贵州省三宝水库岩溶发育特征与规律研究

余加松，孙明彪，王太银

贵州省三宝水库岩溶发育特征与规律研究

余加松1，孙明彪1，王太银2

(1.贵州省黔西南州水利电力勘测设计院，贵州 兴义 562400；2.贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550000)

三宝水库位于贵州省晴隆县三宝乡境内，库区出露地层为三叠系下统夜郎组，是一套潮下带、潮间带为主的半局限台地沉积，以粘土岩和灰岩互层为主，岩溶十分发育。工程区f1、f2小型断裂穿库区而过，水文地质条件十分复杂。水库自1961年建成后至今未能正常蓄水，针对水库现状，在大量工程地质测绘、调查、走访、钻探、物探等技术手段基础上，对三宝水库区域水文地质条件进行分析研究，结果表明，工程区岩溶洼地、岩溶管道和落水洞现象较为普遍，主要分布于T1y2-4层位，岩性以灰至深灰色中厚层夹厚层灰岩为主，岩溶发育良好，形成穿越库区的岩溶管道，是水库至今无法正常蓄水的根本原因。为后续解决水库渗漏问题和水库成库条件评价提供了方向和依据。

夜郎组；落水洞；岩溶特征；岩溶规律

三宝水库位于贵州省晴隆县三宝乡境内，工程始建于1957年，于1961年建成现规模，大坝为均质土坝，最大坝高15.4 m，设计洪水位1 518.68 m，相应库容为117万 m3；校核洪水位1 519.42 m，相应库容130万 m3；正常蓄水位1 516.55 m，相应库容为83.4万 m3；死水位1 510.00 m，相应库容12.4万 m3，兴利库容71万 m3。受限于当时地质勘探手段的落后，在未查明库区地质情况下匆忙动工，由于水库库区内已发现共有6个落水洞，渗漏严重，形成病库，虽经晴隆水利局及当地村民曾经多次处理，仍达不到蓄水要求。

1 地质概况

1.1 地形地貌

工程区位于云贵高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，地貌类型属侵蚀、剥蚀、溶蚀的低中山(图1)，区内高程在543～1 768 m，地形受岩性及构造的影响，沟壑纵横，溪谷相间发育，地形起伏差较大，区内可溶岩的分布面积占60%以上，因而主要表现为岩溶地貌，即峰丛洼地、峰丛谷地等地貌类型，峰丛间的溶蚀洼地、漏斗、落水洞、暗河等岩溶现象较为普遍[1-2]。工区处于晴隆-箐口-安谷穹窿构造，受岩性、构造控制测区东部，河流急剧下切，地形落差大，河流比降达5%～10%，局部达20%，测区南至南东分布有麻沙河峡谷(图2)，高程543～1 000 m；北部有大桥河峡谷，高程690～1 150 m，工程区总体位于两深切河谷夹持的三角台地上。

图1 区域地质图

1.2 地层岩性

区域出露主要为地层三叠系夜郎组，为一套潮下、潮间

相为主的半局限台地沉积，垂向上由潮下泥坪一混合坪一鲕滩、冲积扇一泻湖组成的向上变浅序列，岩性以粉砂岩、粘土岩和灰岩互层为主，其中碳酸盐岩占近一半，岩溶十分发育，至下而上可分为三段，分别是第一段沙堡湾段(T1y1)、第二段黄村坝段(T1y2)和第三段九级滩段(T1y3)，其中第二段可划分为四层，自上而下分述见表1。

图2 A-A′地质剖面图

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1.3 构造

库区主要构造为三宝向斜，轴向NE17°～32°，核部平缓开阔， 穿库腰而过，岩层倾角多在10°左右，裂隙欠发育，区内断层发育，对库区影响较大为局部断裂逆断层f1和走滑断层f2，f1断层位于三宝、林场一线，经水库库首右岸1#垭口，斜切水库右岸，穿主坝及溢洪道向库首北东方向延伸，长3.7 km，总体走向为N40°～45°E，泥断层，倾向NW，倾角为70°左右。在库首被南北向延伸的f2断层切错。断层西北面(水库上游)相对抬升，断层南东面相对下沉。f2断层位于水库库首2#冲沟至水暗板1#冲沟，长1.6km，总体走向近似南北向，是具压扭性的走滑断层，倾向E，倾角为70°左右，断层北段西面相对抬升，断层东面相对下降，断层南段西面相对下降，断层东面相对抬升(图3)。

