岩性—构造系统对岩溶发育规律及控制作用研究

许汉华，刘文连，徐则民，陈积普，李建伟，李 赛，字贵春

(1. 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，云南 昆明 650051; 2. 昆明理工大学，云南 昆明 650093)

0 前 言

岩溶，即水对可溶性岩石(碳酸盐岩、石膏、岩盐等)进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生的现象的总称。我国的岩溶分布很广，是世界上岩溶分布最典型的国家，广西、贵州和云南东部所占的岩溶面积最大，是世界上最大的岩溶区之一。在岩溶发育区有大量的机场、铁路、地铁、高速公路、市政、矿山等工程项目需要建设，岩溶地质环境问题作为世界性难题，广泛受到了国内外地质、环境、岩土等领域科学家的关注[1]。对岩溶发育规律及控制进行系统综合研究，具有极其重要的经济价值与社会意义。同时也为促进矿山合理开采治理、科学防灾减灾措施提供参考依据，对土地合理利用和新型城镇化建设提供重要的指导借鉴意义[2]。本文结合云南省昆明市大板桥镇某工程对云南省昆明市大板桥镇某工程岩性—构造系统对岩溶发育规律及控制作用进行了系统研究。

1 研究区概况

研究区位于昆明市大板桥镇南西约1.4 km，研究场地位于入滇河道—宝象河河谷内，河谷走向约45(°)，宽约1.4 km，地势平坦，场地地面标高1 945 m，研究区以不规则长条状呈北东—南西向沿宝象河右岸分布，长约600 m、最大宽度170 m。

研究区位于滇池外围的岩溶区内，其外围300 km2范围内的地面标高在2 500 m以内，地形坡度多在20(°)以内。研究区属低纬度亚热带—高原山地季风气候，日照长；主要受印度洋西南暖湿气流的影响，年平均气温15℃，年均降雨量1 035 mm，具有典型的温带气候特点，温度在0～29℃之间。宝象河全长约25 km，流域总体呈北东向展布，研究区以上的汇水面积约182 km2，主要接受宝象河下泄水流和漕河的补给。

2 研究区构造

研究区外围的区域性大断裂主要是普渡河断裂和小江断裂，研究区位于这两条深大断裂围限的近南北向地块之间，与两者的垂向距离分别约为19 km和18 km(见图1)。

小江断裂带最早在晚元古代就有活动，二叠纪时表现为强烈的拉张，成为大规模基性岩浆喷发的通道，形成了二叠系峨眉山玄武岩；中生代时，曾经历强烈挤压；喜马拉雅运动时，表现为张裂和左行走滑，一方面造成东、西两地块间的位移，同时沿断裂带形成了一系列断陷湖泊。滇东台褶带的地质历史及普渡河断裂带、小江断裂带的演化历史清晰表明，研究区为大规模沉降带的一部分，碳酸盐岩发育大规模强烈(古)岩溶化的可能性相对较小；区内断陷盆地与岩溶高原(台地)相间的地貌格局形成于喜马拉雅运动时期，更具体地说是始新世(E2)以后并一直演化至今。当然，也有部分学者如姜朝松等[3-4]认为昆明盆地形成于更晚的晚第三纪上新世中晚期，全盛于第四纪中更新世—晚更新世时期。

研究区的近场构造主要是夹于普渡河断裂和小江断裂西支之间的北东向复背斜，这里称其为寻甸—呈贡复背斜，研究区位于该背斜的南西端。寻甸—呈贡背斜形态总体完整，长轴走向15(°)，长约80 km、宽约40 km，核部由震旦系(Zb)、下古生界的寒武系(∈)、奥陶系(O)、志留系(S)及上古生界的泥盆系(D)和石炭系(C)构成，翼部为二叠系(P)(下统的碳酸盐岩和上统P2β)，包含了滇东台褶带盖层的全部地层单位。背斜轴部发育一个长约40 km、宽约15 km的向斜构造，核部为侏罗系(J)，翼部由P组成。

研究区的近场断裂构造主要是白邑—横冲断裂，该断裂斜切寻甸—呈贡背斜的南西侧，从研究区下游约2.5 km处通过。白邑—横冲断裂走向5(°)，与普渡河和小江断裂总体平行，应属前两者的次级构造。白邑—横冲断裂造成的地形突变明显，北起嵩明白邑，向南经旧关、铜牛寺水库、果林水库被第四系掩盖后，推测继续南延到大新册村、柏枝营一线，长度大于100 km，为一区域上的深大断裂。铜牛寺以北为北段，断裂呈舒缓波状延伸，连续性好，地貌上反映为一系列小河谷，第四系山间盆地。沿走向表现有众多的断层分支复合，在断裂的上盘和下盘都发育一系列与主干断裂平行的次级断层，形成由数条次级断层组成的较宽断裂带。断裂产状总体东倾，倾角变化较大，约40(°)～70(°)，北段由北向南倾角变缓，局部为30(°)，断裂东盘地层均相对老于西盘，表明东支为东盘的上升盘，其性质为左行平移—压性逆断层，构造破碎带宽推测5～20余米，以断层角砾岩为主，是昆明盆地下更新世湖盆的东部边界，为基底断裂。该断层附近，历史上曾发生过5级左右的中强地震。结合地震活动情况推断，该断裂活动时代为中更新世，晚更新世以来活动微弱，属于中更新世活动性断裂。

