王 戈， 王勇瑞， 朱文彩

(湖北省地質(zhì)局 水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，湖北 荊州 434020)

秀山(黔渝界)—印江高速公路是貴州省銅仁市高速公路規(guī)劃網(wǎng)的主要組成部分，起于貴州省松桃縣與重慶市秀山縣交界的代家坪，經(jīng)石梁、木黃、合水、峨嶺，止于貴州省印江縣郎溪鎮(zhèn)，全長52.9 km。木黃一號(hào)隧道位于印江縣木黃鎮(zhèn)，北距印江河支流木黃河約500 m。該隧道及附近區(qū)域碳酸鹽巖裸露，巖溶洼地、槽谷、巖溶管道、地下河等巖溶形態(tài)極為發(fā)育，地表水和地下水轉(zhuǎn)換頻繁，給隧道選線、防排水設(shè)計(jì)、工程施工帶來極大的不確定性。

巖溶管道、地下河等構(gòu)成巖溶地下水系統(tǒng)，主要受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地貌演化、水系變遷等諸多因素影響和控制，發(fā)育規(guī)律十分復(fù)雜。查明隧道與巖溶地下水系統(tǒng)，尤其是與地下河管道的空間關(guān)系，是巖溶隧道水文地質(zhì)勘查和水害防治的關(guān)鍵[1]。本文在巖溶水文地質(zhì)調(diào)查、泉和地下河出口流量動(dòng)態(tài)觀測基礎(chǔ)上，輔以示蹤試驗(yàn)、洞穴探測，查明了巖溶地下水系統(tǒng)及暗河管道的空間展布特征，可為木黃一號(hào)隧道選線、防排水設(shè)計(jì)等提供水文地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

隧址區(qū)為構(gòu)造溶蝕中低山地貌，西側(cè)為地勢(shì)低洼的白水溪溶蝕槽谷，東側(cè)、南側(cè)受木黃河及其支流烏溪切割，北側(cè)為溶蝕山丘。地勢(shì)高處為北側(cè)將軍山一線山脈，最大高程為1 161 m，為區(qū)域地下水系統(tǒng)的分水嶺。向南為山盆期Ⅱ級(jí)剝夷面(高程840～1 100 m)的殘留展布區(qū)，高程逐漸降低至900～1 000 m，地形多為峰林或溶蝕殘丘，其間為巖溶洼地或溶槽，并在各峰林鞍部或洼地內(nèi)分布眾多漏斗、落水洞等地表巖溶形態(tài)，為地下水主要補(bǔ)給區(qū)。繼續(xù)往南地形逐漸過渡到木黃河，高程也隨之降低，相當(dāng)于峽谷期Ⅲ級(jí)剝夷面(高程700～800 m)。隨著地殼間歇性上升，大氣降水向地勢(shì)低的木黃河河谷匯集徑流，長期沖刷溶蝕坡面，進(jìn)而在木黃河河谷邊緣形成了溶蝕溝谷地貌。

總體來看，隧址區(qū)巖溶地下水系統(tǒng)北側(cè)受地形地貌控制，為區(qū)域地表水與地下水分水嶺；東側(cè)受牛蹄塘組炭質(zhì)頁巖的阻隔及烏溪的切割，控制著地下水系統(tǒng)的東側(cè)邊界；西側(cè)發(fā)育奧陶系下統(tǒng)不純碳酸鹽巖巖溶水，與新郎溝組合構(gòu)成地下水系統(tǒng)的西邊界；南側(cè)受木黃河的切割，為該地下水系統(tǒng)的排泄區(qū)。

2 巖溶發(fā)育特征

隧址區(qū)地表巖溶個(gè)體形態(tài)主要有溶隙、石芽、巖溶漏斗、落水洞、溶蝕洼地、巖溶槽谷、盲谷、干谷、溶洞、溶峰等，地表巖溶組合形態(tài)有峰叢洼地、峰叢槽谷、溶丘淺谷等。

2.1 巖溶發(fā)育的成層性及向深性

不同巖溶期發(fā)育不同的巖溶形態(tài)。在Ⅰ、Ⅱ級(jí)剝夷面上表現(xiàn)為以垂向巖溶為主、水平巖溶為輔的特點(diǎn)，而在Ⅲ、Ⅳ級(jí)剝夷面上則恰恰相反，表明巖溶的發(fā)育與地殼的上升、停頓與巖溶水的變遷密切相關(guān)[2-4]。譚家洞地下河出水段發(fā)育多個(gè)溶洞口，高程為726～732 m不等，溶洞口向內(nèi)彼此連通。目前出水洞高程為726 m，稍高于主河道約0.5～1 m；中間溶洞、上溶洞高程分別為728 m、732 m，均為干溶洞，但在降雨流量增大時(shí)，地下水可由中間溶洞出水。以上說明早期地殼經(jīng)歷過多次停頓和抬升，地殼停頓時(shí)主要發(fā)育水平巖溶，上升期時(shí)主要發(fā)育垂向巖溶，反映了巖溶發(fā)育的向深性。

