恭城-栗木盆地岩溶发育特征及控制因素

恭城-栗木盆地岩溶发育特征及控制因素

谢元，黄攀兴，冯兵

湖北省地质局第三地质大队   湖北黄冈    438000

摘要：【目的】：恭城-栗木盆地区域内岩溶发育强烈，生态环境较为脆弱，查明研究区的岩溶发育情况，有助于区分主要影响因素，总结岩溶发育规律，对研究区岩溶发育程度进行划分，为研究区工程建设提供依据，对地质环境保护、城镇开发建设做出贡献。【方法】：通过对恭城-栗木盆地内8条地下河、10个岩溶大泉发育情况及11个钻孔深度、涌水量等指标进行整合，利用统计法和条件对比分析法，对恭城-栗木盆地岩溶发育特征及控制因素进行分析。【结果】：研究区8条地下河均发育于泥盆系上统融县组（D3r）厚层灰岩中，研究区50%的岩溶大泉出露于碳酸盐岩地层；收集的11个钻孔中，有5个钻孔涌水，其余均为干孔。在有水的钻孔中，编号LJ11钻孔涌水量最大，为890m³/d，LJ07钻孔涌水量最小，为44m³/d。【结论】：研究区地表岩溶发育（以地下暗河和岩溶大泉为代表）主要受岩组结构、构造、地形地貌、外源水的控制。研究区地下岩溶主要发育深度段为10-20m，受其排泄基准面—恭城河控制。研究区钻孔所揭露的溶洞以小型溶洞为主，钻孔中溶洞填充率随深度增加而减小，反映出溶洞充填方式是自上而下充填。研究区岩溶发育的主要控制因素为：岩性及岩性组合、构造、水动力条件。

关键词：恭城-栗木盆地 地下暗河 岩溶发育特征 对比分析法 影响因素分析

第一章 绪论

第一节 选题的目的与意义

恭城-栗木盆地位于桂林市东南部。历史上，该区域由于过度毁林毁草开荒, 植被破坏严重, 水土流失加剧, 岩溶石漠化面积不断扩展, 极大地制约了以农业作为支柱产业的国民经济的发展[1]。因此，本文旨在查明研究区的岩溶发育情况，总结岩溶发育规律，对研究区岩溶发育程度进行划分，为研究区工程建设提供依据，对地质环境保护、城镇开发建设做出贡献[2-3]。

第二节 国内外研究现状

中国对岩溶的研究远在晋代就有文字论述，但解放前百多年，中国人民处于被压迫地位，未能发展对岩溶的调查研究。解放后，在中国共产党领导下，随着国民经济发展，深入开展对岩溶的利用、改造的群众运动，取得了较系统的认识[4]。

2005年，熊道锟等讨论了岩溶发育强度分带的现状,提出了岩溶发育强度垂直分带的原则,以钻孔岩溶率、溶洞规模和钻孔涌(漏)水量作为定量指标,以岩组特征、地质构造特征和地下水运动特征作为定性指标,划分为强烈、中等和微弱3个岩溶发育带,并用类比、主因素判别法及模糊综合评判方法确定岩溶发育的强度等级[5]。国外对于岩溶的调查研究始于十九世纪末。1933年，前苏联舍维亚科夫院士发起召开第一届全苏会议，标志着岩溶问题相关研究的开端[6]。

第三节 研究内容与研究方法

1.3.1 研究内容

（1）研究区的地质资料收集、整理和分析，主要包括恭城-栗木盆地的气象、水文、地形地貌、地层岩性、地质构造等地质要素；

（2）统计研究区范围内地下暗河发育、分布，结合岩溶大泉，分析其控制因素；

（3）对比岩溶发育程度不同的地区，分析影响其发育的主要因素；

1.3.2 研究方法

本文主要采用统计法和条件对比分析法。

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第二章 研究区概况

第一节自然地理条件

2.1.1 地理位置

本次调查研究区为恭城-栗木盆地，处广西壮族自治区东北部，桂林市东南部，地理坐标：东经 110°45 '～111°00 '，北纬 24°50 '～25°10 '，总面积932km2。行政区划大部分隶属广西壮族自治区恭城瑶族自治县，少部分属灵川县、平乐县及湖南省江永县，主要包括恭城县的栗木镇、嘉会镇、西岭镇、龙虎乡、和平乡和湖南江永县的粗石江镇（图 2-1）。

图2-1 研究区地理位置图

2.1.2 水文气候

研究区内雨量较为充沛，收集到1957～2005年恭城气象站降雨资料，如图2-2。

图2-2 研究区1957-2005年多年平均降雨量

2.1.3 地形地貌

研究区地形整体是北高南低，东西两侧显著隆起，东西两侧以中心陡坡地形为主，海拔300-1800m，相对高差600-1000m以上，中部地势较低，为一条栗木—恭城的南北向的狭长盆带，宽4-5km，由丘陵及孤峰平原组成，海拔150-500m。西部为西岭河，中部为恭城河，均自北向南并列纵贯全区，其中以恭城河流域最广（图2-3）。

