葉 浩，周 云，房艷國(guó)，羅文行，吳海斌，翁文林，付興偉

（1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，武漢 430010；2.中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司，北京 100038）

0 引言

我國(guó)是巖溶發(fā)育最為廣泛的國(guó)家之一，尤其在滇、黔地區(qū)，巖溶地層以碳酸鹽巖為主，由于氣候濕熱、降水豐沛，巖溶作用強(qiáng)烈，溶孔、溶隙、溶洞及暗河水系十分發(fā)育，形成極具特色的巖溶系統(tǒng)[1-5]。巖溶區(qū)通常存在復(fù)雜的地下洞穴和暗河系統(tǒng)，在巖溶區(qū)施工長(zhǎng)大隧道不可避免地會(huì)使當(dāng)?shù)貛r溶水系統(tǒng)發(fā)生改變，如地下水水位的下降、地表泉點(diǎn)的漏失等，極易引發(fā)隧洞涌水、突泥和巖溶崩塌等工程地質(zhì)問(wèn)題[6-8]。巖溶系統(tǒng)在空間上的展布規(guī)律是認(rèn)識(shí)巖溶系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其控制因素則是最根本問(wèn)題，也是工程地質(zhì)關(guān)注的重點(diǎn)。

對(duì)于滇中鶴慶—?jiǎng)Υǖ貐^(qū)巖溶系統(tǒng)，其發(fā)育特征及其控制因素是該地區(qū)巖溶系統(tǒng)的重要科學(xué)問(wèn)題之一。本文擬總結(jié)鶴慶—?jiǎng)Υ◣r溶系統(tǒng)的發(fā)育特征，并討論影響巖溶系統(tǒng)發(fā)育的主要控制因素，為深入認(rèn)識(shí)研究區(qū)巖溶系統(tǒng)及工程實(shí)踐提供參考。

1 研究區(qū)概況

鶴慶—?jiǎng)Υㄎ挥谠颇鲜≈胁?，大地?gòu)造位置上位于揚(yáng)子地臺(tái)鹽源—麗江臺(tái)緣凹陷鶴慶—洱海臺(tái)褶束、中甸褶皺束和云嶺褶皺帶維西褶斷束、以及滇藏歹字形構(gòu)造體系中的鶴慶西部構(gòu)造區(qū)黑泥哨褶斷區(qū)復(fù)合部位。受印度板塊向北傾伏俯沖擠壓作用[9-11]，研究區(qū)歷經(jīng)多期構(gòu)造的復(fù)合作用和以板塊活動(dòng)為特點(diǎn)的新構(gòu)造活動(dòng)，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜。主要表現(xiàn)為以近南北向構(gòu)造帶與北北東—北東向構(gòu)造帶為基本骨架，復(fù)合有近東西向構(gòu)造的構(gòu)造格局[12]，表現(xiàn)為斷裂構(gòu)造發(fā)育，褶皺構(gòu)造一般規(guī)模較小。區(qū)域地層發(fā)育較為完整，除侏羅系、白堊系地層缺失外，從寒武紀(jì)至第四紀(jì)地層均有不同程度出露。其中分布范圍較廣的地層包括二疊系、三疊系以及古近系地層，同時(shí)碳酸鹽巖在該區(qū)的古生界—新生界地層中普遍存在并分布廣泛。

鶴慶—?jiǎng)Υ▍^(qū)內(nèi)共發(fā)育六大巖溶系統(tǒng)，分別為白漢場(chǎng)巖溶系統(tǒng)、拉什海巖溶系統(tǒng)、文筆海巖溶系統(tǒng)、鶴慶—西山巖溶系統(tǒng)、清水江—?jiǎng)Υ◣r溶系統(tǒng)和南溪—拉郎巖溶系統(tǒng)，總體走向?yàn)楸睎|—北西向（圖1）。

圖1 鶴慶—?jiǎng)Υǖ貐^(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及巖溶系統(tǒng)分布Fig.1 Geological sketch map and karst system distribution in Heqing-Jianchuan area

