摘要：碳酸盐岩广泛分布在广西的大部分地区，在进行工程建设时，不可避免的会遇到岩溶问题。广西某重大项目，其工程场地内的地质环境复杂。由于岩溶发育使得工程区域的地质环境受到很大的影响，严重阻碍了该大型工程的施工进程，也是工程场地中主要的地质环境问题。因此对该项目进行岩溶专项勘察，对岩溶的发展特点、发育规律以及构造等进行深入的探究，对基坑开挖及隧道设计施工提供可靠依据。本文以广西某岩溶专项勘察为例，研究分析碳酸盐岩地区的岩溶发育规律及其影响因素，可为类似工程的施工质量控制提供参考。
关键词：岩溶；碳酸盐岩；发育规律；影响因素 1前言
全球陆地表面 15% 的面积被岩溶覆盖，它们主要表现为峰林、孤峰、残丘、落水洞、溶蚀漏斗、竖井、盲谷、干谷、喀斯特洼地等。我国是世界上岩溶发育最为广泛的国家之一，岩溶的总面积达346万 km，其中 91 万 km 的碳酸盐岩裸露于地表1]。根据岩土工程详细勘察资料，该场地岩溶发育，地下水水位较高，基于此，该文主要研究岩溶发育的机理及影响因素，旨在为该类型地区的工程勘察、设计和施工提供借鉴。
2工程地质条件 2.1地形地貌
项目地处广西壮族自治区的中部，桂中平原的北端，东、西、北三面环山，具有典型的岩溶地貌特征。市区范围地形平坦，略有起伏，地面标高一般在78～120m之间。平原内有零星的溶蚀孤峰突起。柳江为区内主要河流，总体流向从西
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2
2
北至东南，河曲发育。另有竹鹅溪等支流，水塘及小湖泊局部发育。柳江在工程区以北蜿蜒流过，距离约500m。
2.2地层岩性
经分析对比区域地质资料，柳州地区分布泥盆系、石炭系地层、二叠系、白垩系地层，其中二叠系地层主要分布于柳州市东北部，柳州城区地层以白垩系及石炭系地层为主，地表多覆盖薄层～中厚层第四系地层。根据岩土工程勘察报告，该场区从上到下分为五层：①层填土、②1层硬塑状红黏土、②2层可塑状红黏土、②3层软塑状红黏土、③1层强风化灰质白云岩、③2层中风化灰质白云岩。各岩土层空间分布及工程特性详见表1。
表1 地层统计表
地层编号
岩土名称
状态/风化程度
杆长
埋深/m
厚度修正后标/m
贯击数/击
地基土承载力特征值 fak或fa （kPa）
① 填土 松散 0
0.2-4.0
/ /
②1
红黏土
硬塑-坚硬
0.0-4.0
3.0-8.3
13.4 200
②2
红黏土
可塑
0.0-7.0
0.5-7.7
10.0 120
②3
红黏土
软塑
3.0-9.3
0.1-2.6
4.2 60
③1
灰质白云岩
强风化
5.5-33.0
1.7-17.4
/ 300
③2
灰质白云岩
中风化
4.2-40.0
0.7-44.8
/ 2000
2.3区域地质构造 （1）地质构造
根据区域地质资料，研究区域处于宜山－鹿寨东西向褶断带的东段，印支构造旋廻，由于南北向压力的持续作用，使北部沙塘，梳妆岭一带的地层发生一系列褶皱和逆冲断层。东西向褶皱带涉及沙塘以北，形成向北抬升的叠瓦状构造。该区的褶皱构造雏形形成于印支期，并伴随出现一系列断层。尔后，进入燕山期构造发展阶段，鹅山、洛埠等处的下白垩统发生断裂形变，说明燕山运动对本区的地质构造仍有一定的改造作用。从构造行迹上，研究区域位于广西山字型构造的马蹄形盾地与脊柱过渡部位。同时受到新华夏、东西向及南北向构造体系体系的影响，属多种构造体系复合部位，岩体中褶皱、断裂发育。
