贵州西部茅口组岩溶发育特征探讨

双同钊 王中美 刘兵

摘 要：贵州西部茅口组石灰岩地层广泛分布，岩溶发育强烈。通过收集资料、野外地质调查、试验和钻探等手段，运用统计学方法，对贵州西部茅口组岩溶发育特征进行了分析与探讨。分析结果表明岩溶发育在平面上和垂向上都具有不均匀性。平面上呈现研究区中部的六盘水区域岩溶发育十分强烈，西部的威宁地区发育相对较弱的规律;垂向上呈现随着茅口组灰岩埋深的增大，岩溶发育程度先增强后减弱的规律。该研究结果对今后贵州西部岩溶区重大工程建设、岩溶灾害的治理及岩溶地质环境的保护具有一定的指导作用和参考价值。

关键词：茅口组;岩溶;发育特征;贵州西部

中图分类号：P642.25   文献标识码： A

贵州西部地处贵州一级高原面，分布着广大的茅口组地层，岩溶发育、构造复杂、地形切割强烈，严重制约了经济建设和发展。加强公路与高速铁路网建设成为促进该地区经济发展的一种有效途径。在岩溶山区进行工程建设，需要克服最大的难题就是岩溶工程地质问题，因而对岩溶发育情况的研究对工程具有指导性意义。

前人对贵州茅口期岩溶进行了较多的研究：王明章[1]划分了贵州茅口期的古地貌，依据地貌特征分析岩溶发育规律;李源航[2]研究了覆盖层对茅口组古岩溶发育的影响，认为上覆岩性类型影响着岩溶的持续发育;陈萍[3]对研究区岩溶带的供水水文地质进行了研究，认为古岩溶普遍存在于茅口组顶部且富水性和渗透性存在不均匀性;张勇[4]研究了贵州花秋二矿茅口组岩溶发育规律;羊文等[5]对贵州水银洞茅口组岩溶发育特点进行了分析。上述研究多是针对某一工程中茅口组岩溶发育对其的影响，或只是对茅口组中的古岩溶发育特点进行分析，而针对贵州西部茅口组岩溶发育特征进行专项分析的研究相对较少。实际工程中经常遇到各种各样的岩溶工程地质问题，解决该类问题就需要准确掌握该地区的岩溶发育特征，故本文对此进行研究，是对前人研究的补充，具有一定的借鉴价值和现实意义。

1 区域地质概况

本文的“贵州西部”是指以六盘水为中心，安顺的东部、毕节的南部地区。区内构造活动强烈，以继承性间歇隆升为主，并伴有掀斜运动和断裂活动，由于地壳的间歇性抬升使得西部一级剥夷面抬升至2 700～2 900 m，并出现阶梯状多级剥夷面[6]。区内地层从震旦系灯影组至第四系均有出露，其中以石炭系、二叠系和三叠系出露的地层为主。二叠系茅口组灰岩层厚大、岩性纯，地层中岩溶极为发育，地下水十分丰富。在这些地质条件的综合影响下，造成本区域格局错综复杂，岩溶水文地质和工程地质问题十分突出。

研究区海拔在1 800～2 900 m，属亚热带湿润季风气候。区内山高坡陡、地形复杂、河谷深切，冬无严寒，夏无酷暑[7]，其独特的气候条件促进了区内岩溶的发育。区内主要存在两大地貌类型，一是以流水作用为主导的剥蚀-侵蚀地貌，二是以岩溶作用为主的岩溶地貌[6]。区内河流众多且河网密布，大于10 km的河流有188条，河网密度0.173 km/km2，大气降水为地表径流的主要来源。年降雨量在789～1 500 mm，86%集中在5—10月，历年大到暴雨日为8～15 d，日最大降水量为935～206.9 mm，受冷暖气流交替作用的影响，降水时空分布极不均匀。

2 岩溶发育特征

通過对野外地质资料进行详细分析发现，研究区范围内茅口组的岩溶发育形态各异，有岩溶漏斗、竖井、溶洞、落水洞、溶蚀洼地、地下暗河等。受到气候、地质构造、植被、构造运动、岩层厚度及其组合方式等多种因素的控制，使得茅口组石灰岩地层岩溶发育强烈且空间分布极不均匀，同时具有系统性和方向性。

