玉田水庫(kù)溢洪道巖溶發(fā)育特征分析

李 才，田清朝

（中鐵水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，江西 南昌，330029）

0 前言

多年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)在巖溶區(qū)建設(shè)水利工程開(kāi)展了大量研究，取得了豐碩成果，如趙勇[1]、任愛(ài)武[2]等分析了山區(qū)分水嶺地帶及河谷斜坡地帶不同巖溶區(qū)水庫(kù)的滲漏原因，提出了與水庫(kù)蓄水相關(guān)聯(lián)的巖溶發(fā)育的獨(dú)特性以及控制因素等分析成果；呂超[3]、楊元麗[4]、余凱[5]等在地質(zhì)調(diào)查及勘探的基礎(chǔ)上應(yīng)用綜合物探技術(shù)分析了工程區(qū)巖溶發(fā)育特征。

贛東北地區(qū)巖溶較發(fā)育[6]，部分水利樞紐工程關(guān)鍵建筑物坐落于灰?guī)r上，易于產(chǎn)生巖溶塌陷及滲漏問(wèn)題，直接影響到水利樞紐工程的穩(wěn)定和效益。本文的研究對(duì)象玉田水庫(kù)位于江西省景德鎮(zhèn)市湘湖鎮(zhèn)，其溢洪道興建于石炭系上統(tǒng)船山組灰?guī)r的巖溶發(fā)育區(qū)，為保證水庫(kù)長(zhǎng)期發(fā)揮效益，需要對(duì)溢洪道場(chǎng)址巖溶發(fā)育特征進(jìn)行研究，以求證巖溶治理的必要性或有效治理方法。因此迫切需要開(kāi)展溢洪道建設(shè)區(qū)巖溶發(fā)育特征研究。

1 工程地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺斷層發(fā)育，新老地層錯(cuò)位。本區(qū)基底地層為中元古界雙橋山群第五組上段千枚狀板巖，蓋層二疊系下統(tǒng)（P1q、P1x、C2-P1c）灰?guī)r?？辈觳槊?，基底地層覆蓋于蓋層之上；二疊系下統(tǒng)灰?guī)r又覆蓋三疊系夾煤線粉砂巖層之上，地層均倒轉(zhuǎn)，說(shuō)明地質(zhì)構(gòu)造作用強(qiáng)烈。此外，研究區(qū)內(nèi)石灰?guī)r體中發(fā)育有溶洞，巖溶水分布于溶洞、溶隙中，水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。

1.2 溢洪道場(chǎng)址地質(zhì)概況

溢洪道區(qū)處于溶蝕洼地形成的天然埡囗，覆蓋層較厚，植被良好，褶皺斷層及巖溶發(fā)育，巖溶泉露頭極少。

溢洪道區(qū)表層分布有第四系中更新統(tǒng)坡積礫質(zhì)粘土，揭露層厚0.0～14.9m，為良好鋪蓋層。下伏基巖為石炭系黃龍組、船山組和二疊系棲霞組可溶巖，發(fā)育溶洞，溶洞無(wú)充填，或半充填，或滿充填，充填物為礫質(zhì)粘土等。經(jīng)勘察成果綜合分析，溢洪道左岸發(fā)育F3斷層（如圖1），為壓性逆斷層，產(chǎn)狀為 N60～70°E/SE∠25°，順斷層發(fā)育溶洞，該斷層走向與溢洪道流向夾角很小，傾角較緩，且傾向溢洪道之外。溢洪道區(qū)地下水類(lèi)型主要有巖溶水和孔隙潛水，富水性不同部位差異很大，向水庫(kù)或溢洪道下游低地排泄；溶洞充填的礫質(zhì)粘土多為弱透水性，局部中等透水性。

