羅錫宜，韓慶定，鄒 杰，易守勇

（廣東省佛山地質(zhì)局，廣東 佛山 528000）

佛山市高明區(qū)西江新城及周邊巖溶發(fā)育規(guī)律探討

羅錫宜，韓慶定，鄒 杰，易守勇

（廣東省佛山地質(zhì)局，廣東 佛山 528000）

根據(jù)野外綜合調(diào)查及鉆孔資料，分析了高明區(qū)西江新城及周邊地區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件，溶洞、土洞發(fā)育特征，探討了巖溶在水平面上及垂向上的分布特征及，分析總結(jié)了研究區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育規(guī)律及其控制因子，為區(qū)內(nèi)巖溶地面塌陷的研究與防治奠定了基礎(chǔ)。

西江新城；巖溶；發(fā)育規(guī)律

0 前言

研究區(qū)形狀狹長，東西最長處達(dá)31 km，南北相距21 km。地勢(shì)自西南向東北傾斜。區(qū)內(nèi)地貌單元主要有三角洲沖積平原及丘陵臺(tái)地，平原區(qū)和河流占研究區(qū)面積的一半。區(qū)內(nèi)海拔最高位于西南部明城鎮(zhèn)浪傘，為375 m，其余多為海拔250 m以下、坡度10～45°的低緩丘陵。

研究區(qū)內(nèi)可溶巖主要有早石炭世石磴子組（C1s）泥晶灰?guī)r、微晶灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、含炭質(zhì)灰?guī)r等；早侏羅世金雞組（J1j）礫狀灰?guī)r、灰?guī)r質(zhì)礫巖及晚泥盆世天子嶺組（D3t）微晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r等。另外，在三洲盆地西緣及南緣的早白堊世三水組（K2ss）復(fù)成分礫巖地層中，母巖含碳酸巖塊且鈣質(zhì)膠結(jié)，具有一定的可溶性。

研究區(qū)為北東向和北西向構(gòu)造組成的構(gòu)造格局，主要的構(gòu)造有北東向明城隱伏復(fù)式向斜、長坑滑脫斷裂帶、桂田斷裂組和北西向的西江斷裂。主要特征如下：

（1）明城隱伏復(fù)式向斜：呈北東向展布于研究區(qū)中部。向斜槽地全線被第四紀(jì)沉積層覆蓋，地貌上為長條帶狀的北東向洼地。

（2）長坑滑脫斷裂帶：呈北東向展布于研究區(qū)西-北部。斷面總體傾向南東，上部傾角較陡，一般為40～50°， 向下變緩至15°左右。

（3）桂田斷裂組：呈北東向展布于研究區(qū)南東部，區(qū)域上屬恩平-新豐斷裂的一部分，具有多期活動(dòng)的特征，早期表現(xiàn)為壓性斷層，晚期表現(xiàn)為張性斷層。

（4）西江斷裂帶：呈北西向展布于研究區(qū)東部，沿西江分布，均為第四系所覆及西江逕流所占據(jù)。該斷裂控制了珠江三角洲的西緣。

研究區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖類裂隙溶洞水以HCO3-Ca和HCO3-Ca·Mg型為主。研究區(qū)由于受盆地地形及構(gòu)造控制，巖溶水由南側(cè)、西側(cè)、北側(cè)向平原區(qū)徑流，后在平原區(qū)沿明城復(fù)式向斜向北東方向徑流，最后在富灣鎮(zhèn)、荷城街道一帶排泄至西江。區(qū)內(nèi)第四系覆蓋層主要由殘積土、第四系海陸交互相沉積層或人工填土等組成，鉆孔揭露厚度0.9～47.0 m，局部厚度超過50 m，為淺-中覆蓋型巖溶為主，少數(shù)為厚覆蓋型巖溶。

1 巖溶發(fā)育特征

1.1 溶洞

研究區(qū)共收集474個(gè)鉆孔資料，其中185個(gè)鉆孔揭露274個(gè)溶洞，遇洞率39.0%。溶洞大小不一，高度最大為12.40 m，最小為0.12 m，一般為0.50～8.00 m，平均2.47 m；溶洞一般有1～3層，個(gè)別達(dá)4～9層；線巖溶率0.36%～91.30%，平均31.91%。區(qū)內(nèi)溶洞充填情況可分為5類：空溶洞、半充填砂溶洞、全充填砂溶洞、半充填粘土溶洞和全充填粘土溶洞。其中全充填粘土的占47%；半充填粘土的占23%；全充填砂的占3%；半充填砂的占2%；無充填的占25%。

