三、长江三峡泥灰岩岩溶发育因素初探
今年有一批论文,研究河南、长江三峡沿岸泥灰岩的岩溶,主要是从灾变的角度或水文地质的角度去看问题,认为那里的泥灰岩岩溶发育是形成灾变或富水的原因。但笔者注意到,在长江三峡泥灰岩的资料中,溶蚀发育是以小型形态表现,没有看到大型溶蚀形态的溶洞、溶隙。在河南论文的剖面图中,同样没有看到大型的溶蚀洞隙,所以从宏观的角度和地方规范规定的岩溶发育程度判定条件看,还达不到岩溶中—强发育的条件。
长江三峡泥灰岩岩溶发育似乎于以下原因有关:
1、从岩性因素看,这里的泥灰岩不具有岩溶条件。从上面的图片中可以看出,这里的溶蚀都发生于亮晶方解石中,这些亮晶方解石在岩石中呈斑块状、脉状和条带状分布。这些亮晶方解石,不是原生产物,而是退后生成岩作用产物。因为:
1.1从上述可以看出,这里的泥灰岩原生结构不具备亮晶方解石生成条件。上面图片中的褐色、褐红色致密结构部分就是泥灰岩的原生结构;
1.2次生亮晶方解石的特征是:不很明亮,常见残余结构;边缘界限不清,可破坏原生结构。在上面的图片中我们可以看到这些特征。这里的亮晶方解石也不具有原生构造特征。
这里泥灰岩的溶蚀作用正是发生于这些次生亮晶方解石中。
2、裂隙发育。有关论文强调了这里泥灰岩的微裂隙发育,为水溶液的渗入创造了条件。论文没有提到岩体中大型节理裂隙的发育状况,据估计这里岩体中的大型节理裂隙并不很发育,因为这里泥灰岩的岩溶发育深度仅为5—8米。
这些微裂隙产生于退后生成岩期的构造和风化作用。泥质岩石颗粒细小,强度低,在构造和风化作用中容易产生裂隙,尤其是微裂隙。
3、研究论文忽略了一个十分重要的因素,那就是水动力条件。强的水动力条件在泥灰岩岩溶发育中起着十分重要的作用,不可或缺。
3.1使具有溶蚀能力的水溶液不断更新,保持溶蚀能力;
3.2强的水动力,把溶余的粘土矿物带走,使其不能阻止可溶矿物的溶蚀,让可溶矿物经常与具有溶蚀能力的水溶液接触,溶蚀作用得以继续进行。在这同时又引起了机械破坏作用,间接加速溶蚀作用对岩石的破坏。
四、笔者所遇到的泥灰岩岩溶发育状况及溶蚀作用原因
我将勘察报告中的有关内容节录于下:
4.2.2.2中风化泥灰岩:深灰、兰灰色,泥晶结构,薄-中层,泥质含量极不均匀,具脉状层理,局部发育。局部多豆状钙质结核。节理裂隙发育。含乳白色方解石脉,局部呈网状分布。
由于场地三叠系中统关岭组泥灰岩沉积相为局限台地相,处于潮上带和潮下带之间,沉积时期地壳震荡,海平面小幅升降较频繁,造成岩层中钙泥质含量的相应变化和脉状层理的产生,形成沉积韵律,岩性有一定变化。除泥灰岩中的钙泥质含量有变化外,在纵向上的岩性也出现一定的变化。大约泥灰岩厚度每隔1.5~2米,夹有一层厚约10~30厘米的灰黄色钙质泥岩,呈薄层—页片状,具崩解性,见有锰树。另一方面泥灰岩中还夹有石灰岩薄层,泥灰岩在垂向上大约每隔10~15米夹有一层厚度10~40厘米的灰-浅灰色石灰岩薄层。
即场地基岩是由泥灰岩间夹钙质泥岩、石灰岩薄层组成,呈韵律分布。岩心碎块状—长柱状,以短柱状为主,岩体较破碎,饱和抗压强度标准值为21.4Mpa,属较软岩,岩体基本质量等级为Ⅳ级。
4.3地表、地下水:
场地处于丘陵上部斜坡地带,地势较高,场区地表无水体,也无井泉等地下水露头。地表水供给源只有大气降水,排泄条件良好。
场地地下水有两类:土体中的上层滞水和岩层中的基岩裂隙水。场地土体中孔裂隙较发育,其中含有上层滞水,无统一水面,水量小且分布不均。其补给源为大气降水,蒸发及下渗排泄。
基岩裂隙水赋存、运移于基岩的孔裂隙中,水量和分布直接决定于岩体中节理裂隙的发育与连通程度。其补给源为大气降水,蒸发及下渗排泄。由于场地岩层中节理裂隙发育,规模大,延伸远,倾角大,且常呈开口状,场地又处于丘陵上部,故基岩裂隙水下渗排泄条件很好,垂直渗透和水动力条件强烈,在场地基岩露头中基本见不到裂隙水的出水点。
4.4岩溶
场地泥灰岩属可溶碳酸盐岩,岩体中节理裂隙发育且长大,常呈开口状,为岩溶发育提供了良好条件。但泥灰岩因含有泥质成分较多,岩性条件较差,不利于岩溶的形成。因此场地中除在泥灰岩夹含的石灰岩中见有溶孔、溶缝外,泥灰岩中基本见不到小溶孔、溶缝等微观岩溶形态。场地的岩溶发育是以宏观岩溶形态—溶蚀裂隙为主,溶洞次之。
场地岩溶的发育基本是沿节理裂隙展开和扩展。在节理面上常可见到溶痕或横条带状溶蚀。由于场地岩溶基本是沿节理裂隙发育,所以是以溶蚀裂隙为主,但在两组节理的交叉处则易形成溶洞,特别是前述①、②两组节理的交叉处,易形成倒漏斗状溶洞(见照片)。
据推测,在场地地区近代地史期中,地下水动力条件十分强劲,伴随地壳的震荡上升,不但在难溶的泥灰岩中形成了强烈发育的岩溶系统,而且形成了多层古暗河系统,由于岩溶的继承性发展,在本地区构成了以垂直发育为主同时伴有水平发育的庞大而又复杂的岩溶系统。
基岩顶面的溶蚀沟槽发育,基岩面整体溶蚀呈沟槽状起伏,相对高差可达8米以上,由于溶蚀受节理裂隙控制,故基岩顶面除整体溶蚀呈大的波状沟槽起伏外,在这些波状起伏的基岩顶面沿节理裂隙形成的小溶沟、溶隙也十分发育。
勘查中钻遇的溶洞多由可塑粘土或可塑粘土混碎石全充填,但也有部分为无充填物的空洞。
在场地268个勘探钻孔中,共有87个钻孔钻遇溶洞,钻孔遇洞率为32.4%,基岩面起伏高差大于5米,属于岩溶强发育场地。