广州临空经济示范区岩溶发育特征研究

黄少飞，赖相濡，胡云琴，邝著华

(广州市地质调查院，广东 广州 510440)

1 区域地质背景

广州临空经济示范区位于广花盆地中部，区内大面积分布覆盖型可溶性灰岩(图1)，对区内工程建设尤其是地铁建设有着重要影响[1]。前人对区内岩溶研究做了大量工作[2～5]。区内可溶岩具有以下两点特征：平面上，可溶岩包括石蹬子组(C1s)、壶天组(C2ht)和栖霞组(P2q)，主要类型有灰岩、白云质灰岩、白云岩、泥灰岩、钙质泥岩。以灰岩、白云质灰岩、泥灰岩分布最广。可溶岩整体沿北东-南西向呈带状分布，与构造线大致相同；时代上分布从石炭系石磴子组(C1s)和壶天组(C2ht)到二叠系栖霞组(P2q)；纵向上，可溶岩均为连续厚层状。石磴子组(C1s)分三段，均为灰岩、白云质灰岩、生物碎屑灰岩等可溶岩连续分布，据深孔钻探揭露，该组厚度175～330 m，平均厚度210 m。壶天组(C2ht)以灰岩、白云质灰岩为主连续分布，厚度大于167 m。这种连续厚层状可溶岩溶蚀空间大，岩溶发育率高。

2 岩溶发育特征

2.1 平面分布

主要变现为溶洞发育，根据工作区1790个钻孔统计，共有1245个钻孔揭露可溶岩，可溶岩总进尺11467.34 m，其中有355个钻孔揭露到溶洞，岩溶洞隙总长1153.7 m，总体见洞率为28.51%，总体线岩溶率为10.06%(表1)。

图1 研究区基岩地质

不同地层之间见洞率及线岩溶率有明显差异，有558个钻孔揭露石蹬子组，可溶岩累计进尺4306.43 m，其中有152个钻孔揭露到溶洞，岩溶洞隙累计高度416.04 m，见洞率为27.24%，线岩溶率为9.66%；有485个钻孔揭露壶天组，可溶岩累计进尺4067.1 m，其中有171个钻孔揭露到溶洞，岩溶洞隙累计高度651.76 m，见洞率为35.26%，线岩溶率为16.03%；有202个钻孔揭露栖霞组，可溶岩累计进尺3093.81 m，其中有32个钻孔揭露到溶洞，岩溶洞隙累计高度85.9 m，见洞率为15.84%，线岩溶率为2.78%。

通过工作区见洞钻孔分布，可以更清晰直观地看出不同地层之间岩溶发育程度的差异。结合钻孔资料，将见洞钻孔投影到基岩地质图上，可见钻孔主要集中在石蹬子组和壶天组地层中，栖霞组密度相对较低。由于可溶岩分布呈北北东向，受可溶岩平面分布的规律控制，岩溶迹线也呈北北东向展布。

2.2 垂向分布特征

根据工作区355个见洞钻孔统计，共揭露溶洞480个，其中埋深在20～30 m之间共281个，占所有溶洞的58.5%(表2)。石蹬子组152个见洞钻孔中，揭露208个溶洞，主要集中在20～30 m，占总体的56.7%；壶天组171个见洞钻孔中，揭露231个溶洞，主要集中在20～30 m，占总体的64.1%；栖霞组32个见洞钻孔中，揭露41个溶洞，主要集中在15～25 m，占总体的59.4%。

表2 岩溶发育埋深统计

将溶洞个数及埋深情况做成柱状统计图，得到溶洞埋深统计图(图2)；对揭露溶洞的钻孔单独进行分析，计算单个钻孔不同埋深的岩溶率，得到埋深-岩溶率统计图(图3)。结合两者对比发现，溶洞个数主要集中在20～30 m之间，峰值集中在埋深较小部位；岩溶率随着深度增加而加大，峰值集中在埋深较大部位。上述现象说明埋深越浅，单个钻孔揭露的溶洞越短，溶洞规模越小；埋深越深，单个钻孔揭露的溶洞越长，溶洞规模越大。

