土溪口水库岩溶发育特征地质调查研究

李 珑

(四川省水利水电勘测设计研究院勘察分院，四川 成都 611731)

土溪口水库位于四川省达州市宣汉县渡口乡境内，是在前河上游河段兴建的一座以防洪为主，兼发电的大型水利工程。由于库、坝区出露地层以二叠系、三叠系碳酸盐岩的可溶岩地层为主，岩溶较发育，主要工程地质问题是岩溶渗漏。因此，对区内岩溶发育特征开展了详细的地质调查，为后续的评价、设计、施工提供基础地质资料。

1 岩溶形态特征及分布

据调查，库区内岩溶出露形式可分为地表岩溶和地下岩溶两大类型。按形态特征，地表岩溶可分为溶沟、溶槽、溶蚀洼地、漏斗、落水洞及岩溶泉等；地下岩溶可分为溶洞、地下岩溶通道(暗河)等。

1.1 地表岩溶

溶沟和溶槽主要发育在灰岩斜坡部位，沿陡倾角层面裂隙和NW向构造裂隙溶蚀而成，宽度0.2 m～2 m，长度3 m～10 m，深度1 m～5 m不等，多充填棕红色粘土。溶蚀洼地在东河左岸、前河左右岸及中河左岸均有分布。典型地貌见图1。各溶蚀洼地分布位置均较高，位于库岸山顶或地表分水岭附近。地面高程一般在1 000 m～1 300 m左右，平面形态呈长条形或椭圆形等，四周封闭，洼地宽度50 m～500 m，长度0.3 km～1.5 km，面积0.04 km2～0.35 km2。大多沿NW方向发育，部分沿NW和NE两个方向发育，与本区两组张性陡倾角裂隙发育方向一致。

溶蚀漏斗分布于溶蚀洼地内或地下岩溶管道通过地带，地面高程一般在1 000 m～1 200 m，平面形态呈圆形或椭圆形，直径一般10 m～20 m，最大可达100 m，可见深度2 m～12 m。大多沿NW或NE向陡倾角裂隙溶蚀塌陷而成。现大多由于塌陷而堵塞，底部覆盖土层，生长植物。典型地貌见图2。

落水洞大多分布于溶蚀洼地内(少量在斜坡)，典型地貌见图3。地面高程一般在1 000 m～1 300 m，其平面形态多呈圆形～椭圆形、缝状～槽状等，长一般1.5 m～10 m，最大50 m；宽一般0.3 m～5 m，最大10 m；可见深度一般3 m～20 m，最大37 m。其底部一般与地下岩溶管道相通，多沿NW向陡倾角构造裂隙及层面溶蚀发育而成，洞底覆盖块碎石或杂物，各溶蚀洼地雨后均被积水淹没1 m～3 m，依靠洼地中落水洞作为消水通道，1 d～2 d后积水排干。

库区前河两岸，及邻谷东河右岸和中河左岸共出露55个岩溶泉点，典型岩溶泉出露情况见图4。本区泉点流量大多受降水影响，补给来源与降水关系密切，流量随季节变化。部分岩溶泉不浑浊，说明其补给来源相对较远或有较稳定的地下水补给。泉点出露受地层岩性及构造的控制。泉点受岩溶发育系统的影响。在高程750 m以下和950 m～1 250 m左右泉点分布较为集中，与水平岩溶系统(溶洞、暗河出口)在这一带较发育有关；在高程750 m～950 m和1 250 m以上泉点较少，与漏斗、落水洞和地下斜洞等在这一带较发育有关。

1.2 地下岩溶

前河左右岸、东河右岸及中河左岸均分布有溶洞，典型地貌见图5。区内溶洞从河床至山顶(高程300 m～1 500 m)均有分布，洞口距河床高度0 m～1 000 m。洞口多呈圆形、半圆形、方形、三角形等，向内呈管道状、厅状或缝状。洞径大小不等，一般小于10 m，洞长多为5 m～40 m。顺层面或长大结构面发育。大多洞内无水，暴雨后有水流出。结合岩溶泉点出露情况，初步分析库区前河及邻谷东河、中河范围内共存在有15条暗河或地下岩溶通道。各溶蚀洼地中的漏斗和落水洞，雨季地表水大多集中下渗沿地下岩溶通道排泄，其进口段位置较高，大多顺岩层倾向发育；中段顺层面(或切层)与倾向斜交方向发育；出口段沿走向顺层面近水平发育。

2 岩溶发育规律

2.1 岩溶结构面

工程区处于大巴山弧形构造带南缘。主构造线方向为北西向(310°左右)。构造形迹以挤压紧密的褶皱、压性逆断裂构造及直立岩带为主，基本见不到推覆构造体。可溶性岩体中存在各种有利于岩溶发育的地质结构面，如不同性质和规模的断层、裂隙带、层间滑动面、可溶岩与非可溶岩界面、膏溶带、古岩溶面等。这些地质结构面破坏了可溶岩体完整性，成为岩溶水入渗及运动的途径，也成为岩溶不均匀发育的主要通道。岩溶水运动的动力来源于补给区地下水位与排泄基准面之间的水位差。岩溶水在从补给区向排泄区的运动过程中，通过自主选择和溶蚀改造，形成能量消耗最小的优势管道或通道路线。区域构造结构面组合如图6所示。