1.2 土洞

研究區(qū)有45個(gè)鉆孔見土洞，遇洞率9.5%。土洞主要發(fā)育于第四系底部土層與可溶巖接觸部位，發(fā)育的巖性主要有粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、細(xì)砂、中砂、粗砂、礫砂及殘積粉質(zhì)粘土等。區(qū)內(nèi)土洞發(fā)育均為單層，土洞高度一般0.20～13.0 m，最高可達(dá)18.5 m。區(qū)內(nèi)土洞呈無充填狀態(tài)的占40%；半充填狀態(tài)的占20%；全充填狀態(tài)的占40%。充填物質(zhì)主要為流塑-軟塑狀粘土、粉質(zhì)粘土，部分夾碎石或含少量圓礫和卵石，說明巖溶地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，其所在區(qū)域巖溶發(fā)育程度高。

3 巖溶分布特征

3.1 巖溶平面分布特征

研究區(qū)內(nèi)，巖溶發(fā)育程度受地形地貌、構(gòu)造、巖層走向、巖性界面等控制，具有以下特征（圖1）。

（1）研究區(qū)呈北東向復(fù)式向斜、次級(jí)背斜和向斜互相間隔排列，從而可溶巖分布呈北東向帶狀展布特征。受可溶巖平面分布的規(guī)律性控制，巖溶跡線也呈北東向展布。如研究區(qū)中部平原區(qū)，巖溶具明顯的北東向展布特征。褶皺構(gòu)造的軸部是應(yīng)力集中部位，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，受褶皺構(gòu)造控制，巖溶多沿褶皺軸部發(fā)育；研究區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)在北東向明城隱伏復(fù)式向斜軸部附近。

（2）巖溶發(fā)育與斷裂構(gòu)造成正相關(guān)關(guān)系，斷裂越發(fā)育，巖溶發(fā)育程度越高；如區(qū)內(nèi)東南部高明紀(jì)念中學(xué)-荷城城區(qū)一線，為巖溶發(fā)育區(qū)，正好北東向桂田斷裂組展布方向基本重疊；東北部富灣鎮(zhèn)一帶，沿北西向西江斷裂帶展布方向，正好為巖溶發(fā)育區(qū)域。

（3）在可溶巖與其它巖性相接觸的地層界面是地下水滲流通道，沿接觸界面可溶巖巖溶相對(duì)發(fā)育。研究區(qū)北部明城鎮(zhèn)陳村、中南部荷城鎮(zhèn)三洲一帶，在可溶巖與非可溶巖接觸界面上，巖溶發(fā)育程度較高。

圖1 研究區(qū)內(nèi)鉆孔揭露溶洞平面分布圖Fig.1 The plane distribution of karst cave in the study area

3.2 巖溶垂向分帶特征

在垂向上，巖溶發(fā)育程度受地層巖性、構(gòu)造、地下水水位、運(yùn)移和地殼的差異性升降運(yùn)動(dòng)影響。經(jīng)對(duì)鉆孔揭露的可溶巖巖溶發(fā)育情況統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)巖溶分布垂直分帶性明顯。區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育深度自北向南、自東向西逐漸變淺，如東北部富灣鎮(zhèn)一帶，發(fā)育深度一般在-30～-50 m；東南部西江新城-荷城街道一帶，發(fā)育深度一般在-25～-40 m；中部三洲及西部明城鎮(zhèn)一帶，發(fā)育深度一般在-15～-25 m（圖2）。根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔資料分析，巖溶發(fā)育深度與第四系厚度變化呈正相關(guān)性，即巖溶的發(fā)育深度與基巖面的埋藏深度密切相關(guān)，而與可溶巖所處的海拔標(biāo)高無直接關(guān)系，說明溶蝕在第四紀(jì)以前就基本完成，而且發(fā)育深度基本一致，基底的差異升降，導(dǎo)致了目前的垂直分帶性。研究區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育地帶巖溶主要發(fā)育于基巖面以下0～8 m處（圖3），從上而下逐漸減弱。

圖2 研究區(qū)溶洞垂向埋深及充填情況分布示意圖Fig.2 Diagrammatic sketch of vertical buried depth and filling distribution in the study area

