阿岗水库岩溶发育规律分析

张晓东，徐世光,2，巴俊杰，张 兵

(1.昆明理工大学,云南昆明 650093；2.云南地矿勘查工程总公司(集团)，云南昆明 650041)



阿岗水库岩溶发育规律分析

张晓东1，徐世光1,2，巴俊杰1，张 兵1

(1.昆明理工大学,云南昆明 650093；2.云南地矿勘查工程总公司(集团)，云南昆明 650041)

摘要以曲靖市阿岗水库为背景，分析了岩溶地区岩溶分布，结合钻探、物探及连通实验等手段，论述了岩溶地区岩溶的发育规律。坝址区以碳酸盐岩为主，区内岩溶发育，断裂构造十分发育，工程地质条件复杂，通过对多年勘察资料的分析，结合区域岩溶发育情况，着重论述坝址区的岩溶发育规律。

关键词岩溶；断裂带；特征；阿岗水库

曲靖市阿岗水库位于云南省东部曲靖市罗平县境内，拟建的曲靖市阿岗水库位于公路阴私线旁，阴私线与324国道相接，东至曲靖、昆明，西至师宗、罗平至贵阳，交通十分便利。具体位置如图1所示。拟建的曲靖市阿岗水库位于九龙河上游篆长河之上。篆长河流域呈北偏东至南偏西向的长轴椭圆形，南北长约54 km，东西宽约35 km。流域地势总体上是北西面高，南东面低。水库区地表出露地层主要为二叠统栖霞茅口组(P1q、P1m)，岩性为厚层状灰岩、白云岩为主，夹少量的碎屑岩，特点是碳酸盐岩层厚、质纯，几乎无碎屑岩阻隔，多溶洞泉或暗河岩溶极为发育，以水平岩溶发育为主，岩溶发育产生了大量的溶洞及溶蚀裂隙。

图1　交通位置Fig.1　Traffic position

罗平地区历经多期的地壳运动，岩溶的发育经过了一个漫长的时代。岩溶发育的不同特征、强弱、深度及相互间的关系、分布规律都反映了不同时期的气候、古地理、地质构造特点，以及地下水在不同水文地质条件下的补给、逸流、排泄等特征[1]。研究其发育规律性对于水库汇水区地表水与地下水的补给转换关系，地下水水质变化规律，环境水文地质，均具有一定的意义；特别是对拟建水库集水范围内，地下水循环规律及其水资源评价等方面具有重要意义。笔者在前人完成的连通实验、钻探实验等的基础上，系统总结了阿岗水库集水范围内岩溶发育的通道及分带问题。

1研究区地质概要

研究区内出露地层主要有元古界、上古生界、中生界和新生界。元古界出露昆阳群黑山头组和牛头山组；上古生界中泥盆系至二叠系均有出露，其中泥盆系至二叠系下统主要为碳酸盐岩和少量碎屑岩组成的浅海相沉积；中生界仅出露三叠系；新生界第三系由一套山麓、河湖相沉积的碎屑物组成。

区域地处云南“山”字型构造前弧东翼，东距小江断裂带约100 km。拟建水库研究区夹持于弥勒—富源断裂和师宗—晴隆断裂之间，区域内断裂构造发育，主要为北东向，近南北向。

1.1小江断裂带川滇菱形块体的东南边界断裂，构成青藏高原和华南块体的部分边界。该断裂北起巧家盆地，南止于建水南，走向近南北，全长370 km，区内长360 km，走向北西5°。

1.2弥勒—富源断裂该断裂走向北东，长约300 km，属于基底断裂，活动时代Q1-2，显右行压扭特征，弥勒、陆良等地多次发生5.00～5.75级地震。线性清晰，束状组合，带宽1 km，构成陆良盆地南东界和弥勒盆地北西界，N2和Q1地层变形显著。

1.3师宗—晴隆断裂该断裂走向北东，长约300 km，属于盖层断裂，活动时代Q1-2，显右行压扭特征。线性影像清晰，束带状组合，带宽10～30 km，多为走向断层，随地层褶皱而弯曲。

