廣西巖溶型尾礦庫(kù)如何快速尋找溶洞的勘察方法分析

彭 湃, 湯自權(quán)

(長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410019)

1 前言

廣西地區(qū)屬于巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，尾礦庫(kù)建設(shè)區(qū)域也多為可溶巖區(qū)，地表地下均可見(jiàn)明顯的巖溶發(fā)育[1]。查明尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)及周邊巖溶空間分布和發(fā)育規(guī)律，特別是當(dāng)尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)存在隱覆性的溶巖時(shí)，這是廣西地區(qū)巖溶型尾礦庫(kù)勘察的重點(diǎn)和難點(diǎn)[2]。過(guò)去尾礦庫(kù)建設(shè)后出現(xiàn)的事故經(jīng)驗(yàn)表明，由于尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)存在未查明的巖溶，極易導(dǎo)致尾礦庫(kù)產(chǎn)生泄露事件，如2012年發(fā)生的“5·26”龍山排泥庫(kù)泄漏事件，造成了當(dāng)?shù)氐貐^(qū)的極為嚴(yán)重環(huán)境污染以及對(duì)社會(huì)產(chǎn)生了惡劣的影響。目前尾礦庫(kù)的安全環(huán)保形勢(shì)極其嚴(yán)峻，而要解決的最好辦法就是快速的找出尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)所存在的溶洞[3]。

2 地層

通過(guò)在尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)及壩址處鉆孔揭露，鉆孔最大深度約80 m，孔深一般為30～60 m。通過(guò)尾礦庫(kù)區(qū)域內(nèi)鉆探揭露的地層情況，以及本地區(qū)前人對(duì)該區(qū)域的地質(zhì)研究所獲得的資料進(jìn)行綜合分析[4-5]，本次在尾礦庫(kù)區(qū)域內(nèi)鉆探深度范圍內(nèi)的地層情況依次為：上部為腐殖土、依次往下有第四系殘坡積紅黏土、石炭系中統(tǒng)黃龍組灰?guī)r、石炭系中統(tǒng)大埔組白云巖、石炭系下統(tǒng)大塘階灰?guī)r、巖溶充填物。

3 構(gòu)造

尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)位于隆華復(fù)式向斜東段北翼，隆華向斜屬巴頭向斜東翼南段次級(jí)褶皺。隆華向斜呈東西向，東端揚(yáng)起，長(zhǎng)13 km，寬5 km。兩翼不太對(duì)稱(chēng)，南翼較緩，傾角6°～45°，北翼較陡，傾角9°～63°。尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)部分為隆華向斜東段北翼復(fù)式背斜，軸向近東西向，巖層產(chǎn)狀為350°～30°∠17°～31°。發(fā)育有石炭系中統(tǒng)黃龍組(C2h)灰?guī)r、大埔組(C2d)白云巖及大塘階(C1d)灰?guī)r。巖石張性節(jié)理裂隙發(fā)育，走向與背斜軸部走向一致，局部偶見(jiàn)方解石脈充填于張性裂隙或硅質(zhì)碎石膠結(jié)于斷層間。尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)場(chǎng)地內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為斷層、裂隙等，受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用，庫(kù)區(qū)巖石節(jié)理裂隙極發(fā)育，局部形成陡崖或陡壁。

4 項(xiàng)目勘察特點(diǎn)

4.1 本次工程勘察難點(diǎn)

由于本次勘察尾礦庫(kù)區(qū)域位于廣西巖溶發(fā)育區(qū)，并且全場(chǎng)地為可溶巖區(qū)，地表以及地下巖溶均強(qiáng)烈發(fā)育，因此查明庫(kù)區(qū)及周邊巖溶空間分布和發(fā)育規(guī)律是本次尾礦庫(kù)勘察工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。而過(guò)去經(jīng)驗(yàn)表明，由于存在未查明的巖溶，極易導(dǎo)致尾礦庫(kù)產(chǎn)生泄露事件。由于受到廣西地區(qū)區(qū)內(nèi)構(gòu)造影響，尾礦庫(kù)區(qū)域內(nèi)巖溶發(fā)育強(qiáng)烈、分布范圍廣、巖溶發(fā)育種類(lèi)繁多，形態(tài)不一，結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜，在空間上巖溶寬窄不等，巖溶的揭露和追蹤較為困難。而生產(chǎn)企業(yè)由于生產(chǎn)的連續(xù)性，往往要求尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)的勘察工期短、時(shí)間緊，這就縮短了對(duì)庫(kù)區(qū)巖性的調(diào)查、分析與研究時(shí)間，加之尾礦庫(kù)場(chǎng)地坡度較大，增加了尾礦庫(kù)勘察工作的難度。

