南京仙林大學(xué)城地區(qū)巖溶成因淺析

徐澤友 凌國(guó)華 凌紅杰

南京仙林大學(xué)城地區(qū)巖溶成因淺析

徐澤友 凌國(guó)華 凌紅杰

結(jié)合南京仙林大學(xué)城地區(qū)巖溶地質(zhì),介紹了仙林地區(qū)的構(gòu)造背景,從巖石的可溶性、地質(zhì)構(gòu)造和水的溶蝕作用等方面對(duì)該地區(qū)巖溶的發(fā)育機(jī)理作了初步探討,并簡(jiǎn)要分析了該地區(qū)巖溶的穩(wěn)定性,對(duì)該地區(qū)巖土地基工程具有指導(dǎo)意義。

巖溶,成因,穩(wěn)定性

南京仙林大學(xué)城地處寧鎮(zhèn)反射弧的西翼,北鄰長(zhǎng)江大斷裂。地層屬揚(yáng)子分區(qū)的寧鎮(zhèn)地層小區(qū),地層發(fā)育不全,斷裂構(gòu)造十分發(fā)育。

鉆探揭示,仙林大學(xué)城地區(qū)隱伏三疊中統(tǒng)薛家村組灰?guī)r巖溶,普遍發(fā)育,鉆孔溶洞可見(jiàn)率為 24%,部分孔含數(shù)個(gè)溶洞,呈串珠狀。溶洞大小懸殊,形態(tài)不一。

1 自然地理概況

仙林大學(xué)城位于風(fēng)景秀麗的紫金山東麓,靈山北側(cè),為斷塊剝蝕低山丘陵,屬寧鎮(zhèn)山脈的一部分。海拔高度低,地勢(shì)上總體為東高西低,高程在 10 m～60m之間。低山盤曲,自然風(fēng)景獨(dú)特。地貌類型多樣,山巒交錯(cuò)分布,是低山丘陵較集中的區(qū)域。受兩側(cè)山體限制,總體上表現(xiàn)為山間洼地特征,有利于地表徑流的匯集。

該區(qū)域?qū)贉嘏瘽駶?rùn)季風(fēng)氣候,四季分明,年平均氣溫 15.3℃,年平均降雨量 1 026mm。

2 地質(zhì)環(huán)境背景

2.1 履蓋層特征

仙林地區(qū)屬下?lián)P子地層分區(qū)的寧鎮(zhèn)地層小區(qū),其地層主要有古生界二疊、三疊系,中生界侏羅系和新生界第四系。該地區(qū)第四系松散堆積層主要由沖積、坡積粉質(zhì)粘土及粉質(zhì)粘土夾碎石組成。除近山體范圍為殘坡積單一結(jié)構(gòu)的粉質(zhì)粘土外,大部分地帶為粉質(zhì)粘土(部分含粉土或粘土)和粉質(zhì)粘土夾碎石的雙層結(jié)構(gòu),覆蓋在棲霞灰?guī)r及象山砂巖之上。粉質(zhì)粘土一般為可塑 ～軟塑,深層為硬塑,中等壓縮性,不具膨脹性,水理性差,遇水易散化失穩(wěn)。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

仙林地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造系寧鎮(zhèn)褶皺帶的次一級(jí)構(gòu)造,為幕府山復(fù)背斜和鐘山大向斜的一部分,屬寧鎮(zhèn)山脈中帶構(gòu)造。該向斜北翼可抵達(dá)棲霞山、龍?zhí)兑粠?南翼可抵達(dá)青龍山、九華山一帶。大向斜的軸線由西段的北東向向東延伸轉(zhuǎn)為北東東向。

該地區(qū)的斷裂帶主要為東西向長(zhǎng)江斷裂帶中的南斷裂,西起浦鎮(zhèn)東門鎮(zhèn),經(jīng)新生圩、棲霞山至龍?zhí)?延伸至鎮(zhèn)江。該斷裂經(jīng)棲霞山、龍?zhí)兜鹊氐谋承陛S部,致使北盤大幅度跌落而陷入長(zhǎng)江,燕山期沿?cái)嗔丫€有火山噴發(fā)及花崗閃長(zhǎng)巖的侵入(龍?zhí)稏|)。本斷裂對(duì)長(zhǎng)江該段的流向和沿江地貌有明顯的控制作用。

2.3 地下水及其補(bǔ)、排條件

地下水的運(yùn)動(dòng)對(duì)巖溶的形成和發(fā)育具有重要影響,地下水的動(dòng)力特征又與人為活動(dòng)密不可分。

據(jù)地質(zhì)資料記載,數(shù)十年前,仙林地區(qū)群山上眾多泉眼依然泉水汩汩,桃花澗水常年不斷,表明當(dāng)時(shí)裂隙巖溶水水位較高,在地區(qū)內(nèi)有一定的承壓性。新中國(guó)成立后,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,礦山采掘不斷加深,地下水疏干日趨強(qiáng)烈,導(dǎo)致泉眼干涸、澗水?dāng)嗔?巖溶水位大幅度下降。到 20世紀(jì) 80年代初期,礦山開(kāi)采至 -175m水平,景區(qū)內(nèi)巖溶地下水水位埋深在 16m～31m左右(一般已在基巖面以下 8m～15m);至 90年代末期,水位埋深更是普遍超過(guò) 30m。本次勘察于 2010年秋冬干旱季節(jié),最大孔深 47m(高程 -22m),未見(jiàn)地下水。

