金台铁路清潭头大桥桥址岩溶发育规律探讨.pdf

·地质勘察·收稿日期：２０１６０６２５金台铁路清潭头大桥桥址岩溶发育规律探讨郭　靖（中铁第五勘察设计院集团有限公司　北京　１０２６００）摘　要　金台铁路勘测过程中，在以火山岩为主的台州清潭头村附近发现碳酸岩形成的岩溶。　本文从地形地貌、地质构造、地层岩性、水文地质等角度进行分析，得出该类岩溶的形成原因。　并总结出该类岩溶主要分布在断裂发育地段，且断裂性质对岩溶发育起控制作用，同时具有方向性强、分布范围小等特点。　各类工程勘察设计过程中应对该类岩溶引起重视。关键词　岩溶　火山岩　碳酸岩　地质构造中图分类号　　Ｕ４４２　文献标识码　　Ａ　文章编号　１００９　　４５３９（２０１６）１１００１７０３　　　　　　　　⁃　ＫａｒｓｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＬａｗｏｆＱｉｎｇｔａｎｔｏｕＢｒｉｄｇｅＳｉｔｅｉｎＪｉｎｈｕａＴａｉｚｈｏｕＲａｉｌｗａｙ　ＧｕｏＪｉｎｇ　　　　　　　　　（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＦｉｆｔｈＳｕｒｖｅｙａｎｄＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＧｒｏｕｐＣｏ．　　　　Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２６００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　　　　Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆ⁃　　　　　ＪｉｎｈｕａＴａｉｚｈｏｕＲａｉｌｗａｙｓｕｒｖｅｙｉｎｇ，ｗｅｆｏｕｎｄｋａｒｓｔ　　　⁃ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇＴａｉｚｈｏｕＱｉｎｇｔａｎｔｏｕＶｉｌ　　　　ｌａｇｅ，ｗｈｅｒｅｔｈｅｌｉｔｈｏｌｏｇｙｏｆ　　　　　　ｔｈｅｓｔｒａｔａｗａｓｄｏｍｉｎａｔｅｄｂｙｅｆｆｕｓｉｖｅｒｏｃｋｓ．　　　　　　　　　Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｏｒｉｇｉｎｏｆｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｋａｒｓｔ　　　ｆｒｏｍｔｈｅａｎｇｌｅｏｆ　　　　　　　　　ｌａｎｄｆｏｒｍ，ｇｅｏｌｏｇｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｔｒａｔｕｍｌｉｔｈｏｌｏｇｙ，ｈｙｄｒｏｌｏｇｙｇｅｏｌｏｇｙａｎｄｓｏｏｎ．Ｉｔ　　ｗａｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｋａｒｓｔ　　　　　ｗａｓｍａｉｎｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｉｎｔｈｅｆａｕｌｔ　　　　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｚｏｎｅ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｆａｕｌｔ　　　　　　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｐｌａｙｅｄａｒｅｇｕｌａｔｏｒｙｒｏｌｅｉｎｔｈｅｋａｒｓｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄｉｔ　　　ｈａｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ　　ｓｔｒｏｎｇｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ，ｓｍａｌｌ　　　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｓｏｏｎ．