白云巖地區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律初探

1、黔東南白云巖地區(qū)巖溶發(fā)育機制研究張良平，李愛國，宋斌長江巖土工程總公司（武漢）Zhang Liang-ping，Li Ai-guo，Song Bin （Changjiang Geotechnical Engineering Corporation, Wuhan ） 【摘要】貴州碳酸鹽類巖石分分布面積占全省80%左右，其厚度占地層總厚的50-70%。以石炭系和二迭系巖層巖溶發(fā)育最強。根據(jù)巖溶層組的巖性特點，出露面積，構(gòu)造條件和巖溶發(fā)育程度，對巖溶發(fā)育強度進行分區(qū)，將全省劃分為強烈發(fā)育，較強發(fā)育，中等發(fā)育及弱發(fā)育四個大區(qū)1（圖0-1）。本文以下溪水庫工程區(qū)巖溶研究為實例，來分析黔東南地區(qū)寒武系白云

2、巖出露區(qū)巖溶發(fā)育機制。提出了影響Abstract: 【關(guān)鍵詞】白云巖 風化剝蝕速率 化學(xué)溶蝕速度 巖溶發(fā)育機制 巖溶發(fā)育強度 Key words: Dolomite，Rate of weathering and denudation，Chemical corrosion speed，Karst development mechanism，Karst development intensity0、前言黔東南自治州位于貴州東南部，地處東經(jīng)1071810935，北緯25192731，東鄰湖南省，南接廣西，現(xiàn)轄16個縣市，面積30302平方公里，水資源豐富，水能理論蘊藏量210萬千瓦，可開發(fā)量約125

3、.2萬千瓦。位于黔東南鎮(zhèn)遠、凱里、三都一線以東地區(qū)，傳統(tǒng)上劃定為非巖溶區(qū)（V）1，區(qū)內(nèi)極少或無巖溶地貌發(fā)育。隨著境內(nèi)社會經(jīng)濟發(fā)展，交通、旅游、中小型水電水利工程開發(fā)加快建設(shè)，對該區(qū)域的巖溶發(fā)育狀況的研究也進一步加深，研究評價黔東南地區(qū)巖溶發(fā)育有著深遠意義，對工程項目的實施也有著技術(shù)指導(dǎo)意義。圖0.1貴州省巖溶發(fā)育分區(qū)圖（注：1 摘自貴州省水文地質(zhì)志）1黔東南區(qū)域地質(zhì)背景1.1地層巖性黔東南地層發(fā)育齊全，自元古界至第四系均有出露（圖1.1、表1.1）。上元古界（Pt3）地層大面積出露于三都凱里鎮(zhèn)遠玉屏一線以東（江南區(qū)（），主要是陸源碎巖為主，次為火山巖及火山碎屑巖，少量碳酸鹽巖，大部分已變質(zhì)為綠

4、色。過渡區(qū)內(nèi)少量分布。震旦系（Z）以海相碎屑沉積為主，過渡區(qū)內(nèi)為粘土夾碳酸鹽巖、中粗碎屑巖及細屑巖為主，江南區(qū)為炭質(zhì)巖、硅質(zhì)巖、雜礫巖為主。寒武系（）下統(tǒng)由碎屑巖組成，其余以海相碳酸鹽沉積占優(yōu)勢。奧陶系（O）地層黔東南地區(qū)為臺地邊緣相，以碳酸鹽巖為主，伴有碎屑沉積，江南區(qū)僅出露于三都一帶，上統(tǒng)和中統(tǒng)大部分缺失，主要為斜坡相碳酸鹽巖和碎屑巖。志留系（S）：屬于凱里三都分區(qū)，主要分布于施秉以南、黃平麻江都勻山以東、臺江雷山三都以西，地層發(fā)育不全，以殼相碎屑巖為主，夾少量碳酸鹽巖，巖相分復(fù)雜，底部為底礫巖。泥盆系（D）：泥盆系地層全屬揚子地層區(qū)凱里小區(qū)，為濱岸沉積，下統(tǒng)及中統(tǒng)大部為陸源碎屑巖，中統(tǒng)頂

5、部及上統(tǒng)為白云巖。區(qū)內(nèi)主要出露上泥盆系（D3）薄層灰?guī)r、石炭系（C）：分布較少，僅出露于三都都勻以北、福泉臺江以南地區(qū)及黎平以東大部，主要是暗色碳酸鹽及硅質(zhì)沉積。二疊系（P）：上統(tǒng)（P2）主要為碎屑巖和石灰?guī)r，呈近南北向，砂頁巖夾煤及燧石灰?guī)r、玄武巖、灰?guī)r夾頁巖及薄煤層；下統(tǒng)（P1）主要為碳酸鹽巖，以灰?guī)r夾白云巖與砂頁巖，巖相呈近東西向分布。主要分布于貴陽都勻一帶及黎平天柱一帶。三疊系（T）：以海相沉積為主，黔東南地區(qū)出露較少，以下三疊系（T1）灰?guī)r及砂頁巖、薄層灰?guī)r及白云巖、礫屑灰?guī)r、泥灰?guī)r及頁巖為主，分布于黎平天柱一帶小部區(qū)域。侏羅系（J）：為陸相紅色巖系，地層發(fā)育不全，天柱一帶僅出露中侏