2.2 巖溶發(fā)育的不均勻性

通過巖溶水文地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，巖溶集中發(fā)育于剝夷面分布區(qū)的槽谷洼地中，而在槽谷洼地中又集中發(fā)育于其中心部位或地下洞穴展布段。其中，發(fā)育于寒武系下統(tǒng)清虛洞組以灰?guī)r為主地層中的洼地、落水洞、漏斗、溶洞有20個(gè)，平均面巖溶率為3.2；發(fā)育于寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組、平井組和寒武系上統(tǒng)后壩組以白云巖為主地層中的巖溶形態(tài)有13個(gè)，平均面巖溶率為2.6。巖溶又集中沿正斷層發(fā)育于小腦屯—百鳥壩一線，充分反映了巖溶發(fā)育受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造的影響較大，具不均勻性。

2.3 巖溶發(fā)育的垂向分帶性

第四紀(jì)以來，本區(qū)地殼呈大幅間歇性上升，使得巖溶發(fā)育速率小于地殼上升速度，造成巖溶發(fā)育程度隨深度增加而減弱的局面[5]。在近地表地帶，巖溶水交替循環(huán)劇烈，巖溶洞隙規(guī)模大、數(shù)量多；而在地下深處，地下水交替運(yùn)動(dòng)十分緩慢，僅發(fā)育一些溶孔和小溶隙，從而形成了巖溶發(fā)育的垂直分帶特征。本區(qū)自地表向下可分為垂向洞隙帶(包氣帶)、水平管道帶(包括季節(jié)變動(dòng)帶、飽水帶)和深部孔隙帶(深部循環(huán)帶)。

3 巖溶地下水系統(tǒng)

隧址區(qū)受區(qū)域構(gòu)造、地形起伏、碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖的分布及組合方式、地下水動(dòng)力模式等因素影響，在地質(zhì)應(yīng)力的長期作用下形成了獨(dú)特的巖溶地下水系統(tǒng)。在巖溶水文地質(zhì)調(diào)查、示蹤試驗(yàn)、洞穴探測等基礎(chǔ)上，基本查明了該區(qū)地下水系統(tǒng)分布特征，將其劃分為牛家泉溶隙溶洞水泉域系統(tǒng)、譚家洞地下河系統(tǒng)和白水溪地下河系統(tǒng)(圖1)。

3.1 牛家泉溶隙溶洞水泉域系統(tǒng)

牛家泉排泄口位于木黃鎮(zhèn)石化加油站對(duì)面，處于斜坡底部陡壁下的崩塌堆積塊石中，泉口出露高程為720 m。該系統(tǒng)流量變化較大，2017年8月20日采用斷面流速法測得其流量為20 L/s，8月24日因突降暴雨其流量增大為40 L/s，最大流量可達(dá)80 L/s，并從牛家泉左側(cè)6 m處的洞口排泄出水。牛家泉系統(tǒng)補(bǔ)給范圍為泉點(diǎn)上方斜坡區(qū)一帶，以溶蝕淺緩溝谷地貌為主，泉域匯水面積約1.5 km2。泉口處地層為寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組白云巖、灰?guī)r，層理產(chǎn)狀為285°∠24°。牛家泉的補(bǔ)給方式以面狀滲入式補(bǔ)給為主、注入式補(bǔ)給為輔，補(bǔ)給區(qū)含水巖組為寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組、平井組碳酸鹽巖地層。

3.2 譚家洞地下河系統(tǒng)

譚家洞地下河的排泄口位于木黃河谷右岸的緣木黃酒廠旁，排泄方向?yàn)?00°，在平水期該洞口為主要排泄口。目前該排泄口因河道整治修建成涵洞，其東側(cè)30 m處分布2個(gè)溶洞口，與排泄口向內(nèi)相連通，在降雨時(shí)因補(bǔ)給區(qū)快速注入式補(bǔ)給，水量快速增長，此時(shí)中間洞口也向外排泄。進(jìn)行流量調(diào)查時(shí)處于當(dāng)?shù)氐呢S水期，排泄口流量約300 L/s。譚家洞地下河排泄口地層為寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組灰—深灰色中—厚層狀細(xì)晶白云巖，層理產(chǎn)狀為300°∠14°，主要發(fā)育2組裂隙：①105°∠46°，延伸長1～3 m，微張0.5 cm，裂面較平直，密度為3條/m；②194°∠83°，延伸長0.5～2 m，閉合，裂面粗糙，密度為2條/m。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，譚家洞系統(tǒng)排泄區(qū)共發(fā)育4個(gè)溶洞(圖2)，編號(hào)分別為A-D，高程分別為726 m、728 m、732 m、727 m。目前從D洞口、B洞口皆可進(jìn)入地下河主管道，在E點(diǎn)可見主管道空間較大，高約10 m，因水流淤積形成水潭。推測管道沿百鳥坪伏流口—河沙壩—小腦屯—譚家洞一線展布(圖1)，管道長約3 km，依據(jù)如下：①洞穴探測發(fā)現(xiàn)，地下河管道展布方向約40°(E點(diǎn)位置測量)，與小腦屯正斷裂(F6)走向近于一致；②物探資料顯示，F(xiàn)6斷裂電阻率極低，可能為張性斷裂帶，有利于地下河管道的形成；③地面調(diào)查可知，沿F6斷裂一線發(fā)育多處巖溶洼地與落水洞，表明地下河的發(fā)育和展布與斷裂帶具有相關(guān)性；④區(qū)域裂隙面統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，地下河展布方向與優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面保持一致。通過地下水系統(tǒng)的劃分，確定補(bǔ)給區(qū)面積約10 km2，與沿河幅水文地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目確定的徑流模數(shù)差異不大；并確定譚家洞地下河的伏流口為百鳥坪伏流口，其高程約960 m(圖3)。

