廣西巖溶型尾礦庫如何快速尋找溶洞的勘察方法分析

彭 湃, 湯自權

(長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410019)

1 前言

廣西地區(qū)屬于巖溶強烈發(fā)育區(qū)，尾礦庫建設區(qū)域也多為可溶巖區(qū)，地表地下均可見明顯的巖溶發(fā)育[1]。查明尾礦庫庫區(qū)及周邊巖溶空間分布和發(fā)育規(guī)律，特別是當尾礦庫庫區(qū)存在隱覆性的溶巖時，這是廣西地區(qū)巖溶型尾礦庫勘察的重點和難點[2]。過去尾礦庫建設后出現的事故經驗表明，由于尾礦庫庫區(qū)存在未查明的巖溶，極易導致尾礦庫產生泄露事件，如2012年發(fā)生的“5·26”龍山排泥庫泄漏事件，造成了當地地區(qū)的極為嚴重環(huán)境污染以及對社會產生了惡劣的影響。目前尾礦庫的安全環(huán)保形勢極其嚴峻，而要解決的最好辦法就是快速的找出尾礦庫庫區(qū)所存在的溶洞[3]。

2 地層

通過在尾礦庫庫區(qū)及壩址處鉆孔揭露，鉆孔最大深度約80 m，孔深一般為30～60 m。通過尾礦庫區(qū)域內鉆探揭露的地層情況，以及本地區(qū)前人對該區(qū)域的地質研究所獲得的資料進行綜合分析[4-5]，本次在尾礦庫區(qū)域內鉆探深度范圍內的地層情況依次為：上部為腐殖土、依次往下有第四系殘坡積紅黏土、石炭系中統(tǒng)黃龍組灰?guī)r、石炭系中統(tǒng)大埔組白云巖、石炭系下統(tǒng)大塘階灰?guī)r、巖溶充填物。

3 構造

尾礦庫庫區(qū)位于隆華復式向斜東段北翼，隆華向斜屬巴頭向斜東翼南段次級褶皺。隆華向斜呈東西向，東端揚起，長13 km，寬5 km。兩翼不太對稱，南翼較緩，傾角6°～45°，北翼較陡，傾角9°～63°。尾礦庫庫區(qū)部分為隆華向斜東段北翼復式背斜，軸向近東西向，巖層產狀為350°～30°∠17°～31°。發(fā)育有石炭系中統(tǒng)黃龍組(C2h)灰?guī)r、大埔組(C2d)白云巖及大塘階(C1d)灰?guī)r。巖石張性節(jié)理裂隙發(fā)育，走向與背斜軸部走向一致，局部偶見方解石脈充填于張性裂隙或硅質碎石膠結于斷層間。尾礦庫庫區(qū)場地內地質構造主要表現為斷層、裂隙等，受區(qū)域構造應力作用，庫區(qū)巖石節(jié)理裂隙極發(fā)育，局部形成陡崖或陡壁。

4 項目勘察特點

4.1 本次工程勘察難點

由于本次勘察尾礦庫區(qū)域位于廣西巖溶發(fā)育區(qū)，并且全場地為可溶巖區(qū)，地表以及地下巖溶均強烈發(fā)育，因此查明庫區(qū)及周邊巖溶空間分布和發(fā)育規(guī)律是本次尾礦庫勘察工作的重點和難點。而過去經驗表明，由于存在未查明的巖溶，極易導致尾礦庫產生泄露事件。由于受到廣西地區(qū)區(qū)內構造影響，尾礦庫區(qū)域內巖溶發(fā)育強烈、分布范圍廣、巖溶發(fā)育種類繁多，形態(tài)不一，結構上較為復雜，在空間上巖溶寬窄不等，巖溶的揭露和追蹤較為困難。而生產企業(yè)由于生產的連續(xù)性，往往要求尾礦庫庫區(qū)的勘察工期短、時間緊，這就縮短了對庫區(qū)巖性的調查、分析與研究時間，加之尾礦庫場地坡度較大，增加了尾礦庫勘察工作的難度。