6、羅統(tǒng)（J2），以一套紫紅色為主的石英長石砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。白堊系第三系（KE）：零星出露于黃平、臺江、鎮(zhèn)遠、榕江小部地區(qū)，屬山間斷拗或斷陷盆地沉積，上白堊系（K2）磚紅色礫巖、含礫砂泥巖；K未分：含砂巖、石英砂巖夾泥巖；第三系：N含砂礫粘土巖夾褐煤E：褐紅色礫巖、含礫砂泥巖夾煤線第四系（Q）：沖積砂、礫及沖洪積砂、粘土；冰磧泥礫。 圖1.1 黔東南地質(zhì)構(gòu)造略圖（根據(jù)貴州省1：150萬地質(zhì)圖繪制）表1.1 黔東南地區(qū)地層簡表地層單位巖性描述地層單位巖性描述系統(tǒng)代號系統(tǒng)代號白堊系上統(tǒng)K2磚紅色礫巖、含礫砂泥巖志留系中統(tǒng)S1-2中統(tǒng)為砂質(zhì)頁巖夾砂巖侏羅系上統(tǒng)J2泥巖、粉砂巖與長石石英砂巖互層

7、下統(tǒng)S1砂質(zhì)頁巖夾薄層灰?guī)r、生物灰?guī)r三疊系中統(tǒng)T2白云巖、灰?guī)r夾頁巖，礫屑灰?guī)r、藻灰?guī)r、石英砂巖、粘土巖奧陶系下統(tǒng)O1灰?guī)r、白云巖及砂頁巖；砂頁巖夾灰?guī)r下統(tǒng)T1灰?guī)r及砂頁巖、薄層灰?guī)r夾白云巖。灰?guī)r、泥灰?guī)r及頁巖并層O中上統(tǒng)為頁巖、炭質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r二疊系上統(tǒng)P2砂頁巖夾煤及燧石灰?guī)r、玄武巖：灰?guī)r夾頁巖及薄煤層寒武系上統(tǒng)3白云巖、灰?guī)r及礫屑灰?guī)r；泥灰?guī)r、頁巖及礫屑灰?guī)r下統(tǒng)P1灰?guī)r夾白云巖與砂頁巖中統(tǒng)2白云巖夾砂巖；白云巖、灰?guī)r夾礫屑灰?guī)r；頁巖夾灰?guī)r石炭系上統(tǒng)C2灰?guī)r及白云巖，上部砂頁巖夾泥質(zhì)灰?guī)r下統(tǒng)1硅質(zhì)巖、炭質(zhì)頁巖、砂頁巖及灰?guī)r下統(tǒng)C1下部為灰?guī)r夾頁巖及砂頁巖夾煤或鋁質(zhì)巖，上部為灰?guī)r、白云巖震旦

8、系上統(tǒng)Z2隱藻白云巖、磷塊巖：粘土巖夾白云巖及硅質(zhì)巖泥盆系上統(tǒng)D3灰?guī)r、白云巖，硅質(zhì)巖夾灰?guī)r下統(tǒng)Z1雜礫巖或礫石質(zhì)泥巖、砂巖夾粘土巖，含錳質(zhì)中統(tǒng)D2灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r及砂巖上元古界板溪群Pt31bx變余砂巖、砂質(zhì)板巖、變余凝灰?guī)r、絹云母板巖下統(tǒng)D1-2蟒山群石英砂巖夾砂質(zhì)頁巖1.2地質(zhì)構(gòu)造黔東南地區(qū)凱里岑鞏玉屏銅仁一線以西位于揚子準地臺黔北臺隆-遵義斷拱-貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)（1A3區(qū)），三都凱里以西、凱里貴定以南一帶小部屬黔南臺隆貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)（21區(qū)）；三都凱里玉屏一線以東位于華南褶皺帶（）。、兩大區(qū)之間以施洞口斷層為界，變形樣式是漸變過渡的，與中、上寒武相變地帶走向一致。 1A3區(qū)（貴陽