圖3 巖溶與頂板厚度統(tǒng)計(jì)圖Fig.3 Statistics of karst and roof thickness

3 巖溶發(fā)育規(guī)律

3.1 巖溶發(fā)育與古河道的關(guān)系

古河床第四系一般較厚，含水量豐富，水流活動(dòng)性強(qiáng)，地下水經(jīng)常流動(dòng)，對(duì)灰?guī)r溶蝕后的溶液不易飽和，或者飽和了很快又變得不飽和，因而能夠保持較高的溶蝕力[1]。

研究區(qū)內(nèi)具有4個(gè)第四系沉積中心，分別位于區(qū)內(nèi)東北部富灣一帶、中部平原地帶高明河沿線、東部西江新城一帶、西部明城鎮(zhèn)一帶。據(jù)沉積中心特點(diǎn)，結(jié)合鉆孔揭露特征（以河流相沉積為特征）及現(xiàn)狀地形地貌特征，認(rèn)為這4個(gè)第四系沉積中心可能為古河道。其中富灣及西江新城一帶，可能為古河道與西江的交匯口，而明城一帶及高明河沿線可能為古高明河流域。

區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育地帶與古河道的分布具有較明顯的關(guān)聯(lián)性，古河道分布區(qū)域其巖溶發(fā)育程度均較高。

3.2 巖溶發(fā)育與地層巖性的關(guān)系

一般來說，石灰?guī)r比白云巖易溶蝕，白云巖比硅質(zhì)灰?guī)r易溶蝕，硅質(zhì)灰?guī)r又比泥灰?guī)r易溶蝕。質(zhì)純、含雜質(zhì)少、厚層狀灰?guī)r對(duì)巖溶發(fā)育比較有利。從巖石的結(jié)構(gòu)看，孔隙大而多的灰?guī)r較有利于巖溶的發(fā)育。純灰?guī)r的剛性強(qiáng)，節(jié)理雖然稀疏，但裂隙開闊，長而深，透水性好，巖溶較發(fā)育；泥質(zhì)灰?guī)r剛性弱，節(jié)理雖密集，但裂隙緊閉，而且泥質(zhì)灰?guī)r經(jīng)溶蝕后殘留的粘土阻塞裂隙，透水性差，不利于巖溶的發(fā)育[2]。

研究區(qū)內(nèi)早石炭世石磴子組（C1s）巖性以中-厚層狀泥晶灰?guī)r、微晶灰?guī)r為主。巖石質(zhì)純、含雜質(zhì)少，多以中-厚層狀為主，這些巖石特征對(duì)于巖溶形成有利，區(qū)內(nèi)共185個(gè)鉆孔揭露溶洞，其中有175個(gè)鉆孔屬該組巖溶，占94.6%。晚泥盆世天子嶺組（D3t）主要巖性為微晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r和粉砂巖泥巖，該組巖層一般呈薄-中層狀，可溶巖中多含有泥質(zhì)，巖石中節(jié)理多呈緊閉狀，且多殘留有粘土，透水性差，巖溶發(fā)育率較低，該組區(qū)內(nèi)未見有鉆孔揭露溶洞。富灣鎮(zhèn)一帶早侏羅世金雞組（J1j）主要巖性為礫狀灰?guī)r、灰?guī)r質(zhì)礫巖，巖石呈厚-巨厚層狀，礫石成分以灰?guī)r為主，鈣質(zhì)膠結(jié)，其成因上屬內(nèi)碎屑碳酸鹽巖，具有一定的可溶性。但由于其受北西向西江斷裂帶影響，該地巖溶較發(fā)育，且多以覆蓋型巖溶為主，在富灣一帶有10個(gè)鉆孔揭露溶洞，占區(qū)內(nèi)揭露溶洞鉆孔總數(shù)5.4%。歷史上已發(fā)生多起巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害。

3.3 巖溶發(fā)育與構(gòu)造的關(guān)系

地質(zhì)構(gòu)造條件不但控制了區(qū)內(nèi)可溶巖的空間分布和埋藏條件，而且控制了巖溶發(fā)育的強(qiáng)弱、方向和深度。

斷裂帶和褶皺軸附近巖溶均比較發(fā)育。研究區(qū)內(nèi)以北東向和北西向?yàn)橹鲗?dǎo)的構(gòu)造格式，主要構(gòu)造帶有：北東向的桂田斷裂組、長坑滑脫斷裂帶、明城隱伏復(fù)式向斜和北西向的西江斷裂帶。在斷裂沿線及褶皺軸附近區(qū)域都曾發(fā)生巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害，如桂田斷裂組沿線3處，西江斷裂帶沿線17處。

