǎn)生作用。當(dāng)?shù)叵滤c巖石發(fā)生作用、溶蝕部分巖石后，隨著時(shí)間的推移，巖溶洞穴會(huì)逐漸形成，因而洞穴是一種非常重要的地下巖溶現(xiàn)象。本文從水文條件、地質(zhì)條件等方面對(duì)六盤水市巖溶發(fā)育特征和規(guī)律進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，六盤水獨(dú)特的條件適宜巖溶發(fā)育，各種條件下有各種規(guī)律。

關(guān)鍵詞：巖溶;發(fā)育特征;規(guī)律

中圖分類號(hào)：P642.25文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）23-0156-03

Abstract： Water is an indispensable part of nature， and water is indispensable for many reaction processes. Water has many forms， among which surface water and groundwater have an effect on the formation of karst landforms. When groundwater interacts with rocks and dissolves some rocks， karst caves will gradually form over time， so caves are a very important underground karst phenomenon. This paper analyzed the characteristics and laws of karst development in Liupanshui City from the aspects of hydrological and geological conditions. The results show that the unique conditions of Liupanshui are suitable for karst development， and there are various laws under various conditions.

Keywords： karst;developmental characteristics;law

喀斯特地貌在我國又稱為巖溶，是指可溶性巖層（石灰?guī)r、白云巖、硫酸鹽類巖石、鹵化物類巖石）分布地區(qū)[1]。巖溶地貌的形成必不可少的就是可溶巖。我國碳酸鹽巖分布面積有91萬km2，其主要分布于中國西南地區(qū)，而貴州大部分地區(qū)都屬于巖溶地區(qū)。經(jīng)過水的地質(zhì)作用，這些區(qū)域形成壯觀的巖溶景觀，如洞隙、溶洞、石林等。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國西南地區(qū)迅速崛起，面臨相當(dāng)多的工程建設(shè)，也有更高的工程要求。因發(fā)展需要，工程建設(shè)規(guī)模很大，巨大的工程坐落于巖溶地區(qū)，因此了解巖溶發(fā)育特征和規(guī)律有著實(shí)際的工程意義，對(duì)以后巖溶地區(qū)的工程建設(shè)有著借鑒意義。

1 巖溶的發(fā)育條件

1.1 水文條件

六盤水市地處于長(zhǎng)江流域和珠江流域。六盤水有三條重要河流：烏江、北盤江、南盤江。六盤水的北方是烏江流域，烏江流域面積廣，包括六盤水大部分地區(qū);北盤江大致位于六盤水中部，自西向東貫穿六盤水腹地;南盤江位于六盤水南部。六盤水境內(nèi)總長(zhǎng)度超過10 km或匯水面積超過20 km2的河流有71條，其中烏江水系有14條，珠江水系有57條，河網(wǎng)密度達(dá)到0.167 km/km2[2]。六盤水河流眾多，流域面積廣闊，為巖溶發(fā)育提供了良好的水文條件。六盤水境內(nèi)除了有多條干流，還存在季節(jié)性河流，源流較短，旱季常斷流。巖溶發(fā)育離不開水，水具備必然的侵蝕性，地質(zhì)構(gòu)造斷層、裂隙和節(jié)理為水的活動(dòng)供給了通道。同時(shí)，巖溶發(fā)育應(yīng)具有一定的氣候、地形、土壤等自然地理?xiàng)l件。