9、復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)）出露地層主要為下古生界及前寒武系，褶皺舒緩開闊，樞紐波狀起伏急劇，背斜高隆地段常呈穹窿狀或短軸狀，褶皺軸向主要為北北東，褶曲形態(tài)以舒緩開闊型為主，兩翼對稱，傾角一般只有1020，主干褶曲跨幅多10km，長度40km。向斜多被走向斷層破壞，背斜樞紐起伏急劇，高隆地段常為穹窿狀。卷入地層主要為寒武系，背斜高隆地段有青白口系，個別出露梵凈山群。黔東南21區(qū)（貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)）分布于東北部，以北東向構(gòu)造及近東西的弧形構(gòu)造為主，構(gòu)造線方向近于北東并多有S形弧形彎曲。華南褶皺帶（區(qū)），構(gòu)造線方向主要為北東向，以長條脊狀褶曲為主。褶皺主體為北東向長條脊狀，兩翼大多對稱，傾角多1020，少

10、數(shù)10或30。單個皺曲跨幅510km，長度多40km。2黔東南地區(qū)巖溶發(fā)育特點三都凱里臺江鎮(zhèn)遠玉屏一線以東主體屬江南造山型褶皺帶，地貌上以剝蝕中山、低山、丘陵為主，強切割的侵蝕中山主要分布于雷公山一帶，出露地層以上元古界變質(zhì)巖系為主，該線以西位于黔中丘原盆地邊緣，以巖溶丘陵的開闊的溶蝕盆地為主，其次為峰叢谷地、洼地，其中臺江三穗玉屏一線帶狀廣泛分布寒武系、奧陶系碳酸鹽巖類，地貌上以峰叢谷地主；玉屏凱本一線東北部屬低山丘陵區(qū)，地勢西高東低、南高北低，山脊呈北北東向與構(gòu)造走向一致，以巖溶低山、丘陵、洼地等巖溶地貌為主。巖溶多發(fā)育以灰?guī)r、白云巖，白云巖組成的平緩褶皺的核部，巖溶形態(tài)有：溶洞、地表溶溝

11、、溶槽及溶縫或溶蝕裂隙等。2.1白云巖地區(qū)巖溶類型溶洞、地表溶溝、溶槽及溶縫或溶蝕裂隙等。（1）溶洞：形態(tài)各異，規(guī)模大小不等，小者僅0.5m左右，大者呈走廊狀，洞內(nèi)無充填，洞壁干燥，見鐘乳石及灰華沉積。該地區(qū)均有分布，如鎮(zhèn)遠縣的青龍洞、岑鞏縣的霧龍洞、黃平的浪洞等(圖2.1a）。（2）溶溝、溶槽：主要發(fā)育在兩岸斜坡地帶，其發(fā)育方向受裂隙控制，一般深13m，寬0.52.0m，局部與地下溶縫相連，深達45m，多數(shù)被碎石和粘土充填(圖2.1b）。 a溶洞 b溶溝圖2.1 下溪水庫壩址區(qū)巖溶類型照片（3）溶縫、溶蝕裂隙：主要沿陡裂隙面、緩傾角層面溶蝕，一般呈長、高數(shù)米，寬厘米級至數(shù)米的狹縫，地表多見無

12、充填或充填粘土，或溶蝕風化呈白云砂狀，局部延伸至地下溶洞；地層深部局部溶蝕，溶蝕范圍及強烈程度有限，巖體層巖屑夾巖塊狀或巖塊夾巖屑狀(圖2.2）。 a溶縫 b溶蝕裂隙圖2.2 下溪水庫壩址左、右岸溶蝕裂隙典型照片（4）深部巖溶 1）溶洞：通對已建、在建水利工程勘察資料統(tǒng)計分析，深部巖溶多受構(gòu)造影響，沿結(jié)構(gòu)面發(fā)育，埋藏多810m，充填碎石土等(圖2.3）。圖2.3 下溪水庫壩址區(qū)鉆孔揭露溶洞巖芯典型照片（左為鉆孔錄像柱狀圖，右為鉆孔錄像展開圖）2）層間破碎溶蝕縫層間破碎溶蝕縫多表現(xiàn)為水平方向，是巖溶地區(qū)地下暗河發(fā)育初期，通過對下溪水庫鉆孔巖芯及鉆孔錄像判譯統(tǒng)計，層間破碎溶蝕縫共71個/16孔，左

13、岸9個，河床42個，右岸20個。多為局部溶蝕，溶蝕范圍及強烈程度有限，巖體呈巖屑夾巖塊狀或巖塊夾巖屑狀(圖2.4）。圖2.4 壩址區(qū)鉆孔揭露層間破碎溶蝕縫圖（左為鉆孔錄像柱狀圖，右為鉆孔錄像展開圖）2.2白云巖地區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律（1） 分區(qū)性巖溶的分區(qū)性主要表現(xiàn)在平面分布的沿構(gòu)造形跡分布的方向性、和對巖性的選擇性兩個方面。以對玉屏至岑鞏境內(nèi)暗河、溶洞、溶溝（槽）及深部溶蝕帶的統(tǒng)計為例7（7貴州省玉屏朱家場地區(qū)水資源分布圖），溶洞均發(fā)育在細晶中晶白云巖及灰?guī)r分布地段，構(gòu)造部位上選擇了區(qū)域斷層交匯處及褶皺的轉(zhuǎn)折端處，地貌上分布于河谷的陡傾角裂隙發(fā)育密集的順向坡一岸，而層間破碎溶蝕縫發(fā)育部位，則選擇了