工程程区域主要有三条断层及两个褶皱；断裂构造为鹅山断层、拉堡断层、波庙断层，褶皱为柳江背斜及穿山向斜见图（图2-1）
①拉堡断层 ②波庙断层 ③鹅山断层 ④柳江背斜 ⑤穿山向斜
图2-1 工程区地质构造示意图
（2）地震
据广西地震工程研究院所做的历史地震调查资料，研究地区历史上地震记载不多，断裂地震活动频度和强度都较低，无论是历史地震还是现代地震活动水平都不高，自有地震记载以来，地震影响烈度多小于Ⅴ度，影响最大的是 1935年8月11日发生在柳江县附近的4.5级地震，对柳州市区的影响烈度为Ⅴ度。1970年有区域地震台网观测以来，共记录 ML≥1.0级地震不大于100次，最大震级是发生在 2013年3月1日震中在柳北区的 ML3.2级有感地震。根据《中国地震参数区划图》（GB18306-2015），场区地震动峰值加速度0.05g，地震基本烈度等于Ⅵ度，地震动反应谱特征周期为0.35s。
2.4水文地质条件 2.4.1地表水
研究区域在工程区东北方向约1.9km，为区域性岩溶水排泄基准面。柳江宽200~400m，常年有水，水量丰富，水流舒缓，水质清澈，河曲发育。两侧岸坡较陡，均有植被、片石混凝土砌体等防护，现状稳定。柳江季节变化明显：4～9月为汛期，汛期长，洪水涨落较快，水量丰富，各月平均流量930～3190 m3/s；10月至次年3月为平、枯水期。柳江多年平均最高水位大部分在84.00m以下，水位超过84.00m占28.1%。2005年建成红花水电站后，柳江蓄水位约为
77.50~77.8m（1985年黄海高程系统），勘察期间勘察区柳江河段的正常水位约为77.70m。
工程区以西约20m为竹鹅溪。竹鹅溪为柳江支流，流向西南至北东。竹鹅溪宽约15~25米，深5~8米，测时水深0.2~0.5米。水质混杂，水流平缓。两侧全坡面浆砌片石或挡墙防护，溪底部有约0.05～0.1米厚的水泥砂浆全底面防护。在洪水季节，柳江水倒灌竹鹅溪，引起内涝，工程区最大内涝水位曾经达到91.61m。
2.4.2地下水
场地地下水按赋存条件，可分为上层滞水及岩溶裂隙水两种类型。 （1）上层滞水
上层滞水主要接受地表水与大气降水补给，是大气降水、地表水与地下水发生联系并进行水分交换的地带。人工填土层为上层滞水的赋存区域，水位埋深一般1.30～3.70m。由于工程区附近地表大部分开辟为楼宇、街道，表层大部分为房屋基础、混凝土所覆盖，附近的地表水流竹鹅溪底部也被混凝土所覆盖，大气降水和地表水下渗途径被限制，下渗强度弱，水量较小。
（2）岩溶裂隙水
承压水主要基岩赋存于埋深较大裂隙水赋存于灰质白云岩的裂隙、溶孔、溶洞及风化裂隙中，由于基岩上部广泛分部为相对隔水层的红黏土层，具有一定承压性。主要接受邻近高水头地下水的侧向补给。由于基岩裂隙及岩溶管道发育不均一，地下径流不畅通，仅局部较畅通，为缓排型的隙流状态，由高水头往低水头排泄。
3岩溶发育机理及岩溶发育特征 3.1 岩溶发育机理
岩溶是水对可溶性岩石进行以化学溶蚀作用为主，流水冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用2]。岩溶发育的三个必要条件是：有可溶性岩石存在;
[
具有溶蚀能力的水;具有良好的水循环条件，即具有良好的补给、径流和排泄条件。
1.
