貴州省三寶水庫巖溶發(fā)育特征與規(guī)律研究

余加松，孫明彪，王太銀

貴州省三寶水庫巖溶發(fā)育特征與規(guī)律研究

余加松1，孫明彪1，王太銀2

(1.貴州省黔西南州水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，貴州 興義 562400；2.貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550000)

三寶水庫位于貴州省晴隆縣三寶鄉(xiāng)境內(nèi)，庫區(qū)出露地層為三疊系下統(tǒng)夜郎組，是一套潮下帶、潮間帶為主的半局限臺(tái)地沉積，以粘土巖和灰?guī)r互層為主，巖溶十分發(fā)育。工程區(qū)f1、f2小型斷裂穿庫區(qū)而過，水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜。水庫自1961年建成后至今未能正常蓄水，針對(duì)水庫現(xiàn)狀，在大量工程地質(zhì)測(cè)繪、調(diào)查、走訪、鉆探、物探等技術(shù)手段基礎(chǔ)上，對(duì)三寶水庫區(qū)域水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明，工程區(qū)巖溶洼地、巖溶管道和落水洞現(xiàn)象較為普遍，主要分布于T1y2-4層位，巖性以灰至深灰色中厚層夾厚層灰?guī)r為主，巖溶發(fā)育良好，形成穿越庫區(qū)的巖溶管道，是水庫至今無法正常蓄水的根本原因。為后續(xù)解決水庫滲漏問題和水庫成庫條件評(píng)價(jià)提供了方向和依據(jù)。

夜郎組；落水洞；巖溶特征；巖溶規(guī)律

三寶水庫位于貴州省晴隆縣三寶鄉(xiāng)境內(nèi)，工程始建于1957年，于1961年建成現(xiàn)規(guī)模，大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高15.4 m，設(shè)計(jì)洪水位1 518.68 m，相應(yīng)庫容為117萬 m3；校核洪水位1 519.42 m，相應(yīng)庫容130萬 m3；正常蓄水位1 516.55 m，相應(yīng)庫容為83.4萬 m3；死水位1 510.00 m，相應(yīng)庫容12.4萬 m3，興利庫容71萬 m3。受限于當(dāng)時(shí)地質(zhì)勘探手段的落后，在未查明庫區(qū)地質(zhì)情況下匆忙動(dòng)工，由于水庫庫區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)共有6個(gè)落水洞，滲漏嚴(yán)重，形成病庫，雖經(jīng)晴隆水利局及當(dāng)?shù)卮迕裨?jīng)多次處理，仍達(dá)不到蓄水要求。

1 地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

工程區(qū)位于云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，地貌類型屬侵蝕、剝蝕、溶蝕的低中山(圖1)，區(qū)內(nèi)高程在543～1 768 m，地形受巖性及構(gòu)造的影響，溝壑縱橫，溪谷相間發(fā)育，地形起伏差較大，區(qū)內(nèi)可溶巖的分布面積占60%以上，因而主要表現(xiàn)為巖溶地貌，即峰叢洼地、峰叢谷地等地貌類型，峰叢間的溶蝕洼地、漏斗、落水洞、暗河等巖溶現(xiàn)象較為普遍[1-2]。工區(qū)處于晴隆-箐口-安谷穹窿構(gòu)造，受巖性、構(gòu)造控制測(cè)區(qū)東部，河流急劇下切，地形落差大，河流比降達(dá)5%～10%，局部達(dá)20%，測(cè)區(qū)南至南東分布有麻沙河峽谷(圖2)，高程543～1 000 m；北部有大橋河峽谷，高程690～1 150 m，工程區(qū)總體位于兩深切河谷夾持的三角臺(tái)地上。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖

1.2 地層巖性

區(qū)域出露主要為地層三疊系夜郎組，為一套潮下、潮間

相為主的半局限臺(tái)地沉積，垂向上由潮下泥坪一混合坪一鮞灘、沖積扇一瀉湖組成的向上變淺序列，巖性以粉砂巖、粘土巖和灰?guī)r互層為主，其中碳酸鹽巖占近一半，巖溶十分發(fā)育，至下而上可分為三段，分別是第一段沙堡灣段(T1y1)、第二段黃村壩段(T1y2)和第三段九級(jí)灘段(T1y3)，其中第二段可劃分為四層，自上而下分述見表1。