14、有利于降雨入滲與地表水水位范圍內(nèi)。表2.1 黔東南地區(qū)巖溶發(fā)育統(tǒng)計表位置巖溶類型說明構(gòu)造部位暗河溶洞雷打坡（白水洞）2條出水型溶洞1個暗河相通，出露O1h、O1t桐梓組灰?guī)r、白云巖，源頭為白云巖，施洞口斷層，三穗向斜西翼韭菜塘2條進水型溶洞2個，出水型溶洞1個，暗河相通，為鴨溪溝源頭，地層為3q泥質(zhì)、灰質(zhì)白云巖盤山背斜核部轉(zhuǎn)折端姚家沖一帶4條進水型溶洞2個，出水型溶洞1個，暗河相通，暗河地層為3q組泥質(zhì)、灰質(zhì)白云巖下溪水庫/地表、鉆孔揭露溶洞21個，溶溝（槽）3個；層間溶蝕帶71處地層為2s細中晶白云巖小堡斷層南側(cè)，盤山背斜北翼黃平1個（浪洞）地層為1l細中晶白云巖郎洞斷裂鎮(zhèn)遠1個（青龍洞）地

15、層為1l細中晶白云巖鎮(zhèn)遠樞紐斷層與甕哨斷層間；哨山向斜南端（2）垂直方向的多層性、衰減性以下溪水庫巖溶垂直分布規(guī)律為例（圖2.5)。揭露溶洞最低底界線高程為368.35m，最高頂界線高程為451.05；分布在高程378m以下的1個，378m410m之間的共11個，410m416m之間的共1個，416m以上的共8個；層間破碎溶蝕縫最低高程為325.8m，最高約為447.9m；分布在高程378m以下的47個，378m410m之間的共16個，410m416m之間的共5個，分布在416m以上的共3個。巖溶發(fā)育強度上從溶洞溶溝（槽）溶蝕裂隙層間溶蝕帶逐步衰減，至河流侵蝕基巖底面之下，地下水交替活動較弱，

16、溶蝕多表現(xiàn)為溶濾。1.地表溶洞投影 2.鉆孔揭露高大于2m的全充填溶洞 3.鉆孔揭露高大于2m的全充填溶洞投影4.鉆孔揭露高小于2m的全充填溶洞5.鉆孔揭露高小于2m的全充填溶洞投影6.鉆孔揭露層間破碎溶蝕縫 7.鉆孔揭露層間破碎溶蝕縫投影圖2.5 下溪水庫壩址區(qū)巖溶發(fā)育投影圖3、黔東南白云巖地區(qū)巖溶發(fā)育機制3.1巖溶發(fā)育影響因素3.1.1礦物組分通過對在建下溪水庫巖溶發(fā)育研究，對壩址區(qū)、料場取樣8組進行巖石礦物組分鑒定發(fā)現(xiàn),純度較高的白云巖X衍射線下可見溶孔；純度較低的白云巖多含10%20%碎屑、含泥、含藻、具藻腐孔結(jié)構(gòu)(表3.1)。藻屑或礫屑白云巖成巖的后生變化使得巖石表面在自身溶解作用表

17、現(xiàn)為有較多不規(guī)則溶孔，這些都為今后漫長的地質(zhì)時期巖溶化提供了基礎(chǔ)。表3.1下溪水庫工程寒武系白云巖礦物鑒定成果孔號孔深（m)定名結(jié)構(gòu)構(gòu)造礦物組分含量（%）鏡鑒結(jié)果CZ2-118.75-18.8含泥的中細晶白云巖含泥的中細晶結(jié)構(gòu)40%呈不規(guī)則斑塊狀分布的中晶白云石，有凈邊形成50%均勻分布的細晶白云石，晶粒中有較多殘存的泥質(zhì)，晶粒間接觸緊密10%零散分布在白云石間隙中的泥質(zhì)CZ2-219.9-20.0中細晶白云巖中細晶結(jié)構(gòu)，有少量不規(guī)則溶孔100%中晶細晶白云石，晶粒較臟，多殘存泥質(zhì)及少量微晶方解石，晶粒間接觸緊密，粒徑0.1-0.5mmCZ16-112.7-12.75富藻腐孔的礫粉砂級藻粒屑細