2 巖溶發(fā)育特征

2.1 巖溶層組類(lèi)型

研究區(qū)出露的主要巖溶地層有志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系和古近系。根據(jù)巖性組合特點(diǎn)，可將研究區(qū)巖溶層組類(lèi)型劃分為4種類(lèi)型：（1）連續(xù)純碳酸鹽巖型、（2）碳酸鹽巖夾非碳酸鹽巖型、（3）碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖互（間）層型和（4）非碳酸鹽巖夾碳酸鹽巖巖溶層組。其中以（1）和（2）為主，（3）和（4）在本區(qū)分布并不普遍。

區(qū)域內(nèi)屬于（1）型巖溶層組類(lèi)型的主要有石炭系中統(tǒng)和上統(tǒng)灰?guī)r，二疊系下統(tǒng)灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r，三疊系北衙組中上段灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r。其中，三疊系北衙組中上段的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖在研究區(qū)出露最廣，連續(xù)厚度均在100 m以上。其巖溶作用發(fā)育強(qiáng)烈，表現(xiàn)在地表以峰叢洼地、峰丘洼地（或谷地）為主，大型巖溶洼地、落水洞、巖溶漏斗和巖溶塌陷分布普遍，地下多發(fā)育巖溶管道或地下河，有眾多巖溶大泉出露地表。

在研究區(qū)內(nèi)屬于（2）型巖溶層組類(lèi)型的主要有泥盆系青山組和上三疊統(tǒng)中窩組。泥盆系青山組為含硅質(zhì)、泥質(zhì)夾層的灰?guī)r，其上部碳酸鹽巖連續(xù)性較好，分布區(qū)巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，地表多發(fā)育淺蝶形洼地、谷地，屬于強(qiáng)巖溶層組。

麗江組主要分布于鶴慶東山坡，為一套紫色塊狀石灰質(zhì)角礫巖、薄至中層狀細(xì)粒石英砂巖及砂質(zhì)頁(yè)巖，其中的紫色塊狀石灰質(zhì)角礫巖屬于不純碳酸鹽巖，因此，其屬于不純碳酸鹽巖互層型，其巖溶發(fā)育中等，在盆地邊多發(fā)育有中、小規(guī)模巖溶泉，泉數(shù)量多、單泉流量小。非碳酸鹽巖夾碳酸鹽巖巖溶層組巖溶層組類(lèi)型有泥盆系蓮花曲組，巖性為灰色頁(yè)巖夾燧石結(jié)核灰?guī)r、生物灰?guī)r，巖溶不發(fā)育，地表主要為侵蝕地貌，可歸屬于非碳酸鹽巖隔水層組。

2.2 巖溶形態(tài)

巖溶發(fā)育具有明顯的空間上分異性，主要表現(xiàn)在巖溶發(fā)育形態(tài)特征、規(guī)模等方面存在明顯的空間分異性。區(qū)內(nèi)巖溶地貌組合形態(tài)包括溶蝕平原、溶丘谷地、溶丘洼地、溶蝕邊緣谷地、巖溶斜坡或陡崖等類(lèi)型。

2.2.1 溶蝕平原

主要分布在拉市海及其西南的拉市海復(fù)式向斜核部，安樂(lè)壩、沙子坪、馬廠(chǎng)、黃蜂廠(chǎng)等大型溶蝕洼地總體上可以歸屬于溶蝕平原類(lèi)。這些溶蝕平原均分布在北衙組泥質(zhì)灰?guī)r為主的巖溶層組中，構(gòu)造上主要位于向斜核部，巖溶破碎程度高。溶丘谷地包括溶丘谷地和嶺丘谷地兩種，均受線(xiàn)狀構(gòu)造控制。

