关于旧院水库工程岩溶地质勘察与论证

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摘要 本文通过对旧院水库工程地下汇水面积内的岩溶地质问题详实勘察研究,查明了该工程岩溶发育地质背景条件及其发育分布特性和规律,对该水库岩溶地质作出准确的勘察论证,得出了水库汇水面积结论,为工程论证及设计提供了依据。

关键词 水库工程;岩溶地质;勘察;论证

中图分类号TV5 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)22-0058-02

0 引言

岩溶地区的工程建设经常面临岩溶工程地质问题,特别是碳酸盐岩地区的水库地下汇水面积更加需要分析岩溶水文地质条件,其重要性甚至决定水利项目的成立与否。旧院水库工程地质工作中关键的部分也正是岩溶工程地质问题。地质工作的实践性强,需要理论联系实际,地勘工作中主要采用综合的岩溶水文工程地质工作方法。本文宗旨通过简单介绍旧院水库工程汇水面积内主要的岩溶工程地质问题及其判断分析方法以达到同行一起探讨、推动岩溶水文地质学科不断进步。

1 工程地质概况

旧院水库位于贵州省六枝特区三岔河二级支流旧院小河上,坝址以上控制流域面积57km2,总库容为1 458万m3,是一座具有灌溉和城镇供水的综合性水库工程。工程区碳酸盐岩与碎屑岩相间呈条带状分布,碳酸盐岩岩溶地形约占80%,多发育于三盆期,主要以岩溶峰丛洼地、谷地及少量残丘坡地岩溶地貌类型为主。在碎屑岩分布地带,以侵(剥)蚀中山地貌为主。受地形地貌及水文网控制,测区范围广、面积大,出露地层较全,与工程有关的地层主要为石炭系黄龙群、马平群;二迭系长兴大隆组、龙潭组、峨眉山玄武岩组、茅口组、栖霞组、梁山组地层。主要岩性为灰岩、泥质灰岩、白云岩、泥质白云岩等碳酸盐间夹条带状砂岩、页岩、泥页岩及少量煤等碎屑岩。

2 岩溶水文地质条件

2.1岩溶地质特征

区内碳酸盐岩广泛分布,由于构造裂隙切割,地壳间隙抬升以及湿润多雨的气候条件,区域岩溶强烈发育。据库盆周边岩溶洼地统计,岩溶发育率1~5个/km2,最大可达10个/ km2以上,各种岩溶形态众多,其中以洼地最甚,溶洞、暗河、落水洞、溶隙均有发育,主要特点是:

1)所处地貌部位不同,岩溶发育的形态及强度也不同。分水岭地带地下水垂直运动为主,以垂直岩溶形态多见,主要有落水洞、岩溶洼地及盲谷等,如田坝头、马场、落帮、解板塘等地。分水岭至河谷斜坡地带地形切割强烈,冲沟发育,以干的水平溶洞或倾斜溶洞为主,间以少量落水洞。河谷地带以水平岩溶形态为主,有暗河、岩溶管道、水平溶洞及岩溶泉等,如坝址S1、S2岩溶泉。

2)岩性对岩溶发育强度的控制作用极为明显,纵观全区,几乎所有的岩溶洼地、落水洞、暗河系统均发育为质纯层厚的C2hn、C3mp和P2m+q强岩溶地层,特别是在可溶盐岩与非可溶盐岩的接触带上,常发育有大型的岩溶管道,如坝址S1、S2岩溶泉水、S17、火烧寨S7岩溶泉水。

3)地质构造对岩溶发育方向控制明显,区内主要褶皱和断层呈NW向展布,根据应力分析,NW向为拉应力,NE向为压应力,这样NW向构造彰显压性特征,而NE向则为横张裂隙,区内河流、暗河系统发育方向有两组,一组为N30~50°W,另一组为N20~40°E,分析其原因为追踪NE向压应力产生的横张裂隙和纵张裂隙所致。

4)岩溶发育具不均匀性和向深部减弱的规律。岩相的不均一变化,特别是构造破坏在不同的构造部位不一致,近代地质作用的选择性,使岩溶的发育在不同地段、同一地段的不同深度均不相同。

2.2 水文地质条件

场区位于北盘江水系与乌江水系三岔河支流的分水岭地带,为堕却背斜组成的脊状地形,受堕却背斜控制,向斜两翼依次展布C2hn、C3mp、P1L、P2m+q、P3β、T1yn、T2g地层,其中P1L、P3l、P3β地层隔水性能良好,为相对隔水层;C2hn、C3mp、P2m+q、T1yn、T2g为强～中等岩溶透水层。在堕却背斜核部,一套沉积了近千米的C2hn、C3mp碳酸盐岩地层所组成了峰丛洼地为场区地表水的入渗,地下水的补给、富集提供了充分条件,而背斜两翼P1L、P3l、P3β相对隔水层限制了场区地下水北东及南西方向的径流,使背斜核部成为相对富水地块。此外,在地壳运动的多期多次作用下,各种断裂、裂隙的产生,增加了岩层的异水性及含水岩组之间的水力联系,为地下水的运移、聚集提供了良好的条件,而紧密的堕却背斜广泛发育的N20~40°E横张裂隙和纵张N30~50°W裂隙,成为场区岩溶系统岩溶作用的主要通道和地下暗河系统的基本格架(图2)。

晚更新世以来,地壳强烈抬升,堕却背斜组成的脊状地形成为西部北盘江水系务农河和东部乌江水系三岔河支流的强烈溯源溶蚀、侵蚀的目的地,但溯源溶蚀受阻于P1L、P3l、P3β非岩溶地层,使向斜核部C3mp灰岩岩溶发育向深部受限。

