礫巖巖溶與水庫滲漏研究摘要：在巖溶地區(qū)建壩，巖溶水庫的滲漏是首要的水庫工程地質(zhì)問題；而礫巖巖溶相對研究廣泛的碳酸鹽巖溶來講具有其本身的特殊性。本文以銅頭水電站水庫為例，分析研究了礫巖巖溶的特點(diǎn)、發(fā)育規(guī)律以及水庫滲漏評價(jià)。關(guān)鍵詞銅頭電站礫巖巖溶水庫滲漏1.基本條件銅頭水電站位于四川省蘆山縣境內(nèi)。裝機(jī)容量4×20MW，壩高75m，水庫正常蓄水位760m，庫容0.225億m3。水庫所在河谷（寶興河）自北西向南東流經(jīng)工區(qū)，枯水期河水位為700m。如圖1所示，水庫左右兩側(cè)分別有雙石河及老廠河兩條低鄰谷存在，距水庫的最短距離分別為7.0Km及6.0～8.0Km。圖1工區(qū)水系及巖溶水流向分析示意圖2.與巖溶相關(guān)的地質(zhì)條件概況工區(qū)位于龍門山前山褶斷帶內(nèi)，主要構(gòu)造有蘆山向斜及雙石斷層（龍門山主邊界斷裂西南段分支斷裂）。蘆山向斜走向N25°E，延伸長度87Km，兩以基本對稱，巖層傾角21～30°，水庫位于該向斜的北西翼。雙石斷層總體產(chǎn)狀N25°E／NW<45°，屬壓扭性斷裂在庫尾朱砂溪處橫穿水庫。水庫區(qū)庫尾～庫區(qū)中部出露三疊系、侏羅系及白堊系天馬山組（K1t）為一套河湖相沉積的粘土巖、砂巖等非可溶巖石。庫區(qū)中部～庫首依次出露白堊系夾關(guān)組（K1j）、關(guān)口組（K2g）及下第三系名山群（E1-2mn）為一套巨厚古洪積扇堆積的礫巖。組成礫巖的礫石與膠結(jié)物含量分別60～70％及40～30％，孔隙式膠結(jié)；礫石成分以灰?guī)r～白云巖類巖石為主，膠結(jié)物成分以鈣質(zhì)或鈣泥質(zhì)為主，為一套可溶性巖石。3.礫巖巖溶發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)：工區(qū)白堊系及下第三系礫巖之礫石成分以可溶性的灰?guī)r～白云巖為主，具粗粒結(jié)構(gòu)的明顯特征。其巖石化學(xué)分析成果見表1。工區(qū)礫巖化學(xué)成分表表1層位巖石名稱化學(xué)成分及含量量（％）CaO/MggOSiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOK2j礫巖14.83～33.701.5～1.002.28～1..2735.5～411.557.67～8..904.63～4..67K2g11.14～116.7221.0～0.5552.23～1..1532.94～338.8779.00～7..569.0～7.556E1-2mn11.821.081.4042.684.389.74據(jù)有關(guān)資料，灰?guī)r的CaO/MgO>22，白云巖的CaO/MgO<2.由表1可知，本區(qū)礫巖CaO/MgO為4.63-9.74，其可溶性介于灰?guī)r與白云巖之間，由此本區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)模亦應(yīng)小于灰?guī)r地區(qū)巖溶。4.巖溶形態(tài)及發(fā)育規(guī)律4.1形態(tài)巖溶本區(qū)氣候溫?zé)岫嘤?，多年平均降雨?311.2mm。在地表水及地下作用下，礫巖中發(fā)育了以下主要巖溶形態(tài)。4.1.1溶蝕洼地：主要分布于水庫兩岸1300～1000m高程的分水嶺地帶，形狀多為橢圓，長軸方向以北西居多，大都達(dá)100余米。