Ａｌｌ　ｋｉｎｄｓｏｆｐｒｏｊｅｃｔｓ　　　　　　ｓｈｏｕｌｄｐａｙａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｋａｒｓｔ　　　ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆ　　ｓｕｒｖｅｙａｎｄｄｅｓｉｇｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　　　　　　ｋａｒｓｔ；ｅｆｆｕｓｉｖｅｒｏｃｋ；ｃａｒｂｏｎａｔｅｒｏｃｋ；ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　１引言在我国境内，可溶岩分布面积约占国土的　　１／３，是世界上岩溶分布面积最广的国家之一。可溶岩分为碳酸盐岩、碳酸岩、岩盐、石膏、芒硝等，其中以碳酸盐岩分布最为广泛，也最为普遍［１］。　碳酸岩主要是由碳酸盐矿物组成的火成岩，主要分布于火成岩地区［２］，笔者在新建金台铁路勘察过程中，在以火山岩为主的台州地区发现碳酸岩形成的岩溶，本文通过分析研究，指出了清潭头大桥的岩溶形成原因，总结了岩溶发育规律。　２区域地质背景　　２．１区域地层岩性台州地区区域地层岩性主要为侏罗系晶屑玻屑熔结凝灰岩、凝灰质砂岩，有流纹岩、霏细岩及花岗斑岩脉状产出。　总体上为一套以火山岩为主，零星分布少量沉积岩的地层［３］。　　２．２区域地质构造该区在大地构造上属华南褶皱系，为加里东期褶皱回旋之年轻地台，中生代岩浆活动强烈。　由于基底固结程度高，在陆缘活动阶段，自印支期及燕山早期，断裂活动十分发育，其承袭基底的北东向断裂，至燕山晚期断裂偏转后，北北东向等断裂也得到发育。―区域大断裂有台州镇海大断裂，北西向淳安—台州大断裂，―东西向衢州天台大断裂及分布于临海　－　台州拗陷的大型“”Ｘ　形共轭剪切断裂组等，它们控制着本区地貌、水系、脉状及岩株状火山岩形态、不良地质体的基本格局。由于区域内以火山岩地层为主，质地坚硬，故在遭到区域性挤压应力作用后，常常产生断裂，而不易产生明显的褶皱构造。　故该区的构造以断裂７１铁道建筑技术　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（１１）万方数据·地质勘察·为主，辅以平缓的褶曲及盆地型构造［４］。　３清潭头大桥地质条件　　３．１地形地貌清潭头村附近地貌单元主要为丘陵及丘间谷地，地势较平坦开阔，谷地内高程约　　６ｍ，丘顶高程　　１５０～　２００ｍ，相对高差小于　　２００ｍ，谷地内发育一条河流。　　３．２地层岩性地层岩性主要为第四系粉质黏土、粗圆砾土，粗角砾土，淤泥等；基岩为侏罗系上统凝灰岩、方解石碳酸岩，断层角砾等。其中方解石碳酸岩呈灰白色，显晶质结构，块状构造，含角砾，节理裂隙发育，节理裂隙充填有大量方解石脉，岩体破碎，岩质坚硬，局部可见溶蚀现象，见图　１。图　　１方解石碳酸岩　勘察过程中揭露有多个溶洞，厚度　　　　　　０．５～２９．８ｍ不等，溶洞中充填有灰黑色流塑状黏土，夹约　１０％的砾石，砾石呈尖棱状。　　３．３地质构造工程区区域构造以断裂变形为主，褶皱构造不发育，共有　６　条断层在谷地内交汇，断裂以北北东及北西向为主，见图　２。　断裂多为张性、张扭性断裂，潜火山岩及岩脉常沿破碎带侵入。　受断裂及岩脉侵入作用影响，地质构造较复杂，岩体节理裂隙发育，岩石破碎。图　　２构造简图　　　３．４水文地质特征工程区地下水主要为第四系孔隙水、基岩裂隙水和岩溶裂隙水等，主要接受大气降水及地表径流补给，混合水位埋深　　　　　　０．３～４．４ｍ，受季节降水影响，地下水位有波动，波动幅度　　　１～２ｍ。　４岩溶成因　　４．１岩溶产生和发育的充分条件具有可溶性的方解石碳酸岩是本区岩溶形成的物质基础和充分条件。本区域岩性以火山岩为主，成分主要以微粒石英和半晶质凝灰质为主，工程区处于多条断层的交叉复合部位，受地质构造影响较大，沿破碎带侵入了大量的方解石脉，经变质作用形成方解石碳酸岩［５］。　根据岩矿鉴定报告结论，工程区内方解石碳酸岩中方解石含量约占　　７０％，见表　１。表　　１岩矿鉴定组分含量　／％１零散分布的它行中　－　粗粒方解石，双晶发育，粒径　　　　１～４ｍｍ７０２零散分布在方解石晶体中的Ａ：石英粉砂及细砂２０Ｂ：泥质１０　　４．２岩溶产生和发育的必要条件良好的地下水补给、渗透和循环是本区岩溶形成和发育的必要条件。工程区的地下水主要接受大气降水和地表径流补给，台州地区年平均降雨量为　　　　１８０４．１ｍｍ，最大年降雨量　　　　２４３７．５ｍｍ，雨量充沛，同时工程区河流与灵江联通，地下水具备充足的补给；场地的覆盖层主要为粗圆砾、粗角砾等碎石类土，同时受断裂构造影响，工程区岩体节理裂隙发育，岩石较破碎，具备良好的下渗及循环条件。