3 岩溶发育的控制因素

工作区位于广花盆地东部，岩性以灰岩等可溶岩为主，地形较平坦，地势开阔水力坡度小，区域地下水总体由北向南流，地下水流速缓慢，岩溶水的运移主要受构造控制。因此，工作区岩溶发育的控制因素应包括岩性、地下水及构造等。

3.1 岩性条件

可溶岩是岩溶发育的物质基础，是岩溶洞穴和塌陷形成的基本要素。结合钻孔资料，对工作区内岩溶发育情况进行统计(表1)，发现可溶岩见洞率、线岩溶率在不同地层之间存在明显差异，如壶天组见洞率高达35.26%，而栖霞组见洞率为15.84%。将本次工作中收集到的见洞钻孔投到工作区基岩地质图上，发现岩溶发育与地层岩性密切相关。

图2 溶洞埋深统计

图3 埋深-岩溶率统计

通过系统、等距、钻孔数量充足的勘察工程，发现溶洞在石炭系壶天组内最为发育，其次为石炭系石蹬子组，而在二叠系栖霞组中最不发育。

引起上述现象的主要原因是岩性差异。虽然同为可溶岩，但石磴子组第一、二、三段均为灰岩、白云质灰岩、生物碎屑灰岩等可溶岩连续分布；壶天组以灰岩、白云质灰岩为主连续分布，厚度大于170 m，这种连续厚层状可溶岩溶蚀空间大，岩溶发育率高。栖霞组为炭质灰岩、灰岩与碎屑岩互层，灰岩呈中薄层状，故岩溶发育率低于前两者。

综上，岩性因素是本区控制岩溶发育的首要因素。

3.2 水文地质条件

对钻孔揭露的溶洞进行统计(表2)，发现岩溶分布具有明显的分带性，溶洞个数主要集中在20～30 m埋深范围，占总数的58.5%。结合岩溶发育埋深统计图(图2)可以看出，不同地层岩溶埋深也存在一定的差异性。

对揭露溶洞的钻孔单独进行分析，发现单个钻孔中岩溶率随着深度增加而加大(图3)，反映的是埋深越深，单个钻孔揭露的溶洞越长，溶洞规模越大。

地下水的流动是造成这一现象的主要原因。地下水是岩溶发育的主要条件，其他因子的作用最终体现在水的作用上。在灰岩面以下存在地下水强烈循环带，岩溶最发育，以中、小型溶洞为主，亦有大型溶洞：①强烈循环带上部岩溶以垂直方向为主，溶沟、溶槽、落水洞等岩溶形态最为发育，大型溶洞少见；②强烈循环带下部以大中型溶洞为主，亦发育管道式岩溶通道。

3.3 构造条件

构造的主要作用，在于为不同地下水单元提供流通通道，一般在断裂发育区域，岩溶普遍发育，溶洞在空间分布上存在一定的规律性，但根据工作区见洞钻孔分布图及地铁九号线见洞钻孔分布图(局部)显示，本次工作收集钻孔并未显示出岩溶与构造的相关性，推测可能的原因有两个：①钻孔密度不够；②本次统计均为工程孔，项目性质决定钻孔布设时均远离区内主要构造。

4 结论

本文研究以工作区内岩溶发育情况为研究主题，对大量的工程地质钻探资料进行整理、分析，提取可利用的工作成果，结合工作区地质、水文等方面资料，总结岩溶的空间展布特征，分析岩溶发育的控制性条件，得出以下主要结论。

可溶岩岩性是影响岩溶发育的主要因素，不同岩性间有较显著差别，壶天组地层属于岩溶强发育，石蹬子组及栖霞组地层属于岩溶中等发育；地下水活动对岩溶发育层位有重要影响，受地下水浅部交替循环影响，溶洞主要发育在20～30 m埋深范围，而随着埋深增加，溶洞规模变大；构造对岩溶发育影响不明显；本次工作中发现在同一地层中，线岩溶率对比见洞率相对偏低，主要原因可能是钻孔深度偏小，大部分钻孔仅入岩3～4 m，入岩进尺偏少。