李 才，田清朝

（中鐵水利水電規(guī)劃設計集團有限公司，江西 南昌，330029）

0 前言

多年來，國內對在巖溶區(qū)建設水利工程開展了大量研究，取得了豐碩成果，如趙勇[1]、任愛武[2]等分析了山區(qū)分水嶺地帶及河谷斜坡地帶不同巖溶區(qū)水庫的滲漏原因，提出了與水庫蓄水相關聯的巖溶發(fā)育的獨特性以及控制因素等分析成果；呂超[3]、楊元麗[4]、余凱[5]等在地質調查及勘探的基礎上應用綜合物探技術分析了工程區(qū)巖溶發(fā)育特征。

贛東北地區(qū)巖溶較發(fā)育[6]，部分水利樞紐工程關鍵建筑物坐落于灰?guī)r上，易于產生巖溶塌陷及滲漏問題，直接影響到水利樞紐工程的穩(wěn)定和效益。本文的研究對象玉田水庫位于江西省景德鎮(zhèn)市湘湖鎮(zhèn)，其溢洪道興建于石炭系上統(tǒng)船山組灰?guī)r的巖溶發(fā)育區(qū)，為保證水庫長期發(fā)揮效益，需要對溢洪道場址巖溶發(fā)育特征進行研究，以求證巖溶治理的必要性或有效治理方法。因此迫切需要開展溢洪道建設區(qū)巖溶發(fā)育特征研究。

1 工程地質概況

1.1 區(qū)域地質概況

研究區(qū)內地質構造復雜，褶皺斷層發(fā)育，新老地層錯位。本區(qū)基底地層為中元古界雙橋山群第五組上段千枚狀板巖，蓋層二疊系下統(tǒng)（P1q、P1x、C2-P1c）灰?guī)r?？辈觳槊?，基底地層覆蓋于蓋層之上；二疊系下統(tǒng)灰?guī)r又覆蓋三疊系夾煤線粉砂巖層之上，地層均倒轉，說明地質構造作用強烈。此外，研究區(qū)內石灰?guī)r體中發(fā)育有溶洞，巖溶水分布于溶洞、溶隙中，水文地質條件較復雜。

1.2 溢洪道場址地質概況

溢洪道區(qū)處于溶蝕洼地形成的天然埡囗，覆蓋層較厚，植被良好，褶皺斷層及巖溶發(fā)育，巖溶泉露頭極少。

溢洪道區(qū)表層分布有第四系中更新統(tǒng)坡積礫質粘土，揭露層厚0.0～14.9m，為良好鋪蓋層。下伏基巖為石炭系黃龍組、船山組和二疊系棲霞組可溶巖，發(fā)育溶洞，溶洞無充填，或半充填，或滿充填，充填物為礫質粘土等。經勘察成果綜合分析，溢洪道左岸發(fā)育F3斷層（如圖1），為壓性逆斷層，產狀為 N60～70°E/SE∠25°，順斷層發(fā)育溶洞，該斷層走向與溢洪道流向夾角很小，傾角較緩，且傾向溢洪道之外。溢洪道區(qū)地下水類型主要有巖溶水和孔隙潛水，富水性不同部位差異很大，向水庫或溢洪道下游低地排泄；溶洞充填的礫質粘土多為弱透水性，局部中等透水性。

圖1 L1剖面高密度電阻率反演及地質綜合解釋

2 綜合勘察技術應用

本文在巖溶區(qū)地質測繪的基礎上，利用綜合物探技術（高密度電法及淺層地震放射波法）并輔以鉆探驗證等手段基本查明了研究區(qū)的巖溶發(fā)育特征。

2.1 地球物理條件

研究區(qū)基巖主要為灰?guī)r，覆蓋土層為人工填土、粉質粘土、卵石、淤泥、細砂、礫質粘性土等組成，基巖呈高阻特征，覆蓋土層呈低阻特征，兩者的電性存在明顯的差異。場地具備較好的開展高密度電法及淺層地震反射波法勘探工作的物理前提條件。

