南京仙林大學城地區巖溶成因淺析

徐澤友 凌國華 凌紅杰

南京仙林大學城地區巖溶成因淺析

徐澤友 凌國華 凌紅杰

結合南京仙林大學城地區巖溶地質,介紹了仙林地區的構造背景,從巖石的可溶性、地質構造和水的溶蝕作用等方面對該地區巖溶的發育機理作了初步探討,并簡要分析了該地區巖溶的穩定性,對該地區巖土地基工程具有指導意義。

巖溶,成因,穩定性

南京仙林大學城地處寧鎮反射弧的西翼,北鄰長江大斷裂。地層屬揚子分區的寧鎮地層小區,地層發育不全,斷裂構造十分發育。

鉆探揭示,仙林大學城地區隱伏三疊中統薛家村組灰巖巖溶,普遍發育,鉆孔溶洞可見率為 24%,部分孔含數個溶洞,呈串珠狀。溶洞大小懸殊,形態不一。

1 自然地理概況

仙林大學城位于風景秀麗的紫金山東麓,靈山北側,為斷塊剝蝕低山丘陵,屬寧鎮山脈的一部分。海拔高度低,地勢上總體為東高西低,高程在 10 m～60m之間。低山盤曲,自然風景獨特。地貌類型多樣,山巒交錯分布,是低山丘陵較集中的區域。受兩側山體限制,總體上表現為山間洼地特征,有利于地表徑流的匯集。

該區域屬溫暖濕潤季風氣候,四季分明,年平均氣溫 15.3℃,年平均降雨量 1 026mm。

2 地質環境背景

2.1 履蓋層特征

仙林地區屬下揚子地層分區的寧鎮地層小區,其地層主要有古生界二疊、三疊系,中生界侏羅系和新生界第四系。該地區第四系松散堆積層主要由沖積、坡積粉質粘土及粉質粘土夾碎石組成。除近山體范圍為殘坡積單一結構的粉質粘土外,大部分地帶為粉質粘土(部分含粉土或粘土)和粉質粘土夾碎石的雙層結構,覆蓋在棲霞灰巖及象山砂巖之上。粉質粘土一般為可塑 ～軟塑,深層為硬塑,中等壓縮性,不具膨脹性,水理性差,遇水易散化失穩。

2.2 地質構造

仙林地區的地質構造系寧鎮褶皺帶的次一級構造,為幕府山復背斜和鐘山大向斜的一部分,屬寧鎮山脈中帶構造。該向斜北翼可抵達棲霞山、龍潭一帶,南翼可抵達青龍山、九華山一帶。大向斜的軸線由西段的北東向向東延伸轉為北東東向。

該地區的斷裂帶主要為東西向長江斷裂帶中的南斷裂,西起浦鎮東門鎮,經新生圩、棲霞山至龍潭,延伸至鎮江。該斷裂經棲霞山、龍潭等地的背斜軸部,致使北盤大幅度跌落而陷入長江,燕山期沿斷裂線有火山噴發及花崗閃長巖的侵入(龍潭東)。本斷裂對長江該段的流向和沿江地貌有明顯的控制作用。

2.3 地下水及其補、排條件

地下水的運動對巖溶的形成和發育具有重要影響,地下水的動力特征又與人為活動密不可分。

據地質資料記載,數十年前,仙林地區群山上眾多泉眼依然泉水汩汩,桃花澗水常年不斷,表明當時裂隙巖溶水水位較高,在地區內有一定的承壓性。新中國成立后,隨著我國經濟的不斷發展,礦山采掘不斷加深,地下水疏干日趨強烈,導致泉眼干涸、澗水斷流,巖溶水位大幅度下降。到 20世紀 80年代初期,礦山開采至 -175m水平,景區內巖溶地下水水位埋深在 16m～31m左右(一般已在基巖面以下 8m～15m);至 90年代末期,水位埋深更是普遍超過 30m。本次勘察于 2010年秋冬干旱季節,最大孔深 47m(高程 -22m),未見地下水。

裂隙巖溶水主要接受大氣降水補給,水位動態隨季節變化明顯。暴雨后水位迅速抬升,干旱季節逐漸下降,水位波動劇烈。據 80年代監測資料,年變幅超過 40m。

3 巖溶成因分析

3.1 巖溶發育狀況

根據勘察揭示,溶洞分布在位置上有一定規律,密集分布于洼地與丘崗交界處;深度無規律,深部、淺部不同位置均有分布,大部鉆孔揭露的溶洞呈串珠狀。埋深在 1.7m～26.9m左右,溶洞高度0.3m～5.3m,巖溶率約為3.6%,巖溶普遍發育。溶洞中全充填可塑或硬塑的粉質粘土,夾少量碎石及全風化物,充填率高達 80%,呈現出開口溶洞發育的特征(見圖 1)。

