基于水文网控制的明月峡背斜岩溶空间分异研究

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碳酸盐岩在我国分布广泛,岩溶发育通常因构造岩性、地形地貌、水文条件等因素的差异在空间上呈现非均一性,使得岩溶区的工程建设往往面临诸多无法科学预测预报的岩溶地质灾害及生态环境问题,诸如岩溶涌突水、岩溶区水库渗漏、地下水位下降、岩溶塌陷等,从而造成人员伤亡与经济损失。川东隔挡式褶皱带碳酸盐岩在非可溶岩的挟持下呈现独特的地下水循环模式与岩溶发育规律,不同切割深度的河(沟)谷控制地下水循环的能力不同,从而影响着岩溶发育的深度与强度,使得岩溶在空间上存在一定的差异性,研究分析川东岩溶发育规律与河(沟)谷切割深度之间的关系,有助于为川东地区未来交通走廊建设提供理论支撑本文以明月峡背斜作为研究对象,通过对川东及明月峡背斜水文地质、试验成果等资料的收集、分析,研究明月峡背斜区不同排泄基准面控制下地下水的径流特征与地下水循环模式,建立地下岩溶空间发育模式,并通过已建隧道工程揭示的岩溶地质现象进行验证,最后,基于岩溶空间分异特征的研究,以明月峡背斜南段为例,研究地下水循环规律及地下岩溶发育情况,通过上述研究主要获得以下结论:(1)在隔挡式地质构造背景下,依据背斜区沟谷切割深度及排泄地下水量的差异,将其划分为横向浅切型沟谷(三级排泄基准面)、横向深切型沟谷(二级排泄基准面)、贯穿型河谷(一级排泄基准面),其中横向浅切、深切型沟谷控制岩溶地下水的浅循环,贯穿型河谷控制岩溶地下水的深循环。(2)明月峡背斜区岩溶主要发育于嘉陵江组与雷口坡组地层中(T2l+T1j),其中南段岩溶发育最为强烈;中段岩溶中等发育,可溶岩出露面积、洼地及落水洞数量虽相对较少,但溶洞、泉点数量与南段相当;北段岩溶发育较弱,洼地及落水洞、泉点等的发育数量均较少。总的来说,南段岩溶发育最强,中段岩溶发育中等,北段岩溶发育较弱。(3)根据明月峡背斜横向沟谷发育密度与切割深度的差异将地下水径流分为北、中、南三段,北段(明月江至盐井沟)远离贯穿型河谷,主要为横向浅切型沟谷排泄浅层地下水;中段(盐井沟至榨房沟),岩溶地下水主要向横向深切型沟谷排泄,深切沟谷之间,有少量的浅切支沟深入,排泄局部地下水;南段(榨房沟至御临河)主要受御临河贯穿型河谷控制,勤俭村以南地下水主要向御临河排泄,以北除向横向支沟排泄外,还有部分向御临河径流排泄。(4)明月峡背斜在平面上的岩溶分异规律呈现“横纵分异”的特征,表现为:三叠系地层由核部向两翼为由强-弱的变化过程,局部地区背斜核部二叠系地层隆起,岩溶分异为弱-强-弱的交替变化过程;垂向上岩溶分异(“垂向分异”)特征为不同水文网类型(排泄基准)切割深度由浅→深,岩溶作用强度一般由强渐弱,并在水平径流带表现最为强烈。(5)明月峡背斜及川东褶皱带溶洞发育模式大致可分为多重溶洞发育模式、双重溶洞发育模式、单一溶洞发育模式三类。多重溶洞发育模式表现为贯穿型河谷两岸陡崖上溶洞垂向上具有多层溶洞、纵向暗河系统也呈多级阶梯式发育;双重溶洞发育模式表现为横向深切型沟谷通过控制背斜一翼及核部地下水径流途径,从而控制地下岩溶的发育,早期岩溶管道被搁置,新一阶段的暗河管道继承发育,形成两层及以上溶洞层;单一溶洞发育模式表现为:横向浅切型沟谷控制的地下岩溶发育能够适应沟谷的下切,时效性明显,而表现为充水溶洞特征。(6)明月峡背斜南段地下水循环受贯穿型河谷、横向浅切沟谷共同控制,岩溶平面分异表现为由弱-强-弱的交替变化,可溶岩地层岩溶化程度表现为T1j>T2l>T1f3>P2c>T1f1,其中嘉陵江组T1j2、T1j4>T1j3、T1j1;岩溶地貌组合从背斜扬起区的岩溶化山地逐渐过渡至浅丘溶洼,靠近贯穿型河谷则主要为槽谷洼地岩溶地貌;明月峡背斜南段存在五层岩溶发育带,分别为180-250m、300-350m、480-540m、650-700m、800m以上。
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