某电站坝址区岩溶发育特征及岩体的透水性研究

唐杰，韩爱果,陈强

(成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059)

某电站坝址区岩溶发育特征及岩体的透水性研究

唐杰，韩爱果,陈强

(成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059)

某电站位于玉树县西南部的子曲河下游，属澜沧江二级水系，坝址区碳酸盐岩较发育，有良好岩溶发育的物质条件。本文根据野外地质调查及地质勘探资料，论述坝址区岩溶发育形态、规模及空间展布特征，探讨岩溶发育规律。并结合钻孔压水实验，分析坝址岩体的透水性及岩溶发育特征与岩体透水性的相关性。研究结果表明：在岩溶发育特征方面，岩溶发育明显受岩性和地质构造的控制，岩溶发育具有垂向分带性及分布不均匀性的特征；在岩体线溶蚀率与透水率相关性方面，钻孔溶隙发育的孔段，岩体透水率与线溶蚀率相关性较差，岩溶裂隙不发育的孔段，岩体透水率则与线溶蚀率有较好的相关性。

岩溶；发育特征；岩体透水性；相关性

1 引言

岩溶是内外动力地质作用对可溶岩长期作用的结果。岩溶发育的类型、密度、规模等主要受岩性、地下水及构造的控制，其中可溶性岩石是岩溶发育的必要条件[1]；地下水的活动是岩溶发育最重要的影响因素[2-4]；构造断裂控制岩溶发育的方向及形态[5]。岩溶发育控制因素的不同，将导致岩溶发育特征的差异，在新构造运动活跃的地区岩溶发育主要受新构造运动的控制，岩溶的垂向分带性、方向性及不均匀性特征较突出[5-7]，在新构造运动不活跃的地区，岩溶发育主要受地层岩性及地下水的控制，岩溶表现出明显的区域性、系统性以及良好的连通性[8-10]。因此对岩溶发育特征的研究既是对岩溶发育的形成条件的逆向分析，又是了解岩溶发育规律的重要依据。

拟建电站位于北方高寒地区，北方岩溶发育的总体背景条件较差[10-11]，岩溶发育程度远不及南方地区充分。但在坝址区的不同部位、高程都发现了一定规模和数量的岩溶洞穴，勘探工程也揭示了地下岩体的各类岩溶现象，这些岩溶势必会对坝址岩体的透水性产生影响，甚至可能造成岩溶渗漏问题。本文从该坝址区岩溶发育特征入手，探讨岩溶发育规律以及岩溶发育对岩体透水性的影响，为岩溶渗漏评价提供依据。

2 地质背景

区内主要出露地层为三叠系上统结扎群，由下至上分为四个岩性段：第一段(T3jz1)岩性为深紫红色、灰色、浅绿色砂岩、粉砂岩板岩夹浅灰色薄层状泥灰岩；第二段(T3jz2)为灰色中厚层状灰岩、白云质灰岩为主，局部夹砂质灰岩、砂质板岩和砂岩薄层，在区内出露广泛，厚度大于1 303 m；第三段(T3jz3)为长石石英砂岩、石英砂岩夹板岩、泥岩及灰岩并夹煤，在坝址区的左岸有所出露；第四段(T3jz4)为中厚层状微晶灰岩，夹薄层砂岩及泥灰岩，区内出露范围广泛。

区域内断裂构造较为发育，走向为NW和NE，其中以NW向为主，NE向断裂较少且为小规模平移断层。区域褶皱相对发育，构造线方向基本呈NWW-SEE展布，其中以日青涌向斜对坝址岩溶渗漏影响最大，日青涌向斜核部通过河谷地带，平行于河流发育，为地下水流动提供了良好的地下通道。

3 坝址岩溶发育特征及规律

3.1 地表岩溶发育特征

坝址区地表共发现岩溶洞穴49处，其形态主要为溶洞、溶穴等。岩溶发育体积主要集中在小于10 m3，在地表出露的49处岩溶中39处岩溶体积在10 m3范围内(图1)，大于1 000 m3的岩溶仅有一处，故本地区岩溶发育规模较小。岩溶发育分布于坝肩