18、粉晶白云巖基質(zhì)具細晶粉晶結(jié)構(gòu)的富藻粒屑及藻綠體結(jié)構(gòu)，富藻腐孔構(gòu)造10%零星分布的富藻灰?guī)r內(nèi)碎屑，藻鮞，粒徑0.5-6mm20%零散均勻分布的富藻，團粒及藻斑點，粒徑0.05-0.3mm25%均勻分布的細晶白云石粉晶白云石30%不規(guī)則斑塊狀分布的藻腐孔，孔徑2-5mm，其中已填充中晶白云石15%殘存的零散分布的藻綠體CZ16-213.2-13.25紋層狀藻粒屑細晶粉晶白云巖及富藻腐孔的藻云巖基質(zhì)具細晶粉晶結(jié)構(gòu)的紋層狀藻粒屑及藻綠體結(jié)構(gòu)，帶狀及不規(guī)則分布的藻腐孔構(gòu)造。3%零星分布的棱形石，粒徑0.3-0.6mm20%零散均勻分布的藻團粒及藻斑點，粒徑0.05-0.3mm17%在少粒屑部位，可見少量

19、殘存的由微晶方解石（白云石）組份的藻綠體30%富粒屑部分，基質(zhì)由細晶粉晶白云石組成30%少粒屑多藻綠體部分，由于形成較多藻腐孔，孔中充填粗晶中晶白云石，孔徑2-4mmCZ10-223.0-23.1含內(nèi)碎屑核形石中粉晶白云巖基質(zhì)具中晶粉晶結(jié)構(gòu)的含粒屑結(jié)構(gòu)15%零散分布的園橢園狀少圈層的核形石，粒徑0.3-1.5mm10%內(nèi)碎屑包粒，次園狀，粒徑3-6mm30%零散斑塊狀分布的中晶白云石45%均勻分布的粉晶白云石LZK2-239.4-39.6細層狀含藻斑點中細晶白云巖含藻斑點的中、細晶結(jié)構(gòu)，近水平細層及紋層狀構(gòu)造10%呈細紋帶狀富集的藻斑點，紋帶厚0.5-1mm20%呈細紋帶狀分布的中晶白云石70

20、%呈紋帶狀均勻分布的細晶白云石LZK3-341.8-42.0核形石藻團粒藻包粒中細晶及粉晶白云巖基質(zhì)具中細晶及粉晶結(jié)構(gòu)的粒屑結(jié)構(gòu)，近水平細層及紋層狀構(gòu)造25%零散分布的礫級藻包粒及藻團塊，其中包裹較多細砂級藻團粒及中砂級藻團塊，5%零散分布的棱形石，粒徑0.5mm10%零散分布的細砂級藻團粒40%呈近水平紋帶狀分布的細晶粉晶白云石, 粒徑2-8mm20%呈斷續(xù)紋帶狀分布的中晶白云石LZK5-1160.5-60.7基質(zhì)具泥及粉晶結(jié)構(gòu)的礫狀內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)基質(zhì)具泥及粉晶結(jié)構(gòu)的礫狀內(nèi)碎屑結(jié)構(gòu)40%零散分布的次角狀細晶白云巖內(nèi)碎屑，粒徑5-10mm60%粉晶白云石+少量泥質(zhì)從下溪水庫鉆孔揭露溶洞發(fā)育部及巖性

21、分布規(guī)律看，主要發(fā)育在微晶白云巖中，或微晶白云巖與鮞狀白云巖、砂屑白云巖接觸帶的微晶白云巖一側(cè)，而在鮞狀白云巖和砂屑白云巖中，溶洞發(fā)育較少。但其砂屑白云巖風化速度卻比隱晶質(zhì)白云巖快得多，風化強烈得多。 表3.2 下溪水庫不同巖性中溶洞發(fā)育狀況統(tǒng)計巖溶類型位置巖性微晶白云巖鮞狀白云砂屑白云巖或不同巖性接觸帶n/N%n/N%n/N%n/N%溶洞右岸11/2064.70/200/206/2035.3層間巖溶裂隙左岸3/933.33/933.30/93/933.3右岸10/2047.05/2023.51/206.04/2023.5河床33/878.60/80/89/821.4合計46/4764.78/

22、4711.21/471.416/4722.53.1.2構(gòu)造（1）構(gòu)造對巖溶發(fā)育的影響斷層、裂隙、構(gòu)造密集帶破壞了巖體完整性，為降雨垂直入滲和地下水滲流創(chuàng)造了有利條件，促進了巖體巖溶的發(fā)育，是影響巖溶發(fā)育的主要因素。而結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、發(fā)育規(guī)模、連通率、透水性能則決定了巖溶發(fā)育方向及形態(tài)。如地表的溶溝（槽）、溶縫多沿區(qū)內(nèi)的陡傾角裂隙及裂隙性斷層發(fā)育，深部則多沿層面發(fā)育。（2）構(gòu)造運動產(chǎn)生的能量加速了白云巖自身的溶解黔東南地區(qū)凱里岑鞏玉屏銅仁一線以西位于揚子準地臺黔北臺隆-遵義斷拱-貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)（1A3區(qū)），北北東向構(gòu)造分布于本區(qū)東段，平行于揚子準地臺與華南褶皺帶分界線的北段發(fā)育，具壓性特征，旁