2 岩溶发育特征及规律

本区自中三叠世晚期大海退后，地壳以大面积间歇性抬升运动为主，侏罗纪时局部以河流-湖泊沉积体系为主，早期地层经过漫长的地质历史时期风化、剥蚀、林滤，地表水和地下水对碳酸盐岩进行不同程度的溶蚀改造，形成了工区岩溶台地、斜坡、峡谷相伴的岩溶地貌，区内峰丛洼地、峰丛谷地等以及峰丛间的溶蚀洼地、漏斗、落水洞、暗河等岩溶现象非常发育，岩溶发育特征垂向上具成层性，平面上呈一定的方向性和不均一性[3-4]。

2.1 溶洞调查及识别

2.1.1 地表地质调查

通过多次走访、调查，水库共共发现有6处明显消水洞，分别为k1、k2、k3、k4、k5、k6，分布见平面图，落水洞形态以近椭圆为主，大小以2×3为主，其中较大者k1约3 m×4 m，k6约5 m×8 m。主要沿断层带、冲沟分布，其中k1、k2、k3、k4位于2#冲沟一线，k5位于干塘村寨下游冲沟出口，k6位于干塘村寨上游冲沟出口(见图3)；其中多被当地老百姓回填，现地表出露有k1(见图4)、k4、k6。

2.1.2 高密度电法勘探

高密度电阻率法是近几十年来发展起来的一种电法勘探，在工程领域有广泛的应用[5]。本次勘探共布置7条测线，基本控制工程区(由于库区仍有少量蓄水，蓄水区域未能布置测线)，对测量结果进行数据校正、处理以及反演后，结合地表地貌综合解释，解释图版见图4，出现电阻率低阻异常一般为溶洞发育区或断层破碎带等，部分溶洞地貌上出现局部洼地现象，疑为岩溶塌陷导致，结合区域地质调查结果，发现库区疑似溶洞共计13处，连通覆盖层的落水洞7个，洞深25～78 m不等，以垂向发育为主。

此外，工区共布置勘探孔7口，从钻孔完成情况来看，多数钻孔钻进过程中有掉钻现象，最大掉钻80 cm，未发现大型溶洞，孔壁电视摄影显示，孔内溶隙、溶孔和小型溶洞发育。

图3 区域地质图

图4 落水洞识别图版

2.2 溶洞发育特征

工区岩溶发育较强烈，形态多样。岩溶发育区主要分布库首及建库河流源头倒马坎、茅草坪、青龙寨一带，主集中在T1y2-4灰岩层位上，岩溶形态以溶沟溶槽、溶洞、岩溶管道为主，据统计，大大小小溶洞多达50余个，高程多在1 450～1 665；其中库区已发现6个大型消水洞，最大为库尾K6洞径约5×8 m，其次为K1洞径约3×4 m，其中多数已被当地政府组织村民回填，但限于回填未经专业人员设计指挥，未达到防渗目的，其中部分消水洞的回填土已被击穿，此外，通过电法勘探发现库区疑似消水洞7个。

岩溶发育主要顺层面和裂隙、断层破碎带溶蚀，不均匀性明显，主要集中在T1y2-4灰岩层位，少量发育于T1y2-3，规模差异较大，主要受岩层接触面控制，在地表上具带状分布的特点。

2.3 岩溶管道发育特征

工区大小岩溶管道多达10余处，其中对水库蓄水有直接影响的是三宝水库一四角田村岩溶管道，库区左岸经K1消水洞至水库下游四角田村下方ks6泉水点，2016年11月26日上午经过K1消水洞投放荧光素，11月29日中午，发现水库下游四角田村寨下方ks6出现颜色变化，消水洞(T1y2-4)k1进口高程1 524.3 m，出水点(T1y2-3底部)ks6高程1 150.0 m，高差374.3 m，两点距离1 860 m，比降为20.12%，流速为25.8 m/h；通过连通试验，初步岩溶管道已穿T1y2-4灰岩、T1y2-3多层泥岩已被击穿，水库蓄水后，库水将通过该岩溶管道向下游产生渗漏；此外，水库右岸分布有麻沙河支流水鸭河以及多条支沟，由于f1断层和f2断层穿过右岸6号冲沟而过，且右岸多个钻孔水文均低于正常蓄水位，在水暗板一带有大量分散泉水出露，存在岩溶管道连通库区可能性较大[6-7]。

2.4 岩溶发育规律

研究区位于南方亚热带湿润地区，既具有相同于区域岩溶规律的共性，又具有自己独有的个性。岩溶现象往往是诸多因素综合作用的结果，如岩体的沉积相物质组成，地质构造，地形地貌，地下水的溶蚀能力与水动力条件等。此外，当地的自然因素，如气候，水文，植被等，也是影响岩溶发育程度的不可忽略的因素[8-10]。