2.2 地貌及气象条件对岩溶发育的影响

坝址区位于渡口乡上游1 km峡谷河段，属侵蚀溶蚀高中山地貌。河谷谷底宽度50 m～70 m，正常蓄水位时谷宽237 m，总体呈“V”型峡谷特征。两侧水位埋深大，地下水以垂向运动为主，岩溶形态为落水洞、漏斗、岩溶洼地。岩溶槽谷区面积愈大，岩溶发育以水平为主，富水性愈好，谷地中及可溶岩与非可溶岩接触带常有泉水出露。背斜翼部常为地下的径流排泄区，岩溶发育，背斜垄脊山顶，多为岩溶的补给区，水位埋深大，地下岩溶以垂直发育为主。

坝址区为亚热带湿润季风气候。多年平均气温18.5 ℃；极端最高气温39.5 ℃，极端最低气温-4.8 ℃，多年平均降水量1 254.6 mm，多年平均蒸发量1 109.8 mm，多年平均相对湿度81%。径流与降雨的年内分配基本一致，每年4月起径流随降雨的增大而增大，7月,9月水量最丰。6月,8月次丰，11月后由于降雨量减少，地下水补给比重渐渐增大，径流渐以地下水补给为主。径流在年内的分配不均，直接影响本区岩溶地下水位的动态及流态特征，很多岩溶泉及地下河的流量变化极为剧烈，雨季最大流量是枯水季节最小流量的几十倍甚至上百倍，岩溶地下水位变化可达几十米。坝址区雨量丰富，入渗地下补给迅速，溶蚀作用强非常有利于岩溶的竖向发育。

2.3 地表水、地下水对岩溶发育的影响

地表水文网的发育分布及其特点是控制岩溶水循环条件的一个极其重要因素。坝址区内横切槽谷的深谷和众多的横顺向冲沟伸入槽谷的状况决定了岩溶作用的强度、方向及岩溶地貌的分布规律。碳酸盐岩地下水的运动是岩溶发育的必要条件。岩溶地下水的动态因地而异，主要决定于岩体的透水性、补给和排泄条件。本区地下水属气象型，补给源为大气降雨。在分水岭地段，地下水以沿裂隙的垂直运动为主，有利于竖向岩溶形态的发育；在地下水季节变动带内，由于地下水的垂直运动与水平运动交替变化，因此，垂直和水平岩溶形态都有发育。综上所述，岩溶发育基本条件和自然因素是彼此相互联系、相互作用、相互制约的。在多种因素共同作用下，形成了该区特有的岩溶发育形态。

3 岩溶发育的分期性及分布的成层性

前河是长江五级水系，作为一个四级支流，深切峡谷应是在区域最低剥夷面形成以后切割而成的。该剥蚀面在区内尚有保存，以普遍分布高程1 100 m～1 250 m的峰从洼地、谷地为代表。从区域对比来看，该剥夷面可能形成晚第三纪末(N)。当时前河尚未形成。第四纪以来，在喜山运动作用下，大巴山区一直处于间歇性抬升过程中，河流不断深切，两岸岩溶水排泄基准面不断下降，导致两岸岩溶地下水位不断下降，在峡谷两岸山体中形成新的强岩溶带，在河谷则形成新的排水溶洞或岩溶泉。目前在高程750 m以下的河谷中可以见到三层溶洞，足以说明溶洞发育具有分期性和成层性。高程500 m～580 m，高出河床30 m～110 m，可见水平干溶洞处于包气带中，相当一部分处于水库正常蓄水位以下；高程680 m～750 m，高出河床220 m～290 m，发育较多水平溶洞，且多为处于包气带中的干溶洞；在高程400 m～460 m河水面以下可见排水溶洞和溶隙系统。由于构造断裂伸展到河床以下，河水面下可能存在岩溶管道、溶隙，并形成河面以下的排泄通道。高程460 m～480 m发育有现代水平溶洞系统(如图7所示)与现代河床排泄基准面基本适应，以地下河出口及泉水排泄点为代表。

根据地质调查结果发现，坝址区以溶沟、溶槽、溶蚀洼地等为代表的地表岩溶及以溶洞、暗河为代表的地下岩溶发育，且分布较广。分析了工程区岩溶发育特点，总结了岩溶发育规律。岩溶水在从补给区向排泄区的运动过程中，通过自主选择和溶蚀改造，形成能量消耗最小的优势管道或通道路线。同时阐述了岩溶发育的分期性及分布的成层性，为水库渗漏、坝基渗漏评判提供了基础的地质资料。