滇中引水工程引水線路昆明段巖溶發育規律研究

【摘要】滇中引水工程引水線路昆明段為滇中引水工程六段引水線路段之一，該段線路總長114.919km，沿線通過的可溶巖累計總長約44.84km，約占線路總長的39.02%，巖溶問題是該段線路工程建設的關鍵問題之一，有必要對該段巖溶現象發育情況進行調查研究，探討其規律性。本文對滇中引水線路昆明段沿線隧洞巖溶發育的地質背景、巖溶發育現象進行了研究，結合野外調查及研究區內勘探成果，對巖溶發育的程度及空間展布特征進行了分析，為本工程建設的開展提供地質依據，也為同地區巖溶發育規律研究提供參考。

【關鍵詞】滇中引水工程；巖溶現象；巖溶發育規律；巖溶空間展布特征

引言

滇中引水工程是云南省實施興水強滇戰略的重點骨干水源工程，引水線路穿越多個地貌、地質構造及水文地質單元，地質條件復雜。輸水總干渠昆明段線路總長114.919km，工程區地處楚雄、昆明兩地區，以蔡家村隧洞廟背后山為界，之前線路處于楚雄彝族自治州祿豐縣境內，涉及鄉鎮有碧城鎮和勤豐鄉，之后線路均布置于昆明市境內，先后經過富民縣、五華區、盤龍區、官渡區和呈貢區，終點新莊屬晉寧縣。

工程區內在溶蝕作用的控制下，順著巖層層面和陡傾節理裂隙面形成了各種規模的溶孔、溶腔和暗河管道，而地表洼地、漏斗、落水洞也非常發育，數量和規模均較大，反映了區內巖溶的發育特征。

目前巖溶發育規律研究主要是對巖溶發育現象、發育程度、分布特征進行研究，研究的方法主要通過收集資料、遙感判釋、調查、鉆探、物探等勘察方法，對區域內巖溶發育規律進行總結、分析。由于巖溶發育現象存在隱蔽性、隨機性等特點，難以進行定量研究，目前進行的研究仍以定性研究為主。隨著信息技術的發展，下一步巖溶規律研究的信息化、數字化、立體化研究將成為研究的新方向。

1、地質背景

昆明段工程區處于滇東高原盆地區之昆明巖溶高原湖盆亞區，地形復雜，起伏明顯，盆嶺相間，深受構造控制?？傮w地勢為中部北高南低，東西兩翼南高北低。沿線碳酸鹽巖地層分布廣泛，研究區內的可溶巖層位從新到老依次為：二疊系下統陽新組（P1y）灰巖、石炭系上-中統威寧組（C2w）和下統大塘組（C1d）灰巖、泥盆系上-中統宰格組（D3z）白云巖、寒武系雙龍潭組（2s）白云質灰巖、龍王廟組（1l）白云巖、震旦系燈影組（Zbdn）白云質灰巖和灰質白云巖。

研究區內構造較為復雜，發育有四條主要斷裂：羅茨-易門斷裂、普渡河斷裂、黑龍潭-官渡斷裂和白邑-橫沖斷裂。四大斷裂將研究區分為了五個次級區域，各區內分別發育有各個走向的中小型斷裂，為地下水的流動提供了良好的流通通道，促進了巖溶的發育。

巖溶發育與區域構造特征有關，同時也受自然地理條件影響較大。隨著這些條件的不同，巖溶發育表現出明顯的地帶性特征。加之研究區內各處分布的可溶巖可溶性不同，巖溶發育的地帶性特征更為明顯。

可溶巖層在平面上的分布特征與區域構造體系及地形（如溝谷切割深度）密切相關。區域構造體系及構造形跡控制著巖層的展布情況和出露形態，另外地形切割強度也在一定程度上影響到巖層的出露形態。線路兩側洼地、槽谷、落水洞、溶洞等巖溶形態較發育，部分巖層內可能發育有大型地下溶洞、豎井和暗河管道。

