南京仙林大学城地区岩溶成因浅析

徐泽友 凌国华 凌红杰

南京仙林大学城地区岩溶成因浅析

徐泽友 凌国华 凌红杰

结合南京仙林大学城地区岩溶地质,介绍了仙林地区的构造背景,从岩石的可溶性、地质构造和水的溶蚀作用等方面对该地区岩溶的发育机理作了初步探讨,并简要分析了该地区岩溶的稳定性,对该地区岩土地基工程具有指导意义。

岩溶,成因,稳定性

南京仙林大学城地处宁镇反射弧的西翼,北邻长江大断裂。地层属扬子分区的宁镇地层小区,地层发育不全,断裂构造十分发育。

钻探揭示,仙林大学城地区隐伏三叠中统薛家村组灰岩岩溶,普遍发育,钻孔溶洞可见率为 24%,部分孔含数个溶洞,呈串珠状。溶洞大小悬殊,形态不一。

1 自然地理概况

仙林大学城位于风景秀丽的紫金山东麓,灵山北侧,为断块剥蚀低山丘陵,属宁镇山脉的一部分。海拔高度低,地势上总体为东高西低,高程在 10 m～60m之间。低山盘曲,自然风景独特。地貌类型多样,山峦交错分布,是低山丘陵较集中的区域。受两侧山体限制,总体上表现为山间洼地特征,有利于地表径流的汇集。

该区域属温暖湿润季风气候,四季分明,年平均气温 15.3℃,年平均降雨量 1 026mm。

2 地质环境背景

2.1 履盖层特征

仙林地区属下扬子地层分区的宁镇地层小区,其地层主要有古生界二叠、三叠系,中生界侏罗系和新生界第四系。该地区第四系松散堆积层主要由冲积、坡积粉质粘土及粉质粘土夹碎石组成。除近山体范围为残坡积单一结构的粉质粘土外,大部分地带为粉质粘土(部分含粉土或粘土)和粉质粘土夹碎石的双层结构,覆盖在栖霞灰岩及象山砂岩之上。粉质粘土一般为可塑 ～软塑,深层为硬塑,中等压缩性,不具膨胀性,水理性差,遇水易散化失稳。

2.2 地质构造

仙林地区的地质构造系宁镇褶皱带的次一级构造,为幕府山复背斜和钟山大向斜的一部分,属宁镇山脉中带构造。该向斜北翼可抵达栖霞山、龙潭一带,南翼可抵达青龙山、九华山一带。大向斜的轴线由西段的北东向向东延伸转为北东东向。

该地区的断裂带主要为东西向长江断裂带中的南断裂,西起浦镇东门镇,经新生圩、栖霞山至龙潭,延伸至镇江。该断裂经栖霞山、龙潭等地的背斜轴部,致使北盘大幅度跌落而陷入长江,燕山期沿断裂线有火山喷发及花岗闪长岩的侵入(龙潭东)。本断裂对长江该段的流向和沿江地貌有明显的控制作用。

2.3 地下水及其补、排条件

地下水的运动对岩溶的形成和发育具有重要影响,地下水的动力特征又与人为活动密不可分。

据地质资料记载,数十年前,仙林地区群山上众多泉眼依然泉水汩汩,桃花涧水常年不断,表明当时裂隙岩溶水水位较高,在地区内有一定的承压性。新中国成立后,随着我国经济的不断发展,矿山采掘不断加深,地下水疏干日趋强烈,导致泉眼干涸、涧水断流,岩溶水位大幅度下降。到 20世纪 80年代初期,矿山开采至 -175m水平,景区内岩溶地下水水位埋深在 16m～31m左右(一般已在基岩面以下 8m～15m);至 90年代末期,水位埋深更是普遍超过 30m。本次勘察于 2010年秋冬干旱季节,最大孔深 47m(高程 -22m),未见地下水。

裂隙岩溶水主要接受大气降水补给,水位动态随季节变化明显。暴雨后水位迅速抬升,干旱季节逐渐下降,水位波动剧烈。据 80年代监测资料,年变幅超过 40m。

3 岩溶成因分析

3.1 岩溶发育状况

根据勘察揭示,溶洞分布在位置上有一定规律,密集分布于洼地与丘岗交界处;深度无规律,深部、浅部不同位置均有分布,大部钻孔揭露的溶洞呈串珠状。埋深在 1.7m～26.9m左右,溶洞高度0.3m～5.3m,岩溶率约为3.6%,岩溶普遍发育。溶洞中全充填可塑或硬塑的粉质粘土,夹少量碎石及全风化物,充填率高达 80%,呈现出开口溶洞发育的特征(见图 1)。

