贵州省安龙县团结水库岩溶发育特征与规律研究

黄粤兴　孙明彪

摘 要：团结水库库区出露地层为三叠系下统夜郎组，以粘土岩和灰岩互层为主，岩溶十分发育。工程区戛纳断层F1断裂穿库区而过，由于团结水库库区、坝址地质构造及岩溶水文地质条件极其复杂，水库自1979年建成后至今未能正常蓄水，经当地安龙县水务局多次处理，仍未达到蓄水目的。本文在大量工程地质测绘、调查、走访、钻探、物探等技术手段基础上，研究团结水库区域水文地质条件，进而总结出工程区岩溶发育特征和规律，为解决水库渗漏问题和水库成库条件评价提供了方向和依据。

关键词：夜郎组；岩溶特征；岩溶规律

中图分类号：P642.25 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）10-0130-04

1 引言

团结水库位于贵州省安龙县洒雨镇境内，工程始建于1975年，于1979年建成现规模，大坝为均质土坝，最大坝高22.50m，设计洪水位1345.52m，相应库容为401万m3；校核洪水位1531.44m，相应库容326万m3；正常蓄水位1343.00m，相应库容为281.60万m3；死水位1327.00m，相应库容44.4万m3。受限于当时选择坝址时地质勘探手段的落后，在未查明坝址地质情况下匆忙动工，致使大坝蓄水试运行时，发现左坝肩有溶洞贯穿下游，形成病库，安龙水利局曾经多次处理，仍达不到蓄水目的，1980年列为停缓建工程。

安龙县洒雨镇是贵州省安龙县贫乡镇之一，经济社会发展主要受交通、缺水两大问题的限制，近年来交通逐渐改善，缺水就成为制约社会稳定、经济可持续发展的首要因素，为解决洒雨镇5208人集镇人口、4571人农村人口、2743头小牲畜、1371头大牲畜和水库下游11620亩耕地的灌溉用水问题，发挥团结水库应有效益，2016年3月，贵州省水利厅将其列为十三五规划的水利扶贫项目，由于团结水库库区、坝址地质构造及岩溶水文地质条件极其复杂，因此，有必要开展团结水库区域岩溶发育特征和规律研究，分析其水库库首渗漏条件，为水库成库条件论证、防渗处理提供依据。

2 地质概况

2.1 地形地貌

工程区位于云贵高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，地貌类型属侵蚀、剥蚀、溶蚀的低中山，区内高程在1300～1550m，地形受岩性及构造的影响，沟壑纵横，溪谷相间发育，地形起伏差较大，区内可溶岩的分布面积占70%以上，因而主要表现为岩溶地貌，即峰丛洼地、峰丛谷地、等地貌类型。峰丛间的溶蚀洼地、漏斗、落水洞、暗河等岩溶现象较为普遍，其中洼地面积占有较大比例（区域地质图1）。

2.2 地层岩性

区域出露主要为地层三叠系夜郎组，为一套潮下、潮间相为主的半局限台地沉积，垂向上由潮下泥坪一混合坪一鲕滩、冲积扇一泻湖组成的向上变浅序列，岩性以粉砂岩、粘土岩和灰岩互层为主，其中碳酸盐岩占近一半，岩溶十分发育，至下而上可分为三段，分别是第一段（T1y1）、第二段（T1y2）和第三段（T1y3），其中第二段可划分为四层，自上而下分述如下（表1）。

2.3 构造

库坝区主要构造有戛纳断层F1，干沟断层f1，受其影响，局部岩层产状变化较大，主要体现在左岸、右岸的產状变化。戛纳断层（F1）：此断层穿过水库库盆，总体呈NEE向展布，正断层，倾向左岸，产状N10-15°E/NW∠55～60°，左岸（上盘）三叠系夜郎组地层下降，右岸（下盘）二叠系长兴-龙潭组上升，造就了水库库首以断层为界，分为不同的水文地质单元；钻探、物探揭露破碎带宽10～15m，角砾岩夹钙泥质充填，胶结较好，受岩性影响，在灰岩层位，岩体受断层影响破碎，为地下水溶蚀创造条件，岩溶较为发育，具有导水性质；在泥岩、页岩层位具有阻水性质。干沟断层（f1）：此断层位于水库库首左岸干沟冲沟，断层沿1#冲沟发育，长5km，总体走向为N40°E，正断层，倾向SE，倾角一般为70°左右。西南端在库盆（干沟冲沟出口处）被东西向延伸的戛纳断层（F1）阻断。冲沟右岸相对抬升，冲沟左岸相对下沉，据调查，冲沟常年干枯断流，推断该断层具导水性质，受F1断层阻隔，冲沟出口有泉水s1出露；断层主要切错三叠系夜郎组第二段（T1y2）、第一段（T1y1）地层（区域地质构造三维立视图2）。

