廣州臨空經濟示范區巖溶發育特征研究

黃少飛，賴相濡，胡云琴，鄺著華

(廣州市地質調查院，廣東 廣州 510440)

1 區域地質背景

廣州臨空經濟示范區位于廣花盆地中部，區內大面積分布覆蓋型可溶性灰巖(圖1)，對區內工程建設尤其是地鐵建設有著重要影響[1]。前人對區內巖溶研究做了大量工作[2～5]。區內可溶巖具有以下兩點特征：平面上，可溶巖包括石蹬子組(C1s)、壺天組(C2ht)和棲霞組(P2q)，主要類型有灰巖、白云質灰巖、白云巖、泥灰巖、鈣質泥巖。以灰巖、白云質灰巖、泥灰巖分布最廣。可溶巖整體沿北東-南西向呈帶狀分布，與構造線大致相同；時代上分布從石炭系石磴子組(C1s)和壺天組(C2ht)到二疊系棲霞組(P2q)；縱向上，可溶巖均為連續厚層狀。石磴子組(C1s)分三段，均為灰巖、白云質灰巖、生物碎屑灰巖等可溶巖連續分布，據深孔鉆探揭露，該組厚度175～330 m，平均厚度210 m。壺天組(C2ht)以灰巖、白云質灰巖為主連續分布，厚度大于167 m。這種連續厚層狀可溶巖溶蝕空間大，巖溶發育率高。

2 巖溶發育特征

2.1 平面分布

主要變現為溶洞發育，根據工作區1790個鉆孔統計，共有1245個鉆孔揭露可溶巖，可溶巖總進尺11467.34 m，其中有355個鉆孔揭露到溶洞，巖溶洞隙總長1153.7 m，總體見洞率為28.51%，總體線巖溶率為10.06%(表1)。

圖1 研究區基巖地質

不同地層之間見洞率及線巖溶率有明顯差異，有558個鉆孔揭露石蹬子組，可溶巖累計進尺4306.43 m，其中有152個鉆孔揭露到溶洞，巖溶洞隙累計高度416.04 m，見洞率為27.24%，線巖溶率為9.66%；有485個鉆孔揭露壺天組，可溶巖累計進尺4067.1 m，其中有171個鉆孔揭露到溶洞，巖溶洞隙累計高度651.76 m，見洞率為35.26%，線巖溶率為16.03%；有202個鉆孔揭露棲霞組，可溶巖累計進尺3093.81 m，其中有32個鉆孔揭露到溶洞，巖溶洞隙累計高度85.9 m，見洞率為15.84%，線巖溶率為2.78%。

通過工作區見洞鉆孔分布，可以更清晰直觀地看出不同地層之間巖溶發育程度的差異。結合鉆孔資料，將見洞鉆孔投影到基巖地質圖上，可見鉆孔主要集中在石蹬子組和壺天組地層中，棲霞組密度相對較低。由于可溶巖分布呈北北東向，受可溶巖平面分布的規律控制，巖溶跡線也呈北北東向展布。

2.2 垂向分布特征

根據工作區355個見洞鉆孔統計，共揭露溶洞480個，其中埋深在20～30 m之間共281個，占所有溶洞的58.5%(表2)。石蹬子組152個見洞鉆孔中，揭露208個溶洞，主要集中在20～30 m，占總體的56.7%；壺天組171個見洞鉆孔中，揭露231個溶洞，主要集中在20～30 m，占總體的64.1%；棲霞組32個見洞鉆孔中，揭露41個溶洞，主要集中在15～25 m，占總體的59.4%。

表2 巖溶發育埋深統計

將溶洞個數及埋深情況做成柱狀統計圖，得到溶洞埋深統計圖(圖2)；對揭露溶洞的鉆孔單獨進行分析，計算單個鉆孔不同埋深的巖溶率，得到埋深-巖溶率統計圖(圖3)。結合兩者對比發現，溶洞個數主要集中在20～30 m之間，峰值集中在埋深較小部位；巖溶率隨著深度增加而加大，峰值集中在埋深較大部位。上述現象說明埋深越淺，單個鉆孔揭露的溶洞越短，溶洞規模越小；埋深越深，單個鉆孔揭露的溶洞越長，溶洞規模越大。