23、側(cè)發(fā)育次一級同向褶皺，如蕉溪背斜、肖山向斜、龍?zhí)锉承钡?，褶皺大多由寒武系白云巖組成，褶皺束長達數(shù)十公里，巖層傾角普遍較緩；21區(qū)（貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)）東北部的黔東南地區(qū)，是以擠壓型的南北向構(gòu)造為主，北東向構(gòu)造及近東西的弧形構(gòu)造，構(gòu)造線方向近于北東并多有S形弧形彎曲。華南褶皺帶（區(qū)），構(gòu)造線方向主要為北東向，以長條脊狀褶曲為主。褶皺主體為北東向長條脊狀，兩翼大多對稱，傾角多1020，少數(shù)10或30。單個皺曲跨幅510km，長度多40km。白云巖鍛燒后的產(chǎn)物為CaO、MgO，張斌等在研究石灰石/白云石循環(huán)吸收C02能力時，通過鍛燒試驗，得到了700750/5MPa條件下，碳酸化階段吸收C02能力

24、為白云巖要高于石灰石，試驗結(jié)果表明循環(huán)第8次時石灰石對CO2的吸收能力0.24g/g(20%水蒸汽）、0.18g/g（無水蒸汽），而黔東南地區(qū)歷次構(gòu)造運動擠壓時產(chǎn)生的巨大能量為白云巖早期巖溶化提供了物理力學(xué)氛圍。3.1.3降水（1）降水強度黔東南地區(qū)屬亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，暴雨出現(xiàn)時間最早4 月，最晚10 月，各年的降水量主要集中在48月，5個月降水量占全年降水量的65.6%。據(jù)天馬站、岑鞏站、玉屏站、水尾站、下司、施洞、石灰廠等7個雨量站自19592010 年實測資料統(tǒng)計，區(qū)內(nèi)年最大暴雨量多年平均年降水量1136.6mm，多年日平均降雨量8090mm，最大日降雨量為2007 年7 月25日，

25、天馬站135.3mm、岑鞏站155.7mm、玉屏站155.7mm、水尾站91.6mm，在貴州省暴雨地區(qū)分布上，黔東南地區(qū)位于一般暴雨區(qū)域內(nèi)。（2）水力作用對巖溶發(fā)育的作用地表巖溶的發(fā)育過程，可簡化為具有明渠水流特征的坡面流對坡面的侵蝕過程，其中水力剪切起決定作用，初期表現(xiàn)為水土流失形成細溝，后期演變?yōu)闈崃鲗喜蹧_蝕。出露于地表的構(gòu)造部位（如斷層破碎帶、裂隙密集帶）經(jīng)過水力的沖蝕、搬運、堆積，往往可形成溶溝（槽）、石芽，巖溶發(fā)育規(guī)模取決于水流的侵蝕力。對地表巖溶發(fā)育初期，吳永10等人在研究水土流失時，通過對降雨作用下坡面水流的侵蝕力機理研究，對曼寧公式進行推導(dǎo)，得出降雨作用下低速坡面水流的侵蝕力

26、及坡面物質(zhì)的抗侵蝕力表達式-1、式-2。侵蝕力10（式-1） 浸泡狀態(tài)下抗侵蝕力（式-2）式中：為坡角，為雨滴方向與坡面法向夾角；n為坡面粗糙度（mm）；L為距離坡頂距離（m）； k為坡比，H為坡面寬度（m）；I為降雨強度（mm/h）；L為水體容重（g/cm3）； S為顆粒重度（g/cm3）；為坡面物質(zhì)內(nèi)摩擦角而后期溝槽的沖蝕強度可用水力學(xué)計算方法求得，形成地下不同的巖溶形態(tài)：取決于沖刷深度。深部層間溶蝕帶的形成，其過程可理解為一個有壓的滲流場的滲透破壞內(nèi)與地下水的溶蝕作用相結(jié)合的漫長過程，往往巖溶發(fā)育強度較弱，也可簡化為有壓隧洞的水力模式進行相關(guān)參數(shù)計算。3.1.3巖溶含水巖組水理性1）水化

27、學(xué)性質(zhì)黔東南地區(qū)巖溶水以溶洞裂隙水及網(wǎng)狀裂隙水為主，賦存于寒武系上統(tǒng)石冷水組第三段各類白云巖中，地下水化學(xué)類型主要為HCO3-Ca-Mg或HCO3 -Mg-Ca型(表3.2),游離CO2含量2.02-17.6mg/L，侵蝕性CO2含量3.61-7.04mg/L。 表3.2 下溪水庫壩址區(qū)水質(zhì)分析簡表編號取樣位置取樣深度（m)試驗項目Ca2+Mg2+K+Na+Cl-SO42-HCO3-PH值礦化度游離CO2侵蝕性CO2mg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/L-mg/Lmg/Lmg/LSY1毛狗洞水庫地表水61.7237.453.4510.615.37347.137.21475.724.0