3 岩溶发育特征及规律

测区是一个强烈岩溶化的山原，岩溶形态种类繁多，岩溶发育相当复杂，发育的特征归纳起来，有以下几点：

（1）岩溶的发育具有对岩性的选择性规律。岩石可溶性不同，岩溶强度具有明显的差异性：由于岩性的不同，其可溶程度也不一致，这主要取决于岩石内碳酸钙的含量。从微观上分析，碳酸盐岩相对溶解度的大小，取决于CaO、MgO及非可溶物质比值的高低。（2）受地质构造控制，场区岩溶发育具明显的方向性。地下水是岩溶发育的必备条件之一，而地下水的运移，总是从岩体最薄弱的部位入手，如断层、节理裂隙及褶曲轴部等。（3）岩溶发育受地质构造和岩层组合结构控制具有条带性。岩溶地貌与流水侵蚀地貌交错分布，且有明显的条带性。通常情况下，岩溶区砂页岩具有夹层性质，分布面积总是小于碳酸盐岩面积，形成岩溶地貌发育区内出现小面积的侵蚀地貌，并形成地表水流，流至岩溶地貌区又潜伏地下，又明流转为暗流。相反，地下河流至侵蚀地貌区受砂页岩阻隔又出露成为地表河。表现出两类不同性质的地貌共同发育转化而又互相制约的关系。（4）岩溶发育的不均匀性。由于岩溶发育具有选择性，决定了其在发育速度、程度和空间分布上都存在不均一性。首先，在不同岩层上，质纯、层厚的岩溶发育强度高于质杂、层薄的地层，表现出极大不不匀性；其次，在同一地层上而言，受断层、皱褶的影响，给地下水活动提供了活动空间，岩溶水总是力争与区内主河流的侵蚀基准面相适应，且沿最薄弱的结构面开始，导致岩溶发育在时间和空间上表现出不同溶蚀速度和溶蚀程度，所以在同一地层上，岩溶发育也是不均一的。（5）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。

3.1 岩溶调查及识别

3.1.1 地表地质调查

通过多次走访、调查，水库区岩溶发育较强烈，形态多样。岩溶发育区主要分布库首左岸，主集中在T1y2-2-3、T1y2-2-1和T1y2-1-1灰岩层位上，岩溶形态以溶沟溶槽、溶洞、岩溶管道为主；其中T1y2-2-3层位以溶沟溶槽、溶洞为主，分布于左岸斜坡山顶；T1y2-2-1层位以溶沟溶槽、溶洞、岩溶管道为主，分布于左岸近坝山体一带，据70年代大坝蓄水试运行资料，老坝靠左岸河床段有岩溶管道发育，渗漏严重，为坝址（老坝）主要岩溶渗漏通道（见图3）；T1y2-1-1层位以溶沟溶槽、溶洞、溶孔溶隙为主，分布于水库左岸干沟冲沟及出口一带，受断层挤压影响，岩溶较发育，发育有s1泉水群，流量25L/s（见图4）。岩溶发育主要顺层面和裂隙、断层影响带溶蚀，不均匀性明显，规模差异较大，主要受裂隙控制，在地表上具带状分布的特点，垂直方向上具有成层性。总的来说，水库区内岩溶发育是不均匀的。

3.1.2 钻探揭露情况

为了进一步查明水库区岩溶发育与地下水分布情况，本次在前期勘察基础上在左岸布置zk6水文孔、河床布置了zk9、zk13、zk14孔，水库老坝溢洪道布置了zk7孔，坝脚布置了zk12孔，右岸布置了zk10、zk11，揭露岩溶情况见下表2。

根据zk6、zk7、zk8、zk9、zk12、zk13和zk14钻孔揭露，水库区溶洞溶穴及溶蚀孔洞较发育，钻孔遇洞率较高，主要分布于库首左岸。钻进过程中，常遇到溶洞而出现掉钻现象，钻孔无法取芯或岩芯见大量溶蚀晶孔发育；而部分区段岩体完整，溶蚀现象仅表现为小型溶蚀晶孔，钻孔取芯呈长柱状，可见钻孔岩溶发育具有不均匀性。

3.1.3 高密度电法勘探情况

高密度电阻率法是近几十年来发展起来的一种电法勘探，在工程领域有广泛的应用。为了解水库库首岩溶发育、断层分布与地下水分布情况，本次勘探共布置5条测线，基本控制工程区，对测量结果进行数据校正、处理以及反演后，结合地表地貌综合解释，解释图版见图5，出现电阻率低阻异常一般为溶洞发育区或断层破碎带等，结合区域地质调查结果，水库库首左岸岩溶较发育，主要分布于库首左岸及河床靠断层破碎带上，发育高程1280m～1310m。