另外，地下水中侵蚀性　ＣＯ２和　ＳＯ　２－４含量对岩溶的发育程度影响较大［６］。　水质分析结果表明，工程区内地下水侵蚀性　ＣＯ２　　　　＝１５．８ｍｇ／Ｌ，ＳＯ　２－４　　　　＝８．６ｍｇ／Ｌ，地下水对方解石等可溶物质溶解能力较强。　５岩溶发育规律本地区岩溶的形成以及发育与地层岩性、地质构造等密切相关，具体可总结为如下规律：　　５．１集中分布在断裂发育地段要形成岩溶首先要具备物质基础，即可溶性岩８１铁道建筑技术　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（１１）万方数据·地质勘察·石，区内岩性主要由火山岩组成，只有在断裂构造发育地段才有可能侵入方解石、白云石等岩脉，进而形成碳酸岩　　［６－８］，所以本区岩溶主要分布于断裂交叉复合部位、深大断裂破碎带，同时具可溶性岩脉侵入的部位。　　５．２断裂性质对岩溶发育起控制作用张性断裂主要受张拉应力作用，断层破碎带附近岩体结构疏松，裂隙度高，常常成为岩溶水的有利通道，故通常岩溶作用和岩溶化程度更为强烈。沿断裂带发育的溶洞比较多，规模也比较大。　根据物探和钻探资料，清潭头大桥在张性断裂带附近溶洞最大达　　　２９．８ｍ，如图　３　所示。图　　３剖面图　扭性断裂带受剪应力作用，一般存在次一级构造裂隙，且裂隙面多陡倾或直立，延伸较深较远，有利于岩溶水向纵深方向活动，因此岩溶作用的深度一般较大。　清潭头大桥钻探在张扭性断裂带附近揭露的溶洞底板最深可达　　６０ｍ，深部仍有存在溶洞的可能性。压性断裂带受挤压应力作用，断裂带附近一般呈致密胶结状态，孔隙率低，不利于岩溶水的流通，相对于其他类型的断层而言，岩溶发育程度最弱［９］。　　５．３方向性强、分布范围小该地区岩溶的物质基础主要为方解石碳酸岩及白云石碳酸岩，而方解石、白云石碳酸岩等主要沿断层破碎带、节理裂隙面分布［１０］，故本地区岩溶主要沿断层面的走向分布。岩溶分布范围与破碎带宽度、延伸长度及方解石或白云石脉侵入范围密切相关，岩溶分布范围相对较小，本次金华至台州铁路线路方向仅揭露长度约　　２５０ｍ　的岩溶。　６总结火山岩地区在方解石脉、白云石脉侵入带附近可形成具可溶性的方解石、白云石碳酸岩，在良好的地下水补给、渗透和循环条件下即可形成岩溶。该类岩溶与断裂构造密切相关，多分布在深大断裂破碎带及断裂交叉复合部位，一般方向性强、分布范围小，在张扭性断裂带附近可形成规模较大的溶洞，对工程影响较大，勘察设计过程中应引起重视，施工前应结合地质条件做好施工预案，并积极采用先进的施工工艺，保证施工安全及质量　　［１１－１２］。参考文献　　［１］刘招伟，张民庆，王树仁．岩溶隧道灾变预测与处治技术［Ｍ］．　北京：科学出版社　　，２００７：１７－１８．　　［２］宋文磊，许成，刘琼，等．　火成碳酸岩的实验岩石学研究及对地球深部碳循环的意义［Ｊ］．地质评论，２０１２　　　（４）：７２６－７２８．　　［３］候文非，朱善侠．　中华人民共和国区域水文地质普查报告温州幅、黄岩幅［Ｒ］．　杭州：浙江省地质局　，１９８７：１２－１３．　　［４］杨小峰．新建铁路金华至台州线初步设计第四篇［Ｒ］．北京：中铁第五勘察设计院集团有限公司　，２０１５：２１－２２．　　［５］喻学惠，莫宣学，苏尚国．　甘肃礼县新生代火山喷发碳酸岩的发现及意义［Ｊ］．　岩石学报，２００３，１９（１）：１０７．　　［６］王永国．岩溶发育规律及评价［Ｃ］．成都：［出版者不详　　］，２０１０：２－３．　　［７］周振玲，李功元，宋同云．　内蒙古白云鄂博白云石碳酸岩的地质特征及其成因探讨［Ｊ］．　地质评论，１９８０，２６（１）：３６．　　［８］许成，宋文磊．　黄龙铺钼矿田含矿碳酸岩地球化学特征及其形成构造背景［Ｊ］．　岩石学报　，２００９，２５（２）：４２５－４２７．　　［９］阎长虹，王玉英，罗国煜．　压性构造对岩溶发育的控制作用———以贵州普定地区为例［Ｊ］．地质评论，２００８，　　　５４（３）：３４５－３４６．［１０］　王凯怡，范宏瑞，杨奎铎，等．　白云鄂博的方解石　－　白云石地质温度计［Ｊ］．　岩石学报　，２０１０，２６（４）：１１４２－１１４３．［１１］　邓文洪．　岩溶地区超长钻孔灌注桩桩基施工及监测技术［Ｊ］．　铁道建筑技术　　，２００９（２）：７０－７２．［１２］　高晓玲．　岩溶区段大直径钻孔灌注桩施工技术［Ｊ］．　铁道建筑技术　　，２０１０（１）：１１－１３．９１铁道建筑技术　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（１１）万方数据