28、43.61SY6壩址地表水地表水52.7410.3422.0745.0217.29168.416.92315.8810.734.4SY7壩址左岸下游地下水52.110.1624.244.6617.67170.856.89319.6611.885.06SY8ZK32鉆孔305254.349.9431.7947.8518.05189.166.77351.1613.25.72SY9CZ09鉆孔29.43055.499.813346.7919.21195.266.8359.5512.324.84SY10CZ09鉆孔29.45257.7111.6832.8151.7517.29205.026.71376

29、.2814.967.04SY11CZ02鉆孔5853.2212.8931.9749.6318.4197.76.83363.8314.176.64SY12CZ02鉆孔13.715.352.5918.2726.3148.9219.21170.857.18330.1615.843.91SY13CZ02鉆孔424552.1119.3125.2645.3717.29180.617.12333.9717.64.31由于水中含有一定量的侵蝕性CO2。一開始是與少量二氧化碳反應(yīng)生成CaCO3沉淀，如果繼續(xù)通入CO2，則發(fā)生以下水化學(xué)反應(yīng)： MgCaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2+Mg(HCO3)2

30、 2SO2+O2=2SO3 SO32-+CaCO3=CaSO4+CO2這一水化學(xué)性質(zhì)表明巖溶含水層的補給、排泄條件、流速等水循環(huán)要素成為白云巖溶蝕現(xiàn)象發(fā)生的重要因素。張良喜、趙其華等11對西南地區(qū)某工程取白云巖不同尺寸試塊（60306mm、30306mm、30156mm）進行試驗，通過控制水溶液pH值（以每2d更換一次水溶液方式），測得白云巖在弱酸環(huán)境下（稀硫酸溶液及稀鹽酸溶液）的溶蝕速率為10-4gcm-2d-1級，進而分析得出結(jié)論：稀鹽溶液環(huán)境下比稀硫酸溶液下溶蝕啟動速率要大，試樣尺寸對平均溶蝕速率影響較小，水環(huán)境因素中水循環(huán)速度占主要因素。進一步證明了白云巖溶蝕的水理特性。3.2白云巖地

31、區(qū)巖溶發(fā)育過程巖溶的發(fā)育歷程大致分4個階段：1白云巖成巖過程中在壓溶作用下自身的巖溶化，同時經(jīng)歷了物理風化、化學(xué)風化；2構(gòu)造運動過程中的擠壓產(chǎn)生的巨大熱能是對白云巖巖體反復(fù)鍛燒的過程，過程中白云巖不斷轉(zhuǎn)化為CaCO3并吸收空氣或水中侵蝕性CO2巖溶化；3構(gòu)造運動使得巖體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，巖體產(chǎn)生眾多裂隙、斷層碎帶，使之大氣降水能更順利地入滲，在水力作用、水化學(xué)作用下加速白云巖的溶蝕，形成巖溶孔腔；4巖溶孔腔的堆積、填充階段。上述巖溶發(fā)育階段中，階段1風化作用作為主，階段2、3中構(gòu)造運動的影響起決定性作用，因此，評價巖溶發(fā)育速度可概化為2個指標：構(gòu)造運動的強度、風化剝蝕速度。4、巖溶發(fā)育速度分析從白

32、云巖地區(qū)巖溶發(fā)育機制分析中，控制巖溶發(fā)育速度的主要因子為1、構(gòu)造運動強度、化學(xué)侵蝕速度、風化速率、坡面流的侵蝕強度、按多重分形理論對黔東南地區(qū)白云巖巖溶發(fā)育速度進行評價。不是簡單的分維數(shù)的迭加，假定巖溶帶，對長期風化速率和當前風化速率的研究，常常緊密結(jié)合在一起，當前風化速度率放置于整個巖溶發(fā)育演變過程中，它都具有自似性，只不不過是構(gòu)造運動的產(chǎn)生，改變或加劇了整個過程，使得整個過程由一個非線性關(guān)系曲線變?yōu)榉侄蔚姆蔷€性演變。而當前研究的巖溶現(xiàn)象的規(guī)模包含了坡面流侵蝕強度、化學(xué)溶蝕速率、基巖風化速率、構(gòu)造運動強度等信息，因此，不管運動期次多次，構(gòu)造強度大小，均可用數(shù)學(xué)表式表達為長期風化速率：10（式