岩石的可溶性
可溶性岩石是岩溶发育的物质基础。可溶岩石主要有 3 类：碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩、泥灰岩等）；硫酸盐类岩石（石膏、硬石膏和芒硝等）；卤盐类岩石（钾、钠、镁盐岩石等）3]。从溶解度来说，卤盐类岩石最好，硫酸盐类岩石次之，碳酸盐类岩石最差。我国分布最广泛的可溶性岩石主要为碳酸盐岩，包括灰岩、白云岩等。
岩石的可溶性主要取决于岩石的结构、构造和矿物成分。在碳酸盐岩类中，矿物成分中方解石含量越多，岩溶越容易发育；白云石含量越多，岩溶发育越弱；
酸不溶物含量越大，特别是硅质含量越高时，岩溶越不容易溶蚀；碳酸盐岩中含
有石膏、黄铁矿等，有利于岩溶发育；晶粒越小，相对溶解率就越大；岩层越厚
越容易溶解。
研究区的可溶岩地层为石炭系大埔组（C2d）灰质白云岩，细晶质结构，中厚层状构造，节理裂隙发育，裂隙多为方解石脉充填。根据薄片鉴定及化学成分分析结果，工程区内石炭系大埔组（C2d）灰质白云岩，具有质纯、结构较粗的特点。通常白云岩含量在93～97%左右，白云石粒径大小0.05-0.3mm之间，少量0.5mm左右；方解石含量为3%左右，部分含铁泥质2～3%左右，方解石粒径大小0.01-0.5mm之间。化学成分，CaO含量一般在31.12%～31.57%，MgO含量约13.14%～13.61%。研究表明，岩石中方解石含量越高，CaO/MgO比值越大，岩石越易溶解，岩溶也越易发育。该场地石炭系大埔组（C2d）灰质白云岩中CaO/MgO为2.30～2.36。具有较强的被溶蚀能力。
[
（2）岩石的透水性
岩石的裂隙性主要表现为岩石的透水性。没有裂隙的岩石，不能提供水进入 岩石内部的通道，溶蚀作用将不能向深部发展。岩石的透水性使水能够进入可溶
性岩石深处，溶蚀作用能够向岩石深部发展4]。
裂隙和孔隙度决定岩石的透水性，可溶岩在成岩过程中形成的孔隙一般都很 小，透水能力不强，因此，孔隙对透水性的影响远没有裂隙重要。岩石在风化应力作用下破坏形成的裂隙破坏岩体的表面，可使岩溶发育沿着裂隙延伸至地面以
下的岩石中；层间裂隙和其他构造裂隙是水流进入可溶性岩体的主要通道，可使
岩溶向更深处发育呈规模更大的地下溶洞或暗河，对岩溶发育的影响最为密切；其他局部因素产生的裂隙也在一定条件下促进岩溶的发育4]。厚层可溶岩由于所夹隔水层少，岩体裂隙比较开扩，一般透水性也比较好。
可溶岩越破碎、纯度越高、岩层越厚，岩体的透水性越好。裂隙发育长而且 深、又比较开扩时，岩体的透水性能好。裂隙短而浅甚至紧闭，岩体的透水性能差。一般褶皱的轴部和断裂带附近，裂隙更加发达和开扩，延伸深度也比较大，岩体透水性更好，利于地表水的下渗和地下水汇集，是有利于岩溶发育的地带。
研究区可溶岩均位于第四系地层下，受柳江背斜、穿山向斜和断层的影响，岩体节理裂隙发育，可溶岩中等风化或强风化，地下溶洞、溶沟、溶槽、溶蚀裂隙发育，其中溶洞为主要岩溶形态。
（3）水的溶蚀能力和流动性
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水的溶蚀能力主要受水的化学成分、温度、气压等因素影响。水中溶解的CO2越多，水的溶蚀性越强；温度越高，水的溶蚀能力越强，虽然温度越高，水中 CO2的溶解度越低，但温度越高，能加快水中溶蚀作用的进行。气压越高，水中 CO2的溶解度越大，两者成正比关系，气压越高，水的溶蚀力越强。因此气候越潮湿闷热的地区，水的溶蚀力越强，岩溶发育就越快。
水中的侵蚀性 CO2可以溶蚀可溶岩，在岩体中形成空洞，但自然界不流动的水质很容易达到饱和状态，随着侵蚀性 CO2的不断消耗，水体很容易达到饱和，使侵蚀作用不能继续下去，水体不停地流动运移，同时带来 CO2以补充水中消耗掉的 CO2，使溶蚀作用持续下去。流动状态的水，虽然会达到饱和，但当流动的水带来的 CO2 浓度不同时，不同浓度的溶液相互混合，原溶液将重新处于不饱和状态，从而使溶蚀反应继续，因此流动的水体能很大程度上提高水的溶蚀力5]。
降雨量、地下水位高差和岩体的透水条件对地下水的流动性影响很大，在高 温多雨的地区和地形起伏较大的地区，地下水水量较大、水运移流通较快，岩溶
比较发育4]。