根據(jù)巖溶動(dòng)力系統(tǒng)理論，水是巖溶形成的物質(zhì)基礎(chǔ)[3]。水對(duì)巖溶發(fā)育的重要性體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是水的溶蝕性;二是水的流動(dòng)性。溶蝕性是水對(duì)巖石溶解的多少，而流動(dòng)性是指水的流動(dòng)強(qiáng)度和速度，包括水的流量大小、流速等。水在巖溶發(fā)育過程中的兩個(gè)作用分別是水作為CO2載體的化學(xué)作用和水本身的機(jī)械能作用。水作為CO2載體的化學(xué)作用主要體現(xiàn)在CO2的三相變化上?？諝庵械腃O2參與水巖反應(yīng)，溶蝕碳酸鹽巖，轉(zhuǎn)化為水中的HCO3-，形成各種各樣的巖溶形態(tài);而當(dāng)水中HCO3-達(dá)到飽和，CO2脫氣作用使其以碳酸鈣沉淀，形成各種不同的巖溶形態(tài)。水在巖溶發(fā)育過程中的第二個(gè)作用是巖溶水在運(yùn)動(dòng)過程中本身的機(jī)械能作用。巖溶水運(yùn)動(dòng)過程中，各種作用力在復(fù)雜的水（洞）道影響下彼此相互轉(zhuǎn)化。例如，沖蝕力的變化不僅取決于巖溶水的流速，還取決于水所攜帶的機(jī)械能、勢(shì)能和熱能。六盤水屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，降水豐富，植被發(fā)育較好，而且光照條件好，土壤中植被呼吸作用強(qiáng)烈，也會(huì)產(chǎn)生更多的CO2氣體，CO2溶解在水中會(huì)形成碳酸，那么水就具有溶解碳酸鹽的能力，有利于巖溶的發(fā)育。六盤水夏季降水較多，這時(shí)水的流動(dòng)性和流量明顯提升，加速了巖溶發(fā)育。

1.2 地質(zhì)條件

1.2.1 巖性。巖石是在各種地質(zhì)作用下，按一定方式結(jié)合而成的礦物或巖石碎屑集合體，是構(gòu)成地殼及巖石圈的物質(zhì)單元[4]。在自然環(huán)境下，有些特殊巖石主要由一種礦物構(gòu)成，但自然環(huán)境下常見的巖石由多種礦物構(gòu)成。巖溶能否能形成和發(fā)育，與所在區(qū)域有無可溶性巖石密切聯(lián)系，其含量也有所影響?？扇軒r主要有碳酸鹽巖和蒸發(fā)巖（包括各類硫酸鹽巖和鹵化物巖類）[5]，這些巖石能夠與CO2、水結(jié)合發(fā)生溶蝕，進(jìn)而發(fā)育成各種巖溶形態(tài)。在水溶液和溫度一定的情況下，影響巖石溶解量的主要因素為巖石組分，影響巖石物理破壞的主要因素是巖石結(jié)構(gòu)，它決定了巖石的力學(xué)性質(zhì)，因此巖石的物理破壞量與巖石的力學(xué)性質(zhì)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[6]。

巖溶發(fā)育過程中存在化學(xué)溶解和物理破壞，它們作用的時(shí)期存在差異。初期以化學(xué)作用為主，早期兩者兼有，中、晚期則以物理破壞作用為主。化學(xué)溶解往往是漸變過程，而物理破壞往往是突變過程。一次瞬間的崩塌就可勝過數(shù)千年化學(xué)作用的結(jié)果，由此看來，巖石的結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)是影響巖溶發(fā)育的重要因素。

六盤水存在的碳酸鹽巖類型有純碳酸鹽灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r和不純碳酸鹽巖，它們各具特色。不同的碳酸鹽巖巖性組合及碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖的組合對(duì)巖溶發(fā)育有重要影響。不同巖性的巖石組合在一起，巖溶發(fā)育程度也是不同的。例如，東崗嶺組和桂林組是以白云巖為主與灰?guī)r的組合，巖溶發(fā)育強(qiáng)度中等;桂林組和東村組為純灰?guī)r的組合，巖溶發(fā)育程度強(qiáng)烈;英塘組和堯云嶺組，灰?guī)r中常含燧石條帶或結(jié)核，且在中段夾有硅質(zhì)巖、泥巖，巖溶發(fā)育較弱[7]。六盤水主要分布的是白云石和石灰?guī)r，其巖溶發(fā)育強(qiáng)度較為強(qiáng)烈，巖溶發(fā)育就表現(xiàn)得非常明顯。六盤水及周邊地區(qū)巖溶主要類型如圖1所示。