节理、裂隙：库区发育的结构面可分为原生结构面、构造结构面2类。高桥寨背斜为界，分NW、SE两区域。SE区域：①层面产状N40°～80°E，SE∠10°～30°，延伸长，张开宽一般小于20 mm，红黏土或碎屑充填。②N68°～80°E，NW∠60°～80°，面基本平直，延伸长，裂隙间距10～30 m；该组裂隙和较大岩溶的发育关系密切，受它的引导。NW区域：①层面产状N13°～66°E，NW∠5°～20°，延伸长，张开宽一般小于5 mm，红黏土或碎屑充填。②N61°～85°E，NW∠65°～68°，面基本平直，延伸长，裂隙间距2～10 m。③N61°E～S77°E，SE～SW∠50°～76°，面基本平直，张开宽小于5 mm。

2岩溶发育的基本规律

区域内可溶岩地层在长期的地质历史时间内，受地下水、地表水溶蚀作用，形成了组成丰富的岩溶地貌，各种岩溶形态较齐全，地表岩溶形态主要有溶槽、石芽、石柱(偶见)、漏斗、洼地、落水洞等[2]，整个阿岗盆地主要属于背斜型岩溶水文地质结构。

阿岗水库库区主要地层为泥盆系(D)、石炭系(C)、二叠系(P)，岩溶暗河漏斗、天窗、溶洞、暗河星罗棋布，岩溶暗河发育明显受岩性、构造控制。岩性以中厚层状灰岩为主，夹白云质灰岩、白云岩，有利于岩溶发育，岩溶化程度较强[3]；右岸南部受玄武岩及砂页岩非可溶岩阻水，岩溶暗河基本沿岩层分界线方向延伸，即大瓦鲁—槽盆箐—戈维；库区岩层产状较平缓，岩层倾角一般5°～15°，地下水以水平运动为主，有利于水平溶洞发育[4]；库区左岸以NE向断裂为主、NW向断裂次之，岩溶暗河发育基本于构造线方向一致呈NE向(洞108—洞125—洞609，洞325—洞59—洞609)，NW向岩溶暗河穿插其中(洞119—洞59)。

2.1岩溶发育对河流排泄基准面的适应性河流的侵蚀基准面对岩溶的发育有着重要的影响。在大面积的岩溶发育地区，河流的侵蚀基准面在相当程度上控制着地表和浅部岩溶的发育。岩溶的溶蚀基准面(即岩溶作用的下限)有时与河流的侵蚀基准面相一致，但有时受岩性及构造的控制，或高于河流的侵蚀基准面，或大大低于河流的侵蚀基准面[5]。阿岗水库岩溶发育主要受篆长河控制，其岩溶的主要溶蚀基准面基本与河流的侵蚀基准面相当，局部发育不连通的深部岩溶。

2.2岩溶发育规律研究区分布地层主要为D、C、P灰岩，其中少量夹有C1dw砂页岩，东部外围被P2β玄武岩及T1f砂页岩包围。从野外查勘情况看，落水洞、洼地、天窗比比皆是，泉水、暗河出口见于九龙河边。区内岩溶发育与阿岗盆地密切相关，盆地始于上新世。以后地壳间歇性地上升，使略具雏形的篆长河(九龙河上游，下同)迅速下切，嵌入基岩幅度80～100 m。与此同时，溶蚀下限亦迅速下移。袭夺现象尤其激烈：大雨本至撒玛依地段地表河及捏恰小支流，被横山村—阿市里暗河袭夺，成为季节性排洪沟；飞吉洼地受东部础挪河源头暗河的袭夺，变为一个3.5 km2的封闭洼地。篆长河沿岸泉水流量出现了上游逐年减小，下游逐年增大的现象；一方面显示了地下水的强烈袭夺，同时也说明岩溶基准面在不断降低。