区内地下水主要靠大气降水补给。区内雨量丰富,根据1/20万区域水文地质志,区内多年平均降水量为1484.7mm,降雨多集中在5~10月,地下水动态随季节特征变化较大。由于碳酸盐岩广泛分布,岩溶发育,可溶岩与非可溶岩相间组合,形成多层次的岩溶水文地质结构。受挽近期构造运动的影响,地下水的补给、径流、排泄多受岩性及地质构造的控制。

3 主要岩溶管道发育情况

测区内岩溶管道发育受控于地形地貌、地层岩性和地质构造,以SE和NE向为主,现将主要发育的岩溶管道分述如下:

1)二甲暗河:分布于测区西南角,源头为野龙隆小河入伏段KW17落水洞处,高程1 735m,出口为平基S9泉点,途经白杨林、二甲、大寨,呈SE向展布,控制流域面积64km2,枯季平均流量多在389~420L/s之间,出口高程950m。该暗河主管道长约14km,平均比降5.6%,主要发育于F2断层下盘二迭系栖霞组地层中。2009年8月15日下午2:30,在野龙隆小河入伏处投放10kg萤光素示踪剂作连通试验,观测点为库内河水、库内S8泉水、库内S1岩溶大泉、双龙S5岩溶大泉、火烧寨S7、平基S9岩溶大泉水,经观测,除平基S9泉水有微弱显示,其余观测点均无任何迹象。2009年10月18日下午3:00,再次于野龙隆小河入伏处投放2 000kg食用工业盐作连通试验,取样试验点为库内河水、库内S1岩溶大泉水。经过8天时间每间隔1小时连续取样测定其电阻率及Cl-含量均无任何变化,说明野龙隆小河未向S1岩溶泉水排泄,结合岩溶水文地质图分析,野龙隆小河入伏后只能是流向平基S9岩溶管道。

2)马场-花苗冲-吴家寨-S1岩溶管道:位于水库左岸,呈SE向展布,长约7km,控制流域面积38.4km2,枯季平均流量多在230~260L/s之间,出口标高1 421.5m,平均比降2.1%,发育于石炭系马平群地层中。为水库左岸及北面地下水汇集、径流排泄的主要通道,是本水库来水主要补给源。该岩溶管道系统上游补给源有两支,左支为KW33-马场-KW40岩溶管道,据调查,管道穿过F3(堕却断层)断层,总体呈NEE向展布,长度大于2.2km,发育于石炭系马平群地层中;右支为落帮-K89解板塘岩溶管道,呈NE向展布,发育于石炭系马平群地层中。NE流向的落帮小河,在K1落水洞入伏后进入岩溶管道。2009年8月4日下午2:50分,在解板塘K89投放10kg萤光素示踪剂作连通试验,观测点为库内河水、库内S1泉、火烧寨S7泉、平基S9泉,其中S1岩溶大泉因水浑浊,萤光素示踪剂微弱,不明显,而其余观测点无任何迹象。2009年10月21日早上11:30分,再次于解板塘K89投放10kg食用红色素作连通试验,观测点为库内河水及库内S1泉,在2009年10月23日早上8:20分S1泉水初见微弱淡红色水流,至下午1:30~5:00弱淡红色水流达到峰值,历时50多小时。说明解板塘、马场一带地下水经花苗冲-吴家寨-S1岩溶泉汇入库内。

3)KW166-S2岩溶管道:位于水库右岸,呈NW向展布,长约2.5km,出口标高1 422m,控制流域面积1.8km2,枯季平均流量多在10~20L/s之间,发育于石炭系马平群地层中,补给区为右岸荒坝一带地下水沿管道汇集、径流排泄于S2泉水 。

4)熊井小寨-火烧寨S7暗河系统:位于水库北部,呈NE向展布,长约2.4km,出口标高1 517m,汇水面积主要为熊井小寨一带,控制流域面积8.0km2,枯季平均流量多在40~55L/s之间,平均比降3.5%。2009年7月26日10:30分,在暴雨后熊井小寨kw60处投放10kg瓶萤光素示踪剂作通试验,观测点为库内河水、库内S1泉、火烧寨S7泉、双龙S5泉水,因水量大,水质浑浊,观测点均未发现萤光素。

5)双龙右岸S5暗河系统:位于水库北部双龙潭,沿堕却背斜核部发育,汇水面积主要为田坝头、茅拜田一带,长约6.0km,出口标高1 568m,面积约36.0km2,平均比降2.1%。2009年6月至9月对该暗河系统S5泉水进行为期3个月的测流观测,根据测流资料并结合调查了解,双龙S5泉水枯季平均流量多在210~240L/s之间。

4 水库汇水面积的确定

旧院水库地下汇水面积主要为库内S1、S2和S8泉水的地下汇水面积,对此,对库内S1、S2和S8进行全面的测流工作,结合库区1:1万水文地质调查资料及各泉点测流资料,用枯季地下水径流模数对各泉域汇水面积进行复核,并在1:2万岩溶水文地质图上圈定各泉域汇水面积。

为进一步确定水库汇水面积,为水库设计提供可靠的依据,本阶段主要采用了泉水长观分析、连通试验、地表地质测绘、洼地等值线法、趋势面分析法等多种方法相互佐证,查明旧院水库闭流区汇水面积43.7 km2,明流区汇水面积13.3km2,水库汇水总面积57.0km2。

5 结论

综上所述,碳酸盐岩山区水库工程的岩溶地质问题一般比较复杂,且每项工程既有一般规律又有其特殊性,不断积累这方面的工作经验服务工程建设具有非常现实的意义。碳酸岩地区的岩溶地质工作需要分阶段不断收集多方面基础资料,采取多方面的岩溶水文地质工作手段进行详查,才能更加真实地揭示岩溶水文地质特征。