六盤水市巖溶發育特征和規律研究

肖昌林 粟梅 蘇雙鳳 周瑜 田金燕 張小艷

摘 要：水是自然界不可缺少的一部分，許多反應過程都少不了水。水擁有多種形式，其中，地表水和地下水對巖溶地貌的形成都產生作用。當地下水與巖石發生作用、溶蝕部分巖石后，隨著時間的推移，巖溶洞穴會逐漸形成，因而洞穴是一種非常重要的地下巖溶現象。本文從水文條件、地質條件等方面對六盤水市巖溶發育特征和規律進行了分析。結果表明，六盤水獨特的條件適宜巖溶發育，各種條件下有各種規律。

關鍵詞：巖溶;發育特征;規律

中圖分類號：P642.25文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）23-0156-03

Abstract： Water is an indispensable part of nature， and water is indispensable for many reaction processes. Water has many forms， among which surface water and groundwater have an effect on the formation of karst landforms. When groundwater interacts with rocks and dissolves some rocks， karst caves will gradually form over time， so caves are a very important underground karst phenomenon. This paper analyzed the characteristics and laws of karst development in Liupanshui City from the aspects of hydrological and geological conditions. The results show that the unique conditions of Liupanshui are suitable for karst development， and there are various laws under various conditions.

Keywords： karst;developmental characteristics;law

喀斯特地貌在我國又稱為巖溶，是指可溶性巖層（石灰巖、白云巖、硫酸鹽類巖石、鹵化物類巖石）分布地區[1]。巖溶地貌的形成必不可少的就是可溶巖。我國碳酸鹽巖分布面積有91萬km2，其主要分布于中國西南地區，而貴州大部分地區都屬于巖溶地區。經過水的地質作用，這些區域形成壯觀的巖溶景觀，如洞隙、溶洞、石林等。隨著經濟的快速發展，我國西南地區迅速崛起，面臨相當多的工程建設，也有更高的工程要求。因發展需要，工程建設規模很大，巨大的工程坐落于巖溶地區，因此了解巖溶發育特征和規律有著實際的工程意義，對以后巖溶地區的工程建設有著借鑒意義。

1 巖溶的發育條件

1.1 水文條件

六盤水市地處于長江流域和珠江流域。六盤水有三條重要河流：烏江、北盤江、南盤江。六盤水的北方是烏江流域，烏江流域面積廣，包括六盤水大部分地區;北盤江大致位于六盤水中部，自西向東貫穿六盤水腹地;南盤江位于六盤水南部。六盤水境內總長度超過10 km或匯水面積超過20 km2的河流有71條，其中烏江水系有14條，珠江水系有57條，河網密度達到0.167 km/km2[2]。六盤水河流眾多，流域面積廣闊，為巖溶發育提供了良好的水文條件。六盤水境內除了有多條干流，還存在季節性河流，源流較短，旱季常斷流。巖溶發育離不開水，水具備必然的侵蝕性，地質構造斷層、裂隙和節理為水的活動供給了通道。同時，巖溶發育應具有一定的氣候、地形、土壤等自然地理條件。

根據巖溶動力系統理論，水是巖溶形成的物質基礎[3]。水對巖溶發育的重要性體現在兩個方面：一是水的溶蝕性;二是水的流動性。溶蝕性是水對巖石溶解的多少，而流動性是指水的流動強度和速度，包括水的流量大小、流速等。水在巖溶發育過程中的兩個作用分別是水作為CO2載體的化學作用和水本身的機械能作用。水作為CO2載體的化學作用主要體現在CO2的三相變化上。空氣中的CO2參與水巖反應，溶蝕碳酸鹽巖，轉化為水中的HCO3-，形成各種各樣的巖溶形態;而當水中HCO3-達到飽和，CO2脫氣作用使其以碳酸鈣沉淀，形成各種不同的巖溶形態。水在巖溶發育過程中的第二個作用是巖溶水在運動過程中本身的機械能作用。巖溶水運動過程中，各種作用力在復雜的水（洞）道影響下彼此相互轉化。例如，沖蝕力的變化不僅取決于巖溶水的流速，還取決于水所攜帶的機械能、勢能和熱能。六盤水屬于亞熱帶季風氣候，降水豐富，植被發育較好，而且光照條件好，土壤中植被呼吸作用強烈，也會產生更多的CO2氣體，CO2溶解在水中會形成碳酸，那么水就具有溶解碳酸鹽的能力，有利于巖溶的發育。六盤水夏季降水較多，這時水的流動性和流量明顯提升，加速了巖溶發育。

1.2 地質條件

1.2.1 巖性。巖石是在各種地質作用下，按一定方式結合而成的礦物或巖石碎屑集合體，是構成地殼及巖石圈的物質單元[4]。在自然環境下，有些特殊巖石主要由一種礦物構成，但自然環境下常見的巖石由多種礦物構成。巖溶能否能形成和發育，與所在區域有無可溶性巖石密切聯系，其含量也有所影響。可溶巖主要有碳酸鹽巖和蒸發巖（包括各類硫酸鹽巖和鹵化物巖類）[5]，這些巖石能夠與CO2、水結合發生溶蝕，進而發育成各種巖溶形態。在水溶液和溫度一定的情況下，影響巖石溶解量的主要因素為巖石組分，影響巖石物理破壞的主要因素是巖石結構，它決定了巖石的力學性質，因此巖石的物理破壞量與巖石的力學性質有很好的對應關系[6]。