圖2 A-A′地質(zhì)剖面圖

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1.3 構(gòu)造

庫區(qū)主要構(gòu)造為三寶向斜，軸向NE17°～32°，核部平緩開闊， 穿庫腰而過，巖層傾角多在10°左右，裂隙欠發(fā)育，區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，對(duì)庫區(qū)影響較大為局部斷裂逆斷層f1和走滑斷層f2，f1斷層位于三寶、林場(chǎng)一線，經(jīng)水庫庫首右岸1#埡口，斜切水庫右岸，穿主壩及溢洪道向庫首北東方向延伸，長3.7 km，總體走向?yàn)镹40°～45°E，泥斷層，傾向NW，傾角為70°左右。在庫首被南北向延伸的f2斷層切錯(cuò)。斷層西北面(水庫上游)相對(duì)抬升，斷層南東面相對(duì)下沉。f2斷層位于水庫庫首2#沖溝至水暗板1#沖溝，長1.6km，總體走向近似南北向，是具壓扭性的走滑斷層，傾向E，傾角為70°左右，斷層北段西面相對(duì)抬升，斷層?xùn)|面相對(duì)下降，斷層南段西面相對(duì)下降，斷層?xùn)|面相對(duì)抬升(圖3)。

2 巖溶發(fā)育特征及規(guī)律

本區(qū)自中三疊世晚期大海退后，地殼以大面積間歇性抬升運(yùn)動(dòng)為主，侏羅紀(jì)時(shí)局部以河流-湖泊沉積體系為主，早期地層經(jīng)過漫長的地質(zhì)歷史時(shí)期風(fēng)化、剝蝕、林濾，地表水和地下水對(duì)碳酸鹽巖進(jìn)行不同程度的溶蝕改造，形成了工區(qū)巖溶臺(tái)地、斜坡、峽谷相伴的巖溶地貌，區(qū)內(nèi)峰叢洼地、峰叢谷地等以及峰叢間的溶蝕洼地、漏斗、落水洞、暗河等巖溶現(xiàn)象非常發(fā)育，巖溶發(fā)育特征垂向上具成層性，平面上呈一定的方向性和不均一性[3-4]。

2.1 溶洞調(diào)查及識(shí)別

2.1.1 地表地質(zhì)調(diào)查

通過多次走訪、調(diào)查，水庫共共發(fā)現(xiàn)有6處明顯消水洞，分別為k1、k2、k3、k4、k5、k6，分布見平面圖，落水洞形態(tài)以近橢圓為主，大小以2×3為主，其中較大者k1約3 m×4 m，k6約5 m×8 m。主要沿?cái)鄬訋А_溝分布，其中k1、k2、k3、k4位于2#沖溝一線，k5位于干塘村寨下游沖溝出口，k6位于干塘村寨上游沖溝出口(見圖3)；其中多被當(dāng)?shù)乩习傩栈靥睿F(xiàn)地表出露有k1(見圖4)、k4、k6。

2.1.2 高密度電法勘探

高密度電阻率法是近幾十年來發(fā)展起來的一種電法勘探，在工程領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用[5]。本次勘探共布置7條測(cè)線，基本控制工程區(qū)(由于庫區(qū)仍有少量蓄水，蓄水區(qū)域未能布置測(cè)線)，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)校正、處理以及反演后，結(jié)合地表地貌綜合解釋，解釋圖版見圖4，出現(xiàn)電阻率低阻異常一般為溶洞發(fā)育區(qū)或斷層破碎帶等，部分溶洞地貌上出現(xiàn)局部洼地現(xiàn)象，疑為巖溶塌陷導(dǎo)致，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)庫區(qū)疑似溶洞共計(jì)13處，連通覆蓋層的落水洞7個(gè)，洞深25～78 m不等，以垂向發(fā)育為主。

此外，工區(qū)共布置勘探孔7口，從鉆孔完成情況來看，多數(shù)鉆孔鉆進(jìn)過程中有掉鉆現(xiàn)象，最大掉鉆80 cm，未發(fā)現(xiàn)大型溶洞，孔壁電視攝影顯示，孔內(nèi)溶隙、溶孔和小型溶洞發(fā)育。