3 研究区地层

研究区地层出露与分布具有以下特点：

1)以震旦系—石炭系(Z-C)为核部，以二叠系(P)为翼部的寻甸—呈贡复背斜的宏观架构是清晰的，尤其是不同地层单位之间(如Z-C与P)呈现的整合及假整合接触表明区内地台盖层在对区域性构造运动的响应方面具有一定程度的一致性，所折射出的“沉降→褶皱回返”的地质历史脉络是清晰的。这对于区内岩溶发育是不利的。

2)在涵盖研究区的1∶5万大板桥幅地质图中，除了基底(昆阳群)外，构成滇东台褶带盖层的全部地层单元都有出露，只是露头面积不同而已，涉及9个系级、21个组级地层单位。这表明尽管区内的构造旋迴脉络是简单清晰的(中元古代基底+古生代+新生代盖层在燕山晚期回返)，但该区域的盖层对不同期次构造运动(如燕山、喜山等)的响应更为强烈，这应该是被普渡河和小江两大断裂带共同造成的结果。这种地质历史对于岩溶发育是有利的。

3)在研究区周边范围内，缺失了志留系、奥陶系及寒武系双龙潭组，总厚度约350 m，泥盆系海口组下段(D2h1)与寒武系陡坡寺组上段(∈2d2)直接接触(前者推覆于后者之上)，表明地台盖层系统内的构造运动还是很强烈的。这对于区内岩溶发育是有利的。

4)尽管震旦系—侏罗系(Z-J)是作为地台盖层同时于燕山晚期—喜山早期隆起的，但震旦系—石炭系(Z-C)地层的连续性要明显差于二叠系(P)，表明同为盖层的不同年龄的地层单位经历的构造运动期次可能还是不同的，即紧邻研究区的震旦系—石炭系(Z-C)，尤其是作为建筑地基的寒武系地层(∈)应该经历了更多期次的构造运动。这对于研究区，尤其是地基的岩溶发育是有利的。

5)作为岩溶发育基础的碳酸盐岩，出现于二叠系、石炭系、泥盆系和寒武系4个系级单位，共有6个岩性地层单元，相邻者合并，总厚度约1 100 m。出露范围最广的是三叠系下统阳新组(P1y)，作为工程地基的是寒武系龙王庙组(∈1lS)白云岩和寒武系沧浪铺组粉砂岩夹白云岩(∈1c)。

6)包含∈1lS的寒武系地层在研究区附近的连续性较差(断裂发育)，为岩溶发育创造了有利的构造条件。

4 岩溶发育影响因素

1)研究区外围地质调查表明，作为地基的龙王庙组白云岩岩溶化倾向低于灰岩，研究区北侧露头虽然结构面较为发育，但结构体相对致密，岩溶化程度总体较低。

2)研究区外围地层呈缓倾状背离滇池侵蚀基准面产出，出露宽度小且夹持于陆源碎屑岩之间，大气降水补给有限，不利于岩溶的发育。

3)现场调查及工程勘察表明地基岩溶较为发育，高度岩溶化的现状应是D-P～Z-∈推覆构造和宝象河断裂综合作用的结果。

4)推覆构造造成地基岩体碎裂化，促使溶蚀—坍塌复合型溶洞快速发育。

5)宝象河断裂不仅碎裂岩体，同时形成宝象河河谷、研究区上游汇水区和导水通道，为研究区地基岩溶提供强大的侵蚀动力。

6)地基岩溶发育程度平面分布与场地岩性分布规律总体一致，局部受到构造控制，岩溶化程度更高一些。

7)现今宝象河流域的地下水径流应受控于滇池侵蚀基准面，研究区强岩溶化带的主体下限标高应在1 900 m左右，大规模深部岩溶发育的可能性很小。

因此，研究区地基岩溶发育的主控因素应为“岩性—构造”，此外，始新世古气候也是研究区岩溶发育的重要影响因素。

5 结 语

云南省国土总面积39.4万km2，岩溶分布面积11.1万km2，占全省面积的28.14%；全省辖8个地级市、8个自治州，共129个县(市、区)，其中119个县有岩溶分布，且岩溶面积占国土面积30%以上的岩溶县(市、区)共有65个，岩溶面积占国土面积50%以上的县(市、区)有32个，岩溶分布面积最广的是蒙自县和罗平县，分别占国土面积的96.6%和85.10%。本文主要以云南省昆明市大板桥镇某工程为例，研究成果主要结论如下：

1)研究区作为地基的龙王庙组白云岩岩溶化倾向低于灰岩，岩溶化程度总体较低；

2)研究区地基岩溶发育程度平面分布与场地岩性分布规律总体一致，局部受到构造控制，岩溶化程度更高一些；

3)研究区岩溶发育的主控因素应为“岩性—构造”；

4)始新世古气候也是研究区岩溶发育的重要影响因素。