4.2 本次工程勘察所利用的方法及其先進(jìn)性

為了查明尾礦庫(kù)場(chǎng)地區(qū)域內(nèi)的工程地質(zhì)條件和巖溶特征，公司在總結(jié)類(lèi)似尾礦庫(kù)勘察成敗的基礎(chǔ)上，針對(duì)本次勘察仍然采用工程地質(zhì)測(cè)繪、工程物探、鉆探和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基本方法。但本次物探方法上選擇上與以往不同，除采用電法以外，增加了淺層地震法，充分發(fā)揮其能夠明顯區(qū)分基巖與土層的良好性能，通過(guò)繪制出場(chǎng)地基巖面等位線(xiàn)，查明第四系覆蓋區(qū)，巖溶特征。即等位線(xiàn)圖上封閉底洼區(qū)即為場(chǎng)地巖溶漏斗(落水洞)的位置。結(jié)合地面巖溶測(cè)繪、基巖物探、示蹤試驗(yàn)，綜合分析確定巖溶平面發(fā)育特征和趨勢(shì)。通過(guò)鉆探和淺井，驗(yàn)證同時(shí)進(jìn)一步查明場(chǎng)地巖溶垂向上的發(fā)育特征。雖然本次勘察手段與以往顯然區(qū)別不大，但在選擇物探方法上和工作思路上有較大的改進(jìn)。

4.3 本次工程勘察方法所獲得的成果及效果

(1)在地殼的持續(xù)間歇上升區(qū)域、巖溶峰叢地帶以及巖溶溶洼地地帶，一般巖溶發(fā)育具有上強(qiáng)下弱的趨勢(shì)，但不是簡(jiǎn)單均勻的由強(qiáng)變?nèi)酰菑臉?gòu)造形態(tài)、規(guī)模、方向等方面有一定規(guī)律的變化：

①上部：面廣、多而大，水平垂直雙向發(fā)育。由于表面水流侵蝕，溶溝、溶槽發(fā)育，石芽叢生，落水洞上段寬大，漏斗、塌坑等巖溶地貌齊備，還間有古溶洞分布于不同高程的山坡。

②中部：由多變少，由大變小。以垂直發(fā)育為主。溶溝、溶槽、溶蝕裂隙已匯集到較少的大溶蝕裂隙和落水洞，且下切變小，也有少數(shù)受構(gòu)造影響而中部擴(kuò)大的。

③下部：以水平發(fā)育為主，落水洞轉(zhuǎn)為水平管，或通向大的溶蝕裂隙，沿構(gòu)造帶分布，與外界溝通，構(gòu)造帶以外則巖石完整，少溶蝕。

④底部侵蝕基準(zhǔn)面：少而大，水平發(fā)育。沿構(gòu)造帶、沿一定坡降的侵蝕基準(zhǔn)面發(fā)育，裂隙、管束匯集成暗河。當(dāng)遠(yuǎn)離補(bǔ)給區(qū)到下幾個(gè)梯級(jí)如峰林—溶盆或孤峰—溶原地帶，隨著地面標(biāo)高的降低，暗河逐漸接近地表，直接與天井、天窗相通，且可能時(shí)出(明)時(shí)沒(méi)(暗)，直到匯入大河溝，本區(qū)為匯入右江。

(2)地下溶蝕裂隙、管束、暗河的分布、走向和高程主要受巖性、地質(zhì)構(gòu)造和區(qū)域地形、梯級(jí)地貌高程的控制，而與局部地形、地面高程無(wú)關(guān)。

(3)鉆探所見(jiàn)一定尺度的充填、半充填非巖石進(jìn)尺，決不是簡(jiǎn)單孤立的與外界無(wú)連通的封閉圓洞，而是如下情況之一：

①裂隙或小通道上局部溶蝕擴(kuò)大圓洞的直徑或旁徑。

②以那個(gè)尺度為直徑、旁徑或斜徑的管道。

③以那個(gè)尺度為厚度或斜厚的裂隙?？傊且粋€(gè)斷面變化的、以不規(guī)則曲(折)線(xiàn)或曲(折)面形態(tài)存在的延伸的通道。單個(gè)或多個(gè)鉆孔所遇非巖石進(jìn)尺可能是一個(gè)或多個(gè)、大小、長(zhǎng)度、方向、高程不一的通道。

(4)洼地與外界的水務(wù)聯(lián)系絕非“緩慢流動(dòng)”的“穩(wěn)定滲流”，而是通過(guò)上述通道流動(dòng)的層流或紊流，可溶性巖層不是均勻的滲流場(chǎng)。

(5)經(jīng)過(guò)精心組織，按時(shí)按質(zhì)提交成果，尾礦庫(kù)建成至今未發(fā)生任何安全事故。

(6)綜上所述，本次尾礦庫(kù)勘察所利用的手段合理，通過(guò)物探精準(zhǔn)查找后，鉆探驗(yàn)證的做法先進(jìn)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)足了業(yè)主的要求，為設(shè)計(jì)與施工提供了詳細(xì)資料。

5 結(jié)論

通過(guò)本次尾礦庫(kù)勘察方法可知，利用物探電法以及淺層地震法，充分發(fā)揮其能夠明顯區(qū)分基巖與土層的良好性能，通過(guò)繪制出場(chǎng)地基巖面等位線(xiàn)，查明第四系覆蓋區(qū)巖溶特征，快速確定出尾礦庫(kù)場(chǎng)地內(nèi)各區(qū)域巖溶發(fā)育強(qiáng)烈程度，圈定出巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)，并利用鉆探方法對(duì)強(qiáng)發(fā)育區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)物探結(jié)論與鉆探驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，確定出巖溶的平面發(fā)育特征和趨勢(shì)。

上述勘察方法可快速確定不同巖溶發(fā)育程度區(qū)，節(jié)省了勘察時(shí)間，能縮短工期，節(jié)省了人力與物力成本，可為尾礦庫(kù)的工程建設(shè)帶來(lái)直接效益。