土溪口水庫巖溶發(fā)育特征地質(zhì)調(diào)查研究

李 瓏

(四川省水利水電勘測設計研究院勘察分院，四川 成都 611731)

土溪口水庫位于四川省達州市宣漢縣渡口鄉(xiāng)境內(nèi)，是在前河上游河段興建的一座以防洪為主，兼發(fā)電的大型水利工程。由于庫、壩區(qū)出露地層以二疊系、三疊系碳酸鹽巖的可溶巖地層為主，巖溶較發(fā)育，主要工程地質(zhì)問題是巖溶滲漏。因此，對區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育特征開展了詳細的地質(zhì)調(diào)查，為后續(xù)的評價、設計、施工提供基礎地質(zhì)資料。

1 巖溶形態(tài)特征及分布

據(jù)調(diào)查，庫區(qū)內(nèi)巖溶出露形式可分為地表巖溶和地下巖溶兩大類型。按形態(tài)特征，地表巖溶可分為溶溝、溶槽、溶蝕洼地、漏斗、落水洞及巖溶泉等；地下巖溶可分為溶洞、地下巖溶通道(暗河)等。

1.1 地表巖溶

溶溝和溶槽主要發(fā)育在灰?guī)r斜坡部位，沿陡傾角層面裂隙和NW向構(gòu)造裂隙溶蝕而成，寬度0.2 m～2 m，長度3 m～10 m，深度1 m～5 m不等，多充填棕紅色粘土。溶蝕洼地在東河左岸、前河左右岸及中河左岸均有分布。典型地貌見圖1。各溶蝕洼地分布位置均較高，位于庫岸山頂或地表分水嶺附近。地面高程一般在1 000 m～1 300 m左右，平面形態(tài)呈長條形或橢圓形等，四周封閉，洼地寬度50 m～500 m，長度0.3 km～1.5 km，面積0.04 km2～0.35 km2。大多沿NW方向發(fā)育，部分沿NW和NE兩個方向發(fā)育，與本區(qū)兩組張性陡傾角裂隙發(fā)育方向一致。

溶蝕漏斗分布于溶蝕洼地內(nèi)或地下巖溶管道通過地帶，地面高程一般在1 000 m～1 200 m，平面形態(tài)呈圓形或橢圓形，直徑一般10 m～20 m，最大可達100 m，可見深度2 m～12 m。大多沿NW或NE向陡傾角裂隙溶蝕塌陷而成?，F(xiàn)大多由于塌陷而堵塞，底部覆蓋土層，生長植物。典型地貌見圖2。

落水洞大多分布于溶蝕洼地內(nèi)(少量在斜坡)，典型地貌見圖3。地面高程一般在1 000 m～1 300 m，其平面形態(tài)多呈圓形～橢圓形、縫狀～槽狀等，長一般1.5 m～10 m，最大50 m；寬一般0.3 m～5 m，最大10 m；可見深度一般3 m～20 m，最大37 m。其底部一般與地下巖溶管道相通，多沿NW向陡傾角構(gòu)造裂隙及層面溶蝕發(fā)育而成，洞底覆蓋塊碎石或雜物，各溶蝕洼地雨后均被積水淹沒1 m～3 m，依靠洼地中落水洞作為消水通道，1 d～2 d后積水排干。

庫區(qū)前河兩岸，及鄰谷東河右岸和中河左岸共出露55個巖溶泉點，典型巖溶泉出露情況見圖4。本區(qū)泉點流量大多受降水影響，補給來源與降水關系密切，流量隨季節(jié)變化。部分巖溶泉不渾濁，說明其補給來源相對較遠或有較穩(wěn)定的地下水補給。泉點出露受地層巖性及構(gòu)造的控制。泉點受巖溶發(fā)育系統(tǒng)的影響。在高程750 m以下和950 m～1 250 m左右泉點分布較為集中，與水平巖溶系統(tǒng)(溶洞、暗河出口)在這一帶較發(fā)育有關；在高程750 m～950 m和1 250 m以上泉點較少，與漏斗、落水洞和地下斜洞等在這一帶較發(fā)育有關。