33、-1）（式-2） 式中：V0為構(gòu)造動期初巖溶發(fā)育速度，ki為第i次構(gòu)造運動影響系數(shù)；坡面流侵蝕強度；RW為基巖風化速率；Ccs化學(xué)溶蝕速度；其余符號同前。（1）風化剝蝕速率 冶金行業(yè)大量鍛燒試驗表明，白云巖的物理風化是基于白云巖熱分解機理分解為氧化鎂和氧化鈣,繼而與化學(xué)風化（溶蝕風化）共同作用決定。由于不同產(chǎn)地的白云巖化學(xué)組分中,除了主要成分碳酸鈣、碳酸鎂外,還含有其它不同組分,而各組分的熱分解溫度、分解機制不同,雖然都會使白云巖熱分解機理和活化能值產(chǎn)生差異，但淺層巖體風化溶蝕主多以均勻風化特征為主。窗體頂端窗體底端目前對于風化剝蝕速率的評定于研究，國內(nèi)外學(xué)者常采用PROFILE模型、Sr同位

34、素比值法、元素損耗和輸入輸出指數(shù)法及更為直觀的測量法。主要是通過試驗室通過模擬巖石風化環(huán)境測得一系列數(shù)據(jù)。（2）構(gòu)造運動影響系數(shù)的確定通常把斷裂的級別、斷層切割深度、相應(yīng)地殼抬升下切幅度等指標來判定構(gòu)造動運動的強度。黔東南地區(qū)自寒武系以來經(jīng)歷武陵運動都勻運動廣西運動喜山運動等多次構(gòu)造運動，形成了北北東向一級斷裂松桃榕江深斷裂、近東西向多期復(fù)活斷裂鎮(zhèn)遠斷裂、大馬場斷裂及兩側(cè)次級斷裂及褶皺。黔東南主要斷裂分布一覽表（此表可刪示否）斷裂名稱斷裂性狀構(gòu)造運動松桃榕江深斷裂一級斷裂它是貫空我國南北的大興安嶺太行山武陵山重力梯級帶南段，貴州省內(nèi)呈北北東向延伸，該斷裂是揚子準地臺與華南褶被帶的分界線。斷裂帶

35、兩側(cè)巖相、建造變化很大，特別是震旦、寒武、奧陶系的沉積相均受期控制，沿斷裂帶經(jīng)鎮(zhèn)遠、雷山至從江，地表出露超基性巖體，其物質(zhì)來源為上地幔，說明斷裂切穿硅鎂層，導(dǎo)致上地幔物質(zhì)沿斷裂上升。武陵運動鎮(zhèn)遠斷裂東西向多期復(fù)活斷裂有兩條平行延展的東西向斷裂，此稱蕉溪斷層，面為鎮(zhèn)遠斷層，兩側(cè)伴生若干次級同向斷裂，合稱為鎮(zhèn)遠斷裂帶。東西延長約100km，兩斷裂間距小于5km，斷面傾向南的高角度正斷層，錯斷了北北東向一組褶鈹，東西兩側(cè)與北北向斷層反接復(fù)合，切割下江那種至三疊系地層，斷距約200-1000m，形成于都勻運動，廣西運動和燕山運動時又多次活動，大馬場斷裂走向近東西，延長60km，東段斷面傾向北，西段傾向

36、南，傾角80，切割寒武第侏羅系地層，破碎帶寬2-20m，為壓扭性斷裂。構(gòu)造運動影響系數(shù)（ki）取值采用按下式計算綜合得分確定（表4.1）。ki=0.2L1+0.13H+0.15T+0.2B+0.19N1+0.13N2構(gòu)造運動影響系數(shù)ki取值表評價因子長度切割深度運動時限斷裂帶寬次級斷裂條數(shù)褶皺數(shù)量級LHTBN1N2權(quán)重0.20.130.150.20.190.13經(jīng)綜合分析，得出黔東南白云巖地區(qū)巖溶發(fā)育強度為mmkm-2a-1。5、白云巖地區(qū)巖溶問題及對策黔東南地區(qū)依據(jù)其碳酸鹽地層分布情況及巖溶地貌出露，國內(nèi)外學(xué)者幾乎一致認為為非巖溶地區(qū)，然而從區(qū)內(nèi)目前工程建設(shè)進展情況來看，白云巖出露地區(qū)的巖溶問題以及因此帶來的工程地質(zhì)問題應(yīng)引起我們的再認識。以岑鞏縣下溪水庫工程以例。下溪水庫是一座集灌溉、供水為一體的綜合性工程，水庫總庫容2621萬m3。水庫正常蓄水位416.00m，工程為等工程，工程規(guī)模為中型。壩址出露寒武系中統(tǒng)石冷水組薄層中厚層狀微晶白云巖，勘探揭露兩岸巖體中陡傾角裂隙發(fā)育，巖體破碎，地質(zhì)調(diào)查及鉆孔揭露有11個溶洞和14個層間破碎溶蝕縫位于416m高程以下。溶洞及埋深淺的破碎溶蝕縫多屬中等強透水性。巖體透水率小于5Lu巖體頂界線埋深31103m，且在小于5Lu巖體頂界線下局部仍存在中等強透水層。右岸存在壩基及繞壩發(fā)生滲漏的問題。河床壩基下存在多