巖溶形成時(shí)會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如式（1）所示，此反應(yīng)式為可逆反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)物足夠多時(shí)，反應(yīng)向正向移動(dòng)特別明顯。六盤水存在大量含有CaCO3的巖石，這為六盤水巖溶發(fā)育提供了根本保障。六盤水大多屬于碳酸鹽巖地區(qū)，其CaCO3含量非常高，能加速巖溶的形成。碳酸鹽巖直接暴露在外表，能夠直接進(jìn)行反應(yīng)，巖溶現(xiàn)象更為明顯。六盤水河流流經(jīng)碳酸鹽巖時(shí)，巖溶發(fā)育非常明顯。

1.2.2 構(gòu)造因素。斷層、裂隙及褶皺軸部破碎帶改變了地下水的徑流條件，使巖溶水流形成后就受到一定邊界條件的約束，水動(dòng)力作用加強(qiáng)[8]。如圖2所示，六盤水?dāng)鄬虞^多，威寧-六盤水一線斷裂明顯，走向基本與威寧-六盤水線平行。資料顯示，巖溶發(fā)育于斷層附近，斷層集中于交叉地段，其原因是受拉斷層及影響區(qū)巖體裂隙發(fā)育，且多為張開裂隙，有利于溶蝕發(fā)育。褶皺對(duì)巖溶發(fā)育影響較大，在褶皺軸部、轉(zhuǎn)折端變形大，構(gòu)造應(yīng)力集中，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體變形破碎，易于形成集中的地下水徑流通道，巖溶發(fā)育較強(qiáng)[7]。六盤水處于亞歐板塊與印度洋板塊交接處附近，其褶皺發(fā)育相當(dāng)強(qiáng)烈，為當(dāng)?shù)貛r溶發(fā)育提供了充足褶皺條件。六盤水地貌具有褶皺寬緩、垂向節(jié)理發(fā)育、層裂與垂向節(jié)理相結(jié)合的特點(diǎn)，易受大氣降水的滲透，同時(shí)使水具有足夠的層裂溶解時(shí)間，所以層狀溶洞非常發(fā)育。

2 巖溶發(fā)育規(guī)律

在碳酸鹽巖中，灰?guī)r的巖溶發(fā)育比白云石等過渡類型強(qiáng)[9]。疊系以厚層狀灰?guī)r為主;奧陶系以白云質(zhì)灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、龜裂灰?guī)r等過渡類型為主，包括頁巖、粉砂巖等。寒武系以中厚層白云巖為主，含泥質(zhì)白云巖和硅質(zhì)白云巖。研究發(fā)現(xiàn)，六盤水巖溶地貌分布密度以二疊紀(jì)最大，奧陶系和寒武系最低。

構(gòu)造帶巖溶發(fā)育規(guī)模大，深度大，斷層中發(fā)育強(qiáng)烈。巖溶形態(tài)沿著優(yōu)勢(shì)裂隙方向及地層、巖性分界線發(fā)育[9]。巖溶凹陷和漏斗長(zhǎng)軸的走向有規(guī)律，與六盤水主要斷裂方向和地層走向大概一致。

3 結(jié)論

本文通過分析六盤水水文條件、地質(zhì)條件等，得出如下結(jié)論。純灰?guī)r地域巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，白云巖等多種成分組成的灰?guī)r相對(duì)較弱。在巖溶發(fā)育區(qū)，其機(jī)制和巖性控制主要沿機(jī)制方向、優(yōu)勢(shì)斷層標(biāo)志和巖性界線發(fā)育。河流流經(jīng)碳酸鹽巖地區(qū)時(shí)巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，主要與河流的流量、流速和碳酸鹽巖暴露程度有關(guān)。地層以灰?guī)r為主，巖溶中～強(qiáng)等發(fā)育，部分區(qū)域發(fā)育溶洞。因?yàn)閹r體破裂，溶洞頂板穩(wěn)定性相對(duì)較差。由于基巖裂隙發(fā)育，溶洞有運(yùn)輸和儲(chǔ)存細(xì)顆粒的通道和空間，當(dāng)土方開挖和地表水滲透增加時(shí)，溶洞可能發(fā)育，甚至造成坍塌。

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