1.2 地下巖溶

前河左右岸、東河右岸及中河左岸均分布有溶洞，典型地貌見圖5。區(qū)內(nèi)溶洞從河床至山頂(高程300 m～1 500 m)均有分布，洞口距河床高度0 m～1 000 m。洞口多呈圓形、半圓形、方形、三角形等，向內(nèi)呈管道狀、廳狀或縫狀。洞徑大小不等，一般小于10 m，洞長多為5 m～40 m。順層面或長大結(jié)構(gòu)面發(fā)育。大多洞內(nèi)無水，暴雨后有水流出。結(jié)合巖溶泉點出露情況，初步分析庫區(qū)前河及鄰谷東河、中河范圍內(nèi)共存在有15條暗河或地下巖溶通道。各溶蝕洼地中的漏斗和落水洞，雨季地表水大多集中下滲沿地下巖溶通道排泄，其進口段位置較高，大多順巖層傾向發(fā)育；中段順層面(或切層)與傾向斜交方向發(fā)育；出口段沿走向順層面近水平發(fā)育。

2 巖溶發(fā)育規(guī)律

2.1 巖溶結(jié)構(gòu)面

工程區(qū)處于大巴山弧形構(gòu)造帶南緣。主構(gòu)造線方向為北西向(310°左右)。構(gòu)造形跡以擠壓緊密的褶皺、壓性逆斷裂構(gòu)造及直立巖帶為主，基本見不到推覆構(gòu)造體?？扇苄詭r體中存在各種有利于巖溶發(fā)育的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面，如不同性質(zhì)和規(guī)模的斷層、裂隙帶、層間滑動面、可溶巖與非可溶巖界面、膏溶帶、古巖溶面等。這些地質(zhì)結(jié)構(gòu)面破壞了可溶巖體完整性，成為巖溶水入滲及運動的途徑，也成為巖溶不均勻發(fā)育的主要通道。巖溶水運動的動力來源于補給區(qū)地下水位與排泄基準面之間的水位差。巖溶水在從補給區(qū)向排泄區(qū)的運動過程中，通過自主選擇和溶蝕改造，形成能量消耗最小的優(yōu)勢管道或通道路線。區(qū)域構(gòu)造結(jié)構(gòu)面組合如圖6所示。

2.2 地貌及氣象條件對巖溶發(fā)育的影響

壩址區(qū)位于渡口鄉(xiāng)上游1 km峽谷河段，屬侵蝕溶蝕高中山地貌。河谷谷底寬度50 m～70 m，正常蓄水位時谷寬237 m，總體呈“V”型峽谷特征。兩側(cè)水位埋深大，地下水以垂向運動為主，巖溶形態(tài)為落水洞、漏斗、巖溶洼地。巖溶槽谷區(qū)面積愈大，巖溶發(fā)育以水平為主，富水性愈好，谷地中及可溶巖與非可溶巖接觸帶常有泉水出露。背斜翼部常為地下的徑流排泄區(qū)，巖溶發(fā)育，背斜壟脊山頂，多為巖溶的補給區(qū)，水位埋深大，地下巖溶以垂直發(fā)育為主。

壩址區(qū)為亞熱帶濕潤季風氣候。多年平均氣溫18.5 ℃；極端最高氣溫39.5 ℃，極端最低氣溫-4.8 ℃，多年平均降水量1 254.6 mm，多年平均蒸發(fā)量1 109.8 mm，多年平均相對濕度81%。徑流與降雨的年內(nèi)分配基本一致，每年4月起徑流隨降雨的增大而增大，7月,9月水量最豐。6月,8月次豐，11月后由于降雨量減少，地下水補給比重漸漸增大，徑流漸以地下水補給為主。徑流在年內(nèi)的分配不均，直接影響本區(qū)巖溶地下水位的動態(tài)及流態(tài)特征，很多巖溶泉及地下河的流量變化極為劇烈，雨季最大流量是枯水季節(jié)最小流量的幾十倍甚至上百倍，巖溶地下水位變化可達幾十米。壩址區(qū)雨量豐富，入滲地下補給迅速，溶蝕作用強非常有利于巖溶的豎向發(fā)育。