裂隙巖溶水主要接受大氣降水補(bǔ)給,水位動(dòng)態(tài)隨季節(jié)變化明顯。暴雨后水位迅速抬升,干旱季節(jié)逐漸下降,水位波動(dòng)劇烈。據(jù) 80年代監(jiān)測(cè)資料,年變幅超過(guò) 40m。

3 巖溶成因分析

3.1 巖溶發(fā)育狀況

根據(jù)勘察揭示,溶洞分布在位置上有一定規(guī)律,密集分布于洼地與丘崗交界處;深度無(wú)規(guī)律,深部、淺部不同位置均有分布,大部鉆孔揭露的溶洞呈串珠狀。埋深在 1.7m～26.9m左右,溶洞高度0.3m～5.3m,巖溶率約為3.6%,巖溶普遍發(fā)育。溶洞中全充填可塑或硬塑的粉質(zhì)粘土,夾少量碎石及全風(fēng)化物,充填率高達(dá) 80%,呈現(xiàn)出開(kāi)口溶洞發(fā)育的特征(見(jiàn)圖 1)。

3.2 巖層因素

巖石的可溶性是巖溶發(fā)育最基本的條件,從對(duì)仙林地區(qū)的勘察情況來(lái)看,區(qū)內(nèi)賦存的碳酸鹽巖多為灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r,巖石中方解石脈發(fā)育,溶蝕孔洞內(nèi)含有方解石晶族。巖石呈微粒鑲嵌結(jié)構(gòu)或珊瑚生物結(jié)構(gòu),鈣質(zhì)膠結(jié),主要礦物成分為方解石,白云石,可溶成分占 85%以上,構(gòu)成巖溶產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。

勘察揭露的石灰?guī)r為灰黃色,層狀結(jié)構(gòu),裂隙發(fā)育,巖芯呈短、長(zhǎng)柱狀,部分地段經(jīng)溶蝕呈蜂窩狀。巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為 37.7MPa,巖石采芯率約 70%,屬較破碎較硬巖,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。層頂埋深 0.5m～36.7m,未揭穿。溶洞頂板巖樣的平均值、標(biāo)準(zhǔn)值比完整基巖試驗(yàn)指標(biāo)值略低(見(jiàn)表1),系因巖石中含被溶蝕的小孔(見(jiàn)圖 2),降低了剪切面有效面積所致。雖強(qiáng)度降低,但降低程度有限,仍接近較硬巖水平(29.3MPa)。

表1 完整基巖與溶洞頂板巖石強(qiáng)度比較表 MPa

當(dāng)基巖被巖溶水侵蝕后,局部產(chǎn)生孔洞(見(jiàn)圖 3),反過(guò)來(lái)又加劇了水的流動(dòng),使巖溶得以加快發(fā)育。

3.3 構(gòu)造因素

區(qū)域內(nèi)東西向存在斷裂構(gòu)造,斷層兩盤為可溶巖接觸,巖性脆,在相互擠壓下巖體破裂,形成構(gòu)造破碎帶,節(jié)理、裂隙發(fā)育,給地下水的滲透提供了通道,增加了下部巖層地下水補(bǔ)給來(lái)源,提高了下部巖層富水性,增強(qiáng)了下部巖層的溶蝕能力?？梢?jiàn),該地區(qū)斷裂的存在是溶洞發(fā)育的重要條件。

3.4 水的溶蝕性

水對(duì)碳酸鹽類巖石的溶蝕主要取決于巖溶水中二氧化碳的含量,而二氧化碳主要來(lái)源于大氣、土壤有機(jī)質(zhì)的分解和礦物風(fēng)化。仙林地區(qū)植被深厚,礦藏豐富,在長(zhǎng)達(dá)億年的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中,植被不斷被翻入地下,發(fā)生腐化分解;深層的礦藏則逐漸上升至地表,不斷發(fā)生化學(xué)風(fēng)化,產(chǎn)生二氧化碳,溶于地表水中下滲。

4 巖溶穩(wěn)定性

據(jù)勘察查明,擬建場(chǎng)地內(nèi)基巖為厚層灰?guī)r,無(wú)軟弱夾層,巖層間層面膠結(jié)好。地質(zhì)構(gòu)造無(wú)褶皺,斷層不發(fā)育,無(wú)臨空面不穩(wěn)定切割體。鉆探無(wú)漏漿、掉鉆現(xiàn)象,洞內(nèi)不漏水,洞內(nèi)無(wú)暗河通過(guò)。洞底較平坦,填充物中僅含少量碎石?？辈炱陂g未見(jiàn)地下水。以上條件有利于巖溶保持穩(wěn)定不再發(fā)育。根據(jù)相關(guān)資料,當(dāng)巖溶溶洞被密實(shí)的沉積物填滿且無(wú)被水沖蝕的可能時(shí),可不考慮巖溶穩(wěn)定性的不利影響。

5 結(jié)語(yǔ)

南京仙林大學(xué)城地區(qū)巖溶普遍發(fā)育,其形成條件與巖層,構(gòu)造和溶蝕性水存在等因素有關(guān)。近年來(lái)由于地下水持續(xù)下降,對(duì)地表巖層的侵蝕減弱,巖溶基本保持穩(wěn)定,不再發(fā)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

徐澤友(1975-),男,工程師,南京南大巖土工程技術(shù)有限公司,江蘇南京 210024

凌國(guó)華(1963-),男,高級(jí)工程師,南京南大巖土工程技術(shù)有限公司,江蘇 南京 210024

凌紅杰(1971-),男,工程師,南京南大巖土工程技術(shù)有限公司,江蘇南京 210024