圖1 L1剖面高密度電阻率反演及地質(zhì)綜合解釋

2 綜合勘察技術(shù)應(yīng)用

本文在巖溶區(qū)地質(zhì)測(cè)繪的基礎(chǔ)上，利用綜合物探技術(shù)（高密度電法及淺層地震放射波法）并輔以鉆探驗(yàn)證等手段基本查明了研究區(qū)的巖溶發(fā)育特征。

2.1 地球物理?xiàng)l件

研究區(qū)基巖主要為灰?guī)r，覆蓋土層為人工填土、粉質(zhì)粘土、卵石、淤泥、細(xì)砂、礫質(zhì)粘性土等組成，基巖呈高阻特征，覆蓋土層呈低阻特征，兩者的電性存在明顯的差異。場(chǎng)地具備較好的開(kāi)展高密度電法及淺層地震反射波法勘探工作的物理前提條件。

2.2 綜合勘察解釋成果

通過(guò)高密度電法及淺層地震放射波法，結(jié)合鉆探地質(zhì)資料解釋?zhuān)鐖D1，推演溢洪道附近有39處溶洞發(fā)育區(qū)（編號(hào) R1～R39），如圖2。

圖2 工程勘察平面圖

物探推斷有F2、F3斷層，呈北東走向，沿?cái)鄬訋в腥芏窗l(fā)育。

從物探推斷巖溶分布的位置分析，研究區(qū)溶洞較發(fā)育，場(chǎng)地巖溶主要發(fā)育區(qū)分布于南部，北部呈星點(diǎn)狀分布，中部少量分布。北部有一個(gè)巖溶發(fā)育帶YR1，主要沿可溶巖與非可溶巖斷層接觸帶（F2）發(fā)育，總體呈西南走向，其東北部發(fā)育有塌陷洞及溶洞，西南部發(fā)育有出露泉，巖溶水流向西南。中部有三個(gè)巖溶發(fā)育帶YR2、YR3、YR4，總體呈東西走向，其中 YR2 發(fā)育帶內(nèi)溶洞高度為11.7～13.9m，溶洞底高程為52.3到30.8m（黃海高程，下同）；YR3發(fā)育帶內(nèi)溶洞高度為10.1～13.7m，溶洞底高程為56.2到32.7m；YR4發(fā)育帶溶洞高度為9.4～13.5m，溶洞底高程為50.6到28.4m；巖溶水均流向東，入庫(kù)區(qū)。南部為巖溶主要發(fā)育區(qū)，有4個(gè)巖溶發(fā)育帶YR5、YR6、YR7、YR8，其中YR5總體呈南東走向，發(fā)育帶內(nèi)溶洞高度為4.6～14.3m，溶洞底高程為54.6m到27.8m，巖溶水流向南東，在溢洪道上游入庫(kù)區(qū)；YR6總體呈南北轉(zhuǎn)南東走向，發(fā)育帶溶洞高度為5.5～12.2m，溶洞底高程為50.1m到32.3m，巖溶水流向南東，在溢洪道上游入庫(kù)區(qū)；YR7位于斷層F3下盤(pán)，呈南東走向，發(fā)育帶溶洞高度為5.9～26.1m，溶洞底高程為46.2m到24.8m，巖溶水流向南西，沿F3斷層向溢洪道下游排泄；YR8總體呈南北轉(zhuǎn)東西，再轉(zhuǎn)南北走向，發(fā)育帶溶洞高度為7.6～15.6m，溶洞底高程為43.4m到32.0m，巖溶水流向西轉(zhuǎn)北，在溢洪道上游入庫(kù)區(qū)；南部溶洞發(fā)育最低底高程為24.8m，位于YR7發(fā)育帶。