2.2.2 溶丘谷地

見(jiàn)于老凹各、馬廠(chǎng)東山、安樂(lè)壩北部、劍川東山山頂、魯禿南部和銀河水庫(kù)—河底村附近和麗江海西等地，以長(zhǎng)條形洼地與溶丘（或連底座的孤立溶丘）相間排列為特征，溶丘坡頂平滑。在老凹各受北西、北東兩組破碎帶的控制，形成棋盤(pán)式溶丘與谷地格局。在魯禿—寒鏡落之間，北北西和近南北向相間排列的溶丘與谷地最為發(fā)育。嶺丘谷地表現(xiàn)為長(zhǎng)條形溶蝕山嶺與溶蝕谷地相間分布，山體規(guī)模較大。

2.2.3 溶丘洼地

在研究區(qū)分布較廣，北至文筆海以南的五臺(tái)山—立子課一帶，中部扣潭—爭(zhēng)都、下馬塘—安樂(lè)壩，西南部的新華—黃蜂廠(chǎng)—背馬廠(chǎng)—東甸一帶，以及馬廠(chǎng)東山等地均有分布。溶丘洼地的形成大多數(shù)與棋盤(pán)式構(gòu)造格局，即兩組平行構(gòu)造（包括大型共軛節(jié)理、橫穿緊密褶皺的破碎帶等）大角度交匯有關(guān)。

2.2.4 溶蝕邊緣谷地

溶蝕邊緣谷地是指在可溶巖與非可溶巖接觸界面附近，尤其是可溶巖與非可溶巖接觸界面，形成的長(zhǎng)條形溶蝕谷地。在研究區(qū)較為常見(jiàn)。典型的溶蝕邊緣谷地有分布于馬廠(chǎng)東山沿青石崖斷裂形成的千里居—春山坡北邊緣谷地、寒鏡落南部邊緣谷地等。

2.2.5 巖溶斜坡或溶蝕陡崖

主要分布于斷陷盆地邊緣，如劍川盆地東山坡、鶴慶盆地西山坡等，其形態(tài)表現(xiàn)為坡度較陡的溶蝕坡面或陡崖，其上可見(jiàn)光滑的溶蝕面和沿坡面分布的平行溶蝕溝谷、溶槽等巖溶形態(tài)。

2.3 巖溶優(yōu)勢(shì)發(fā)育帶

巖層界面，尤其碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖接觸界面附近，水—巖交互作用活躍，巖溶作用尤其強(qiáng)烈，通常發(fā)育侵蝕—溶蝕谷地，稱(chēng)為“巖溶邊緣谷地”。邊緣谷地地貌形態(tài)上表現(xiàn)為沿巖性接觸界面形成的長(zhǎng)條型負(fù)地形，在碎屑巖一側(cè)地形平緩，而在碳酸鹽巖一側(cè)通常地形陡峻，多有陡崖，并發(fā)育一個(gè)或多個(gè)落水洞。典型的如錳礦廠(chǎng)地下河主管道即沿千里居—春山坡北—干海子巖溶邊緣谷地附近發(fā)育。研究區(qū)具有此類(lèi)巖溶空間發(fā)育、分布規(guī)律的還有馬廠(chǎng)東甸邊緣谷地、劍川東甸巖溶邊緣谷地（長(zhǎng)條形洼地）、劍川黃蜂廠(chǎng)谷地，乃至于清水江谷地、汝南河谷地和白漢場(chǎng)—九河谷地、河底—白土坡谷地、馬廠(chǎng)堆煤場(chǎng)谷地、田房谷地、寒敬落谷地等。沿碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖接觸界面發(fā)育的另一種比較普遍的巖溶現(xiàn)象是沿線(xiàn)發(fā)育線(xiàn)狀排列的巖溶泉、地下河或溶洞。此類(lèi)巖溶現(xiàn)象的形成通常是地下水從碳酸鹽巖分布區(qū)向碎屑巖分布區(qū)運(yùn)移，遇碎屑巖阻水后岀露地表，并形成規(guī)模較大的溶洞。