研究區分屬于富民盆地水文地質單元及滇池水文地質單元。富民盆地水文地質單元范圍內主要干流有螳螂川，其上游有滇池和主要支流盤龍江、寶象河，屬金沙江水系。主要接受大氣降水補給，最低排泄基準面為螳螂川，地下水主要順斷陷盆地富水帶運移。滇池水文地質單元主要接受大氣降水補給，最低排泄基準面為滇池，地下水主要沿盤龍江、寶象河、白沙河等次級水系向滇池徑流。

2、研究區巖溶現象

區內巖溶洼地、巖溶豎井、落水洞、巖溶槽谷及溶洞發育多，分布廣，在二疊系、石炭系、泥盆系可溶巖地表均有分布。

本次野外調查對沿線發育規模較大和發育程度較強的地表巖溶現象進行了測量和統計，共計完成13個巖溶洼地、13個落水洞、5個大型溶洞及6條暗河通道野外調查。根據調查成果，地表巖溶現象主要發育在陽新組（P1y）灰巖、威寧組（C2w）灰巖、大塘組（C1d）灰巖及宰格組（D3z）白云巖地層中隧洞沿線以上高程范圍內，對應的巖溶現象發育個數分別為26個、4個、3個、4個，占總數比例分別為70.97%、10.81%、8.1%、10.81%。除此之外，本次對于沿線可溶巖區鉆孔內的巖溶發育情況進行了統計分析，詳見表1。在本次收集的148個勘探鉆孔資料中，揭露溶蝕現象發育的有103個，其余51個鉆孔并未發現明顯的溶蝕現象，主要揭露了二疊系陽新組（P1y）灰巖中的溶蝕現象，其它地層中溶蝕現象也有揭露。

結合以上地表調查成果及鉆孔資料成果，總體上陽新組（P1y）灰巖地層溶蝕現象最為發育，發育程度強，多以規模很大的溶洞和地下暗河管道為主，地表上的巖溶負地形不計其數。地表調查的26處較大規模巖溶現場中有10個巖溶洼地、7個落水洞、5個溶洞、4條暗河管道發育于二疊系陽新組灰巖中，巖溶強烈發育。

石炭系可溶巖巖溶發育不均勻，局部可見落水洞、暗河管道發育，巖溶中等發育。泥盆系地表溶蝕較強，發育大型洼地并伴生落水洞，巖溶中等發育。寒武系龍王廟組地表巖體溶蝕不強烈，僅發育小型溶孔、溶隙，但鉆孔揭露出直徑約2m的溶洞，表明其在局部仍較發育。燈影組富含硅質不溶物，巖層發育均勻的節理裂隙，于螳螂川邊可見發育溶洞，溶洞規模較小，罕見巨大巖溶形態，巖溶中等發育。寒武系雙龍潭組地表巖溶形態較少，溶洞、暗河管道不發育，巖溶發育弱。

除了地表可見的洼地、豎井和落水洞之外，對鉆孔揭示的溶孔、溶蝕裂隙、溶洞等巖溶現象的發育深度進行統計分析可知垂向上的巖溶發育情況：研究區可溶巖，整體地下面狀溶蝕多集中在高程1849-1955m范圍內，地下淺層溶蝕的發育深度在0-50m內，另外在埋深70-90m范圍內也零星分布，多以小型巖溶形態為主，且一個鉆孔內可溶巖高程越低巖溶發育程度呈逐漸降低的趨勢，溶洞規模有所減小，主要發育溶孔、溶隙等溶蝕現象。鉆孔數據顯示，大多數鉆孔揭示的溶蝕高度均高于隧洞底板設計高程，在隧洞高程附近揭示的巖溶溶蝕形態主要為小型溶洞、溶蝕小孔及溶蝕裂隙，規模均較小。