其底部有落水洞或溶蝕裂隙與水平溶洞相通。4.1.2溶洞：工區(qū)共計(jì)調(diào)查溶洞43個(gè)，其中可測深度小于100米的計(jì)有31個(gè)，占72%。其余者大深度為1500米（k32號洞，洞口高程1100米）。溶洞底板傾向現(xiàn)代河流。4.1.3溶隙：主要沿構(gòu)造裂隙溶蝕加寬而成，一般寬度10-50cm，大者100-200cm，充填土夾礫石。溶隙構(gòu)成了巖溶垂直循環(huán)與水平循環(huán)（以溶洞為主）的水力聯(lián)系通道。4.1.4漏斗：主要分布于Ⅳ、Ⅴ級階地階面上，系階地基座巖石溶蝕塌陷而成；多呈不規(guī)則橢圓狀，長軸數(shù)米～數(shù)十米不等，漏斗為地表徑流入滲匯集口。4.2巖溶發(fā)育規(guī)律4.2.1礫巖巖溶本身發(fā)育強(qiáng)度，與礫巖礫石成分及膠物中鈣質(zhì)含量的變化有關(guān)。例如:名山群(E1-2mn)礫巖沿走向在工區(qū)南西和北東方向厚度有變薄的趨勢，礫石含量亦減少，且膠結(jié)物中泥質(zhì)物成分也逐漸增多，其巖溶發(fā)育強(qiáng)度也相應(yīng)較弱。工區(qū)第四層礫巖膠結(jié)物的鈣質(zhì)較第五層為少，第四層巖溶發(fā)育強(qiáng)度也明顯較第五層為弱。4.2.2巖溶發(fā)育方向，受構(gòu)造線發(fā)育方向控制。庫區(qū)位于蘆山向斜北西翼，水庫河谷在本段表現(xiàn)為橫向河谷，易于接受大氣降水和地表徑流滲入，利于巖溶發(fā)育.如靈鷲山以東，大坪山分水嶺地段，水平巖溶主要沿巖層走向發(fā)育便是證明。本區(qū)發(fā)育北東，北西向兩組構(gòu)造裂隙，為地表水下滲刨造了條件。區(qū)內(nèi)裂隙與水平溶洞發(fā)育方向也基本一致。就巖溶發(fā)育的優(yōu)勢方向與河谷關(guān)系而言，區(qū)內(nèi)巖溶以“橫向巖溶”為主。4.2.3巖溶的垂向分布與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)具有一定對應(yīng)關(guān)系。工區(qū)溶洞分布高程的頻率統(tǒng)計(jì)曲線如圖2所示，表明區(qū)內(nèi)巖溶分布具垂直分帶性。經(jīng)綜合分析研究，與區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)間歇性抬升相對應(yīng)，本區(qū)巖溶可分為三期(見圖3)，各期主要特點(diǎn)如下:Ⅰ期:相當(dāng)于下更新世以前時(shí)期，主要發(fā)育于河谷兩岸高程1300-900分水嶺地帶。以靈鷲山，大坪山一帶巖溶為代表。其特點(diǎn)是:溶蝕洼地規(guī)模大，水平溶洞延伸長度一般在50-300m之間，最長達(dá)1500m(k32，洞口高程1100米)。Ⅱ期:相當(dāng)于下更新世時(shí)期，即Ⅴ級階地形成時(shí)期。其巖溶形態(tài)主要為小規(guī)模的溶蝕漏斗，溶隙，水平溶洞等，分布于900-810m高程，水平溶洞主要有Ⅴ級階地前緣的k8與k2號溶洞及堰頭溝右岸的k7號溶洞，主要特點(diǎn)是各巖溶形態(tài)較Ⅰ期為小，水平溶洞延伸長度一般在幾十至百余米之間。工區(qū)溶洞頻率統(tǒng)計(jì)曲線圖3工區(qū)三期巖溶分布示意圖Ⅲ期:相當(dāng)于中期更新統(tǒng)至全新世時(shí)期，即Ⅳ級階地至Ⅱ級階地形成時(shí)期，分布于780-700m高程的水庫河谷兩岸。