2.2 綜合勘察解釋成果

通過高密度電法及淺層地震放射波法，結合鉆探地質資料解釋，如圖1，推演溢洪道附近有39處溶洞發(fā)育區(qū)（編號 R1～R39），如圖2。

圖2 工程勘察平面圖

物探推斷有F2、F3斷層，呈北東走向，沿斷層帶有溶洞發(fā)育。

從物探推斷巖溶分布的位置分析，研究區(qū)溶洞較發(fā)育，場地巖溶主要發(fā)育區(qū)分布于南部，北部呈星點狀分布，中部少量分布。北部有一個巖溶發(fā)育帶YR1，主要沿可溶巖與非可溶巖斷層接觸帶（F2）發(fā)育，總體呈西南走向，其東北部發(fā)育有塌陷洞及溶洞，西南部發(fā)育有出露泉，巖溶水流向西南。中部有三個巖溶發(fā)育帶YR2、YR3、YR4，總體呈東西走向，其中 YR2 發(fā)育帶內溶洞高度為11.7～13.9m，溶洞底高程為52.3到30.8m（黃海高程，下同）；YR3發(fā)育帶內溶洞高度為10.1～13.7m，溶洞底高程為56.2到32.7m；YR4發(fā)育帶溶洞高度為9.4～13.5m，溶洞底高程為50.6到28.4m；巖溶水均流向東，入庫區(qū)。南部為巖溶主要發(fā)育區(qū)，有4個巖溶發(fā)育帶YR5、YR6、YR7、YR8，其中YR5總體呈南東走向，發(fā)育帶內溶洞高度為4.6～14.3m，溶洞底高程為54.6m到27.8m，巖溶水流向南東，在溢洪道上游入庫區(qū)；YR6總體呈南北轉南東走向，發(fā)育帶溶洞高度為5.5～12.2m，溶洞底高程為50.1m到32.3m，巖溶水流向南東，在溢洪道上游入庫區(qū)；YR7位于斷層F3下盤，呈南東走向，發(fā)育帶溶洞高度為5.9～26.1m，溶洞底高程為46.2m到24.8m，巖溶水流向南西，沿F3斷層向溢洪道下游排泄；YR8總體呈南北轉東西，再轉南北走向，發(fā)育帶溶洞高度為7.6～15.6m，溶洞底高程為43.4m到32.0m，巖溶水流向西轉北，在溢洪道上游入庫區(qū)；南部溶洞發(fā)育最低底高程為24.8m，位于YR7發(fā)育帶。

從溶洞底高程與溶洞發(fā)育帶走向分析，北部巖溶發(fā)育帶YR1，屬斷層型溶洞帶，其溶蝕深度受侵蝕基準面控制；中部巖溶發(fā)育帶YR2、YR3、YR4，屬壓扭性節(jié)理型溶洞帶，其溶蝕深度受節(jié)理開度控制；南部巖溶發(fā)育帶 YR5、YR6、YR7、YR8，屬斷層與縱張節(jié)理復合型溶洞帶，其溶蝕深度受侵蝕基準面和節(jié)理開度控制。即溶洞的發(fā)育程度和規(guī)模與斷層構造有密切聯系，本區(qū)的溶洞基本上是沿斷層和節(jié)理發(fā)育，且具有越臨近斷層，規(guī)模越大，底高程越低的特點。

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3 巖溶發(fā)育特征分析

為查明溢洪道區(qū)巖溶問題，根據地質測繪、鉆探、物探、水文地質試驗等成果，分析了巖溶類型、巖溶與巖層的關系、巖溶與地質構造的關系、溶洞充填與充填物情況、巖溶系統(tǒng)及其組合關系等。

3.1 巖溶類型

溢洪道區(qū)巖溶類型主要有巖溶出露泉、塌落洞、溶溝、溶槽、溶隙和溶洞 6種類型。

3.2 巖溶與巖層的關系

根據出露的和探明的巖溶均分布在石炭系黃龍組、船山組和二疊系棲霞組分布區(qū)淺部，因二疊系小江邊組為透鏡狀微晶灰?guī)r夾炭質頁巖，炭質頁巖為非可溶巖，其存在在一定程度上限制了微晶灰?guī)r巖溶的發(fā)育，因此在該巖層中未勘察到明顯的巖溶。研究區(qū)的巖溶侵蝕基準面大致會在南河流入昌江的匯合口的水面高程，該高程與探測最低溶洞底高程相近。