图1 地表岩溶体积分布情况

Fig.1 Volume distribution of the surface karst

谷坡的各个高程，从岩溶发育高程分析可以看出(图2)，坝址区岩溶分布的优势高程范围为4 000～4 100 m、3 950～3 980 m、3 900～3 910 m。从岩溶发育部位及洞穴延伸方向等方面进行分析可知(表1)，岩溶发育明显受结构面的控制：右岸岩溶全部沿断层及裂隙发育，沿断层发育12个，占总数66.7%，沿裂隙发育6个，占总数33.3%；左岸岩溶多数亦是沿断层及裂隙发育，总计24个，占总数77.4%。

图2 地表岩溶高程分布情况

3.2 地下岩溶发育特征

3.2.1 平硐岩溶发育特征

平硐揭露的岩溶类型以溶孔(包括晶洞)为主(表2)，其次为溶穴和溶隙，在所有平硐中总共揭露岩溶124个，其中溶孔(晶洞)发育66个，占总数53.2%，溶穴26个，占总数21%，溶隙32个，占总数25.8%。平硐岩溶平均分布密度主要分布在0.1～0.3处/m之间，其中导流洞平均分布密度为0.05处/m，主要是由于导流洞埋深较大，地下水循环较弱，故岩溶不发育；在PD04中岩溶平均分布密度达0.42处/m，主要是由于PD04位于日青向斜核部，构造较为发育，岩体完整性较差，为岩溶发育提供了良好条件。从岩溶发育部位分析，岩溶主要发育于地层T3jz3、T3jz4中，在其它砂岩、板岩及次火山杂岩等地层中不发育。岩溶发育受结构面分布特征控制(表3)，平硐揭露的受断层及裂隙控制在左右岸分别占73.3%和59.3%；受层面控制在左右岸分别占10%和5.8%；控制不明显分别占16.7%和34.9%。

表2 平硐岩溶调查成果

表3 平硐揭露岩溶发育特征

3.2.2 钻孔岩溶发育特征

钻孔揭露的岩溶形态主要为溶孔，其次为溶坑和溶隙(表4)，各类形态的岩溶共计483个，

表4 钻孔岩溶调查成果

其中溶孔356个，占总数的73.7%；溶坑42个，占总数的8.7%；溶隙85个 ，占总数的17.6%。钻孔中岩溶发育线密度为0.31～0.69处/m，其中左岸线密度为0.31～0.41；河床部位线密度为0.48～0.56；右岸线密度为0.46～0.69，可以看出岩溶发育程度为右岸>河床>左岸。

3.3 岩溶发育规律

通过对坝址区地表、平硐及钻孔不同统计尺度范围内岩溶的发育状况及分布特征分析比较，坝址区岩溶发育规律可归纳为以下几点：

(1) 河床部位及右岸岩溶的发育程度总体高于左岸，其发育密度及数量均明显高于左岸。从平硐及钻孔中可以看出，右岸及河床部位岩溶平均发育密度明显高于左岸岩溶平均发育密度。

(2) 岩溶发育在垂向上呈现强、弱间隔的阶段性特征。左岸钻孔岩溶的总体优势分布高程为3 900～3 950 m和4 050～4 100 m；右岸钻孔岩溶的总体优势分布高程则为3 840～3 860 m和3 890～3 930 m；河床部位钻孔岩溶的总体优势分布高程为3 795～3 820 m和3 850～3 880 m。

(3) 岩溶发育受岩性的控制。岩溶在地层主要为T3jz4和T3jz3，在其他砂岩、板岩及次火山杂岩等地层中不发育。且在地层T3jz4发育数量明显高于地层T3jz3，在钻孔共揭露的483个岩溶中，发育于地层T3jz4共有375个，发育于地层T3jz3仅仅有108个。在平硐共揭露124个岩溶中，发育于地层T3jz4共有93个，发育于地层T3jz3仅仅有31个。

(4) 岩溶发育受构造的控制。从地表及平硐岩溶分布与结构面之间的关系分析，岩溶发育主要受断层及裂隙等构造的控制，在平硐中左、右岸受构造控制的岩溶达73.3%和59.3%。

4 坝址岩体透水性特征

坝址区现阶段共完成了24个钻孔的压水试验，根据坝址24个钻孔的压水试验成果资料来看，坝基岩体的透水性具有显著的不均匀性，各部位岩体的透水性及其透水等级具体如下(表5)。

表5 坝址各部位岩体渗透性分级

由试验成果可以看出：坝址勘探深度范围内主体为中等-弱透水性岩体，但左岸与右岸和河床部位岩体的透水性存在明显差异，其中左岸岩体的透水性相对较弱，以弱透水性岩体最为发育，河床和右岸岩体透水性相对较强，除弱透水性岩体以外，还存在较高比例的中等透水性岩体。

