巖溶與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系

周 笑，林賢杰

(中節(jié)能建設(shè)工程設(shè)計院有限公司，四川成都 610052)

眾所周知，巖溶(又稱喀斯特)是可溶性巖石在水的溶蝕作用下，產(chǎn)生的各種地質(zhì)作用、形態(tài)和現(xiàn)象的總稱。巖溶形成是自然環(huán)境變遷的一部分，隨著人類活動(大量抽取地下水、爆破及大型機械的震動、大量酸性工業(yè)污水滲入地下)的影響，大大加快這一自然災(zāi)害發(fā)生的進程。其對人類經(jīng)濟建設(shè)的危害也愈來愈嚴(yán)重。我國可溶巖分布面積達363×104km2，是世界上巖溶塌陷最廣泛的國家之一。近年來，我國鐵路工程建設(shè)發(fā)展迅速，巖溶所引起的系列工程地質(zhì)問題在鐵路建設(shè)中日益突出。

1 工程概況

滬昆客運專線是我國新的一條橫貫東西的大動脈，設(shè)計時速350 km/h。其穿越懷化境內(nèi)沿線工程地質(zhì)問題較為突出，巖溶就是重點之一。沿線主要穿越石炭系、二疊系及泥盆系時代石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖等可溶巖。因斷裂構(gòu)造發(fā)育、地下水豐富，巖溶現(xiàn)象發(fā)育。主要發(fā)育有溶洞、溶溝、溶槽、溶蝕裂隙、溶孔等，勘察揭示溶洞直徑最大超過16 m，為空溶洞及充填粉細(xì)砂及黏性土。主要巖溶工點共15個，其巖溶發(fā)育情況詳見表1:

表1 滬昆客運專線懷化段主要工點巖溶發(fā)育情況

2 巖溶與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系

任何工程地質(zhì)問題的產(chǎn)生都必須具備一定的條件。巖溶的發(fā)生、發(fā)展也是如此。雖然這些條件是復(fù)雜、多方面的，但主要的有三條:(1)具有可溶性巖層;(2)具有溶解能力(含CO2)和足夠流量的水;(3)具有地表水下滲或地下水的流動的途徑。

不難看出，水的運移途徑是形成巖溶的必要條件之一。通俗地講，巖體內(nèi)必須形成裂隙，為地下水的流通提供通道，巖溶才能發(fā)生。而基巖裂隙往往因地質(zhì)構(gòu)造而形成。因此，地質(zhì)構(gòu)造與巖溶發(fā)育的關(guān)系極為密切。實踐表明，它不僅控制著巖溶發(fā)育的方向，而且還影響著巖溶發(fā)育的規(guī)模和大小。

2.1 巖溶與節(jié)理裂隙

裂隙的發(fā)育程度和延伸方向通常決定了巖溶的發(fā)育程度和發(fā)展方向。因為節(jié)理裂隙的存在，為巖溶水的流通提供了運移途徑，這就為巖溶的發(fā)育提供了良好的條件。實踐表明，很多巖溶現(xiàn)象是沿節(jié)理及層面裂隙發(fā)育的。尤其是在節(jié)理裂隙的交叉處或密集帶，巖溶最易發(fā)育。

2.2 巖溶與斷層

斷裂帶是巖溶顯著發(fā)育地段，常分布有漏斗、豎井、落水洞及溶洞、暗河等。這是由于通常斷層穿過地段及其附近區(qū)域，受斷層影響，基巖面起伏較大，巖體破碎，為水流提供良好的通道。諸多工程實踐證明，通常有斷層通過的可溶巖地區(qū)，巖溶均較發(fā)育。

下爐特大橋處的蔣家沖～銅灣壓性斷層，走向北東，傾角近于直立，在橋33號墩和34號墩之間穿過，受此斷層影響，斷層附近基巖面起伏較大，巖體較破碎。經(jīng)地質(zhì)調(diào)查與鉆探揭露，橋址區(qū)主要巖石為泥盆系中統(tǒng)棋子橋組(D2q)灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r。鉆探揭示橋址區(qū)巖溶多呈珠串狀分布，巖溶底板標(biāo)高均在140 m 以上，與沅江河床標(biāo)高132 m 基本一致，且?guī)r溶底板高程隨地形起伏變化明顯，說明巖溶發(fā)育與地下水運動有關(guān)。已鉆的111個鉆孔中有76個孔遇溶蝕現(xiàn)象，遇洞率為76/111=68.5%，線巖溶率為0.7%～38.1%，平均線巖溶率為12.3%，鉆探揭示最大溶洞為9.5 m。綜合評價橋址區(qū)巖溶強發(fā)育。