3.2 岩层因素

岩石的可溶性是岩溶发育最基本的条件,从对仙林地区的勘察情况来看,区内赋存的碳酸盐岩多为灰岩和白云质灰岩,岩石中方解石脉发育,溶蚀孔洞内含有方解石晶族。岩石呈微粒镶嵌结构或珊瑚生物结构,钙质胶结,主要矿物成分为方解石,白云石,可溶成分占 85%以上,构成岩溶产生的物质基础。

勘察揭露的石灰岩为灰黄色,层状结构,裂隙发育,岩芯呈短、长柱状,部分地段经溶蚀呈蜂窝状。岩石饱和单轴抗压强度标准值为 37.7MPa,岩石采芯率约 70%,属较破碎较硬岩,岩体基本质量等级为Ⅳ级。层顶埋深 0.5m～36.7m,未揭穿。溶洞顶板岩样的平均值、标准值比完整基岩试验指标值略低(见表1),系因岩石中含被溶蚀的小孔(见图 2),降低了剪切面有效面积所致。虽强度降低,但降低程度有限,仍接近较硬岩水平(29.3MPa)。

表1 完整基岩与溶洞顶板岩石强度比较表 MPa

当基岩被岩溶水侵蚀后,局部产生孔洞(见图 3),反过来又加剧了水的流动,使岩溶得以加快发育。

3.3 构造因素

区域内东西向存在断裂构造,断层两盘为可溶岩接触,岩性脆,在相互挤压下岩体破裂,形成构造破碎带,节理、裂隙发育,给地下水的渗透提供了通道,增加了下部岩层地下水补给来源,提高了下部岩层富水性,增强了下部岩层的溶蚀能力。可见,该地区断裂的存在是溶洞发育的重要条件。

3.4 水的溶蚀性

水对碳酸盐类岩石的溶蚀主要取决于岩溶水中二氧化碳的含量,而二氧化碳主要来源于大气、土壤有机质的分解和矿物风化。仙林地区植被深厚,矿藏丰富,在长达亿年的地质构造运动中,植被不断被翻入地下,发生腐化分解;深层的矿藏则逐渐上升至地表,不断发生化学风化,产生二氧化碳,溶于地表水中下渗。

4 岩溶稳定性

据勘察查明,拟建场地内基岩为厚层灰岩,无软弱夹层,岩层间层面胶结好。地质构造无褶皱,断层不发育,无临空面不稳定切割体。钻探无漏浆、掉钻现象,洞内不漏水,洞内无暗河通过。洞底较平坦,填充物中仅含少量碎石。勘察期间未见地下水。以上条件有利于岩溶保持稳定不再发育。根据相关资料,当岩溶溶洞被密实的沉积物填满且无被水冲蚀的可能时,可不考虑岩溶稳定性的不利影响。

5 结语

南京仙林大学城地区岩溶普遍发育,其形成条件与岩层,构造和溶蚀性水存在等因素有关。近年来由于地下水持续下降,对地表岩层的侵蚀减弱,岩溶基本保持稳定,不再发育。

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Analysis of reasons for karst rocks in Xian lin University City of Nan jing

XU Ze-you LING Guo-hua LING Hong-jie

By combining with the karst geology of Xianlin University City of Nan jing,the paper introduces the component background of Xian lin area,undertakes the primary exploration for the developingmechanism of the karst rocks of this area from the soluble of rocks,the geological components and water corrosion,and has the brief analysis of the stability of the karst rocks of the area,so as tohave the direction significance for the rock foundation projects of the area.

karst rock,reasons,stability

TU45

A

1009-6825(2011)03-0053-03

2010-10-12

徐泽友(1975-),男,工程师,南京南大岩土工程技术有限公司,江苏南京 210024

凌国华(1963-),男,高级工程师,南京南大岩土工程技术有限公司,江苏 南京 210024

凌红杰(1971-),男,工程师,南京南大岩土工程技术有限公司,江苏南京 210024