地下水袭夺受阶段性的限制，未明显影响到北部，致使涨水坡一带，仍然保存溶蚀盆地的岩溶发育特征。地下水埋藏浅，并有众多的泉水溢出，部分地段还有沼泽化现象；地表水系发育，并排泄该段之地下水，河流两侧有较宽的松散冲洪积层。地表岩溶形态比较单调，依稀可见为数不多的浅、缓、小的洼地。水平方向的溶蚀裂隙普遍发育，显示均匀、稳定的扩散流特点。

盆地中部和南部情况却大为不同。垂直岩溶形态广泛而强烈地发育，尤以竖井为典型代表，又常常是暗河天窗。发育深度一般30～50 m，组成垂直岩溶发育带。此带内偶而见有短而小的水平溶洞，仅占本带的12%(线比例)，显示层状分布规律。推测其可能为短暂稳定期的产物，形成时代略早于竖井。以竖井为代表的垂直岩溶带之下，为宽阔畅通的大型水平管道分布带，组成树枝状的地下水文网，为岩溶强发育但不均一的岩溶带。盆地内地下水力坡度平均在10‰以内，径流速度50～100 m/h,个别暗河部分河段可达518 m/h，说明暗河系统径流畅通，但受岩溶发育因素影响，亦存在河道狭窄段。

枯水季节，地下水沿暗河管道源源不断地在盆地南部泄出。雨季地下管道泄水不及，水流沿暗河天窗上升、溢出，致使盆地内的低凹地带一片汪洋，造成水灾。有的暗河水力坡度仅0.17‰。另据象鼻子洞(609点)观测，在无外因干扰的情况下，日出水量增加10万m3，推断为岩溶发育不均匀性造成，或认为地下虹吸现象。

据20世纪70年代昆明水电勘测设计院连通实验资料，在洞119、洞325、洞91、洞568、洞125、洞108、洞59、洞87进行了连通实验及地下暗河观察，显示地下水由北向南、由东向西通过地下暗河排向九龙河，最终以象鼻子洞(609点)为主要排泄点。

由上述例证可以认为，阿岗盆地内地下水以不均一的管道流为主，显急变流特征，并随着岩溶作用的不断发展，暗河系统不断扩大、伸长，逐步向盆地北部推进。如洞609阿市里—横山村主干暗河，长15 km以上，枯季流量2.09～4.28 m3/s，有明显的3条支流。

篆长河与盆地地下水依存关系十分密切。枯季篆长河补给部分地下水，洪水季节，地下水大量地补给河水，使一些落水洞变为冒水洞，如洞568。

整个库区处于石林期形成的阿岗溶丘盆地内，岩溶现象极为发育，地表30～50 m深度范围内，以垂直岩溶为主，以竖井、暗河天窗为代表(占88%)，偶为水平溶洞(占12%)，竖井、暗河天窗基本概况见表1[6]。

根据区域资料，阿岗盆地岩溶发育分为2个带(A、B)，见阿岗溶丘盆地水文地质结构模式图2。各带主要特征为：A带是岩溶强烈发育，但极不均匀，为地下水主要活动带，上为垂直形态，下为水平形态，控制深度约50 m。该带地下水、地表水交替活跃，动态变化显著，为地下水的主要储存、运移带。库区地表主要位于该带。B带是溶蚀较均匀，溶隙为主要形态，受岩性和构造控制，深度各地不一，以水平方向均匀溶蚀为主要特征，库区地表、库尾主要位于该带。

表1　竖井、暗河天窗基本概况

图2　阿岗溶丘盆地水文地质结构模式Fig. 2　The hydrogeological structure model of basins in Agang

库区垂向岩溶发育主要位于地下水位之上，发育深度一般30～100 m，坝址～河格村主要划为A型，河格村～库尾为B型[7]。

水平岩溶：区内层状发育的水平溶洞比较普遍。大型溶洞高5～10 m，宽达20～30 m，有的长6 500 m。发育方向除少数受断裂控制外，大部分沿不同方向节理呈曲折状发育。洞内形成石钟乳、石笋、石柱等钙华沉积，有的洞穴堆积中保存有第四纪哺乳类化石。根据溶洞分布的高度及位置，大致可分为3个主要层。高层溶洞(海拔高程1 835～1 855 m)层位于夷平面以下，近代深切峡谷裂点之上，高出盆地30～50 m；中层溶洞(海拔高程1 815～1 820 m)位于近代深切峡谷两侧，高出盆地10～15 m；低溶洞层(海拔高程1 805～1 808 m)，即现代溶洞层，位于河谷底部，一般为溶洞泉或暗河的进出口。

