水利水电工程岩溶勘察与处理
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1.4 岩溶发育的一般规律

1.4.1 选择性

选择性表现在岩性和地层两方面。对岩性的选择,总体说是碳酸钙含量越高,岩溶越发育。对地层的选择,在贵州强岩溶地层主要有:震旦系上统灯影组(Zbdn),寒武系下统清虚洞组(∈1q),奥陶系下统红花园组(O1h)、中统宝塔组(O2b),石炭系下统摆佐组上段(C1b2)、中统黄龙群(C2hn)、上统马平群(C3mp),二叠系下统栖霞组(P1q)、茅口组(P1m),三叠系下统夜郎组第二段(T1y2)、永宁镇组第一、第三段(T1yn1、T1yn3)、茅草铺组第一、第三、第四段(T1m1、T1m3、T1m4)、中统凉水井组(T2lj)、坡段组(T2p)、垄头组(T2l)等。

1.4.2 受控性

1.4.2.1 受隔水岩组控制

当隔水岩组或相对隔水岩组具有一定厚度,且呈缓倾状态分布时,可以阻止岩溶向深发育,隔水岩组成为溶蚀基准面,多有悬挂泉、飞泉形成[图1.4-1(a)]。当隔水岩组具有一定厚度,且与可溶岩陡倾接触时,一方面可以阻止岩溶水平方向向前发育;另一方面由于接触溶蚀,又可以加剧岩溶的发育,多形成接触泉[图1.4-1(b)]。当可溶岩为隔水岩组所覆盖时,河流接近切穿非隔水岩组或切割下伏可溶岩不深时,多形成承压泉[图1.4-1(c)]。当有多组隔水岩组与可溶性透水岩组相间分布时,岩溶发育多具成层性,且多发育在接触带附近,但总体上岩溶发育程度不会太强。

1.4.2.2 受褶曲构造控制

在贵州向斜多形成盆地,有利地表水的汇集;同时向斜属汇水构造,有利地下水的汇集。丰富的地表水和地下水有利岩溶发育。间互状可溶岩形成的向斜,还可促使岩溶向深发育[图1.4-2(a)],形成承压岩溶含水层。背斜多形成地形分水岭,不利地表水的汇集;同时背斜,特别是间互状可溶岩形成的背斜不利于地下水的汇集,因而岩溶发育相对弱。但是,当非可溶岩被剥蚀,背斜轴部的可溶岩出露后,则形成四周为非可溶岩包围的储水构造,也有利于岩溶的发育,在可溶岩与非可溶岩接触带多有泉水出露[图1.4-2(b)]。当可溶岩出露面积及接触泉与当地排泄基准面高差足够大时,接触泉还往往为温泉。

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图1.4-1 岩溶发育受隔水岩组控制

1—可溶岩;2—非可溶岩;3—悬挂泉;4—接触泉;5—承压泉

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图1.4-2 岩溶发育受褶皱构造控制

1—可溶岩;2—非可溶岩;3—岩溶泉;4—断层或裂隙

1.4.2.3 受断裂构造控制

导水断层、裂隙密集带有利于岩溶的发育,人们的认识几乎一致;阻水断层对岩溶发育的影响,人们的认识就大相径庭了。作者认为,阻水断层一方面可以阻止岩溶的发育;另一方面由于侧支断裂力学性质的改变及接触溶蚀作用的加强,又可加剧岩溶的发育。因此,阻水断层不是岩溶不发育,只是岩溶发育的部位不同而已,岩溶发主要发能在两侧(尤其是上盘)影响带内,断层带内一般岩不甚发育;在现场看到阻水断层也发育得有较多串珠状溶洞,多为两侧岩溶发育塌空后侵蚀的结果,且断层多分布在溶洞下方。

另外,断裂构造不仅控制岩溶发育的强弱,还控制岩溶发育的方向性。

1.4.2.4 受新构造运动及地壳上升速度变化控制

地壳上升速度快时,岩溶发育以垂直形态为主;地壳运动相对稳定时,岩溶发育则以水平形态为主。因此,随着地壳上升运动间歇性变化,岩溶分布具有成层性,且这种成层性与新构造运动形成的剥夷面、阶地面具有较好的对应性。

1.4.2.5 受气候控制

表现在我国北方的地表岩溶形态(如峰林、洼地等)不如南方发育;贵州峰林的相对高度不如广西。有人认为贵州峰林的高度不如广西是贵州峰林遭蚀余的结果。贵州地壳上升幅度比广西大,为何这种蚀余作用反而比广西强?是与岩性、岩层组合有关还是蚀余作用有关,值得商榷。

1.4.3 继承性

对应地壳上升运动的每一个轮回,都有垂直、季节变动、水平及深部渗流带岩溶的发育;同时,先一轮回发育的4个岩溶带,又为后一轮回岩溶发育提供了条件,或者说后一轮回岩溶往往是追踪先一轮回岩溶发育。这种追踪可以是叠加,也可以是改造,或两者兼而有之(图1.4-3)。

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图1.4-3 岩溶发育的继承性

1—垂直管道岩溶(入渗补给);2—水平管道岩溶(水平循环);3—网格状裂隙岩溶(深循环)

1.4.4 不均匀性

岩溶发育的选择性、受控性和继承性的结果是岩溶发育的不均匀性。因此可以说,不均匀性是岩溶发育的最大特点,是造成岩溶地下水系统性、孤立性、变迁性、悬托性、穿跨性等的前提条件。

另外,在河谷地带,岩溶发育常见有向岸边退移现象。当河谷两侧有明显的地下水位低槽带,或岩溶大泉分布时,两岸地下水的循环多受岩溶大泉或岸坡地下水位低槽带的控制,而河床部分地下水主要表现为与地表河水联系紧密的浅部循环,此种情况下,河床部位的岩溶发育呈现停滞现象,现有的岩溶现象主要为早期岩溶发育的结果,且除表层岩溶外,河床深部的溶洞多呈充填状态,地下水的渗流条件较浅部差。

1.4.5 深岩溶

现代地下水循环带以下存在的岩溶现象为深岩溶。其形成原因包括古岩溶、深循环构造型岩溶,或受区域排泄基准面控制发育的深部岩溶。