巖溶發育過程中存在化學溶解和物理破壞，它們作用的時期存在差異。初期以化學作用為主，早期兩者兼有，中、晚期則以物理破壞作用為主。化學溶解往往是漸變過程，而物理破壞往往是突變過程。一次瞬間的崩塌就可勝過數千年化學作用的結果，由此看來，巖石的結構和物理力學性質是影響巖溶發育的重要因素。

六盤水存在的碳酸鹽巖類型有純碳酸鹽灰巖、白云質灰巖、白云質灰巖和不純碳酸鹽巖，它們各具特色。不同的碳酸鹽巖巖性組合及碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖的組合對巖溶發育有重要影響。不同巖性的巖石組合在一起，巖溶發育程度也是不同的。例如，東崗嶺組和桂林組是以白云巖為主與灰巖的組合，巖溶發育強度中等;桂林組和東村組為純灰巖的組合，巖溶發育程度強烈;英塘組和堯云嶺組，灰巖中常含燧石條帶或結核，且在中段夾有硅質巖、泥巖，巖溶發育較弱[7]。六盤水主要分布的是白云石和石灰巖，其巖溶發育強度較為強烈，巖溶發育就表現得非常明顯。六盤水及周邊地區巖溶主要類型如圖1所示。

巖溶形成時會發生化學反應，如式（1）所示，此反應式為可逆反應，當反應物足夠多時，反應向正向移動特別明顯。六盤水存在大量含有CaCO3的巖石，這為六盤水巖溶發育提供了根本保障。六盤水大多屬于碳酸鹽巖地區，其CaCO3含量非常高，能加速巖溶的形成。碳酸鹽巖直接暴露在外表，能夠直接進行反應，巖溶現象更為明顯。六盤水河流流經碳酸鹽巖時，巖溶發育非常明顯。

1.2.2 構造因素。斷層、裂隙及褶皺軸部破碎帶改變了地下水的徑流條件，使巖溶水流形成后就受到一定邊界條件的約束，水動力作用加強[8]。如圖2所示，六盤水斷層較多，威寧-六盤水一線斷裂明顯，走向基本與威寧-六盤水線平行。資料顯示，巖溶發育于斷層附近，斷層集中于交叉地段，其原因是受拉斷層及影響區巖體裂隙發育，且多為張開裂隙，有利于溶蝕發育。褶皺對巖溶發育影響較大，在褶皺軸部、轉折端變形大，構造應力集中，節理裂隙發育，巖體變形破碎，易于形成集中的地下水徑流通道，巖溶發育較強[7]。六盤水處于亞歐板塊與印度洋板塊交接處附近，其褶皺發育相當強烈，為當地巖溶發育提供了充足褶皺條件。六盤水地貌具有褶皺寬緩、垂向節理發育、層裂與垂向節理相結合的特點，易受大氣降水的滲透，同時使水具有足夠的層裂溶解時間，所以層狀溶洞非常發育。

2 巖溶發育規律

在碳酸鹽巖中，灰巖的巖溶發育比白云石等過渡類型強[9]。疊系以厚層狀灰巖為主;奧陶系以白云質灰巖、生物碎屑灰巖、龜裂灰巖等過渡類型為主，包括頁巖、粉砂巖等。寒武系以中厚層白云巖為主，含泥質白云巖和硅質白云巖。研究發現，六盤水巖溶地貌分布密度以二疊紀最大，奧陶系和寒武系最低。

構造帶巖溶發育規模大，深度大，斷層中發育強烈。巖溶形態沿著優勢裂隙方向及地層、巖性分界線發育[9]。巖溶凹陷和漏斗長軸的走向有規律，與六盤水主要斷裂方向和地層走向大概一致。

3 結論

本文通過分析六盤水水文條件、地質條件等，得出如下結論。純灰巖地域巖溶發育強烈，白云巖等多種成分組成的灰巖相對較弱。在巖溶發育區，其機制和巖性控制主要沿機制方向、優勢斷層標志和巖性界線發育。河流流經碳酸鹽巖地區時巖溶發育強烈，主要與河流的流量、流速和碳酸鹽巖暴露程度有關。地層以灰巖為主，巖溶中～強等發育，部分區域發育溶洞。因為巖體破裂，溶洞頂板穩定性相對較差。由于基巖裂隙發育，溶洞有運輸和儲存細顆粒的通道和空間，當土方開挖和地表水滲透增加時，溶洞可能發育，甚至造成坍塌。

參考文獻：

[1]代萬品.貴州巖溶地區工程勘察要點研究[J].工程技術研究，2019（16）：107-108.

[2]六盤水市水利局.六盤水市水利發展“十二五”規劃[Z].2012.

[3]袁道先.現代巖溶學[M].北京：科學出版社，2016.

[4]宜東平，田永清，趙連慶.地質科普知識名稱介紹[J].華北國土資源，2012（1）：27-29.

[5]黃志華.巖溶地區的巖土工程勘察問題研究[J].門窗，2013（11）：307-308.

[6]田述軍.荔波世界自然遺產地錐狀喀斯特地貌形成與演化研究[D].貴陽：貴州師范大學，2008.

[7]江思義，石覃劍，袁范洋，等.廣西賀州市平桂區巖溶發育特征與分布規律[J].中國地質災害與防治學報，2019（2）：106-113.

[8]江思義，吳福，劉慶超，等.廣西桂林市規劃中心城區巖溶發育特征及分布規律[J].中國地質災害與防治學報，2019（3）：120-128.

[9]劉沛，吳勇，王鴻.貴州仁懷某地巖溶發育特征和規律研究[J].甘肅水利水電技術，2013（10）：21-25.