3.3 巖溶與地質構造和地勢的關系

灰?guī)r及炭質灰?guī)r為結構緊密且滲透性極小的巖石，其溶蝕條件是地下水在巖體表面及層面節(jié)理和其他斷裂等導水結構面中的運移和物理化學作用。溢洪道區(qū)的主干壓性斷層、層面節(jié)理和橫張節(jié)理為北東向，縱張節(jié)理為北西向，X型節(jié)理為北北東向和北西西向，一般情形是壓性斷層、層面節(jié)理、橫張節(jié)理、縱張節(jié)理為巖溶的優(yōu)先發(fā)育結構面，或相互追蹤發(fā)育。溢洪道區(qū)可溶巖分布于F2、F3斷層之間，且呈北東向展布，在溢洪道上游的北東側約700m處可溶巖分布終止，向下游呈帶狀延伸到景德鎮(zhèn)市區(qū)以遠。由此判斷本區(qū)的巖溶系統(tǒng)是總體呈南西流向，基本與近代南河流向一致。

3.4 巖溶系統(tǒng)及其組合關系

巖溶系統(tǒng)的形成與導水構造和地下水流向相關。本研究區(qū)內，經統(tǒng)計，由鉆探和物探探測的溶溝溶槽有12處，巖溶發(fā)育底高程在36.8～50.6m之間，底高程在40～50m間的占92%；探測溶洞有30處，底高程在22.5～57.8m之間，底高程在20～30m間的占11%，底高程在30～40m間的占52%，底高程在40～50m間的占19%，底高程在50～60m間的占18%。據此并結合上述分析，本區(qū)巖溶發(fā)育的侵蝕基準面大約在高程22m；本區(qū)的淺部巖溶系統(tǒng)以溶溝、溶槽和溶隙為主，少數溶洞，一般沿縱張節(jié)理呈北西向展布，溶洞底高程一般在42～52m之間；深部巖溶系統(tǒng)以溶洞和溶隙為主，一般沿層面節(jié)理和斷層呈南西流向，且與近代南河流向基本一致，溶洞底高程一般在28～35m之間。揭露的巖溶基本低于水庫正常蓄水位。

3.5 巖溶系統(tǒng)與巖溶滲漏問題

經分析，溢洪道區(qū)的巖溶滲漏與巖溶發(fā)育通道流向、高程、充填度、充填物滲透性及水庫庫盆與巖溶之間的天然粘土防滲鋪蓋有效厚度及其滲透性有關。按《水利水電工程地質勘察規(guī)范》（GB50487-2008）推薦的粘性土流土臨界水力比降公式Jcr=（Gs-1）（1-n），依據天然粘土防滲鋪蓋6組室內土工試驗指標，計算得到其臨界水力比降平均值為 0.863，基于土體壓縮系數較低，凝聚力較高，流土大部無臨空面，僅在局部的無充填和半充填的溶洞才有臨空面的條件，宜取安全系數1.45，則天然防滲鋪蓋粘土允許水力比降為 0.60。由于粘土產生流土破壞主要是土塊隆起、膨脹、浮動、斷裂等，按水力比降公式 J=H/S，當 J=0.6時，每米水深需1.67m粘土鋪蓋厚度則可滿足鋪蓋的滲透穩(wěn)定要求。各鉆孔部位的天然鋪蓋厚度詳見表1；從物探資料分析，溢洪道區(qū)總粘土鋪蓋厚度（含已有人工鋪蓋）基本能滿足有效厚度要求。

表1 各鉆孔和探井處水深與天然覆蓋層厚度滿足性計算表m

綜上所述，溢洪道區(qū)巖溶系統(tǒng)具備水庫滲漏的地質條件，但粘土鋪蓋（天然粘土鋪蓋加已有人工鋪蓋）厚度基本滿足淺層滲透穩(wěn)定要求。

4 結語

（1）本文對玉田水庫溢洪道建設區(qū)應用地質測繪、高密度電法物探、淺層地震反射波法、鉆探等多種手段，研究表明溢洪道附近有39處溶洞發(fā)育區(qū)，巖溶類型主要有巖溶出露泉、塌落洞、溶溝、溶槽、溶隙和溶洞6種類型

（2）本區(qū)的淺部巖溶系統(tǒng)一般沿縱張節(jié)理呈北西向和東西向展布，深部巖溶系統(tǒng)一般沿層面節(jié)理和斷層呈南西流向，且與近代南河流向基本一致，揭露的巖溶現象均低于水庫擴建正常蓄水位。

（3）溢洪道區(qū)巖溶系統(tǒng)具備水庫滲漏的地質條件，但水庫庫盆粘土鋪蓋厚度基本滿足淺層滲透穩(wěn)定要求。