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广东省龙门县龙江镇高朗顶灰岩矿区中溶洞的成因分析

关于本文的内容介绍
【摘 要】通过对广东省龙门县高朗顶灰岩矿区详查所揭示溶洞的分布和特征进行统计分析,从区域地质和地质力学角度对溶洞的成因作了合理解释,为矿区开采防灾指出了方向。
  【关键词】溶蚀;浸蚀基准面;陡倾角;构造运动;应力
  Guangdong Province Longmen County Longjiang Town Gao Lang Ding limestone cave mining area in the formation of the reasons for analysis
  Zhong Wen-hui
  (Guangdong The geology investigate a bureau 756 geological survey engineering company in Huizhou,Guangdong Huidong,516300)
  【Abstract】pass to the Guangdong Province Longmen County Longjiang Town Gao Lang Ding detailed check announce to public to dissolve distribute of hole and characteristic to carry on to statistics analysis, mined a disaster prevention to point out a direction towards dissolving become of hole because of making reasonablely explain, for the mineral area from district geology and geology mechanics angle.
  【Keywords】dissolution; erosion datum; steep angle; tectonic movement; tress
  1.矿区概况:
  惠州市龙门县龙江镇高朗顶水泥用灰岩矿区的面积约2.75km2,可用储量达1.4亿吨(算至40m标高),开采期定为20~25年。矿区地处低山丘陵地带,海拔标高为:77.8~231.4m。属于南亚热带季风气候,全年雨量充沛。矿区表面大部分被坡残积土覆盖,植被发育(见右图)。
  2.溶洞的分布和特征:
  据广东756地质队2005年的详查资料,40个钻孔中有16个钻孔钻遇大小不等的溶洞共30个(见下图及表1)。溶洞主要集中在高朗顶山峰周围的0、1、2这三条剖面线上。据钻探资料,矿区的溶洞大多为串珠状,每个大溶洞均由若干小溶洞垂向串连而成,灰岩隔层仅厚5~50cm;据物探资料,矿区内的溶洞均为陡倾角型;溶洞在侵蚀基准面上下均有分布(以水库最高水位标高90m作为侵蚀基准面)。
  3.各钻孔节理裂隙和方解石条带发育情况:
  该矿区大部分钻孔均发育有多组方解石条带和节理裂隙。尤其是方解石条带在许多钻孔中密集分布,相互切割纵横交错。说明矿区受多期构造应力作用。经大量统计,矿区各钻孔的节理裂隙和方解石条带主要为45~90°的陡倾角。
  4.区域地质情况:
  4.1地层:据广东756地质队在1989年所作的“1∶5万平陵幅区域地质调查”资料,及2005年的详查资料,高朗顶矿区及其外围共14.8km2范围的地层总体上为一个近南北走向且向西倾的单斜地层,出露的地层由老到新依次为:泥盆系上统、石炭系、二叠系下统和第四系。(见图示)其中溶洞发育于石炭系的C1ds和C2h灰岩中。
  4.2地质构造:矿区在区域地质上位于华南褶皱带中南部,处于横跨全省的东西向佛岗-丰良深大断裂中段,北东向河源断裂带西侧,这种构造格局制约着本区地质构造的发展。在地貌上矿区位于龙门上古生界沉积盆地的南缘。龙门盆地东侧以河源深大断裂为界,其余三面均被燕山期花岗岩体包围。区内构造运动较复杂,断裂及褶皱构造发育。龙门盆地整体呈一复式背斜产出,背斜核部为泥盆系和石炭系地层,两翼为侏罗系地层。矿区位于耙头山复式背斜与龙江复式向斜之中。
  4.2.1褶皱:①耙头山复式背斜:轴向160,轴面近直立,枢纽北东倾伏,背斜倾伏端和两翼有北西短轴背向斜横跨,南西翼还有北东向褶皱叠加,核部地层D3d2,两翼地层C1y、C1ds。地貌上表现为一个北东轴向的构造穹窿。②龙江复式向斜:轴向北东、两翼产状紊乱,有北西向短轴褶皱横跨,北东向褶皱叠加,向斜的东南翼即耙头山背斜北西翼,核部地层为P1w2。西翼地层为C1y、C1ds、C1dc,地貌上表现为一个北东轴向的构造盆地。