2.1 水平方向岩溶发育特征

对野外钻探的91个钻孔资料进行统计，部分钻孔数据见表1。从表1可知， 80%以上的钻孔揭露了不同的岩溶发育形态，主要为溶洞和溶蚀裂隙。根据《工程岩体分级标准》[8]，对岩体裂隙发育程度进行了划分（表2），绘制了节理裂隙发育饼状图（图1）和节理裂隙发育程度与岩溶发育折线图（图2）。从图1可以看出，这一区域39%范围内节理裂隙发育，48%范围内节理裂隙较发育。从图2可以看出，溶洞数量随着节理裂隙的发育程度的增强而增多。

茅口组的灰岩受不均匀溶蚀和地下渗流等因素影响，水平方向上的岩溶发育极不均匀。以六盘水为中心的中部茅口组岩溶发育相对强烈，西部的威宁地区发育相对较弱，其他区域的溶蚀现象在宏观上无明显规律。总的来说：研究区中部区域岩溶发育程度强烈，个体岩溶现象广布，其他区域岩溶发育程度相对较弱，个体岩溶现象较为少见;同一地段和相同水文条件下的不同构造部位、不同地貌类型的区域的岩溶发育程度不同。

2.2 垂向岩溶发育特征

在对钻孔资料统计分析过程中发现，91个钻孔中，茅口组地层中遇到2个以上溶洞的钻孔有18个，溶洞间的间隔较小，最小埋深1.5 m，最大埋深37.0 m。通过数据统计分析，研究区不同埋深的溶洞发育数量见图3。

从图3可以看出：图形呈倒V字型，区内溶洞主要发育在>5～10 m和>10～15 m深度范围内，分别占总溶洞的25%、29%，>30～35 m和>35～40 m范围

内发育的溶洞1个，数量少，说明溶蚀作用弱。溶洞的个数随着地层埋深的增加先增后减少，说明受岩溶水渗流垂直分带、地下水水位下降和岩溶发育的继承性等因素的影响，茅口组的岩溶发育随深度的增加先增强后减弱，整体上呈线性相关关系。

小型溶洞的垂直高度0～2 m，中型溶洞的垂直高度>2～5 m，大型溶洞的垂直高度大于5 m。通过分析统计结果发现：区内溶洞的最小高度0.2 m，最大高度达10.3 m，其中，小型溶洞84个，中型溶洞25个，两者占总数的96.5%，以中小型溶洞为主（图4）。溶洞顶板厚度大多数处于0～6 m，溶洞个数随顶板厚度增加呈指数型递减的趋势（图5）。岩溶发育岩层主要以中风化、较破碎状态为主（图6）。溶洞主要发育在两段高程范围内，一段处于>1 780～1 830 m，占32.7%，另一段处于>1 830～1 880 m，占37.2%（图7）。

3 影响因素分析

3.1 岩性成分对岩溶发育的影响

岩性成分对岩溶发育的影响主要表现在岩石的成分和结构上。方解石和白云石是构成碳酸盐岩主要的矿物成分，方解石的主要成分为CaCO3，白云石的主要成分为CaCO3、MgCO3。根据研究区71个岩样做化学成分的分析，茅口组石灰岩地层的CaO的平均含量为51.14%，MgO的平均含量为1.79%，CaO和MgO的比值为28.57[9]。CaO和MgO比值越大，方解石的含量越高，石灰岩就越纯，溶蚀性就越强。

茅口组灰岩粒屑含量高，岩溶作用强。研究区茅口组灰岩多为泥晶、亮晶、淀晶结构。地下水在岩石中渗流时，接触面积大，溶解度就大，岩石易于溶蚀，使得该区茅口组灰岩岩溶强烈发育。

3.2 地质构造对岩溶发育的影响

在东吴运动的不均衡强烈抬升作用下，大范围的海退使得贵州全境结束茅口组海相沉积，刚沉积不久的茅口组灰岩露出海面，暴露在地表。在温和潮湿的气候下，茅口组灰岩遭受大气淡水淋滤和溶蚀。在威宁、水城、六枝至紫云一线，分布了一条宽大的北西向褶、断带，主要是由古生代至中生代地层组成的一系列平行长条状不对称褶皱，并伴随着大量断裂构造[10]。这些褶皱和断裂使岩石的透水性增强，就会成为岩溶优先发育的通道，使得岩溶得到较好的发育。贵州新构造运动从晚第三纪以来，贵州地壳经历了3次较大的抬升，分别是早、晚第三纪之间的喜山运动、上新世末的翁哨运动和早更新世末的乌罗运动[11]。第三纪所发生的喜山运动是晚元古代以来波及面最广的造山运动，该运动奠定了现代褶皱的构造格局，并在其后期，褶皱逐渐进入定型阶段。贵州的新构造运动，从东往西大面积的间歇性上升，使得地表河流产生溯源侵蚀，导致地表水和地下水系的演变，进一步推进岩溶发育的迅速演化，使得岩溶发育具有向深性和叠加性的特征[6]。