從溶洞底高程與溶洞發(fā)育帶走向分析，北部巖溶發(fā)育帶YR1，屬斷層型溶洞帶，其溶蝕深度受侵蝕基準(zhǔn)面控制；中部巖溶發(fā)育帶YR2、YR3、YR4，屬壓扭性節(jié)理型溶洞帶，其溶蝕深度受節(jié)理開(kāi)度控制；南部巖溶發(fā)育帶 YR5、YR6、YR7、YR8，屬斷層與縱張節(jié)理復(fù)合型溶洞帶，其溶蝕深度受侵蝕基準(zhǔn)面和節(jié)理開(kāi)度控制。即溶洞的發(fā)育程度和規(guī)模與斷層構(gòu)造有密切聯(lián)系，本區(qū)的溶洞基本上是沿?cái)鄬雍凸?jié)理發(fā)育，且具有越臨近斷層，規(guī)模越大，底高程越低的特點(diǎn)。

傳統(tǒng)商圈的信息化水平相對(duì)較低，電商、跨境購(gòu)物等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的快速發(fā)展使得這些商圈受到的沖擊日益嚴(yán)重，造成客流量減少、商品競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)下降和商戶服務(wù)化程度降低等問(wèn)題日益嚴(yán)重，與商圈繁榮發(fā)展、商戶業(yè)務(wù)持續(xù)增長(zhǎng)的目標(biāo)有所背離。

3 巖溶發(fā)育特征分析

為查明溢洪道區(qū)巖溶問(wèn)題，根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪、鉆探、物探、水文地質(zhì)試驗(yàn)等成果，分析了巖溶類(lèi)型、巖溶與巖層的關(guān)系、巖溶與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系、溶洞充填與充填物情況、巖溶系統(tǒng)及其組合關(guān)系等。

3.1 巖溶類(lèi)型

溢洪道區(qū)巖溶類(lèi)型主要有巖溶出露泉、塌落洞、溶溝、溶槽、溶隙和溶洞 6種類(lèi)型。

3.2 巖溶與巖層的關(guān)系

根據(jù)出露的和探明的巖溶均分布在石炭系黃龍組、船山組和二疊系棲霞組分布區(qū)淺部，因二疊系小江邊組為透鏡狀微晶灰?guī)r夾炭質(zhì)頁(yè)巖，炭質(zhì)頁(yè)巖為非可溶巖，其存在在一定程度上限制了微晶灰?guī)r巖溶的發(fā)育，因此在該巖層中未勘察到明顯的巖溶。研究區(qū)的巖溶侵蝕基準(zhǔn)面大致會(huì)在南河流入昌江的匯合口的水面高程，該高程與探測(cè)最低溶洞底高程相近。

3.3 巖溶與地質(zhì)構(gòu)造和地勢(shì)的關(guān)系

灰?guī)r及炭質(zhì)灰?guī)r為結(jié)構(gòu)緊密且滲透性極小的巖石，其溶蝕條件是地下水在巖體表面及層面節(jié)理和其他斷裂等導(dǎo)水結(jié)構(gòu)面中的運(yùn)移和物理化學(xué)作用。溢洪道區(qū)的主干壓性斷層、層面節(jié)理和橫張節(jié)理為北東向，縱張節(jié)理為北西向，X型節(jié)理為北北東向和北西西向，一般情形是壓性斷層、層面節(jié)理、橫張節(jié)理、縱張節(jié)理為巖溶的優(yōu)先發(fā)育結(jié)構(gòu)面，或相互追蹤發(fā)育。溢洪道區(qū)可溶巖分布于F2、F3斷層之間，且呈北東向展布，在溢洪道上游的北東側(cè)約700m處可溶巖分布終止，向下游呈帶狀延伸到景德鎮(zhèn)市區(qū)以遠(yuǎn)。由此判斷本區(qū)的巖溶系統(tǒng)是總體呈南西流向，基本與近代南河流向一致。

