贵州某隧道岩溶水文地质条件及涌水量研究

２０１６年１２月第３６卷第４期　四川地质学报　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．４　Ｄｅｃ．。２０１６　贵州某隧道岩溶水文地质条件及涌水量研究　洪运胜　（贵州省地质矿产勘查开发局１１４地质大队，贵州遵义　５６３０００）　摘要：拟建隧道位于贵州岩溶地区，地质条件复杂，且隧道将横穿过一条地下河下方，　隧道遭遇岩溶涌　突水的危险性较大。通过分析该隧道岩溶水文地质环境，论述了隧址区岩溶发育分布规律、岩溶水补径排条件，　并采用地下水径流模数法和大气降水入渗法２种方法对比计算对隧道涌水量做出初步预测评价，为施工提供依　据。　关键词：岩溶；涌水量；大面坡　中图分类号：Ｐ６４１　文献标识码：Ａ　Ｄ０Ｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００６－０９９５．２０１６．０４．０２１　文章编号：１００６—０９９５（２０１６）０４—０６２０—０３　大面坡特长隧道位于Ｎ线走廊带上，隧道进口　里程为ＮＺＫ６＋４７０，隧洞进口高程６３２．７２ｍ；出口里　程为ＮＺＫ１３＋３６０，洞口高程７５３ｍ，全长６　８９０ｍ。　１岩溶水文地质条件　１．１水文地质条件　大面坡特长隧道ＮＺＫ１０及ＫＺＫ１０　横穿石朝向斜，该向斜两冀不对称，北　西冀平缓，倾角１５。～３０。，南东冀陡倾　斜，倾角２０。～５０。。轴向呈３Ｏ　４ｏｏ方　向延伸，核部出露地层为三叠系、二叠　系地层，两翼由产状平缓的志留系地层　组成。据野外调查和后期隧道勘察资料　研究分析，该向斜构造横向上底部平坦，　纵向两端翘起而圈闭，形如一艘“船”　型。石朝向斜中段地貌（图１）。　１．２闹水岩地下河系统　图２沙溪乡闹水岩地下河发育层位示意图（￥４１５）　该地下河系统位于德江县沙溪乡境　１．石灰岩；２．页岩；３地下河管道；４．地下水流向　内，流域面积３４．４５ｋｍ　。总体地势北高　南低，东西两侧形成山体，中间溶蚀成　表１闹水岩地下河系统　谷，谷地中地形起伏一般，相对高差　３０～２００ｍ，在中上游地带伴有地表溪流　的发育。地貌组合类型为峰丛谷地、峰　丛洼地，洼地沿石朝向斜轴部构造线展　布。系统内主要含水岩组为二叠系中　统栖霞茅口组（Ｐ　ｑ＋ｍ）、上统吴家坪组　（Ｐ，Ｗ）及三叠系下统夜郎组（Ｔ。Ｙ），岩　性以灰岩为主，含水介质为溶隙、溶洞及岩溶管道等，属溶洞一管道水，富水性强，含水极不均匀。该　收稿日期：２０１５－１２－３０　基金项目：中国地质调查局项目《黔中经济区猫跳河流域１：５万水文地质调查》（编号：［２０１　５］０４一Ｏ４—０１一Ｏ１０）资助　作者简介：洪运胜（１９７７一），男，贵州大方县人，水工环高级工程师，长期从事水文地质、工程地质和环境地质工作　６２０　贵州某隧道岩溶水文地质条件及涌水量研究　地下河管道平面形态呈树枝状，由北向南沿石朝向斜的近核部发育，主管道全长１２ｋｉｎ，穿越栖霞茅口组、　上统吴家坪组夜郎组形成暗流；沿地下河管道落水洞呈串珠状发育（表１），并有季节性溪流补给地下水，　除此之外，地下河主要接受大气降水的面状人渗补给及通过地表岩溶个体形态的注人式补给，受区内地　质构造、地层岩性的影响和控制，地下水由向斜两冀向核部径流，即向斜汇流型，受地形地貌的控制作　用，总体上区内地下水由Ｎ至ｓ向径流，最终受志留系中上统韩家店群（ｓ　一，ｈｎ）泥、页岩的阻隔作用，于　地层接触带以地下河出口的形式集中排泄于地表（图２），２０１４年６月１０日调查时流量为３　８５０Ｕｓ。　ｌ－３岩溶发育规律　１）岩性的组合影响岩溶发育的规模与位置，区内茅口组、灰岩层厚质纯，溶隙、裂隙发育，岩溶化　程度高，溶蚀长度及深度大，多发育有岩溶地下河管道，地表落水洞、天窗及岩溶洼地等岩溶个体形态　发育，同时地表岩溶个体形态常常与地下河管道相互连通，这些岩溶个体为地下水的良好补给通道。测　区内岩性与岩溶发育强度统计（表２）。　２）岩溶发育具　表２勘测区岩性与岩溶发育强度对比表　有顺层性，在质纯的　主要物质　石灰岩中，二叠系茅　地层名称　主要岩性　（ｍ）　地下河　落水洞　竖井、天窗　口组灰岩分布面积　ＣａＯ　ＭｇＯ　（条）　（个）　（个）　最广、厚度大，多为　娄山关群（Ｅ：一，ｌｓ）　白云岩　２９．６１％　１８．９６％　５７Ｏ～１Ｏ７Ｏ　２　８　桐梓红花园组（Ｏ。ｔ—ｈ）　白云质灰岩　４５．４８％　３．３３％　７０ｏ一１Ｏ６０　厚层一块状灰岩，　茅口组（Ｐｚｍ）　石灰岩　５０．８６％　４．０５％　８８５￣１３６０　２　１９　２　细　粗粒结构，区内　吴家坪、长兴（Ｐ　ｃ＿ｗ）　石灰岩　１０８８一ｌ１２９　４　地下河主要发育于　夜郎组（Ｔｌｙ）　石灰岩　４４．