库区水平岩溶主要在洞609～高桥小寨之间，前人大部分已做了连通实验，它们都向篆长河排泄，水平溶洞地下水力坡降为10%，径流速度50～100 m/h，篆长河与地下水依存关系密切，枯季篆长河补给部分地下水，雨季地下水大量补给河水，使一些落水洞变为冒水洞，如W25；或枯季泉水补给篆长河，雨季篆长河倒补给地下水，如高桥大寨洞118、洞119[8]。根据此次野外观察及其他相关资料，岩溶发育统计见表1、表2。

表2　垂向岩溶发育程度概况

3结论

根据上述分析，得出以下结论：

(1)工程区岩溶发育特征符合区域岩溶发育规律，从岩性方面泥盆系中上统、石炭系及二叠系中下统的灰岩、白云岩岩体中岩溶现象发育；从空间分布来看，岩溶发育符合沿构造线、傍坡临岸(受风化卸荷作用控制)的规律。

(2) 河流的侵蚀基准面对岩溶的发育有着重要的影响，阿岗水库岩溶发育主要受篆长河控制，其岩溶的主要溶蚀基准面基本与河流的侵蚀基准面相当，局部发育不连通的深部岩溶。

(3)阿岗盆地内地下水以不均一的管道流为主，显急变流特征，并随着岩溶作用的不断发展，暗河系统不断扩大、伸长，逐步向盆地北部推进。

(4)两岸地下水位高于河水位，地下水补给河水。该河谷就是当地的或区域的最低排水基准面；河谷的岩溶层不延伸到邻谷；两岸有地下水分水岭。河谷区地下水水力坡降与岩溶发育强度有关，水力坡降愈缓，岩溶愈发育。阿岗水库两岸都属于该类型。

参考文献

[1] 王玉来.蟒河口水库坝址区岩溶发育规律分析[J].探矿工程，2009(S1)：313-317.

[2] 袁道先.中国岩溶学[M].北京：地质出版社,1994:15-18.

[3] 沈继方,李焰云,徐瑞春,等.清江流域岩溶研究[M].北京：地质出版社,1996.

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[5] 张操.简述岩溶地区工程建设地质勘查[J].中华民居，2010(12)：70-71.

[6] 沈继方,徐瑞春.碳酸盐岩地层剖面的差异性溶蚀分析[C]//工程地质及环境地质论文选集.武汉：中国地质大学出版社,1993.

[7] 曾志飙,张美良.湘西保靖县塘口湾水库岩溶渗漏分析[J].中国岩溶,1999,18(1)：56-64.

[8] 于绍周.观音阁水库库首右岸可能渗漏的初步分析[J].中国岩溶,1986,5(1):61-67.

The Karst Development Law of Agang Reservoir

ZHANG Xiao-dong1, XU Shi-guang1,2, BA Jun-jie1et al (1. Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650093; 2. Yunnan Geological Engineering Exploitation Group Co., Ltd., Kunming, Yunnan 650041)

AbstractWith Agang reservoir in Qujing City as the research material, we analyzed the karst distribution in karst region by combining with the drilling, geophysical prospecting and connectivity test. The development law in the karst area was discussed, the dam site area was dominated by carbonate rock, karst development appeared in the area, the fault structure was well development, and the engineering geological condition was very complex. Based on the analysis of survey data and the development situation of regional karst, the karst development law in dam site area was discussed.

Key wordsKarst; Fault zone; Characteristics; Agang reservoir

收稿日期2015-12-10

作者简介张晓东(1990- )，男，河北邯郸人，硕士研究生，研究方向：水文地质与工程地质。

中图分类号P 642.25

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)02-322-03