區(qū)內(nèi)巖溶系統(tǒng)有明顯的沿構(gòu)造帶巖溶強(qiáng)烈發(fā)育的特點(diǎn)（圖1），主要包括褶皺軸部或轉(zhuǎn)折端，斷層疊置匯聚和構(gòu)造裂縫。褶皺軸部或轉(zhuǎn)折端往往巖石較為破碎，巖溶發(fā)育較為強(qiáng)烈。巖溶發(fā)育順背斜軸部或向斜核部發(fā)育較明顯的見(jiàn)于研究區(qū)西北的高美古、汝寒坪、香爐山一線(xiàn)，沿香爐山次向斜軸部，發(fā)育有巖溶谷地，有線(xiàn)性排列的巖溶塌坑、漏斗分布和大型巖溶洼地、湖泊。例如，魯禿山向斜為一軸向北北東向、向北抬起的向斜，受兩翼及向斜抬起端巖溶發(fā)育較差的二疊系和三疊系泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r及非碳酸鹽巖含水層組（碎屑巖）控制，地表水、地下水總體上沿向斜核部由北向南運(yùn)移。在魯禿—寒鏡落之間的向斜核部，發(fā)育有古巖溶干谷（古河道），谷地底部遍布巖溶塌坑、漏斗，表明向斜核部巖溶發(fā)育強(qiáng)烈。

在兩斷層交匯處附近，巖石破碎程度更高，巖溶發(fā)育最為強(qiáng)烈，通常形成典型的巖溶負(fù)地形，包括大型巖溶洼地、落水洞、巖溶塌坑等（圖2）。典型的如沙子坪、下馬塘、安樂(lè)壩、馬廠(chǎng)、石灰窯、打板菁等大型巖溶洼地，即是沿中部張性斷裂破碎帶與近東西向推覆構(gòu)造交匯處或多個(gè)斷層交匯、夾持形成的巖溶破碎塊體中發(fā)育。與此類(lèi)似，在斷層與大型密集型構(gòu)造裂隙交匯處，巖溶發(fā)育也十分強(qiáng)烈，在研究區(qū)內(nèi)更具有代表性。如在劍川盆地東山或鶴慶盆地西山腳，區(qū)域性深大斷裂（劍川—麗江斷裂帶、洱源—鶴慶斷裂）經(jīng)多次繼承性活動(dòng)及北西向斷層的錯(cuò)斷，帶內(nèi)巖石破碎，巖溶極為發(fā)育（圖2d）。大型溶洞或巖溶泉均發(fā)育于近南北向區(qū)域深大斷裂帶與北西向張性破碎帶交匯處。典型的如鶴慶西山仕莊龍?zhí)丁↓執(zhí)丁簖執(zhí)兑痪€(xiàn)山腳和山坡近南北向大斷裂帶附近，與北西走向破碎帶（密集節(jié)理）交匯處發(fā)育有天子廟清玄洞、大龍?zhí)缎率瓷舷露吹榷鄠€(gè)NW走向規(guī)模較大的溶洞（圖2a、c）。同時(shí)，研究區(qū)內(nèi)巖溶程度沿北東和北西的兩組構(gòu)造裂隙最為發(fā)育。如在鶴慶西山小龍?zhí)丁簖執(zhí)吨g的西山坡，北西向節(jié)理或破碎帶密集發(fā)育，其走向?yàn)?95°～310°，沿該破碎面、節(jié)理的巖溶作用極為發(fā)育，形成寬5~50 cm的大型溶蝕裂隙（圖2b）和巖房。

圖2 鶴慶—?jiǎng)Υǖ貐^(qū)沿NW向破碎帶發(fā)育的巖溶負(fù)地形Fig.2 Karst negative topography developed along the NW fracture zone in the Heqing-Jianchuan area

3 巖溶系統(tǒng)的控制因素

3.1 物質(zhì)基礎(chǔ)