其主要特點(diǎn)是水平溶洞除k2號洞延伸長度約150m外，其余均不足100m，且發(fā)育方向大都垂直于河流，洞內(nèi)流量0。0-0。571/s.綜上所述，各期巖溶在發(fā)育規(guī)模上具有Ⅰ期>Ⅱ期>Ⅲ期之特點(diǎn).5.巖溶水動(dòng)力特征:5.1巖溶水的補(bǔ)、徑、排:大氣降水及地表徑流通過溶蝕洼地、漏斗、溶隙組成的垂直巖溶帶向以溶洞為代表的水平巖溶帶運(yùn)移，以管道流形式集中排泄于當(dāng)?shù)睾庸戎小＝?jīng)綜合分析，區(qū)內(nèi)巖溶水徑流，排泄如圖1所示。據(jù)調(diào)查訪問，本區(qū)內(nèi)各主要溶洞大雨后均有洪水泄出，表明其延伸長度短，補(bǔ)給途徑較近，其含水介質(zhì)以管道系統(tǒng)為主。5.2巖溶水的垂直分帶性：如前所述，本區(qū)巖溶發(fā)育分為三期，故巖溶水的分布與三期巖溶的發(fā)育完全一致。每期巖溶的上中部位，其巖溶形態(tài)以溶隙，溶蝕洼地及漏斗為主，屬巖溶水的垂直循環(huán)帶，地下水以脈狀為主，具分散流的特點(diǎn)；每期巖溶的下部，其巖溶形態(tài)以水平巖溶為主，屬巖溶水水平循環(huán)帶，地下水以管道流形式為主，具集中滲流的特征，在富水性方面，與三期巖溶相對應(yīng)，亦具Ⅰ期>Ⅱ期>Ⅲ期的明顯特征。據(jù)地質(zhì)測繪調(diào)查：水庫河谷兩岸的地下水出露高程均高于760m水庫正常蓄水位。上述分析研究表明，庫區(qū)巖溶屬“補(bǔ)給型”（即兩岸地下水補(bǔ)給河水）河谷水動(dòng)力類型。其特點(diǎn)如下：a.河谷（水庫河谷或鄰谷）為當(dāng)?shù)嘏判够鶞?zhǔn)面；b.兩岸均存在地下水分水嶺(由于水庫兩岸地下水出露點(diǎn)高于正常庫水位760m，因而地下分水嶺高程亦高于760m)。c.本區(qū)河谷之間的巖溶（特別是水平溶洞）延伸長度不超過1500m，未貫穿庫盆與鄰谷間的河間地塊。6.水庫巖溶滲漏評價(jià)如圖1所示，水庫左右兩側(cè)分別有雙石及老場河兩條主要低鄰谷存在，距水庫最短距離分別是7.0kmkm。6.1Ⅰ期與Ⅱ期巖溶分布于商程1300-900m及900-810m，高于正常水位760m，與水庫滲漏無關(guān)，而僅Ⅲ期巖溶與水庫滲漏有關(guān)。6.2受構(gòu)造控制及地下水運(yùn)動(dòng)牽制，庫區(qū)巖溶主要表現(xiàn)為近于垂直河流“橫向巖溶”，因而水平溶洞可能構(gòu)成水庫集中滲漏的通道。而對巖溶形態(tài)規(guī)律，巖溶垂向分帶的研究表明，第Ⅲ期巖溶之水平溶洞延伸長度不足100米，遠(yuǎn)不及鄰谷到水庫的最短距離。另外，巖溶水動(dòng)力特征的分析亦表明，河谷兩岸均存在高于正常庫水位760m的底下分水嶺，故Ⅲ期巖溶除與近壩滲漏有關(guān)外，不構(gòu)成水庫向鄰谷集中滲漏的通道。7.結(jié)論及體會(huì)：7.１本區(qū)礫巖的CaO/MgO值介于灰?guī)r與白云巖之間，從而決定了其巖溶規(guī)模小于灰?guī)r地區(qū)巖溶，這是本區(qū)礫巖巖溶的突出特點(diǎn)。7.２經(jīng)綜合分析研究，與水庫滲漏相關(guān)的第Ⅲ期巖溶之水平溶洞延伸長度不足100米，遠(yuǎn)不及鄰谷到水庫的最短距離，不構(gòu)成水庫向鄰谷滲漏的通道。7.３巖溶滲漏在水庫工程地質(zhì)勘察中往往是一個(gè)重要且較復(fù)雜問題，但通過對巖溶系統(tǒng)（巖性、構(gòu)造、地貌、巖溶形態(tài)及分