圖3 區(qū)域地質(zhì)圖

圖4 落水洞識(shí)別圖版

2.2 溶洞發(fā)育特征

工區(qū)巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈，形態(tài)多樣。巖溶發(fā)育區(qū)主要分布庫首及建庫河流源頭倒馬坎、茅草坪、青龍寨一帶，主集中在T1y2-4灰?guī)r層位上，巖溶形態(tài)以溶溝溶槽、溶洞、巖溶管道為主，據(jù)統(tǒng)計(jì)，大大小小溶洞多達(dá)50余個(gè)，高程多在1 450～1 665；其中庫區(qū)已發(fā)現(xiàn)6個(gè)大型消水洞，最大為庫尾K6洞徑約5×8 m，其次為K1洞徑約3×4 m，其中多數(shù)已被當(dāng)?shù)卣M織村民回填，但限于回填未經(jīng)專業(yè)人員設(shè)計(jì)指揮，未達(dá)到防滲目的，其中部分消水洞的回填土已被擊穿，此外，通過電法勘探發(fā)現(xiàn)庫區(qū)疑似消水洞7個(gè)。

巖溶發(fā)育主要順層面和裂隙、斷層破碎帶溶蝕，不均勻性明顯，主要集中在T1y2-4灰?guī)r層位，少量發(fā)育于T1y2-3，規(guī)模差異較大，主要受巖層接觸面控制，在地表上具帶狀分布的特點(diǎn)。

2.3 巖溶管道發(fā)育特征

工區(qū)大小巖溶管道多達(dá)10余處，其中對(duì)水庫蓄水有直接影響的是三寶水庫一四角田村巖溶管道，庫區(qū)左岸經(jīng)K1消水洞至水庫下游四角田村下方ks6泉水點(diǎn)，2016年11月26日上午經(jīng)過K1消水洞投放熒光素，11月29日中午，發(fā)現(xiàn)水庫下游四角田村寨下方ks6出現(xiàn)顏色變化，消水洞(T1y2-4)k1進(jìn)口高程1 524.3 m，出水點(diǎn)(T1y2-3底部)ks6高程1 150.0 m，高差374.3 m，兩點(diǎn)距離1 860 m，比降為20.12%，流速為25.8 m/h；通過連通試驗(yàn)，初步巖溶管道已穿T1y2-4灰?guī)r、T1y2-3多層泥巖已被擊穿，水庫蓄水后，庫水將通過該巖溶管道向下游產(chǎn)生滲漏；此外，水庫右岸分布有麻沙河支流水鴨河以及多條支溝，由于f1斷層和f2斷層穿過右岸6號(hào)沖溝而過，且右岸多個(gè)鉆孔水文均低于正常蓄水位，在水暗板一帶有大量分散泉水出露，存在巖溶管道連通庫區(qū)可能性較大[6-7]。

2.4 巖溶發(fā)育規(guī)律

研究區(qū)位于南方亞熱帶濕潤地區(qū)，既具有相同于區(qū)域巖溶規(guī)律的共性，又具有自己獨(dú)有的個(gè)性。巖溶現(xiàn)象往往是諸多因素綜合作用的結(jié)果，如巖體的沉積相物質(zhì)組成，地質(zhì)構(gòu)造，地形地貌，地下水的溶蝕能力與水動(dòng)力條件等。此外，當(dāng)?shù)氐淖匀灰蛩?，如氣候，水文，植被等，也是影響巖溶發(fā)育程度的不可忽略的因素[8-10]。