新建特大橋的DK313+900 處有下長坪～松田斷層通過，斷層性質(zhì)屬壓扭性斷層，斷層走向約25°，傾角60°～70°，線路附近兩盤為C2h(白云質(zhì)灰?guī)r)，斷層帶寬度約7～10 m。巖溶遇洞率為68.8%，單孔線溶率范圍為2.4%～56.2%，溶洞部分充填角礫土或粉質(zhì)黏土。根據(jù)區(qū)域資料，并結(jié)合物探及鉆探情況分析，巖溶發(fā)育程度為強發(fā)育。

薛家壟特大橋DK332+500～DK332+900 處的懷化南楊村斷層，屬壓扭性斷層，山前斷裂，走向為70°，與線路成小角度相交，破碎帶寬8～12 m。巖溶遇洞率為57.3%，單孔線溶率范圍為1.2%～32.7%，溶度最大高度為14 m，溶洞部分充填角礫土或粉質(zhì)黏土。根據(jù)區(qū)域資料，并結(jié)合物探及鉆探情況分析，巖溶發(fā)育程度為強發(fā)育。

跨焦柳特大橋的舞水河西側(cè)約在DK340+080、DK340+820 處發(fā)育兩條北北東向斷裂(F1、F2)通過橋址區(qū)，太古界板溪群五強溪組(Ptbnw3)與古生界二疊系上統(tǒng)吳家坪組(P2w)及二疊系下統(tǒng)棲霞組(P1q)直接斷層接觸，受斷層影響板溪群五強溪組(Ptbnw3)巖體破碎，上統(tǒng)吳家坪組(P2w)及二疊系下統(tǒng)棲霞組(P1q)巖溶發(fā)育。巖溶跡象主要已溶溝、溶槽及溶洞形式存在?？辈旖衣兜饺懿?、溶洞，鉆孔遇洞率為36.60%;線溶率為3.5%～53.2%，巖溶強發(fā)育。

2.3 巖溶與褶皺

褶皺軸部一般巖溶較發(fā)育。由于褶皺軸部，節(jié)理裂隙一般較發(fā)育，巖體相對較破碎。背斜軸部張節(jié)理發(fā)育，地表水順節(jié)理下滲并向兩翼運動，巖溶以垂直形態(tài)發(fā)育為主。向斜軸部雖然裂隙閉合，但由于背斜下滲的水沿層面多匯集于向斜，巖溶亦易發(fā)育?？傊薨欇S部一般巖溶均較發(fā)育。例如:新建特大橋橋址區(qū)位于老山坡向斜的核部，屬新建中生代沉積的小盆地，區(qū)內(nèi)石炭系與寒武系在DK313+600 位置處呈不整合接觸?？缃沽卮髽驑蛑穮^(qū)西部發(fā)育一北北東向斜。向斜核部大致位于DK339+725 m，核部地層為二疊系下統(tǒng)棲霞組(P1q)，兩翼地層分別為石炭系上統(tǒng)黃龍船山組(C2+3)和板溪群五強溪組(Ptbnw3)。向斜兩翼地層傾角較陡，東翼地層產(chǎn)狀320°∠35°，西翼地層產(chǎn)狀30°∠45°。向斜核部節(jié)理發(fā)育，巖體破碎、巖溶發(fā)育。向斜核部節(jié)理發(fā)育，巖體破碎、巖溶發(fā)育。

2.4 巖溶與巖層產(chǎn)狀

傾斜或陡傾斜的巖層，一般巖溶發(fā)育較強烈;水平或緩傾斜的巖層，當(dāng)上覆或下伏非可溶性巖層時，巖溶發(fā)育較弱。從表1 中可以看出，巖溶強發(fā)育的工點巖層傾角一般均大于50 度。而中等發(fā)育的工點巖層傾角相對較緩，其巖溶發(fā)育相對較弱。

2.5 可容性巖與非可深谷性巖接觸帶

可溶性巖與非可溶性巖接觸帶或不整合面巖溶往往發(fā)育。例如:黃板橋1號大橋區(qū)內(nèi)石炭系黃龍組(C2h)與寒武系楊柳崗組(∈2y)成不整合接觸，其接觸面多分布一層硅質(zhì)礫巖，在石炭系白云質(zhì)灰?guī)r底部的巖溶現(xiàn)象明顯比其中上部要發(fā)育。巖溶發(fā)育形式主要為溶洞、溶蝕裂隙、溶溝及溶槽。四臥壟大橋石炭系黃龍組(C2h)白云巖與下伏寒武系荷塘組(∈1h)炭質(zhì)板巖呈不整合接觸。

3 結(jié)束語

本文從地質(zhì)構(gòu)造的角度出發(fā)，以工程實例為據(jù)，分析了巖溶發(fā)育與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系。簡而言之:由于地質(zhì)構(gòu)造作用，通常節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，為巖溶水的運移創(chuàng)造了良好的條件。因而，在這些地段的巖溶相對發(fā)育。