  4.2.2断裂:矿区位于路溪南北向断裂、路溪北东向断裂组、及洞尾断裂之间。①路溪南北向断裂:走向南北,北起于围岭,南止于坑尾,主要为压碎岩并见构造角砾岩,断裂长大于11km。②路溪北东东向断裂:走向北东,东起于屏风石水库,西端止于路溪镇,发育有压碎岩,构造透镜体,两侧岩层产状相悖。断裂长1.5~3.5km。③洞尾断裂:走向北东,产于耙头山背斜轴部,北东起于洞尾黄屋,南西至石岩塘,主要为压碎岩并见有构造角砾岩,为压扭性断裂,长度大于6km。
  5.溶洞的成因分析
  5.1 溶洞的形成机理:岩溶在灰岩地区普遍发育,灰岩的主要组分不溶于水,但在灰岩因构造运动产生节理裂隙后,大量水和空气进入裂隙,灰岩中的CaCO3因与水和空气中的CO2结合产生的弱碳酸发生化学反应生成可溶于水的Ca(HCO3)2而被水带走,使裂隙逐渐扩大而成为溶洞。其化学反应式为:CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2
  5.2 溶洞的形成条件:溶洞主要形成于碳酸盐岩内,也可发育于非碳酸盐岩的方解石脉体内。但完整的碳酸盐岩体内部很难发生溶蚀,溶洞的形成必须具备如下六个条件:①碳酸盐岩内要有一定的蓄水空隙②空隙内要有一定量的水③空隙内的水要成为径流(有一定的流动性和流速)④径流要有水力梯度或一定的径流坡度⑤空隙内的水体要有补给水源和补给通道⑥要有良好的排泄通道。这六个条件缺一不可。碳酸盐岩的结构一般都很致密,组成碳酸盐岩的颗粒之间的孔隙很小,其孔隙内的水份很少且不具流动性,不能产生溶蚀作用,必须由外力作用在岩体上产生了节理裂隙而造就蓄水空间;蓄水空隙内有水且水体具有流动性才能把岩石的溶解物带走产生溶蚀作用;空隙内要有流动的水体就必须有补给水源和补给径流排泄的完整通道,这些裂隙式通道还要具有一定的倾角,才能保证水和空气通过。 5.3 矿区内溶洞的成因分析:在区域地质上,矿区位于多个褶皱及多向断裂构造中,受多期构造运动影响,促成矿区溶洞的发育。其中,早期的近东西向先挤压后压扭应力促成了耙头山复式背斜,同时形成了高朗顶近南北向条带状分布的初始低缓地形,并形成了路溪南北向断裂,此时高朗顶一带石炭系灰岩主要沿南北向发育一些节理裂隙,大部分节理裂隙被方解石充填形成方解石条带,只有少量陡倾角大裂隙被逐渐溶蚀成溶洞;后期受近南北向压扭性构造应力作用形成了龙江复式向斜和路溪北东东向断裂组和洞尾断裂,在后期的近南北向压扭应力强烈作用下,高朗顶一带被进一步抬升而突起形成现在的高朗顶山峰,在这后期的造山过程中高朗顶山峰周围沿北东东向发育大量的节理裂隙,除部分缓倾角的细小节理裂隙被方解石充填形成方解石条带外,陡倾角的大裂隙均被水流冲蚀和溶蚀形成溶洞。
  前期形成的溶洞因地壳在后期的抬升部分溶洞已升高至浸蚀基准面以上而成为古溶洞,这些古溶洞只接受地表植被日常所蓄毛细水和雨季时山体表水的下渗溶蚀,已基本终止了进一步扩大;而在浸蚀基准面附近及其以下的溶洞因水流的自重和向下冲蚀和溶蚀的双重作用,把上下相邻的溶洞逐渐溶蚀扩大并逐步贯通,灰岩隔层慢慢变薄,便形成了垂向上的串珠状溶洞。这些串珠状溶洞因受晚期南北向压扭性造山运动影响而沿北东东向发育。这便是高朗顶矿区溶洞集中在0、1、2这三条剖面线之间的原因。
  从地表调绘资料来看,在矿区内东侧0、1、2这三条剖面线之间的灰岩采场上也反映了溶洞的这种成因机制。灰岩采场揭示的溶洞主要由三组较大的裂隙交汇、切割、溶蚀而成(见相片),这三组裂隙为:①南北向张开裂隙:裂面平直,宽约0.5~1m,裂隙的充填物为灰岩风化的粉质粘土,走向南北,倾向900,倾角近乎直立,并见水平擦痕和斜擦痕裂隙,间距约1.5~2m,共见三条平行产出。这组裂隙形成于早期的近东西向挤压运动,与耙头山复式背斜和路溪南北向断裂同期形成。②北西向裂隙:倾向200,倾角770,裂面平直,切割南北向裂隙。这组裂隙形成于由早期近东西向挤压转向北东向压扭运动时期。③北东东向张裂隙:裂隙面平直,宽约1~2m,有上宽下窄的趋势,裂面间见有灰岩风化的粉质粘土充填,为最后形成的裂隙,切割前面二组裂隙。这组裂隙形成于后期的近南北向压扭运动,与龙江复式向斜、路溪北东东向断裂组及高朗顶山峰的突起同期形成。这三组裂隙交汇处,岩体特别破碎,空隙大,蓄水能力强,极易溶蚀,日久而形成陡倾角溶洞或漏斗状溶洞。
  6.结语
  上述三组较大的构造裂隙主要集中在0、1、2这三条剖面线之间的岩体内,因此,高朗顶矿区溶洞也就主要分布在0、1、2这三条剖面线之间,在这三条剖面线之间开采灰岩时易发生突水突泥和坍塌现象。开采时可按上述三组构造裂隙方向先进行轻度爆破或少量开挖,以利溶洞水的引流疏干,然后以垂直构造裂隙方向或与构造裂隙呈大角度相交的方向进行大量开采,并应尽量分深度段作平铺式面状开采。
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  【作者简介】钟文辉(1967-),男,汉族,从事岩土工程和水工环地质勘查工作。
  【文章编号】1006-2688(2013)08-0025-03 相关文章

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