3.2 巖層因素

巖石的可溶性是巖溶發育最基本的條件,從對仙林地區的勘察情況來看,區內賦存的碳酸鹽巖多為灰巖和白云質灰巖,巖石中方解石脈發育,溶蝕孔洞內含有方解石晶族。巖石呈微粒鑲嵌結構或珊瑚生物結構,鈣質膠結,主要礦物成分為方解石,白云石,可溶成分占 85%以上,構成巖溶產生的物質基礎。

勘察揭露的石灰巖為灰黃色,層狀結構,裂隙發育,巖芯呈短、長柱狀,部分地段經溶蝕呈蜂窩狀。巖石飽和單軸抗壓強度標準值為 37.7MPa,巖石采芯率約 70%,屬較破碎較硬巖,巖體基本質量等級為Ⅳ級。層頂埋深 0.5m～36.7m,未揭穿。溶洞頂板巖樣的平均值、標準值比完整基巖試驗指標值略低(見表1),系因巖石中含被溶蝕的小孔(見圖 2),降低了剪切面有效面積所致。雖強度降低,但降低程度有限,仍接近較硬巖水平(29.3MPa)。

表1 完整基巖與溶洞頂板巖石強度比較表 MPa

當基巖被巖溶水侵蝕后,局部產生孔洞(見圖 3),反過來又加劇了水的流動,使巖溶得以加快發育。

3.3 構造因素

區域內東西向存在斷裂構造,斷層兩盤為可溶巖接觸,巖性脆,在相互擠壓下巖體破裂,形成構造破碎帶,節理、裂隙發育,給地下水的滲透提供了通道,增加了下部巖層地下水補給來源,提高了下部巖層富水性,增強了下部巖層的溶蝕能力。可見,該地區斷裂的存在是溶洞發育的重要條件。

3.4 水的溶蝕性

水對碳酸鹽類巖石的溶蝕主要取決于巖溶水中二氧化碳的含量,而二氧化碳主要來源于大氣、土壤有機質的分解和礦物風化。仙林地區植被深厚,礦藏豐富,在長達億年的地質構造運動中,植被不斷被翻入地下,發生腐化分解;深層的礦藏則逐漸上升至地表,不斷發生化學風化,產生二氧化碳,溶于地表水中下滲。

4 巖溶穩定性

據勘察查明,擬建場地內基巖為厚層灰巖,無軟弱夾層,巖層間層面膠結好。地質構造無褶皺,斷層不發育,無臨空面不穩定切割體。鉆探無漏漿、掉鉆現象,洞內不漏水,洞內無暗河通過。洞底較平坦,填充物中僅含少量碎石。勘察期間未見地下水。以上條件有利于巖溶保持穩定不再發育。根據相關資料,當巖溶溶洞被密實的沉積物填滿且無被水沖蝕的可能時,可不考慮巖溶穩定性的不利影響。

5 結語

南京仙林大學城地區巖溶普遍發育,其形成條件與巖層,構造和溶蝕性水存在等因素有關。近年來由于地下水持續下降,對地表巖層的侵蝕減弱,巖溶基本保持穩定,不再發育。

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Analysis of reasons for karst rocks in Xian lin University City of Nan jing

XU Ze-you LING Guo-hua LING Hong-jie

By combining with the karst geology of Xianlin University City of Nan jing,the paper introduces the component background of Xian lin area,undertakes the primary exploration for the developingmechanism of the karst rocks of this area from the soluble of rocks,the geological components and water corrosion,and has the brief analysis of the stability of the karst rocks of the area,so as tohave the direction significance for the rock foundation projects of the area.

karst rock,reasons,stability

TU45

A

1009-6825(2011)03-0053-03

2010-10-12

徐澤友(1975-),男,工程師,南京南大巖土工程技術有限公司,江蘇南京 210024

凌國華(1963-),男,高級工程師,南京南大巖土工程技術有限公司,江蘇 南京 210024

凌紅杰(1971-),男,工程師,南京南大巖土工程技術有限公司,江蘇南京 210024