4 结论

影响岩溶发育的因素是相互作用的，使得研究区的岩溶发育复杂、不均匀。

（1）在平面上，岩溶发育极不均匀，以六盘水为中心的中部茅口组岩溶发育十分强烈，西部威宁地区发育相对较弱，其他地段的岩溶发育程度无明显规律。总的来说，研究区中部区域岩溶化程度高，个体岩溶现象也发育强烈，其他区域岩溶化程度较弱，个体岩溶现象也相对较弱;在同一区域的溶蚀现象比例不同。

（2）在垂向上，茅口组灰岩岩溶发育也不均匀，随着茅口组灰岩埋深的增大，岩溶发育程度先增强后减弱。且主要发育在两段高程范围，一段处于>1 780～1 830 m，占32.7%，另一段处于>1 830～1 880 m，占37.2%。

本次研究未能分析研究区岩溶的发育期次，在接下来的研究中可以通过野外采取岩样并结合相应的实验手段，对该区岩溶发育期次做进一步的研究，确保工程实践安全和有效地进行。

参考文献：

[1]王明章， 陈萍. 贵州二叠系茅口组古岩溶及其埋藏型地下水系统研究[J]. 贵州地质， 2012， 29（4）： 283-289.

[2]李源航. 贵州二叠系茅口组古岩溶发育特征及水文地质意义探讨[J]. 贵州地质， 2014， 31（2）： 141-146.

[3]陈萍. 贵州西部茅口组古岩溶带供水意义[J]. 中国岩溶， 2015， 34（4）： 382-386.

[4]张勇. 贵州花秋二矿茅口组岩溶水发育规律及对开采影响分析[J]. 中州煤炭， 2015（9）： 114-116.

[5]羊文， 陶小郎， 崔云祥. 贵州水银洞金矿茅口组岩溶发育特征及影响因素分析[J]. 西部资源， 2018（2）： 118-120.

[6]王明章. 贵州岩溶石山生态地质环境研究[M]. 北京： 地质出版社，2005.

[7]杨明德， 张英骏，  SMART P， 等. 贵州西部的岩溶地貌[J]. 中国岩溶， 1987（4）： 85-92，99.

[8]中华人民共和国水利部. 工程岩体分级标准： GB/T 50218—2014[S]. 北京： 人民计划出版社， 2014.

[9]王中美.贵州碳酸盐岩岩相与岩溶地下水赋存关系研究[D]. 贵阳： 贵州大学， 2013.

[10]陈学敏. 论贵州西部扭动构造[J]. 贵州地质， 2009， 26（1）： 13-18， 78.

[11]王智勇. 新构造运动对贵州西部岩溶石漠化的影响[D]. 贵阳： 贵州大学， 2007.

（责任编辑：周晓南）

Discussion on Karst Development Characteristics of

Maokou Formation in Western Guizhou

SHUANG Tongzhao， WANG Zhongmei*， LIU Bing

（College of Resources and Environmental Engineering， Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract：

The limestone strata of Maokou formation in western Guizhou are widely distributed with strong karst development. The characteristics of karst development in the Maokou formation in western Guizhou were analyzed and discussed by means of data collection， field geological investigation， test and drilling and so on. The results show that the karst development is not uniform in both plane and vertical direction， and the karst development is very strong in the middle area of Liupanshui area， and relatively weak in the west of Weining region. Along with the increase of the depth of limestone burial in Maokou formation， the degree of karst development first increases and then decreases in vertical direction. The results of this study have some guidance and reference value for the construction of major projects in karst area of western Guizhou， the treatment of karst disasters and the protection of karst geological environment in the future.

Key words：

Maokou formation; karst; developmental characteristics; western Guizhou

收稿日期：2019-10-18

基金項目：贵州省科技计划联合基金资助项目（黔科合LH字[2017]7284号）; 贵州大学新苗培养及创新探索资助专项（黔科合平台人才[2017]5788号）

作者简介：双同钊（1996-），男，在读硕士，研究方向：岩溶水文地质与工程地质，Email：454779764@qq.com.

通讯作者：王中美，Email：891342472@qq.com.