巖溶作用發(fā)生的首要條件是存在可溶性巖石。研究區(qū)可溶巖主要是碳酸鹽巖，主要分布在志泥盆系、三疊系和古近系的不同時(shí)代地層中（表1），以濱?！獪\海相沉積建造為主，麗江組可能屬于山前盆地相沉積，是碳酸鹽巖在陸相沉積環(huán)境中的再堆積。巖石的可溶解性主要取決于其化學(xué)成分和礦物晶體結(jié)構(gòu)或巖石破碎性等幾大因素。不同化學(xué)成分的巖石可溶性強(qiáng)度有較大的差異。一般就溶解度而言，鹵化物＞硫酸鹽巖＞碳酸鹽巖[13-14]。碳酸鹽巖雖然溶解度比起鹵化物和硫酸鹽低，但在自然界中分布最廣，是自然界中的巖溶現(xiàn)象主要發(fā)生對(duì)象[15-17]。研究區(qū)的可溶巖均為各類(lèi)碳酸鹽類(lèi)巖石，包括石灰?guī)r、白云巖及其之間的過(guò)渡類(lèi)型白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖。其中，灰?guī)r溶解度較高，而白云巖的溶解度稍差。一般而言，碳酸鹽巖中CaO/MgO比值越高，巖石溶解度越高[13]。研究區(qū)內(nèi)分布有灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖等不同類(lèi)型的碳酸鹽巖，其CaO、MgO和酸不溶物等成分的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。從表2中可以看出，巖溶發(fā)育強(qiáng)度：灰?guī)r＞白云巖＞泥質(zhì)灰?guī)r或鈣質(zhì)泥巖。實(shí)際上，造成灰?guī)r巖溶發(fā)育強(qiáng)度大于白云巖巖溶發(fā)育強(qiáng)度的是方解石與白云石的礦物結(jié)構(gòu)（包括晶格能）所決定的礦物溶解度，而晶格能是指示結(jié)晶物質(zhì)的穩(wěn)定性能和牢固度指標(biāo)。方解石的晶格能比白云石的低，顯然更容易被溶解[18]。

表1 鶴慶—?jiǎng)Υǖ貐^(qū)可溶巖地層及分布Table 1 Characteristics and distribution of soluble strata in Heqing-Jianchuan area

表2 研究區(qū)不同碳酸鹽巖巖石化學(xué)成分分析結(jié)果（單位：%）Table 2 Geochemical composition of different kind of carbonate rocks in the study area（unit：%）

3.2 構(gòu)造作用

研究區(qū)大地構(gòu)造上位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)麗江臺(tái)緣褶皺帶與松潘—甘孜褶皺系兩大構(gòu)造單元邊界處，印度板塊與歐亞板塊結(jié)合處附近。由于印度板塊自南向北、自西南向北東方向向歐亞板塊的俯沖，以及太平洋板塊自東向西向歐亞板塊的俯沖，在西藏高原至中南半島形成了自東向轉(zhuǎn)近南北、再轉(zhuǎn)東南方向的“反S”型構(gòu)造體系。研究區(qū)位于該構(gòu)造區(qū)中部，滇藏“歹”字形構(gòu)造體系與三江南北向構(gòu)造體系的復(fù)合部位，構(gòu)造形跡以近南北向、北北西向構(gòu)造（區(qū)域大斷裂、褶皺系）為主、東西向構(gòu)造為輔。北北西—近南北褶皺有中甸褶皺帶、蘭坪—思茅褶皺系（構(gòu)造凹陷）、云嶺褶皺帶和北北東向的麗江臺(tái)緣褶皺帶，斷裂構(gòu)造以怒江深斷裂帶、瀾滄江深斷裂帶、蘭坪—永平斷裂帶、維西—巍山斷裂帶和金沙江深斷裂帶為代表[19-21]。