圖1 木黃一號(hào)隧道隧址區(qū)水文地質(zhì)簡圖Fig.1 Hydrogeological map of Muhuang No.1 tunnel area1.奧陶系下統(tǒng)大灣組；2.奧陶系下統(tǒng)桐梓組—紅花園組；3.寒武系上統(tǒng)毛田組；4.寒武系上統(tǒng)后壩組；5.寒武系中統(tǒng)平井組；6.寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組；7.寒武系下統(tǒng)清虛洞組；8.寒武系下統(tǒng)明心寺組—金頂山組；9.寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組；10.地質(zhì)界線；11.正斷層；12.性質(zhì)不明斷層；13.巖溶泉；14.巖溶洼地；15.落水洞；16.地下河出口；17.地下河進(jìn)口；18.地下河系統(tǒng)邊界(地下分水嶺)；19.推測地下河管道。

圖2 譚家洞地下河管道(近出口段)分布示意圖Fig.2 Distribution map of Tanjiadong undergroundriver pipeline(near outlet section)1.譚家洞排泄口；2.溶洞口及編號(hào)；3.推測地下河管道；4.正斷層；5.寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組；6.層理產(chǎn)狀。

圖3 譚家洞地下河剖面示意圖Fig.3 Schematic diagram of Tanjiadong underground river section1.寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組；2.白云巖；3.層理產(chǎn)狀；4.推測地下河管道；5.伏流口/出水口高程。

3.3 白水溪地下河系統(tǒng)

白水溪地下河排泄口位于木黃一號(hào)隧道出口所在溝谷，出露高程為840 m，調(diào)查時(shí)為豐水期，流量約350 L/s。該地下河管道主要受寒武系中統(tǒng)平井組層面控制，沿香樹灣—白水溪一線展布，長約1.4 km(圖4)。根據(jù)地表巖溶洼地、落水洞的分布特征及地形地貌特點(diǎn)，綜合分析認(rèn)為白水溪系統(tǒng)與譚家洞系統(tǒng)西部相接，北側(cè)以地表分水嶺為界，東側(cè)邊界處于寒武系中統(tǒng)平井組底部，西側(cè)以地表溪溝為界，補(bǔ)給面積約7 km2。補(bǔ)給區(qū)內(nèi)發(fā)育洼地、落水洞10個(gè)，出露地層主要是寒武系中統(tǒng)白云巖。該系統(tǒng)以點(diǎn)狀注入式補(bǔ)給為主、面狀入滲為輔。

圖4 白水溪地下河剖面示意圖Fig.4 Schematic diagram of Baishuixi underground river section1.寒武系中統(tǒng)平井組；2.白云巖；3.層理產(chǎn)狀；4.推測地下河管道；5.伏流口/出水口高程。

本次研究于2017年8月18日在香樹灣伏流口投放熒光素鈉示蹤劑4 kg，于8月25日在白水溪排泄口開始接收到反饋數(shù)據(jù)，確定了香樹灣伏流口為白水溪地下河的伏流口。熒光素鈉濃度曲線為單峰陡坡平直型，兩翼較對(duì)稱，初顯時(shí)間較長，顯示地下河結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，可能為單支多潭巖溶管道，具有大水力坡度水文地質(zhì)特征。

4 結(jié)論

(1) 木黃一號(hào)隧道隧址區(qū)地下水系統(tǒng)分為牛家泉溶洞溶隙泉域系統(tǒng)、譚家洞地下河系統(tǒng)和白水溪地下河系統(tǒng)，牛家泉系統(tǒng)以面狀滲入式補(bǔ)給為主、注入式補(bǔ)給為輔，平水期流量約20 L/s，泉域匯水面積約1.5 km2；譚家洞系統(tǒng)受控于NE向張性斷裂帶和寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組地層，地下水管道可能沿百鳥坪伏流口—河沙壩—小腦屯—譚家洞一線展布，長約3 km，豐水期流量約300 L/s，補(bǔ)給區(qū)面積約10 km2；白水溪系統(tǒng)受控于寒武系中統(tǒng)平井組巖層面，地下水管道可能沿香樹灣伏流口—白水溪一線展布，長約1.4 km，豐水期流量約350 L/s，補(bǔ)給區(qū)面積約7 km2。

(2) 通過調(diào)查可知，木黃一號(hào)隧道不可避免地受譚家洞地下河系統(tǒng)影響，排除了白水溪地下河系統(tǒng)的影響，本次研究為隧道選線、水害防治設(shè)計(jì)、隧道設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。