沉积方面，研究区是一套潮下带、潮间带为主的半局限台地沉积，以粘土岩和灰岩互层为主，灰岩占比约50%，灰岩以鲕粒灰岩、厚层块状灰岩为主，CaCO2含量高，构成了该区岩溶发育的物质基础，区内岩溶十分发育，特别是灰岩于泥岩的接触面往往是岩溶泉水的出水点；构造方面，f1、f2断层穿库区而过，断层破碎带由于裂隙较发育，往往是岩溶强发育区，其中库区落水洞k1、k2、k3、k4分布在f2断层带上，表面断层带是地下水的优势运输通道，为岩溶的发育提供便利条件；地形与水动力方面，工程区南部和东部为北盘江重要支流麻沙河深切谷，南部河谷高程750.0 m，低于正常蓄水位1 516.55 m约776.65 m，距离约5 930.0，比降达12.9%，东部麻沙河河谷高程约701 m,距离约3 550 m，比降高达23.3%，总体位于两深切河谷夹持的三角台地上。岩溶发育在很大程度上受地表水汇流和下渗条件的影响，地势高差决定了地表水、地下水的水动力强弱，因此区域地貌表征着区域水文网的发育特征，决定了侵蚀基准面和地下水排泄基准面的性质和分布，同时控制了地下水的运动方向，从而控制了岩溶发育的总趋势，所以研究区岩溶管道方向多为E和SE，部分呈S方向，地下水和地表水整体往南部和东部麻沙河河谷方向汇聚，工区麻沙河河谷构成了研究区的排泄基准面；自然因素方面，气候是岩溶发育的一个重要影响因素。可溶性岩石溶蚀作用的强弱，受气温的高低、雨量的大小等因素影响，工区内年平均气温14℃，多年平均降雨量1 474 mm，气候温润，雨量充沛，是岩溶发育的良好条件；研究区所处三宝彝族乡，是典型的少数民族聚居区，少数民族占98.3%，植被破坏较少，森林覆盖率高达70%，水的溶蚀能力取决于水中酸性物质的含量，主要由CO2的含量决定，而CO2主要来源于植被的腐烂形成的腐殖质和土壤，库区植被茂密，提供大量的CO2，雨水通过空气和土壤层，增加了水中CO2含量，有利于岩溶的发育[11-14]。

综上所述，研究区无论从沉积的物质组成、构造发育特征，还是区域水文排泄条件及气候、植被，均构成良好的岩溶发育条件，导致区内岩溶洼地、岩溶管道、落水洞、岩溶泉等岩溶现象十分普遍，岩溶的发育，尤其是落水洞和大型的岩溶管道的发育，将会形成水库渗漏的优势通道，导致水库无法正常蓄水。

3 结语

研究区岩溶洼地、岩溶管道、落水洞、岩溶泉等岩溶现象十分普遍，主要分布于T1y2-4层位，岩性以灰至深灰色中厚层夹厚层灰岩为主，构成了本区岩溶发育的物质基础，由于受f1、f2断层穿库区而过、良好的气候和植被条件以及畅通的补、径、排条件，导致工区岩溶十分发育，形成穿库区而过的岩溶管道，致使水库修建至今无法正常蓄水，形成病库。

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Study on karst development characteristics and law of Sanbao reservoir in Guizhou

YU Jia-song1，SUN Ming-biao1，WANG Tai-yin2

(1.Qianxi Nanzhou Water Conservancy and Electric Power Survey and Design Institute,Guizhou Xingyi 562400;2.Guizhou Water Conservancy and Hydropower Investigation Design and Research Institute,Guizhou Guiyang 550000)

Sanbao reservoir is located in the territory of Guizhou province Qinglong County Township Sanbao, reservoir strata are the lower Triassic Yelang group, is a set of subtidal and intertidal zones of semi restricted platform deposition, the clay rocks and limestones interbedded, the karst is very developed. The small fracture of f1 and f2 in the engineering area passes through the reservoir area, and the hydrogeological conditions are very complicated. The reservoir has not been properly impounded since it was built in 1961, in view of the present situation of the reservoir, the hydrogeological conditions of the Sanbao reservoir are analyzed and studied on the basis of a large number of engineering geological surveys, surveys, visits, drilling and geophysical prospecting. The results show that the project area karst depressions, karst pipes and sinkholes is a common phenomenon, mainly distributed in the T1y2-4 horizon, lithology of the thick layer of gray to dark gray with thick layer of limestone, karst, formation of karst pipeline through the reservoir area, is the root cause of the reservoir has been unable to normal water level. It provides the direction and basis for further solving reservoir seepage problem and reservoir formation condition evaluation.

Yelang group; sinkhole; karst; karst regularity

2017-03-16

余加松(1990-)，男，贵州兴义人，助理工程师，主要从事工程地质和水文地质方面工作。

P642.25

A

1004-1184(2017)04-0045-04