5 线溶蚀率与岩体透水性的相关性

溶蚀作用的强弱会直接影响碳酸盐岩的渗透特征，特别是岩溶系统彼此联系且贯通时，其渗透特性往往成倍增加。因此依据钻孔线溶蚀率与透水率的关系可以从一定程度上探知地下岩体内的岩溶发育情况以及岩溶发育对透水率的影响程度。按分段压水实验长度整理钻孔线溶蚀率及相应的岩体透水率，得到如图3所示的成果。

图示表明，部分钻孔的线溶蚀率与透水率具有较好的相关性，而部分钻孔中二者的相关性较差。对比各个钻孔的岩溶分布密度及各类岩溶的比例分布特征可以发现，钻孔线溶蚀率与透水率的相关特征明显与溶蚀裂隙分布比例的高低有关：

图3 各个钻孔线溶蚀率及岩体透水性Fig.3 Line-corrosion-rate and rock permeability of each drilling

(1) 坝址左岸的ZK04、ZK10(图3g、f)与河床部位的ZK06(图3b)三个溶蚀裂隙比例较低的钻孔，其线溶蚀率曲线与透水率曲线的起伏趋势大致相同，随孔深增加二者表现出相同的变化步调。

(2) 河床部位的ZK01、ZK02(图3a、c)和ZK13(图3h)与坝址右岸的ZK03、ZK07(图3e、d)均具较高的溶蚀裂隙比例，其线溶蚀率曲线与透水率曲线呈现步调不一甚至完全相反的起伏变化趋势，即透水率高的地段其线溶蚀率偏低，而透水率低的地段，其线溶蚀率又呈走高趋势。

6 结论

(1) 坝址区岩溶发育具有明显的多层性及分区性：具体表现为岩溶发育在空间上主要集中于几个高程段，而在其他高程段则表现为不发育；岩溶在河床及左、右两岸的发育密度有明显的差异性，右岸及河床部位岩溶平均发育密度明显高于左岸岩溶平均发育密度；岩溶发育明显受地层岩性和地质构造的控制。

(2) 坝址区岩体透水性总体表现为中等-弱透水性岩体，且透水性具有显著的不均匀性。左岸岩体的透水性相对较弱，以弱透水性岩体最为发育，河床和右岸岩体透水性相对较强，除弱透水性岩体以外，还存在较高比例的中等透水性岩体。

(3) 岩体透水性与岩溶发育特征具有相关性，在岩溶裂隙发育的孔段其透水率与线溶蚀率的相关性较差，而岩溶裂隙不发育的孔段，其透水率则与线溶蚀率呈现较好的相关性，主要是因为岩溶裂隙的发育改变了岩体的完整性及渗透性能，此时岩体透水率的高低往往取决于裂隙的贯通性及其方向性。

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RESEARCH OF THE FEATURES OF THE KARST AND THE ROCK WATER PERMEABILITY IN THE DAM OF ONE HYDROPOWER

TANG Jie，HAN Ai-guo，CHEN Qiang

(State Key Laboratory of Geo-hazard Prevention and Geo-environment Protection, Chendu University of Technology, Chendu 610059,China)

A hydropower located on ziqu river downstream, in the southwest of sub-song County, is the second stage of the Lancang river systems. The mainly lithology is carbonate, have a good material basis for karst. In this paper, based on geological survey and geological exploration data, discusses the form、scale and distribution characteristics of the karst on the area of the dam, investigate the rule of the karst. Combined with pressurized water experiments of the drilling, analysis rock′s water permeability and the correlation of the features of the karst and the rock′s water permeability. The results showed that: in terms of the features of the karst, karst obvious control by lithology and geological structure, and have the feature of vertical zonation and uneven distribution; in line-corrosion-rate and rock permeability, the rock′s water permeability and the Line-corrosion-rate has poor correlation in the part of dissolved-fissure is development, and the water permeability and the Line-corrosion-rate has good correlation in the part of dissolved-fissure is not development.

Karst；Development features；Water permeability；Correlation

1006-4362(2014)01-0071-05

2013-12-26 改回日期： 2014-02-04

P642

A

唐杰(1987- )，男，汉族，四川成都人，成都理工大学环境与土木工程学院地质工程，在读硕士研究生，研究方向：岩土体稳定性及工程环境效应。