５６％　１．７ｌ％　１１０ｏ～１１６９　４　该地层中。在碳酸盐　岩与非碳酸盐岩接触带，受岩性组合关系的控制，在二叠系茅口组灰岩中常常顺层发育地下河。如闹水　岩地下河和石朝地下河，发育于二叠系中统茅口组灰岩中，在与下伏志留系韩家店组泥岩接触带上出露，　出口形成落差约１５０ｍ的瀑布。　。　。　。　。　。。数量（个）　３）岩溶发育随深度增加逐渐减弱，随深度的增加，地下水　ｓｏ　径流强度、循环交替速度和溶蚀能力逐渐减弱，岩溶发育强度　ｓｏ　也相应减弱。根据后期隧道ＺＫ５及ＺＫ５＋Ｉ号钻孑Ｌ揭露栖霞茅口　ｍ　组资料统计，地层中发现溶孔、溶隙４３个，岩溶随深度发育程㈨　度见图３。　ｚ　４）岩溶发育深度，通过多个钻孔的综合分析得出，溶洞、　ｚ　溶孔多发育在４０—２５０ｍ，因此，将垂向岩溶发育分为Ａ、Ｂ、ｃ　３　个带，Ａ带岩溶强烈发育，以落水洞、竖井、大型溶隙为主，但　极不均一，发育深度０　１００ｍ；Ｂ带岩溶发育中等，相对均匀，　嚣　以溶隙为主，少溶洞，发育深度１００～２５０ｍ；ｃ带岩溶发育较弱，　以小溶孔溶隙为主，发育深度大于２５０ｍ。测区岩溶发育垂直分带见图４。　图３岩溶发育程度随深变化图　成份（％）　分布高程　岩溶发育强度　２隧洞涌水量计算　２．１计算方法及公式的选择　根据隧址区水文地质条件、地层岩　　ｌ　ｌ．一・　＿　　一性及含水层特征对其进行分段计算。　１）大气降水入渗法，根据隧址区水　文地质条件、地层岩性及含水层特征分　段计算，计算公式：　　Ｉ图４岩溶发育类型及分布高程　Ｑ＝２．７４ａ×Ｘ×Ｂ×Ｌ　（１）　Ｑ一隧道正常涌水量（ｍ。／ｄ）；　一入渗系数，根据区域数据采用经验值及隧址区水文地质条件确定；　ｘ一年降雨量（ｍｍ）；Ｂ一积水面积宽度，单位为ｋｍ；Ｂ一般为０．５Ｌ，但不超过５￣６ｋｍ；卜隧道纵断面长度，　６２１　２０１６年１２月第３６卷第４期　单位为ｋｍ。　四川地质学报　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．４　Ｄｅｅ．，２０１６　２）地下水径流模数法，计算公式：　Ｑ＝８６．４×Ｍ×Ｆ　（２）　其中：Ｍ一为地下水径流模数（１／ｓ．ｋｍ２），按年平均径流模数计算；Ｆ一为隧道通过含水体的地下积水面　积（ｋｍ　）。　２．２隧道涌水量计算　根据设计可知，大面坡隧道洞身进人地下河系含水岩组中，处于地下河系下方的碎屑岩中通过，由　于向斜核部石灰岩地层中的地下水全部由两个地下河出口排泄，因此计算隧道涌水时不考虑地下河对隧　道的影响，地下河中的水不纳入隧道涌水量计算。对区内各含水层地下水迳流模数进行取值见表３。　通过两种方法计算，得出Ｎ线大面坡隧道在最大降水量时大气降水入渗系数法涌水量为９０　９３６．１９ｍ３／ｄ该隧道动态系数采用３，预测最大涌水量２７２８０８．５７　ｍ３／ｄ；地下水径流模数法计算涌水量为　７６　９７２．３８ｍ３／ｄ最大２３０　９１７．１３　ｍ３／ｄ。　。，２．３涌水量计算结果评价　从上述计算可知，大气降水人渗法采用德江县多年来最大降水量资料，用于计算的基础资料真实、　可靠，计算依据充分，采用大气降水人渗法求出的隧址区地下水天然补给量，客观地反映了最坏天气情　况下区内地下水天然资源量的变化，比较符合流域实际，且安全保证程度高。而地下水迳流模数法仅反　映了当年不同类型地下水及不同含水岩组内地下水的空间分布特征，进而计算的地下水资源量只代表了　同期地下水的排泄量，而不能反映出地下水资源量在极端恶劣天气下的变化情况，计算结果有较大的局　限性。建议采用大气降水人渗法　表３大面坡隧道施涌水量测算表　计算结果作为隧道涌水量设计　计算参数　排水量（ｍ　／ｄ）　隧道最大涌　参考依据，即大面坡隧道最大降　计算方法　人渗系数，　最大降雨量　积水面　各含水层　总排　水量（ｍ　）　水量时涌水量为９０　９３６．１９ｍ　／ｄ，　径流模数　（ｍｍ）　积（ｋｍ２）　排水量　水量　本隧道动态系数采用３，则预测　０．ｔ—ｈ　０．４５　１７４７．３　３３１２　７１３５．４４　最大涌水量为２７２　８０８．５７ｍ　／ｄ。　０１ｍ　０．２１　１７４７．３　４２１　４２３２．７２　．．３结论　通过对隧址区岩溶水文地　质条件的研究，闹水岩地下河位　于此处标高在９２０ｍ以上，隧道　设计通过此处高程最高为　大　面　大气降水　０２—３　０．３７　人渗法　Ｓｔｌｍ　Ｓ　ｓｈ　１７４７．３　ｌ７４７．３　ｌ７４７．３　１．１７　３．４２　９２９　．２０７２．５５　３２７４　７２　９Ｏ９３６．１９　２７２８０８．５７　１４６７７＿３５　０．２　０．３３　ｓ２—３ｈｎ　０．１５　Ⅱ０－３２　２３　ｌ７４７．３　１７４７３　．９．４２　３４－４５　６７６４．８８　５２７７８．