4.2 本次工程勘察所利用的方法及其先進性

為了查明尾礦庫場地區(qū)域內的工程地質條件和巖溶特征，公司在總結類似尾礦庫勘察成敗的基礎上，針對本次勘察仍然采用工程地質測繪、工程物探、鉆探和現場試驗的基本方法。但本次物探方法上選擇上與以往不同，除采用電法以外，增加了淺層地震法，充分發(fā)揮其能夠明顯區(qū)分基巖與土層的良好性能，通過繪制出場地基巖面等位線，查明第四系覆蓋區(qū)，巖溶特征。即等位線圖上封閉底洼區(qū)即為場地巖溶漏斗(落水洞)的位置。結合地面巖溶測繪、基巖物探、示蹤試驗，綜合分析確定巖溶平面發(fā)育特征和趨勢。通過鉆探和淺井，驗證同時進一步查明場地巖溶垂向上的發(fā)育特征。雖然本次勘察手段與以往顯然區(qū)別不大，但在選擇物探方法上和工作思路上有較大的改進。

4.3 本次工程勘察方法所獲得的成果及效果

(1)在地殼的持續(xù)間歇上升區(qū)域、巖溶峰叢地帶以及巖溶溶洼地地帶，一般巖溶發(fā)育具有上強下弱的趨勢，但不是簡單均勻的由強變弱，而是從構造形態(tài)、規(guī)模、方向等方面有一定規(guī)律的變化：

①上部：面廣、多而大，水平垂直雙向發(fā)育。由于表面水流侵蝕，溶溝、溶槽發(fā)育，石芽叢生，落水洞上段寬大，漏斗、塌坑等巖溶地貌齊備，還間有古溶洞分布于不同高程的山坡。

②中部：由多變少，由大變小。以垂直發(fā)育為主。溶溝、溶槽、溶蝕裂隙已匯集到較少的大溶蝕裂隙和落水洞，且下切變小，也有少數受構造影響而中部擴大的。

③下部：以水平發(fā)育為主，落水洞轉為水平管，或通向大的溶蝕裂隙，沿構造帶分布，與外界溝通，構造帶以外則巖石完整，少溶蝕。

④底部侵蝕基準面：少而大，水平發(fā)育。沿構造帶、沿一定坡降的侵蝕基準面發(fā)育，裂隙、管束匯集成暗河。當遠離補給區(qū)到下幾個梯級如峰林—溶盆或孤峰—溶原地帶，隨著地面標高的降低，暗河逐漸接近地表，直接與天井、天窗相通，且可能時出(明)時沒(暗)，直到匯入大河溝，本區(qū)為匯入右江。

(2)地下溶蝕裂隙、管束、暗河的分布、走向和高程主要受巖性、地質構造和區(qū)域地形、梯級地貌高程的控制，而與局部地形、地面高程無關。

(3)鉆探所見一定尺度的充填、半充填非巖石進尺，決不是簡單孤立的與外界無連通的封閉圓洞，而是如下情況之一：

①裂隙或小通道上局部溶蝕擴大圓洞的直徑或旁徑。

②以那個尺度為直徑、旁徑或斜徑的管道。

③以那個尺度為厚度或斜厚的裂隙?？傊且粋€斷面變化的、以不規(guī)則曲(折)線或曲(折)面形態(tài)存在的延伸的通道。單個或多個鉆孔所遇非巖石進尺可能是一個或多個、大小、長度、方向、高程不一的通道。

(4)洼地與外界的水務聯系絕非“緩慢流動”的“穩(wěn)定滲流”，而是通過上述通道流動的層流或紊流，可溶性巖層不是均勻的滲流場。

(5)經過精心組織，按時按質提交成果，尾礦庫建成至今未發(fā)生任何安全事故。

(6)綜上所述，本次尾礦庫勘察所利用的手段合理，通過物探精準查找后，鉆探驗證的做法先進，在規(guī)定時間內滿足了業(yè)主的要求，為設計與施工提供了詳細資料。

5 結論

通過本次尾礦庫勘察方法可知，利用物探電法以及淺層地震法，充分發(fā)揮其能夠明顯區(qū)分基巖與土層的良好性能，通過繪制出場地基巖面等位線，查明第四系覆蓋區(qū)巖溶特征，快速確定出尾礦庫場地內各區(qū)域巖溶發(fā)育強烈程度，圈定出巖溶強發(fā)育區(qū)，并利用鉆探方法對強發(fā)育區(qū)進行驗證，對物探結論與鉆探驗證結果進行對比分析，確定出巖溶的平面發(fā)育特征和趨勢。

上述勘察方法可快速確定不同巖溶發(fā)育程度區(qū)，節(jié)省了勘察時間，能縮短工期，節(jié)省了人力與物力成本，可為尾礦庫的工程建設帶來直接效益。