沉積方面，研究區(qū)是一套潮下帶、潮間帶為主的半局限臺(tái)地沉積，以粘土巖和灰?guī)r互層為主，灰?guī)r占比約50%，灰?guī)r以鮞粒灰?guī)r、厚層塊狀灰?guī)r為主，CaCO2含量高，構(gòu)成了該區(qū)巖溶發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，區(qū)內(nèi)巖溶十分發(fā)育，特別是灰?guī)r于泥巖的接觸面往往是巖溶泉水的出水點(diǎn)；構(gòu)造方面，f1、f2斷層穿庫區(qū)而過，斷層破碎帶由于裂隙較發(fā)育，往往是巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)，其中庫區(qū)落水洞k1、k2、k3、k4分布在f2斷層帶上，表面斷層帶是地下水的優(yōu)勢(shì)運(yùn)輸通道，為巖溶的發(fā)育提供便利條件；地形與水動(dòng)力方面，工程區(qū)南部和東部為北盤江重要支流麻沙河深切谷，南部河谷高程750.0 m，低于正常蓄水位1 516.55 m約776.65 m，距離約5 930.0，比降達(dá)12.9%，東部麻沙河河谷高程約701 m,距離約3 550 m，比降高達(dá)23.3%，總體位于兩深切河谷夾持的三角臺(tái)地上。巖溶發(fā)育在很大程度上受地表水匯流和下滲條件的影響，地勢(shì)高差決定了地表水、地下水的水動(dòng)力強(qiáng)弱，因此區(qū)域地貌表征著區(qū)域水文網(wǎng)的發(fā)育特征，決定了侵蝕基準(zhǔn)面和地下水排泄基準(zhǔn)面的性質(zhì)和分布，同時(shí)控制了地下水的運(yùn)動(dòng)方向，從而控制了巖溶發(fā)育的總趨勢(shì)，所以研究區(qū)巖溶管道方向多為E和SE，部分呈S方向，地下水和地表水整體往南部和東部麻沙河河谷方向匯聚，工區(qū)麻沙河河谷構(gòu)成了研究區(qū)的排泄基準(zhǔn)面；自然因素方面，氣候是巖溶發(fā)育的一個(gè)重要影響因素。可溶性巖石溶蝕作用的強(qiáng)弱，受氣溫的高低、雨量的大小等因素影響，工區(qū)內(nèi)年平均氣溫14℃，多年平均降雨量1 474 mm，氣候溫潤，雨量充沛，是巖溶發(fā)育的良好條件；研究區(qū)所處三寶彝族鄉(xiāng)，是典型的少數(shù)民族聚居區(qū)，少數(shù)民族占98.3%，植被破壞較少，森林覆蓋率高達(dá)70%，水的溶蝕能力取決于水中酸性物質(zhì)的含量，主要由CO2的含量決定，而CO2主要來源于植被的腐爛形成的腐殖質(zhì)和土壤，庫區(qū)植被茂密，提供大量的CO2，雨水通過空氣和土壤層，增加了水中CO2含量，有利于巖溶的發(fā)育[11-14]。

綜上所述，研究區(qū)無論從沉積的物質(zhì)組成、構(gòu)造發(fā)育特征，還是區(qū)域水文排泄條件及氣候、植被，均構(gòu)成良好的巖溶發(fā)育條件，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)巖溶洼地、巖溶管道、落水洞、巖溶泉等巖溶現(xiàn)象十分普遍，巖溶的發(fā)育，尤其是落水洞和大型的巖溶管道的發(fā)育，將會(huì)形成水庫滲漏的優(yōu)勢(shì)通道，導(dǎo)致水庫無法正常蓄水。

3 結(jié)語

研究區(qū)巖溶洼地、巖溶管道、落水洞、巖溶泉等巖溶現(xiàn)象十分普遍，主要分布于T1y2-4層位，巖性以灰至深灰色中厚層夾厚層灰?guī)r為主，構(gòu)成了本區(qū)巖溶發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，由于受f1、f2斷層穿庫區(qū)而過、良好的氣候和植被條件以及暢通的補(bǔ)、徑、排條件，導(dǎo)致工區(qū)巖溶十分發(fā)育，形成穿庫區(qū)而過的巖溶管道，致使水庫修建至今無法正常蓄水，形成病庫。

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Study on karst development characteristics and law of Sanbao reservoir in Guizhou

YU Jia-song1，SUN Ming-biao1，WANG Tai-yin2

(1.Qianxi Nanzhou Water Conservancy and Electric Power Survey and Design Institute,Guizhou Xingyi 562400;2.Guizhou Water Conservancy and Hydropower Investigation Design and Research Institute,Guizhou Guiyang 550000)

Sanbao reservoir is located in the territory of Guizhou province Qinglong County Township Sanbao, reservoir strata are the lower Triassic Yelang group, is a set of subtidal and intertidal zones of semi restricted platform deposition, the clay rocks and limestones interbedded, the karst is very developed. The small fracture of f1 and f2 in the engineering area passes through the reservoir area, and the hydrogeological conditions are very complicated. The reservoir has not been properly impounded since it was built in 1961, in view of the present situation of the reservoir, the hydrogeological conditions of the Sanbao reservoir are analyzed and studied on the basis of a large number of engineering geological surveys, surveys, visits, drilling and geophysical prospecting. The results show that the project area karst depressions, karst pipes and sinkholes is a common phenomenon, mainly distributed in the T1y2-4 horizon, lithology of the thick layer of gray to dark gray with thick layer of limestone, karst, formation of karst pipeline through the reservoir area, is the root cause of the reservoir has been unable to normal water level. It provides the direction and basis for further solving reservoir seepage problem and reservoir formation condition evaluation.

Yelang group; sinkhole; karst; karst regularity

2017-03-16

余加松(1990-)，男，貴州興義人，助理工程師，主要從事工程地質(zhì)和水文地質(zhì)方面工作。

P642.25

A

1004-1184(2017)04-0045-04