研究区域属于湿润的亚热带气候区，年平均气温在 20.5℃左右，年平均降雨量达1400多毫米，气候条件炎热潮湿。红庙地下河距离本工点约2km，地下水的流动性较好，溶蚀性较强，利于岩溶发育。
根据勘探资料及水质分析，工程区地下水PH值为7.55～7.95，属弱碱性；游离CO2为14.5～25.6mg/L，总硬度196.3～214.5mg/L，矿化度321.5～336.4mg/L，水质类型为HCO3- - Mg▪Ca 及HCO3- - Ca；地表水PH值为7.58，属弱碱性；游离CO2为22.6mg/L，总硬度206.4mg/L，矿化度330.6mg/L，水质类型为HCO3- - Ca▪ Mg。研究表明岩溶水的溶蚀能力，与其酸碱性和游离CO2密切相关。水中的 CO2含量越高、pH 值越低则越有利于岩溶的发育。
3.2 岩溶发育特征
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3.2.1可溶岩分布
研究区域一带，自泥盆系至三叠系均有碳酸盐地层出露，沉积厚度大于3000米，岩性包括灰岩、白云岩及不纯碳酸盐三类。其中白云岩分部面积最广，占碳酸盐总面积的54%，沉积厚度大于621米，几乎占据了区内平原及谷地大部。根据钻孔揭露，工程区场地范围内，石炭系大埔组灰质白云岩广布，且普遍被第四系松散土层覆盖，形成覆盖型岩溶类型；场地主要分布于强岩溶发育带内。
图3.2 研究区域地质构造及岩溶发育强度略图
3.2.2岩溶发育特征
岩溶发育形态及规模和岩溶作用强度受岩性、埋藏条件、构造及地下水活动等诸因素的控制。测区岩溶具有如下特征：
（1）岩溶发育具有不均匀性
岩石成分、成层条件和结构、构造、水文地质条件等直接影响岩溶的发育程度和速度，不同因素的用影响，造成岩溶在空间展布上的差异性。一般质纯层厚的可溶岩岩层，岩溶发育强烈，且形态齐全、规模较大。
（2）岩溶发育强度受构造控制
地质构造决定着可溶岩层的分布、产状、裂隙发育分布情况、透水性等，从而直接和间接地影响、控制岩溶的发展分布变化规律。在不同的构造部位，岩溶作用具明显的差异性，一般在断裂带与褶皱的核部及两翼附近岩溶最发育，岩溶发育程度大大高于其它部位。其原因是构造产生破碎、节理裂隙发育，在地下水动力作业下碳酸盐岩总的易溶物质将被溶解，随地下水排走，岩溶随构造的规模及其产状而发展。
（3）岩溶发育强度随深度变化
岩溶作用的强度具有随着深度的增加而逐次降低的垂直分带现象。区内岩溶发育程度在垂向上有明显的变化，即随深度的增加而减弱，浅部岩溶发育程度高，向深部逐渐降低。岩溶形态以溶隙、溶洞为主，溶洞多集中在高程51-72m。
（4）岩溶发育受水文地质条件控制
地下水动力是碳酸盐岩产生岩溶的必要条件。溶洞的形成是漫长的，良好的地下水补给、径流、排泄条件促使岩溶的形成。岩溶作用的垂直分带现象取决于岩溶水循环的分带，而岩溶发育的程度取决于水的交替强度和水的溶蚀性这两个因素。在垂直循环带和季节循环带中，水的交替强度无疑是最高的，在水平循环带，水交替的强度随着深度的增加而有规律地降低，水的溶蚀性也是随着深度的加大、渗透途径的加长而逐渐减少。在垂直循环带中溶蚀性的水与可溶岩相互作用，并在流向季节循环带的途中开始降低本身的溶蚀能力。
1.
岩溶发育受岩石成分影响
碳酸盐岩本身矿物成份组合是产生岩溶的重要前提。碳酸盐的成因是多种多样的，因而其结构组份也比较复杂多样，由碳酸盐为主的矿物和一些不溶残余形成的碳酸盐岩，其溶解性取决于碳酸盐类矿物的化学组分，以及成岩、蚀变、变质过程的作用。根据实际工作总结，碳酸盐类矿物的化学组分CaO含量越高溶解性越强，MgO和不溶残余含量越高溶解性越弱。其碳酸盐岩的溶解性能由强到弱的顺序为灰岩一大理岩一白云岩一泥质灰岩一硅质灰岩。
4结束语
我国是世界上碳酸盐岩分布面积最广的国家，地表裸露着大量的碳酸盐岩、丰沛的降雨、较高的温度，形成独特的喀斯特地貌，比如桂林七星岩、芦笛岩；百色乐业大石围天坑群、巴马天坑群等。岩溶对我国的工程建设特别是对地下工程建设造成不利的影响，许多地区不同程度的地质灾害和工程质量事故时有发生，造成了很多不必要的经济损失。所以，我们以岩溶专项勘察为背景，深入的分析岩溶的发育特征和它的形成机理，从而更好的为工程建设服务。
参考文献：
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