3 巖溶發育的控制因素

工作區位于廣花盆地東部，巖性以灰巖等可溶巖為主，地形較平坦，地勢開闊水力坡度小，區域地下水總體由北向南流，地下水流速緩慢，巖溶水的運移主要受構造控制。因此，工作區巖溶發育的控制因素應包括巖性、地下水及構造等。

3.1 巖性條件

可溶巖是巖溶發育的物質基礎，是巖溶洞穴和塌陷形成的基本要素。結合鉆孔資料，對工作區內巖溶發育情況進行統計(表1)，發現可溶巖見洞率、線巖溶率在不同地層之間存在明顯差異，如壺天組見洞率高達35.26%，而棲霞組見洞率為15.84%。將本次工作中收集到的見洞鉆孔投到工作區基巖地質圖上，發現巖溶發育與地層巖性密切相關。

圖2 溶洞埋深統計

圖3 埋深-巖溶率統計

通過系統、等距、鉆孔數量充足的勘察工程，發現溶洞在石炭系壺天組內最為發育，其次為石炭系石蹬子組，而在二疊系棲霞組中最不發育。

引起上述現象的主要原因是巖性差異。雖然同為可溶巖，但石磴子組第一、二、三段均為灰巖、白云質灰巖、生物碎屑灰巖等可溶巖連續分布；壺天組以灰巖、白云質灰巖為主連續分布，厚度大于170 m，這種連續厚層狀可溶巖溶蝕空間大，巖溶發育率高。棲霞組為炭質灰巖、灰巖與碎屑巖互層，灰巖呈中薄層狀，故巖溶發育率低于前兩者。

綜上，巖性因素是本區控制巖溶發育的首要因素。

3.2 水文地質條件

對鉆孔揭露的溶洞進行統計(表2)，發現巖溶分布具有明顯的分帶性，溶洞個數主要集中在20～30 m埋深范圍，占總數的58.5%。結合巖溶發育埋深統計圖(圖2)可以看出，不同地層巖溶埋深也存在一定的差異性。

對揭露溶洞的鉆孔單獨進行分析，發現單個鉆孔中巖溶率隨著深度增加而加大(圖3)，反映的是埋深越深，單個鉆孔揭露的溶洞越長，溶洞規模越大。

地下水的流動是造成這一現象的主要原因。地下水是巖溶發育的主要條件，其他因子的作用最終體現在水的作用上。在灰巖面以下存在地下水強烈循環帶，巖溶最發育，以中、小型溶洞為主，亦有大型溶洞：①強烈循環帶上部巖溶以垂直方向為主，溶溝、溶槽、落水洞等巖溶形態最為發育，大型溶洞少見；②強烈循環帶下部以大中型溶洞為主，亦發育管道式巖溶通道。

3.3 構造條件

構造的主要作用，在于為不同地下水單元提供流通通道，一般在斷裂發育區域，巖溶普遍發育，溶洞在空間分布上存在一定的規律性，但根據工作區見洞鉆孔分布圖及地鐵九號線見洞鉆孔分布圖(局部)顯示，本次工作收集鉆孔并未顯示出巖溶與構造的相關性，推測可能的原因有兩個：①鉆孔密度不夠；②本次統計均為工程孔，項目性質決定鉆孔布設時均遠離區內主要構造。

4 結論

本文研究以工作區內巖溶發育情況為研究主題，對大量的工程地質鉆探資料進行整理、分析，提取可利用的工作成果，結合工作區地質、水文等方面資料，總結巖溶的空間展布特征，分析巖溶發育的控制性條件，得出以下主要結論。

可溶巖巖性是影響巖溶發育的主要因素，不同巖性間有較顯著差別，壺天組地層屬于巖溶強發育，石蹬子組及棲霞組地層屬于巖溶中等發育；地下水活動對巖溶發育層位有重要影響，受地下水淺部交替循環影響，溶洞主要發育在20～30 m埋深范圍，而隨著埋深增加，溶洞規模變大；構造對巖溶發育影響不明顯；本次工作中發現在同一地層中，線巖溶率對比見洞率相對偏低，主要原因可能是鉆孔深度偏小，大部分鉆孔僅入巖3～4 m，入巖進尺偏少。