褶皱带隐伏型岩溶发育特征及防渗技术
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1.6 主要成果

研究以建设中的黔中水利枢纽一期工程平寨水库前期工作为基础,在区域地貌、地质构造格局、地层岩性、地表及地下水系发育特征研究的基础上,结合工程防渗施工揭露的岩溶水文地质现象、洞穴堆积物等进行了综合研究。总结了研究区岩溶发育特征,分析研究范围内褶皱核部、褶皱转折部位、褶皱翼部岩溶发育过程。综合研究区构造规律与岩溶发育条件,总结了地质构造与岩溶发育的关系,最后进行了水库渗漏问题分析及防渗处理措施研究。经过本次课题研究,对研究区的岩溶发育规律取得了较大的突破,总结起来有如下几点:

(1)三岔河左岸的三塘向斜,未发育横向贯通性岩溶管道。向斜核部由透水岩层(T1yn1、T1yn3+4)和相对隔水岩层(T1yn2)组成,T1yn2相对隔水层构成隔水边界,透水岩层成为含水介质,T1yn2相对隔水层在向斜核部及两翼形成蓄水构造。本次研究工作发现,向斜核部1350.00m高程之上为垂直渗流带,垂向溶孔、溶缝、溶沟、落水洞等发育,储水性能较差。1340.00~1350.00m可视为水平潜流带,其底界是大气降水与基岩裂隙水混合带的顶面。潜流带内地下水十分活跃,流速较高、交替较快,溶蚀作用强烈,小型溶洞发育,直径多为几毫米至几厘米,具良好储水性能;1340.00m之下可视为深部缓流带,位于潜流带之下,水流动速度一般较缓慢,溶蚀作用弱,以发育一些小溶孔和孤立溶孔为主,规模较小,且胶结作用明显。储水性能较差。虽然受木底河横切而呈开启型向斜,但向斜核部水平潜流带以下岩溶发育相对弱。

(2)研究表明,本区褶皱构造总体表现为宽向斜、窄背斜。因褶皱变形幅度差异,宽向斜核部挤压变形弱于窄背斜,岩石破碎程度、裂隙发育均较窄背斜弱,背斜核部及两翼裂隙强烈发育,因此,宽向斜核部岩溶发育弱于窄背斜。

(3)研究区T1yn2下部泥岩、泥质灰岩夹灰岩弱岩溶弱透水在上坝洼地、油菜冲洼地一带,因下伏T1yn1地层岩溶规模大、地表溶蚀塌陷后下部失去支撑而产生溶蚀塌陷,完整性受到破坏,隔水性能变得不可靠。

(4)Ks6发育于鸡场背斜的北西翼、三塘向斜南东翼,构造线为北北东向。F3断层在木底河半坡附近斜切三塘向斜,属北北西向压性断层,伴生三组裂隙,N60°~80°E/NW∠55°~70°、N60°~72°W/SW∠80°~85°、N40°W/NE∠45°,Ks6暗河系统沿此组破裂面发育,主流沿纵张裂面发育,支流多沿横张裂面发育。暗河两侧是不对称的,靠三塘向斜侧支脉多而长、靠鸡场背斜侧支脉少而短。

(5)研究区岩溶暗河系统主要发育于地下水水平径流带。经Ks4、Ks6两条暗河管道探测、钻孔压水试验等,表明暗河溶洞形成于潜水面附近,分析认为含水层里存在着一个水流接近于潜水面稍下部的流线,富含CO2的大气降雨下渗至潜水面附近与地下水混合,加大了混合地下水的溶蚀作用,溶蚀作用下限位于潜水面之下一定深度,岩溶下限低于最低排泄基准面。

(6)针对某一暗河断面,视其两侧低高程支脉为暗河地下岸坡,则地下暗河可近似按地表河流形态进行分析,如地下河系各分支呈树枝状组成地下暗河系统,各支脉有独立汇水区。针对某一暗河系统,由暗河底板及两侧低高程支脉圈闭的岸坡横断面部分,岩溶强烈发育,这一发现,对水利工程中切断暗河的防渗帷幕及溶丘-溶洼等岩溶山区开发利用地下水,选择伏流段“卡脖子”处理、帷幕防渗重点部位等均具有重要意义。

(7)结合前期勘探资料及灌浆廊道开挖揭露的岩溶洞穴,分析认为,由于地壳抬升,早期岩溶逐渐抬升并脱离地下水位,岩溶进程逐渐减弱;伴随河流下切,低部地下水排泄系统逐渐袭夺上层岩溶管道系统,本区钻灌孔揭露的溶洞具有明显分区现象,岩溶发育具有顺岩层倾向迁移的现象。

(8)在岩性相同的条件下,压性断层下盘的岩体受拖拉破碎程度强,故下盘溶蚀现象发育强于上盘。如库首左岸的F3断层下盘,主要发育了Ks6岩溶暗河系统,ZPD 3灌浆平洞揭露到该系统多层状、多分支的岩溶形式,该暗河系统在防渗帷幕靠库内一侧发育了早期季节性臭泉及另一分支岩溶系统;上盘未发现大的岩溶暗河系统。

(9)东北部三塘向斜北西翼与轴部近于平行发育Ks9岩溶系统,南东翼平行发育Ks6岩溶系统,在三岔河岸坡一带地下水径流形式主要表现为单翼顺层径流类型;鸡场背斜NW翼五里洞一带T1yn3灰岩洼地、落水洞形成Ks1岩溶管道系统补给区,该系统排泄点为背斜SE翼Ks1岩溶泉,Ks1系统从补给区到上坝洼地,主要在鸡场背斜NW翼运移径流;从上坝洼地附近斜穿鸡场背斜后跌落至罗家洞,之后沿鸡场背斜SE翼运移径流,形成典型的背斜复合型径流模式。平寨水库前期勘察过程中,经大量勘探、分析后,认为水库蓄水后不会沿T1yn3灰岩产生三塘向斜顺层绕轴径流而出现库水向三塘向斜SE翼Ks1地下岩溶暗河的渗漏问题。

研究工作发现,如果视地下暗河为一条长蛇,出口为蛇尾,入口似蛇头,蛇头和蛇尾的位置固定后,则蛇身的弯曲变形相当于一条曲线,曲线拐点切线至蛇头蛇尾两点直线间的距离与蛇头蛇尾距离的比率,暂且称为“摆动率”。研究区内Ks6地下暗河,从ZKC 43至出口长约1878m,该系统下游被灌浆廊道揭露,揭露暗河溶洞偏移ZKC43至出口直线约150m,摆动率约8%;Ks4从上坝洼地至出口长约1235m,揭露暗河溶洞偏移摆幅约80m,摆动率约6%。如有较多的暗河研究资料,分析“摆动率”与区域地质构造之间关系的统计关系,并找出暗河“摆动率”的关系,则可为岩溶山区寻找地下暗河提供理论依据,降低了地下暗河开发的难度。