巖溶的工程地質調查

巖溶調查的任務巖溶的工程地質調查巖溶(國際通用術語Karst，譯名喀斯特)是指水對可溶性巖石(在我國以碳酸鹽巖為主，局部尚有硫酸鹽巖、鹵化物巖等)進行以化學溶蝕作用與特征(并包括水的機械侵蝕和崩塌使用以及物質的攜出、轉移和再沉積)的綜合地質作用，以及由此而產生的現(xiàn)象統(tǒng)稱。巖溶作用的結果在可溶巖表面及其內部形成各種巖溶現(xiàn)象，在地表的如洼地、槽谷、漏斗、落水洞、溶溝溶槽、石芽、石柱、溶峰等；在地下的則為各種形態(tài)的溶洞、溶隙、管道等。由于巖溶作用受著地下水水流系統(tǒng)的控制，因而各種巖溶現(xiàn)象也往往組成一定的系統(tǒng)，稱為巖溶系統(tǒng)，受各種因素的影響，巖溶的發(fā)育有強弱之分，一般可溶巖巖性較純，連續(xù)厚度較大，出露分布較廣，斷層較發(fā)育、巖層較破碎的，巖溶較易發(fā)育；可溶巖巖性不純，含泥質及其它不溶雜質成分較多，連續(xù)厚度不大或多類有非可溶性夾層，出露分布較局限，斷層不發(fā)育、巖層較完整的、巖溶發(fā)育較弱。巖溶調查的目的通過開展巖溶調查，為礦山開發(fā)與整治、自然資源的合理利用和環(huán)境保護提供區(qū)域性、基礎性資料；為礦山工程建設的規(guī)劃和合理布局提供區(qū)域性工程地質資料；為礦山內進一步開展大比例尺巖溶工程地質調查、專門巖溶工程地質和巖溶環(huán)境工程地質勘察提供設計依據(jù)，為開展巖溶工程地質專題研究、編制專門性巖溶地質和環(huán)境地質圖提供基礎資料，為礦山防災減災提供基礎支撐。2.巖溶地下水調查查明礦區(qū)巖溶發(fā)育特征和分布規(guī)律；礦區(qū)巖溶工程地質條件，闡明在各種主要自然地質因素作用和影響下礦區(qū)巖溶工程地質條件的變化規(guī)律；查明礦區(qū)內巖溶主要地質災害的分布和發(fā)育規(guī)律；查明礦山工程活動對巖溶地質環(huán)境的作用和影響，對主要巖溶環(huán)境工程地質問題和質災害及其發(fā)展趨勢做出初步評價和預測。應重點查明巖溶塌陷發(fā)育的現(xiàn)狀、特征及其水文地質工程地質條件，進行巖溶塌陷易發(fā)性區(qū)劃；巖溶地下水與地表水的水力聯(lián)系及地下巖溶水形態(tài)，研究分析巖溶發(fā)育形態(tài)、1.巖溶塌陷調查巖溶塌陷發(fā)育的基本條件是：巖溶洞隙的存在，一定厚度的松散蓋層和水動力條件易于改變的巖溶地下水。圍繞其基本條件開展以下調查任務：1)開展巖溶塌陷現(xiàn)狀調查，查明巖溶塌陷的數(shù)量、類型、發(fā)育特征和分布規(guī)律；2)開展巖溶塌陷發(fā)育的地質環(huán)境背景和水文地質工程地質條件調查，查明可溶巖分布、第四系覆蓋層特征、巖溶地下水動力條件和誘發(fā)巖溶塌陷的人類工程活動3)開展典型巖溶塌陷勘查，查明巖溶塌陷地質結構和動力條件，分析巖溶塌陷形成深化模式；4)開展巖溶塌陷易發(fā)性區(qū)劃，建立巖溶塌陷調查評價數(shù)據(jù)庫，提出巖溶塌陷災害防治對策建議。