５２　坡　隧　道　０１ｔ－ｈ　０ｌｍ　０¨　３Ｉ３１２　６５８１．６１　７６２．４ｍ，距地下河管道的距离　２００～２６０ｍ。栖霞组（Ｐ２ｑ）灰岩　夹炭质页岩、泥灰岩，由于岩性　不纯，泥质成分较重且夹钙质泥　岩，该地层具一定阻水作用，岩　６．８　９．８　５．３　８．８　４．２１　１．１７　３．４２　９．２９　２４７３．６　４９９０．６６　１５６６．０９　７Ｏ６３－３７　下水径　Ｓｌｍ　流模数法　ｌ７６９７２　３８　２３Ｏ９ｌ７．１３　Ｓｔｓｈ　Ｓ２＿３ｈｎ　ｑ　５．８　１８　９．４２　３４．４５　４７２０．５５　５３５７６．６４　参考文献：　［１］韩至钧，金占省，等．贵州省水文地质志［Ｍ］．北京：地震出版社，１９９６　［２３　１：２０万沿河幅水文地质普查报告［Ｒ］．解放军七三二部队，１９７７．８　［３］１：２０万正安幅水文地质普查报告［Ｒ］．解放军七三二部队，１９７６．１０　［４］洪运胜，等．贵州省德江至习水高速公路德江至务川段张家湾特长隧道（Ｋ线）及大面坡特长隧道（Ｎ线）水文地质调查专题报告［Ｒ］．２００４．８　（下转第６２６页）　６２２　石阡断裂地热水赋存特征及开发利用　对较浅，适宜获取温度相对较低、微量元素较为丰富的地热水资源，后期利用方式建议用于高端饮用天　然矿泉水及软饮料加工。　５结语　石阡断裂是被证实了的控制区内地热水资源形成、运移和富集的主要断裂构造，其上盘热储单元结　构完整，下盘热储已遭到破坏，上盘断裂破碎带区域是可能获取水温相对较高、微量元素相对富集最有　前景的区域。下步区内地热水资源的勘查开发须以石阡断裂为主要的勘探目标，按上、下盘地热地质条　件特点进行勘查及开发，利用方式应按上、下盘地热水资源的水温、水质等规律进行分类利用　，发挥　清洁能源利用的利益最大化，同时加强对水环境的保护措施，实现地热水资源的可持续利用。　参考文献：　［１］中国人民解放军建字七三二部队．１：２０万江口幅区域水文地质普查报告［Ｒ］．１９７７．　［２］贵州省石阡县地热办公室．贵州省石阡县天然矿泉水资源勘查评价报告ＪＲ］．２００９．　［３］贵州省地质矿产局第二水文地质工程地质大队．贵州省矿泉水调查评价报告［Ｒ］．１９８８．　［４］ＧＢ　１　１６１５－２０１０．地热资源地质勘查规范［Ｓ］．　［５］ＧＢ８５３７—２００８．饮用天然矿泉水ＩＳ］．　［６］石阡县银汉热泉矿产开发有限责任公司．贵州省石阡县出露地热水资源详查报告［Ｒ］．２０１３　［７］王明章，王尚彦．贵州省地热资源开发问题及对策建议［Ｊ］．贵州地质．２００７．　０ｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　Ｗａｔｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｓｈｉｑｉａｎ　Ｆｒａｃｔｕｒｅ　ＴＩＡＮ　Ｘｉａｏ．１ｉｎ　ｆｌ　Ｎｏ．１１４　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｐａｒｔｙ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆＧｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ　ｏｆＭｉｎｅｒａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｚｕｎｙｉ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　５６３０００；２－Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５０００４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｐａｐｅｒ　ｈａｓ　ａ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｏｒｉｇｉｎ，ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ，ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　ｗａｔｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｓｈｉｑｉｎ　ｆａｒａｃｔｕｒｅ　ｉｎ　Ｓｈｉｑｉａｎ，Ｇｕｉｚｈｏｕ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｈａｔｔ　ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　ｗａｔｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈａｎｇｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｏｆ　ｈｅ　Ｓｈｉｔｑｉａｎ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｍａｙ　ｂｅ　ｅｘｐｌｏｉｔｅｄ　ａｓ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｔｈｅｒａｐｙ　ｏｆ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｗａｔｅｒ，ｗｈｉｌｅ　ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　ｗａｔｅｒ　ｉｎ　ｈｅ　ｔｆｏｏｔｗａｌｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｈｉｑｉａｎ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｍａｙ　ｂｅ　ｅｘｐｌｏｉｔｅｄ　ａｓ　ｄｒｉｎｋｉｎｇ　ｎａｔｕｒａｌ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｗａｔｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ　ｗａｔｅｒ；ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ；ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ；Ｓｈｉｑｉｎ　ａｆｒａｃｔｕｒｅ　（上接第６２２页）　Ｋａｒｓｔ　Ｈｙｄｒ０ｇｅ０ｌＯｇｉｃａｌ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｉｎｆｌｏｗ　ｏｆ　ａ　Ｄｅｓｉｇｎｅｄ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｉｎ　Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｈ０ＮＧ　Ｙｕｎ—ｓｈｅｎｇ　（Ｎｏ．１　１４　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｐａｒｔｙ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，　Ｚｕｎｙｉ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　５６３０００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｔｕｎｎｅｌ　ｉｎ　Ｇｕｉｚｈｏｕ　ｌｉｅｓ　ｉｎ　ｋａｒｓｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｒｅｇｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｐａｐｅｒ　ｈａｓ　ａ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｋａｒｓｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ，ｒｅｃｈａｒｇｅ，　ｒｕｎｏｆｆ　ｎｄ　ａｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ｉｎ　ｈｅ　ｄｅｓｉｔｎｅｄ　ｇｔｕｎｎｅｌ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｓ　ｉｔｓ　ｗａｔｅｒ　ｉｎｆｌｏｗ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｍｏｄｕｌｕｓ　ｏｆ　ｒｏｕｇｎｄｗａｔｅｒ　ｒｕｎｏｆｆ　ａｎｄ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｗａｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｋａｒｓｔ；ｗａｔｅｒ　ｉｎｆｌｏｗ；ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｔｕｎｎｅｌ；Ｇｕｉｚｈｏｕ　６２６