鶴慶—?jiǎng)Υ◣r溶系統(tǒng)的走向在空間上以北東—北西向?yàn)橹?，基本與區(qū)域內(nèi)主構(gòu)造線(xiàn)走向一致，同時(shí)單個(gè)巖溶系統(tǒng)多以斷裂為邊界，這些特征說(shuō)明區(qū)域內(nèi)的巖溶系統(tǒng)的發(fā)育與構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)，尤其是區(qū)域性大斷裂。同時(shí)就巖溶形態(tài)而言，不同的巖溶形態(tài)是巖溶發(fā)育程度的反映。研究區(qū)內(nèi)巖溶高度發(fā)育的溶丘谷地或嶺丘谷地，其空間分布受地質(zhì)構(gòu)造，尤其是平行或格網(wǎng)狀分布的構(gòu)造格局的控制。其中，谷地多沿構(gòu)造破碎帶發(fā)育，以近東西向（推覆構(gòu)造體）、北東與北西向共軛破碎帶分布區(qū)內(nèi)最發(fā)育。如白龍?zhí)丁鼾執(zhí)兑晕髦涟矘?lè)壩之間的條形巖溶山地與沿東西向斷層、巖性軟弱的碎屑巖形成的侵蝕、溶蝕谷地相間分布；老凹各沿北東與北西向共軛破碎帶發(fā)育的溶丘或峰丘谷地最為典型。

該區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)控制巖溶系統(tǒng)的發(fā)育主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。其一，斷裂帶內(nèi)部，褶皺軸部破碎程度高，裂縫發(fā)育[22]。斷裂帶是流體運(yùn)移的良好通道，構(gòu)造裂縫是連通巖層的極佳的媒介，這不僅增大了流體—巖石接觸的表面積，同時(shí)也增強(qiáng)了巖石的透水性，進(jìn)而影響巖溶作用在靠近斷裂帶及褶皺軸部尤為劇烈。另一方面影響了區(qū)域性氣候環(huán)境，進(jìn)而影響巖溶系統(tǒng)的發(fā)育[11，23-24]。青藏高原的隆升是新生代以來(lái)全球最為重要的地質(zhì)事件之一，對(duì)亞洲乃至全球氣候演化產(chǎn)生了深刻的影響[11，23-24]。對(duì)于云南地區(qū)而言，青藏高原的構(gòu)造抬升改變了云南地區(qū)的氣候環(huán)境，尤其是降水和植被方面。區(qū)域性降水量的增大，及地表高度覆蓋的植被，也能大大增強(qiáng)巖溶程度。

4 結(jié)語(yǔ)

鶴慶—?jiǎng)Υ◣r溶系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：①連續(xù)純碳酸鹽巖型和碳酸鹽巖夾非碳酸鹽巖型的巖溶層組類(lèi)型在區(qū)域內(nèi)占據(jù)主要地位，這為巖溶發(fā)育提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)；②巖溶沿碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖接觸界面及盆地邊緣發(fā)育；③巖溶系統(tǒng)的走向總體上與區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造發(fā)育基本一致，具體表現(xiàn)在巖溶順張性斷層帶或壓扭性斷層的一側(cè)，褶皺軸部及構(gòu)造裂縫發(fā)育強(qiáng)烈。結(jié)合該區(qū)域地質(zhì)背景，研究認(rèn)為鶴慶—?jiǎng)Υ◣r溶區(qū)主要受控于巖溶物質(zhì)基礎(chǔ)和構(gòu)造活動(dòng)影響。可溶性巖石是巖溶區(qū)重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，而碳酸鹽巖在該區(qū)分布廣泛，且連續(xù)純碳酸鹽巖型是該區(qū)重要的巖溶層組類(lèi)型，這為該區(qū)的巖溶發(fā)育提供了極佳的物質(zhì)基礎(chǔ)。構(gòu)造活動(dòng)對(duì)巖溶系統(tǒng)的影響，一方面構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的一系列斷層及褶皺，包括同期的構(gòu)造裂縫，增強(qiáng)了流體的運(yùn)移流通能力，另一方面青藏高原的隆升改變了區(qū)域內(nèi)的氣候環(huán)境，尤其是降水量和植被的發(fā)育，是巖溶系統(tǒng)發(fā)育的重要的因素之一。