巖溶地下水一般具有賦存狀態(tài)復雜(集中管道狀或分散網絡狀)、動態(tài)變化迅猛、逕流通暢、流態(tài)多變的特點，這些特征在不同地段由于其補給、逕流、排泄條件的不同而又有明顯的差異。影響補、逕、排條件的因素除了地質構造外，主要受地形地貌、即碳酸鹽巖的出露條件、地形切割程度及水文網配置格局所控制，不同地貌類型具有不同的巖溶地下水特征。據(jù)此開展以下調查任務：調查巖溶地下水的賦存狀態(tài)及其動力特征；巖溶水的補給來源和方式，逕流排泄特征，及其與地表水體和第四系潛水的轉化關系；巖溶大泉和地下河的發(fā)育、分布和出露條件，補給區(qū)的范圍，流量的動態(tài)變化和泉口沉積特征，覆蓋型和埋藏型巖溶區(qū)要特別注意調查巖溶水位(水頭)及其動態(tài)變化，巖溶地層頂板覆蓋層的隔水或透水性，其與土層地下水的水力聯(lián)系和水頭差。巖溶調查的基本要求巖溶區(qū)工程地質類型覆覆蓋型裸露型淺覆蓋型厚覆蓋型大部分類標埋藏型零星無情況蓋層第四系土層厚度(m)巖溶地層件地貌組合特征巖溶發(fā)巖溶地層以裸露為主，洼地、谷地中有松散堆積物覆蓋，厚度較薄巖溶山地、峰叢洼地、峰叢谷地、溶丘洼地、壟崗谷地、峰林谷地地表巖溶一般較發(fā)育，石牙溶溝、漏第四系土層巖溶地區(qū)主要為松散堆積物所覆蓋，僅在簇狀峰林或孤峰等石山出露峰林平原、孤峰平原、沖積平原、湖積平原、山前沖洪積平原覆蓋層下往往有埋藏的石牙、溶溝，其下發(fā)育隱狀巖溶，淺非可溶巖巖溶地層埋藏于非巖溶基巖之下多見于構造堆積盆發(fā)育非巖溶地貌主要為古巖溶，在有利條件下常有近水文地質特征斗、落水洞、洼地、干谷、盲谷等巖溶形態(tài)多見：地下巖溶多為溶隙及其發(fā)育和分布往往受地質構造條件的控制地表強烈吸水，地下水埋藏較深，動態(tài)變幅大，地下水多沿溶隙和管道匯集形成地下河，水動力垂直分帶較明顯，由分水嶺到河谷往往表現(xiàn)有水平分帶現(xiàn)象部多為充填、半充填溶洞，向下以溶隙為主，由上向下巖溶發(fā)育減弱，地質構造條件對巖溶發(fā)育的控制作用有所減弱，石山邊緣多有大型洞穴發(fā)育巖溶承壓水，并與上覆松散地層孔隙(裂隙)水有一定水力聯(lián)系，地下埋藏淺，有時有上升泉出露，動態(tài)較穩(wěn)定代巖溶的疊置，發(fā)育深巖溶，以溶隙為主，并有溶孔溶洞等，其發(fā)育受地質構造條件的控制較明顯往往具有較大的壓力水頭，并沿斷裂帶上升成泉工程地質特征石山區(qū)堅硬的層狀碳酸鹽巖體一般較穩(wěn)定；軟硬相間的巖體，當構造條件不利時易產生崩塌滑坡；地下建筑物在季節(jié)變動帶以下存在溶洞充填物潰入的威脅；洼地谷地中建筑條件較復雜，存在巖溶塌陷威脅；水工建筑物如無隔水層可供利用時滲漏問題較突出具非巖溶區(qū)的工程覆蓋層為多種成因的土體組溶地層埋藏較淺時成，碳酸鹽巖的風化殘積土及其經搬運的次生沉積土往往具過量開采或疏排巖脹縮性；基巖面起伏較大，其溶地下水，可能引低洼處常有軟土分布，在上覆起地面下沉或塌土層中有時還有土洞發(fā)育，使陷；巖溶地層頂板建筑條件復雜化；當開采或疏以上附近的地下建排巖溶地下水時存在巖溶塌陷筑物存在著沿斷裂裂隙的突水和底板穩(wěn)定問題礦區(qū)巖溶工程地質調查的基本內容以調查礦區(qū)巖溶工程地質條件各組成要素的分布和變化規(guī)律為主，要特別注意對巖溶、軟弱巖土體、活動性斷裂和外動力地質現(xiàn)象的調查。