3、巖溶發育空間分布特征

3.1 巖溶在平面上的發育?，F場調查發現，羅茨-易門斷裂以西的祿豐地區地表巖溶發育較弱-中等，稀疏發育一些漏斗、洼地、溶洞、溶隙等形態；羅茨-易門斷裂與普渡河斷裂之間的富民地區，螳螂川邊的燈影組可溶巖層中發育大量溶洞、溶隙、溶孔等巖溶形態；普渡河斷裂以東的區域，線路兩側陽新組可溶巖地層中洼地、落水洞、豎井、溶孔、溶隙、巖溶槽谷、巖溶暗河等巖溶形態十分發育。因而在平面上，巖溶發育受地下水徑流排泄及新構造運動影響，主要呈帶狀分布于地下水排泄基準面附近及斷陷盆地，斷裂溝谷內，其次在新構造運動控制的斷裂地段及巖性變化造成的不同微水文地質單元交界處，巖溶發育也較為強烈。

3.2 巖溶在高程上的發育。研究區巖溶發育主要歸屬于昭魯期，其中Ⅱ級剝夷面（2450～2350m）和Ⅲ級剝夷面（2250～2150m）地表溶蝕形態表現為洼地、落水漏斗等巖溶負地形，為區內地下水的主要補給區，本次野外調查大型洼地、落水洞中有50%以上處于2150m高程之上；IV級剝夷面（2000～1900m）為區內巖溶地下水的主要排泄區，本次野外調查巖溶地下水排泄點有61.4%出露于2000～1900m高程段內。

因此，在1900～2150m高程段為區內巖溶地下水的主要徑流區，該高程段亦因此成為區內地下巖溶發育的密集區。從鉆孔揭露的情況亦可以看出，地下巖溶形態的數量和空間在1880～2040m高程范圍內達到最大。其中在隧洞施工涉及到的1880～1920m高程范圍內，巖溶發育可占總量的15%左右，所以在這一高程范圍內施工時因特別注意揭露地下大型的溶蝕空間。

4、結論

通過地表、地下巖溶現象統計分析可以看出，整個線路區內二疊系灰巖巖溶均強烈發育，地表的巖溶洼地、落水洞、巖溶槽谷等負地形發育，洼地多呈串珠狀分布，常伴生落水洞；地下巖溶形態多以規模很大的溶洞和地下暗河管道為主，鉆孔揭示溶洞、溶孔、溶隙均較發育，且在施工高程范圍內（1880～1920）發育溶蝕現象的可能性較大，施工中應特別注意隧洞穿越二疊系陽新組灰巖地帶時揭露地下大型的溶蝕空間。

石炭系可溶巖巖溶發育不均勻，白虎山一帶地表可見發育落水洞、巖溶洼地，鉆孔揭示地下巖溶形態以溶孔、溶隙為主，局部可見小型溶洞發育，巖溶中等發育。

泥盆系地表溶蝕較強，香桿菁、炭窯處發育大型洼地并伴生落水洞，鉆孔揭示地下巖溶形態以溶孔、溶隙為主，小型溶洞亦較發育，在龍泉路白龍潭處發育白龍潭暗河管道。

寒武系龍王廟組地表巖體溶蝕不強烈，僅發育小型溶孔、溶隙，但鉆孔揭露出直徑約2m的溶洞，表明其在局部仍較發育。燈影組富含硅質不溶物，巖層發育均勻的節理裂隙，于螳螂川邊可見發育溶洞，溶洞規模較小，罕見巨大巖溶形態，巖溶中等發育。

寒武系雙龍潭組地表巖溶形態較少，地下溶洞、暗河管道不發育，巖溶發育弱。

綜上所述，二疊系陽新組灰巖巖溶發育強烈，石炭系、泥盆系、寒武系龍王廟組、震旦系中巖溶發育程度較二疊系稍弱，而寒武系雙龍潭組由于巖性的差異以及灰巖的純度，巖溶發育程度較弱，所表現的地表形態較少。因而施工中應特別注意隧洞穿越二疊系陽新組灰巖地帶時揭露地下大型的溶蝕空間。而在石炭系、泥盆系、寒武系龍王廟組、震旦系地層內應特別注意線路在穿越斷裂，地下水排泄基準面等地段時可能遭遇的巖溶災害。

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