图2-3 研究区地貌图

第二节区域地质条件

2.2.1 地层岩性

研究区内地层有寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系、侏罗系及第四系，泥盆系出露面积最大，下、中、上三统发育齐全。寒武系分布于研究区西北部。奥陶系分布于区东北和东南部。石炭系主要分布于研究区中、南部。侏罗系仅出露于南部。第四系广泛展布于恭城河及其支流河谷、山间洼地以及山麓地带。

2.2.2 地质构造

古生代寒武系及奥陶系的岩浆岩、变质岩、碎屑岩组成的基底分布于栗木西北部龙垒、东北部马林源及恭城东南部银殿山一带，组成了地势较高的中低山；研究区中部地势较低，为一条栗木—恭城的南北向的狭长盆带，宽

4-5km，北高南低，中部为由北向南径流的恭城河，由南北向的栗木—恭城大断裂和一系列平行的次级褶皱组成的栗木—恭城复式向斜构成。背斜成岭，向斜成谷，栗木幅西北部龙垒、东北部马林源及恭城幅东南部银殿山均位于一级背斜轴部（详见图2-4）。

图2-4 研究区构造纲要图

第三章 岩溶发育特征及控制因素分析

第一节研究区地表岩溶发育特征

3.1.1 地下河发育基本情况

综合所收集的8条地下河信息，可得下表（表3-1）

表3-1 研究区地下河一览表

3.1.2 岩溶大泉发育基本情况

本次共收集流量大于10L/S的岩溶大泉10个。基本情况统计如下（表3-2）

表3-2研究区岩溶大泉统计表

第二节研究区地下岩溶发育特征

3.2.1 钻孔分布

本文共收集钻孔11个（图3-1）。

图3-1 研究区钻孔分布图

本次收集的钻孔主要分布在栗木盆地中部恭城河东西两侧覆盖岩溶区，在该区总共布设了8个钻孔。在岩性分区上，钻孔揭露了泥盆系中统唐家湾（D2t）白云岩、 白云质灰岩，上统东村组（D3d）中厚层灰岩、融县组（D3r）厚层灰岩，石炭系下统黄金组（C1h）灰岩夹泥岩等碳酸盐岩地层，钻孔揭露的岩性为灰岩、微晶灰岩、白云质灰岩等。可通过对这11个钻孔的统计分析，初步取得研究区地下岩溶发育的基本特征。

3.2.2 钻孔揭露深度与涌水量

（一）钻孔揭露深度

11个钻孔共揭露深度700.34m，其中土层厚度139.34m，基岩进尺561m，涌水量共计1168m³/d。11个钻孔中有10个钻孔揭露地层为碳酸盐岩地层，仅1个钻孔揭露地层为非碳酸盐岩地层。

（二）钻孔涌水量

收集的11个钻孔中，有5个钻孔涌水，其余均为干孔。在有水的钻孔中，编号LJ11钻孔涌水量最大，为890m³/d，LJ07钻孔涌水量最小，为44m³/d。

3.2.3 溶洞发育情况

（一）岩溶垂向发育特征

在工程实践中，通常用钻孔线岩溶率来描述岩溶发育程度。线岩溶率是指某场地碳酸盐岩地层中,钻孔揭露的溶洞进尺与碳酸盐岩总进尺的百分比[12]。

研究区内的11个钻孔中有7个钻孔遇到溶洞，遇溶洞率为63.64%。11个钻孔总进尺700.34m，其中基岩总进尺561m，溶洞总高度29.09m，平均线岩溶率为5.19%。根据《岩溶地区工程地质调查规程(比例尺1︰10 万~1︰20万)(DZ/T0060-93)》中给出的岩溶中等发育程度线岩溶率参考性指标为3% ~10%，研究区属于岩溶中等发育区。在0-60m范围内均有溶洞发育，60 m以下未见溶洞发育。

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0～30m深度段，溶洞高度为14.06m，占总高度的48.33%，线岩溶率范围7.19-10.12%，大于平均线岩溶率5.19%，为岩溶强发育段

；30～50m深度段，溶洞高度为9.33m，占总高度的32.07%，线岩溶率1.92～6.22%，为岩溶中等发育段；50～60 m深度段，溶洞高度为5.70 m，占总高度的19.59%，线岩溶率4.93%，为岩溶弱发育段，60m以下未见岩溶发育。