對工程地質條件復雜、礦山建設急需的重點區(qū)域，應結合礦山建設規(guī)劃的實際需要開展某些專門問題的研究。區(qū)域巖溶工程地質條件的復雜程度，根據(jù)地形地貌特征、巖溶發(fā)育程度、巖土體類型及性狀、地質構造特征、地下水類型與動力條件等地質作用發(fā)育程度進行調查區(qū)調查分級注注一般調查區(qū)重點調查區(qū)典型調查區(qū)裸露型巖溶區(qū)√覆蓋型巖溶區(qū)淺覆蓋型√在發(fā)生過嚴重塌陷事件的重點調√查區(qū)內開展典型查厚覆蓋型√埋藏型√巖溶區(qū)√非可溶巖厚度小系松散土層厚度型巖溶區(qū)應開展重重點調查非巖溶區(qū)巖溶調查方法調查中要充分利用遙感、物探、原位測試、同位素地質、示蹤及計算機等新技術、新方法，以提高工作質量和效率。調查過程中應根據(jù)不同的類型，采取不同的工作方法，體現(xiàn)出重點調查內容。具體覆蓋型覆蓋型在詳細收集資料的基礎上進行補充路線調查，著重調查各類動力地質現(xiàn)象；勘探工作結合工程規(guī)劃和布局的需要布置，應穿越各地貌單元并控制土體類型和動力地質現(xiàn)象：應綜合利用鉆、物探手段配合適當?shù)穆懵缎团浜蟿討B(tài)觀測和連通試驗；在較大的谷地中結合工程需要進行適當?shù)目碧胶驮囼灩ぷ髀癫匦蛻锌v橫勘探剖面對巖溶地層的埋深與產狀，巖溶與壓力水頭情況及頂板覆蓋層的工程地質特征類型方法主要工作方法試試驗和觀測工作；控制孔深度應達到巖溶發(fā)育帶以下，一般勘探孔深度達到基巖面以下20~30m進行控制巖溶調查內容地形地貌與巖溶調查1)調查巖溶地貌的形態(tài)特征、規(guī)模、組成物質、組合特征及空間分布與過渡關系，劃分地貌形態(tài)、組合類型。2)調查地表水文網與分水嶺的成因、分布。演變歷史及其和地下水文網的關系；河、湖、洼地枯洪季節(jié)的變化和洪水淹沒范圍；各級剝夷面的分布高程和成因。3)調查巖溶形態(tài)、規(guī)模與組合特征，發(fā)育層位與地貌、構造部位，選擇代表性地段結合遙感圖象解譯統(tǒng)計其發(fā)育密度：對大型洞穴調查其出露位置、成因、形成條件、洞口及內部形態(tài)和堆積物特征，測制平、剖面圖。注意調查巖溶發(fā)育與巖性、構造、地貌及地下水動力條件的關系。碳酸鹽巖調查1)調查碳酸鹽巖的巖性成分和巖性組合特征；2)調查描述碳酸鹽巖的結構、構造特征；3)調查碳酸鹽巖中的非可溶巖夾層,注意調查描述粘土層、鋁土質或炭質頁巖、高嶺土、煤層等軟弱夾層的巖性、厚度與分布。4)根據(jù)碳酸鹽巖的巖性組合類型及沉積組合特征，按調查單元劃分巖溶層組類型。根據(jù)代表性巖樣的化學分析、物性試驗、薄片鑒定和溶蝕試驗成果，對各主要巖溶層組成的溶蝕性能做出評價。