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造分布特征，再結(jié)合褶皺、斷裂沿線鉆孔揭露情況，可知桂田斷裂組、西江斷裂帶及明城隱伏復(fù)式向斜共同作用或影響研究區(qū)的巖溶發(fā)育，導(dǎo)致在構(gòu)造發(fā)育地帶相對(duì)應(yīng)的巖溶發(fā)育程度強(qiáng)，尤其是在不同構(gòu)造的交匯位置巖溶更為發(fā)育。如位于西江新城一帶明城隱伏復(fù)式向斜與西江斷裂交匯處及荷村城區(qū)一帶桂田斷裂組與西江斷裂帶交匯處，均為強(qiáng)巖溶發(fā)育地帶。

3.4 巖溶發(fā)育與地下水的關(guān)系

碳酸鹽巖在純水中溶解度很低，水中溶有CO2時(shí)，其溶解度才顯著增大。方解石在純水中溶解度僅為11.5 mg/L，當(dāng)水中含有1 mg/L的游離CO2時(shí)，其溶解度急劇增至50～60 mg/L。研究區(qū)水化學(xué)類型主要為 HCO3—Ca 和 HCO3—Ca·Mg 型， HCO3-含量為63.6 mg/L； 游離CO2含量0～8.8 mg/L[3]。 這是由于大氣降水和河水不斷補(bǔ)給以及徑流條件好的結(jié)果。據(jù)本次工作所取31個(gè)水質(zhì)分析樣分析結(jié)果可知，地下水游離CO2在明城隱伏向斜展布方向區(qū)域較為富集，與巖溶發(fā)育程度具有正相關(guān)性。

在地下水補(bǔ)給區(qū)巖溶發(fā)育往往相對(duì)較弱，自補(bǔ)給區(qū)至徑流區(qū)和排泄區(qū)，巖溶發(fā)育則逐漸增強(qiáng)。研究區(qū)內(nèi)根據(jù)鉆探揭露溶洞與已發(fā)巖溶地面塌陷分布特征以及研究區(qū)地下水補(bǔ)逕排條件，可知研究區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育與地下水強(qiáng)徑流帶一致。研究區(qū)內(nèi)富灣一帶、中部明城隱伏復(fù)式向斜軸部及東南部荷城城區(qū)一帶均為地下水強(qiáng)徑流帶或排泄區(qū)，其巖溶發(fā)育程度均較高。

此外，在第四系松散巖類孔隙水與下部碳酸鹽巖類裂隙溶洞水聯(lián)系密切地段，由于上下層地下水的連通性好，地下水的活動(dòng)性增強(qiáng)，巖溶也相對(duì)更加發(fā)育。如在富灣一帶，據(jù)鉆孔揭露，與可溶巖上層第四系土層以砂類土為主，其透水性及富水性均較好，有利于第四系松散巖類孔隙水與下部碳酸鹽巖類裂隙溶洞水的連通，巖溶發(fā)育條件較好，所以該片區(qū)巖溶發(fā)育程度較高。

3.5 巖溶發(fā)育與工程地質(zhì)條件的關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育地帶第四系底部土層以殘積成因的粉質(zhì)粘土以及中、粗砂為主。殘積粉質(zhì)粘土具有一定的粘性，但其中多含有粉細(xì)砂或碎石塊，且裂隙較為發(fā)育，具一定的透水性；而中、粗砂層的透水性及富水性均較好。這些條件有利于地表水和第四系地下水垂直下滲，匯集于巖溶發(fā)育帶，集中補(bǔ)給巖溶裂隙溶洞水。地下水向基巖垂直下滲補(bǔ)給，為巖溶的發(fā)育提供了充足的地下水補(bǔ)給水資源和良好的水動(dòng)力循環(huán)條件。

5 結(jié)語

（1）區(qū)內(nèi)巖溶平面上分布受地形地貌、構(gòu)造、巖層層面、巖性界線等控制；垂向上受地層巖性、構(gòu)造、地下水水位、運(yùn)移和地殼的差異性升降運(yùn)動(dòng)影響。