2.3 地表水、地下水對巖溶發(fā)育的影響

地表水文網(wǎng)的發(fā)育分布及其特點是控制巖溶水循環(huán)條件的一個極其重要因素。壩址區(qū)內(nèi)橫切槽谷的深谷和眾多的橫順向沖溝伸入槽谷的狀況決定了巖溶作用的強度、方向及巖溶地貌的分布規(guī)律。碳酸鹽巖地下水的運動是巖溶發(fā)育的必要條件。巖溶地下水的動態(tài)因地而異，主要決定于巖體的透水性、補給和排泄條件。本區(qū)地下水屬氣象型，補給源為大氣降雨。在分水嶺地段，地下水以沿裂隙的垂直運動為主，有利于豎向巖溶形態(tài)的發(fā)育；在地下水季節(jié)變動帶內(nèi)，由于地下水的垂直運動與水平運動交替變化，因此，垂直和水平巖溶形態(tài)都有發(fā)育。綜上所述，巖溶發(fā)育基本條件和自然因素是彼此相互聯(lián)系、相互作用、相互制約的。在多種因素共同作用下，形成了該區(qū)特有的巖溶發(fā)育形態(tài)。

3 巖溶發(fā)育的分期性及分布的成層性

前河是長江五級水系，作為一個四級支流，深切峽谷應是在區(qū)域最低剝夷面形成以后切割而成的。該剝蝕面在區(qū)內(nèi)尚有保存，以普遍分布高程1 100 m～1 250 m的峰從洼地、谷地為代表。從區(qū)域?qū)Ρ葋砜?，該剝夷面可能形成晚第三紀末(N)。當時前河尚未形成。第四紀以來，在喜山運動作用下，大巴山區(qū)一直處于間歇性抬升過程中，河流不斷深切，兩岸巖溶水排泄基準面不斷下降，導致兩岸巖溶地下水位不斷下降，在峽谷兩岸山體中形成新的強巖溶帶，在河谷則形成新的排水溶洞或巖溶泉。目前在高程750 m以下的河谷中可以見到三層溶洞，足以說明溶洞發(fā)育具有分期性和成層性。高程500 m～580 m，高出河床30 m～110 m，可見水平干溶洞處于包氣帶中，相當一部分處于水庫正常蓄水位以下；高程680 m～750 m，高出河床220 m～290 m，發(fā)育較多水平溶洞，且多為處于包氣帶中的干溶洞；在高程400 m～460 m河水面以下可見排水溶洞和溶隙系統(tǒng)。由于構(gòu)造斷裂伸展到河床以下，河水面下可能存在巖溶管道、溶隙，并形成河面以下的排泄通道。高程460 m～480 m發(fā)育有現(xiàn)代水平溶洞系統(tǒng)(如圖7所示)與現(xiàn)代河床排泄基準面基本適應，以地下河出口及泉水排泄點為代表。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壩址區(qū)以溶溝、溶槽、溶蝕洼地等為代表的地表巖溶及以溶洞、暗河為代表的地下巖溶發(fā)育，且分布較廣。分析了工程區(qū)巖溶發(fā)育特點，總結(jié)了巖溶發(fā)育規(guī)律。巖溶水在從補給區(qū)向排泄區(qū)的運動過程中，通過自主選擇和溶蝕改造，形成能量消耗最小的優(yōu)勢管道或通道路線。同時闡述了巖溶發(fā)育的分期性及分布的成層性，為水庫滲漏、壩基滲漏評判提供了基礎的地質(zhì)資料。