3.2 岩溶发育特征

工区岩溶发育较强烈，形态多样。岩溶发育强度和深度主要差异性较大，主要受岩性及断层影响。工程区岩溶发育区主要分布库首及建库河流源头干沟、水库老坝、黄泥寨一带，主集中在T1y2-4灰岩层位上，岩溶形态以溶沟溶槽、溶洞、岩溶管道为主，通过钻探物探等揭露统计，大大小小溶洞、溶槽多达17个，库首左岸岩溶发育高程多在1328～1340m，河床高程多在1280～1310m；岩溶发育主要顺层面和裂隙、断层破碎带溶蚀，不均匀性明显，主要集中在T1y2-4灰岩层位，少量发育于T1y2-3，规模差异较大，主要受岩层接触面控制，在地表上具带状分布的特点。库水通过坝址左岸岩溶通道向下游渗漏可能性大。坝址右岸渗漏主要为坝基肩裂隙性绕坝渗漏问题，坝址左岸渗漏主要为坝基肩溶洞、溶隙性绕坝渗。可通过防渗帷幕解决，底界为相对隔水层T1y1灰绿色薄层泥岩、砂质泥岩层位，在戛纳断层破碎带适当加深，河床段防渗深度55～60m，下限高程1250m；左岸采用全封闭式帷幕，穿过溢洪道，往3#冲沟方向延伸，接头为正常蓄水位与地下水位交点，底限深入相对隔水层T1y1灰绿色薄层泥岩、砂质泥岩层位。

3.3 岩溶发育规律

研究区位于南方亚热带湿润地区，既具有相同于区域岩溶规律的共性，又具有自己独有的个性。岩溶现象往往是诸多因素综合作用的结果，如岩体的沉积相物质组成，地质构造，地形地貌，地下水的溶蚀能力与水动力条件等。此外，当地的自然因素，如气候，水文，植被等，也是影响岩溶发育程度的不可忽略的因素。

沉积方面，研究区是一套潮下带、潮间带为主的半局限台地沉积，以泥岩、粘土岩和灰岩互层为主，灰岩占比约40%，灰岩以鲕粒灰岩、厚层块状灰岩为主，CaCO2含量高，构成了该区岩溶发育的物质基础，区内岩溶十分发育，特别是灰岩于泥岩的接触面往往是岩溶泉水的出水点；构造方面，戛纳断层F1，干沟断层f1断层穿库坝区而过，断层破碎带由于裂隙较发育，往往是岩溶强发育区，其中库首河床zk5分布在F1断层带上，表面断层带是地下水的优势运输通道，为岩溶的发育提供便利条件；地形与水动力方面，工程区位于测区东部——水库下游的黄泥寨—小山脚—天桥一带，入伏点为落水洞k2（见地形与水动力平面布置图6），高程1290.0m，发育于发育于T1y2-2灰岩层位；出伏点为坡汪村寨河对岸的ks04，洞口高程1225m，进出口落差65m，岩溶管道比降1.98%。

岩溶发育在很大程度上受地表水汇流和下渗条件的影响，地势高差决定了地表水、地下水的水动力强弱，因此区域地貌表征着区域水文网的发育特征，决定了侵蚀基准面和地下水排泄基准面的性质和分布，同时控制了地下水的运动方向，从而控制了岩溶发育的总趋势，所以研究区岩溶管道方向多为W和SN，部分呈N方向，地下水和地表水整体自西部向东经多段明暗交替后汇入筏子河，工区筏子河河谷构成了研究区的排泄基准面；自然因素方面，气候是岩溶发育的一个重要影响因素。可溶性岩石溶蚀作用的强弱，受气温的高低、雨量的大小等因素影响，工区内年平均气温15.1℃，多年平均降雨量1200.70mm，气候温润，雨量充沛，是岩溶发育的良好条件；研究区所处洒雨镇，是典型的少数民族聚居区，少数民族占88.3%，植被破坏较少，森林覆盖率高达70%，水的溶蚀能力取决于水中酸性物质的含量，主要由CO2的含量决定，而CO2主要来源于植被的腐烂形成的腐殖质和土壤，库区植被茂密，提供大量的CO2，雨水通过空气和土壤层，增加了水中CO2含量，有利于岩溶的发育。

综上所述，研究区无论从沉积的物质组成、构造发育特征，还是区域水文排泄条件及气候、植被，均构成良好的岩溶发育条件，导致区内岩溶洼地、岩溶管道、落水洞、岩溶泉等岩溶现象十分普遍，岩溶的发育，尤其是落水洞和大型的岩溶管道的发育，将会形成水库渗漏的优势通道，导致水库无法正常蓄水。

4 结语

研究区岩溶洼地、岩溶洞隙、落水洞、岩溶泉等岩溶现象十分普遍，主要分布于T1y2-4层位，岩性以灰至深灰色中厚层夹厚层灰岩为主，构成了本区岩溶发育的物质基础，由于受F1、f1断层穿库坝区而过、良好的气候和植被条件以及畅通的補、径、排条件，导致工区岩溶十分发育，形成穿库区而过的岩溶管道，致使水库修建至今无法正常蓄水，形成病库。岩溶发育强度受岩性及其分布特征的影响、岩溶发育部位及延伸方向受地质构造的控制、岩溶发育受地下水排泄基准面控制、岩溶发育具有一定的继承性。

参考文献

[1]水利水电工程地质手册[M].北京水利电力部水利水电规划设计院，1985.

[2]贵州省安龙县团结水库可研阶段勘察设计报告[R].黔西南州水利电力勘测设计院，2017.

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[4]王忠民.岩溶水库渗漏水动力类型[J].云南水力发电，1997，（1）：28-34.