（二）溶洞数量及规模

28个溶洞总高度为29.09 m，平均高度1.04 m。溶洞高度差异大，最小溶洞高度为0.1m，最大高度为5.7 m，最大高度是最小高度的57倍。其中有20个溶洞洞高≤1 m，占总数的71.4%；1~2 m的溶洞有4个，占总数的14.3%；2~3 m的溶洞有3个，占总数的10.7%； 5~6 m的溶洞有1个，占总数的3.57%；洞高大于6 m的溶洞基本未见到。说明钻孔中溶洞主要以小于等于1m的小型溶洞为主，揭露出大型溶洞(大于2 m)较少。

（三）溶洞充填情况

0~10 m深度段溶洞填充率达60.00%，溶洞大部分被填充，10~40 m深度段溶洞填充率范围为50.00%~75.00%，溶洞部分被充填；40~50 m深度段溶洞填充率小于30%，溶洞少量被充填；50~60 m深度段岩溶未被填充。

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第三节研究区岩溶发育控制因素

3.3.1 岩性及岩性组合

研究区岩性可划分为纯碳酸盐岩和不纯碳酸盐岩两个岩性段。在不纯碳酸盐岩区，主要为C1y、C1yt、C1h灰岩、白云岩、扁豆状灰岩、泥质灰岩、泥灰岩夹砂岩、页岩、硅质岩，因而岩溶发育程度较差；在灰岩较纯的地层中，岩溶较为发育。在白云岩出露区，岩溶发育特征较为明显。岩溶发育程度的高低，与岩石岩溶化程度的强弱是相一致的，碳酸盐岩的溶蚀速度从高到低依次为灰岩、白云质灰岩、白云岩。

3.3.2 构造

至于地下暗河，其受构造控制则更为明显。南北向断层使峰丛和谷地成条带状分布，东西向的断层裂隙发育，使地下河在山前进入地下，由东向西穿过多级峰丛，形成明暗相间的地下河系。此外，研究区和平向斜使得其东翼D3r中厚层灰岩大面积出露,给岩溶发育创造了良好的条件。加之向斜的汇水作用，向斜构造为汇水带，向斜的汇水作用使得地下河从向斜东翼向核部顺层发育。最终导致研究区内有7条地下暗河完全发育在和平向斜东翼，且地下河数量规模大，水量丰富。

综上所述，研究区岩溶发育很明显受构造所控制。

3.3.3 水动力条件

在岩溶平原区，主要为覆盖型岩溶区，地形平坦，为地下水的径流、排泄区，大气降水先要流经地表覆盖的松散堆积土层，再通过土层的孔隙渗入到下伏的透水岩层中，地下水以水平运动为主，具有扩散性，为缓慢的隙变流或缓变流，运移流动速度滞缓，侵蚀性弱，以均匀溶蚀为主，不利于溶蚀作用，岩溶形态规模小，以溶隙、溶孔、小溶洞为主。

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第四章 结论与不足

结论

本文在1:5万水文地质环境地质调查的基础上，结合野外调查和室内分析，统计分析了恭城-栗木盆地岩溶发育特征及控制因素，得出主要结论如下:

1．岩性是岩溶发育的基础,研究区8条地下河均发育于泥盆系上统融县组（D3r）厚层灰岩中，研究区50%的岩溶大泉出露于碳酸盐岩地层；

2．研究区地下岩溶主要发育深度段为10-20m，受其排泄基准面—恭城河控制；

3．研究区钻孔涌水量受地层岩性和地表水系影响，表明其岩溶发育受岩性和地表水的控制；

不足

1．由于地面调查阶段收集的钻孔数量以及揭露的溶洞数量较少，同时揭露的岩层并没有包含研究区所有碳酸盐岩地层，只能采取相对简单的统计法和条件对比分析法，得到的数据存在一定的片面性和局限性；

2．收集到的研究区地下河资料有限，除中村地下河外，其余地下暗河均分布于研究区东侧，且都处于同一地层，此结果可能具有偶然性。

参考文献

[1]谢雨萍,吴虹,刘泽东,侯娜,李春雷.恭城县岩溶石漠化环境变化定量遥感研究[J].桂林工学院学报,2009,29(01):65-71.

[2]邢芳,李俊,徐世光.蒙自市草坝东山岩溶发育特征研究[J].地质灾害与环境保护,2017,28(04):44-48.

[3]杨帅. 蒙自市草坝镇东山岩溶特征及发育规律研究[D].昆明理工大学,2019.

[4]卢耀如,杰显义,张上林,赵成樑,刘福灿.中国岩溶(喀斯特)发育规律及其若干水文地质工程地质条件[J].地质学报,1973(01):121-136+141.

[5]熊道锟,傅荣华.岩溶发育强度垂直分带方法[J].岩土工程技术,2005(03):113-117+122.

[6]陈宁. 云南临沧某机场岩溶发育规律及地基稳定性研究[D].成都理工大学,2012.

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