巖溶發(fā)育程度調查巖溶發(fā)育程度受可溶巖的層組類型、氣候、地質構造、地貌和新構造運動等因素的綜合影響，其中巖溶層組類型是其基本的物質條件。因此巖溶發(fā)育程度的劃分以巖溶層組類型為基礎，結合考慮其出露條件和地表地下的巖溶現(xiàn)象，并參考有關的特征性指標，進行定性的分析和評價。目前我國對巖溶發(fā)育程度的劃分未完全統(tǒng)一，不同的單位及規(guī)范有不同的劃分方法，但基本劃分為強、中、弱三級。我國有關巖溶發(fā)育程度劃分如下：等級，表表巖溶發(fā)育程度巖巖溶場地條件地表有較多巖溶塌陷、漏斗、洼地、泉眼、溶溝、溶槽、石芽密等級巖溶強發(fā)育布，相鄰鉆孔間存在臨空面且基巖面高差大于布，相鄰鉆孔間存在臨空面且基巖面高差大于5m地下有暗河、伏流20%槽或串珠狀豎向溶洞發(fā)育深度達20m以上介于強發(fā)育和微發(fā)育之間地表無巖溶塌陷、漏斗、溶溝、溶槽較發(fā)育相鄰鉆孔間存在臨空面且基巖面相對高差小于2m5%巖溶中等發(fā)育巖溶微發(fā)育注：①基巖面相對高差以相鄰鉆孔的高差確定②鉆孔見洞隙率=(見洞隙鉆孔數(shù)/鉆孔總數(shù))×100%③線巖溶率=(見洞隙的鉆探進尺之和/鉆探總進尺)×100%2)鐵道部第二勘察設計院3)《巖溶地區(qū)工程地質調查規(guī)程》中第條巖溶發(fā)育程度調查劃分為強、中、弱三表碳酸鹽巖巖溶發(fā)育程度分級標志參考性指標巖溶發(fā)育特征程度地表巖溶發(fā)育密度km2)鉆孔巖溶率鉆孔遇洞率泉流量(L/s)單位涌水量(L/)強中碳酸鹽巖巖性較純，連續(xù)厚度較大，出露面積較廣。地表有較多的洼地、漏斗、落水洞，地下溶洞發(fā)育。多巖溶大泉和暗河，巖溶發(fā)育深度較大以次純碳酸鹽為主，多間夾型。地表有洼地、漏斗、落水洞發(fā)育，地5~110~360~30＞100100~~1下洞穴通道不多。巖溶下洞穴通道不多。巖溶大泉數(shù)量較少，暗河稀疏。深部巖溶不發(fā)育以不純碳酸鹽巖為主，多間夾型或互夾型。地弱表巖溶形態(tài)稀疏發(fā)育，地下洞穴較少，巖溶大＜3＜30＜10＜泉及暗河少見m以上全孔巖溶率，指標減半。調查巖溶區(qū)發(fā)育的紅粘土、軟土及巖溶堆積物1)紅粘土是指碳酸鹽類巖石的溶蝕殘余堆積物經濕熱風化作用在原地或經搬運沉積而形成的紅、黃色粘性土，其特征是一般具有高分散度(粘粒含量一般達50％以上)、高塑性(液限達50％以上)、高孔隙比(e≥、低壓縮性、高含鐵鋁氧化物、裂隙發(fā)育、上硬下軟，且往往具有強縮弱脹的脹縮性。調查時注意調查紅粘土的巖性結構、成因類型、形成時代、地貌特征、成層厚度及分布規(guī)律，著重調查紅粘土的性、崩解性及軟化性等，注意調查紅粘土在剖面上其強度隨含水量和塑性狀態(tài)的變化情況。紅粘土中土洞、塌陷、地裂的情況，其發(fā)育特征和分布規(guī)律。2)軟土是指與巖溶發(fā)育有關的軟弱粘性土或淤泥類土，按其形成有如下類型；發(fā)育于巖溶湖、塘、洼地中的地表近代或現(xiàn)代沉積軟