3.4 巖溶系統(tǒng)及其組合關(guān)系

巖溶系統(tǒng)的形成與導(dǎo)水構(gòu)造和地下水流向相關(guān)。本研究區(qū)內(nèi)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，由鉆探和物探探測(cè)的溶溝溶槽有12處，巖溶發(fā)育底高程在36.8～50.6m之間，底高程在40～50m間的占92%；探測(cè)溶洞有30處，底高程在22.5～57.8m之間，底高程在20～30m間的占11%，底高程在30～40m間的占52%，底高程在40～50m間的占19%，底高程在50～60m間的占18%。據(jù)此并結(jié)合上述分析，本區(qū)巖溶發(fā)育的侵蝕基準(zhǔn)面大約在高程22m；本區(qū)的淺部巖溶系統(tǒng)以溶溝、溶槽和溶隙為主，少數(shù)溶洞，一般沿縱張節(jié)理呈北西向展布，溶洞底高程一般在42～52m之間；深部巖溶系統(tǒng)以溶洞和溶隙為主，一般沿層面節(jié)理和斷層呈南西流向，且與近代南河流向基本一致，溶洞底高程一般在28～35m之間。揭露的巖溶基本低于水庫(kù)正常蓄水位。

3.5 巖溶系統(tǒng)與巖溶滲漏問(wèn)題

經(jīng)分析，溢洪道區(qū)的巖溶滲漏與巖溶發(fā)育通道流向、高程、充填度、充填物滲透性及水庫(kù)庫(kù)盆與巖溶之間的天然粘土防滲鋪蓋有效厚度及其滲透性有關(guān)。按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）推薦的粘性土流土臨界水力比降公式Jcr=（Gs-1）（1-n），依據(jù)天然粘土防滲鋪蓋6組室內(nèi)土工試驗(yàn)指標(biāo)，計(jì)算得到其臨界水力比降平均值為 0.863，基于土體壓縮系數(shù)較低，凝聚力較高，流土大部無(wú)臨空面，僅在局部的無(wú)充填和半充填的溶洞才有臨空面的條件，宜取安全系數(shù)1.45，則天然防滲鋪蓋粘土允許水力比降為 0.60。由于粘土產(chǎn)生流土破壞主要是土塊隆起、膨脹、浮動(dòng)、斷裂等，按水力比降公式 J=H/S，當(dāng) J=0.6時(shí)，每米水深需1.67m粘土鋪蓋厚度則可滿足鋪蓋的滲透穩(wěn)定要求。各鉆孔部位的天然鋪蓋厚度詳見(jiàn)表1；從物探資料分析，溢洪道區(qū)總粘土鋪蓋厚度（含已有人工鋪蓋）基本能滿足有效厚度要求。

表1 各鉆孔和探井處水深與天然覆蓋層厚度滿足性計(jì)算表m

綜上所述，溢洪道區(qū)巖溶系統(tǒng)具備水庫(kù)滲漏的地質(zhì)條件，但粘土鋪蓋（天然粘土鋪蓋加已有人工鋪蓋）厚度基本滿足淺層滲透穩(wěn)定要求。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）本文對(duì)玉田水庫(kù)溢洪道建設(shè)區(qū)應(yīng)用地質(zhì)測(cè)繪、高密度電法物探、淺層地震反射波法、鉆探等多種手段，研究表明溢洪道附近有39處溶洞發(fā)育區(qū)，巖溶類(lèi)型主要有巖溶出露泉、塌落洞、溶溝、溶槽、溶隙和溶洞6種類(lèi)型

（2）本區(qū)的淺部巖溶系統(tǒng)一般沿縱張節(jié)理呈北西向和東西向展布，深部巖溶系統(tǒng)一般沿層面節(jié)理和斷層呈南西流向，且與近代南河流向基本一致，揭露的巖溶現(xiàn)象均低于水庫(kù)擴(kuò)建正常蓄水位。

（3）溢洪道區(qū)巖溶系統(tǒng)具備水庫(kù)滲漏的地質(zhì)條件，但水庫(kù)庫(kù)盆粘土鋪蓋厚度基本滿足淺層滲透穩(wěn)定要求。