（2）巖溶發(fā)育地帶與古河道的分布具有較明顯的關(guān)聯(lián)性，古河道分布區(qū)域其巖溶發(fā)育程度均較高，如區(qū)內(nèi)富灣及西江新城一帶為古河道與西江的交匯口，同時(shí)，也是區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育程度較高的地段。

（3）地層巖性控制巖溶發(fā)育程度，灰?guī)r巖石越純，碳酸鈣含量越高，巖溶越發(fā)育。如區(qū)內(nèi)巖溶主要發(fā)育于層厚較厚、巖質(zhì)較純的石磴子組泥晶灰?guī)r、微晶灰?guī)r之中，而對(duì)于含有泥質(zhì)或碎屑成分較多的天子嶺組、金雞組灰?guī)r，巖溶發(fā)育程度不高。

（4）區(qū)內(nèi)構(gòu)造是控制巖溶發(fā)育的重要因素之一，在構(gòu)造發(fā)育區(qū)域，巖溶相對(duì)較發(fā)育。在區(qū)內(nèi)桂田斷裂組、長坑滑脫斷裂帶、明城隱伏復(fù)式向斜及西江斷裂帶為主要巖溶發(fā)育地段。

（5）地下水中游離CO2及HCO3-的含量為巖溶發(fā)育的控制因素之一，其含量越高，地下水的溶解力就越強(qiáng)，巖溶發(fā)育程度越高。區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給區(qū)，巖溶發(fā)育相對(duì)較弱，逕流區(qū)及排泄區(qū)，巖溶發(fā)育強(qiáng)度增加。

（6）第四系土層底部巖性與巖溶發(fā)育具相關(guān)性，如果底部巖性為透水性及富水性較好的砂類土，其有利于第四系松散巖類孔隙水向下部基巖裂隙滲透，可以提供充足的補(bǔ)給水和良好的水動(dòng)力循環(huán)條件，有利于巖溶發(fā)育。

致謝：本文初稿完成后由本單位黃繼春高級(jí)工程師進(jìn)行審查，并給出了寶貴的修改意見，在此表示感謝！另外，感謝廣東省城鎮(zhèn)典型巖溶地面塌陷防治研究項(xiàng)目組全體成員，他們?yōu)楸疚牡耐瓿商峁┝酥匾膸椭?/p>

[1]方國祥，鄭建生.廣花盆地巖溶發(fā)育基本特征[J].熱帶地理， 1991， 11 （2）： 144-151.

[2]鄭小戰(zhàn)，郭 宇，戴建玲，等.廣州市典型巖溶塌陷區(qū)巖溶發(fā)育及影響因素[J].熱帶地理，2014，34（6）：794-803.

[3]李鐸.淄河斷裂巖溶發(fā)育規(guī)律探討[J].河北地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)， 1995， 18 （2）： 123-128.

Study on Karst Development Law of Xijiang New Town and Surrounding Area in Gaoming District of Foshan

LUO Xiyi， HAN Qingding， ZOU Jie， YI Shouyong
（Foshan geological bureau of Guangdong province， Foshan 528000， China）

According to the field survey and borehole data,the paper analyzed the geological condition of Xijiang new town in Gaoming and surrounding areas,karst cave,soil cave development characteristics,and discusses the distribution features and genesis of karst in the horizontal plane and vertical.In the end,the paper analyzed and summarized the research of karst development rule and its controlling factors,lays the foundation for the study in the research area of karst collapse.

Xijiang New town； Karst；Development rule

P315.7

A

1001-8662（2017）02-0034-05

10.13512/j.hndz.2017.02.006

羅錫宜，韓慶定，鄒 杰，等.佛山市高明區(qū)西江新城及周邊巖溶發(fā)育規(guī)律探討[J].華南地震，2017，37（2）：34-38.[LUO Xiyi，HAN Qingding，ZOU Jie， et al.Study of the Perturbations of Ionosphere over South China Associated with Heyuan Earthquakes[J].South china journal of seismology，2017，37（2）：34-38.]

2017-04-23

廣東省城鎮(zhèn)典型巖溶地面塌陷防治研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2016203）

羅錫宜 （1985-），男，工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害研究工作。

E-mail：106447836@qq.com.