贵州绥阳双河溶洞系统发育机理与演化研究

【目的】探讨在白云岩地层条件下,双河溶洞形成如此庞大的洞穴系统(已探明238.48km)的原因。【方法】根据双河洞的空间展布特征,分析区内地形地貌、地质构造和白云岩去白云化条件对双河洞形成的影响;同时,以水文系统为基础,探讨双河洞演化过程。【结果】1)双河溶洞发育区上覆有厚度不大的白云岩或白云质灰岩,这为含膏层的白云岩去白云化达到适应的温度和压力提供了条件,从而改变白云岩的溶解效果,加速 Mg离子优先溶出,大大提高了含膏白云岩溶解成洞率;2)石膏(硬石膏)水解体积扩大,有助于围岩崩塌,洞道扩大;3)区内平缓的岩层和极其发育并组成“X”状的北东、北西向节理,是双河洞顺层发育及呈北东和东南向展布的前提和基础;4)特殊的地形条件有利于地下水沿着“X”节理溶蚀,是双河洞向北东和北西两方向延伸的动力条件;5)在新构造运动影响下,双河洞穴系统在形成演化过程中经历了3个发育时期,形成了两层旱洞和现在地下河洞穴的纵向展布格局。【结论】区内出露地层的展布关系为白云岩去白云化创造了有利条件,加上岩层中含有水解体积扩大的石膏层,有利于溶洞的形成和扩大;单斜构造、顺向节理发育为地下水运用提供天然通道,而地形条件为地下水运用提供动力基础;新构造运动是双河洞向纵深发育的直接动力。
     

贵州绥阳双河溶洞系统发育机理与演化研究

【目的】探讨在白云岩地层条件下,双河溶洞形成如此庞大的洞穴系统(已探明238.48km)的原因。【方法】根据双河洞的空间展布特征,分析区内地形地貌、地质构造和白云岩去白云化条件对双河洞形成的影响;同时,以水文系统为基础,探讨双河洞演化过程。【结果】1)双河溶洞发育区上覆有厚度不大的白云岩或白云质灰岩,这为含膏层的白云岩去白云化达到适应的温度和压力提供了条件,从而改变白云岩的溶解效果,加速Mg离子优先溶出,大大提高了含膏白云岩溶解成洞率;2)石膏(硬石膏)水解体积扩大,有助于围岩崩塌,洞道扩大;3)区内平缓的岩层和极其发育并组成"X"状的北东、北西向节理,是双河洞顺层发育及呈北东和东南向展布的前提和基础;4)特殊的地形条件有利于地下水沿着"X"节理溶蚀,是双河洞向北东和北西两方向延伸的动力条件;5)在新构造运动影响下,双河洞穴系统在形成演化过程中经历了3个发育时期,形成了两层旱洞和现在地下河洞穴的纵向展布格局。【结论】区内出露地层的展布关系为白云岩去白云化创造了有利条件,加上岩层中含有水解体积扩大的石膏层,有利于溶洞的形成和扩大;单斜构造、顺向节理发育为地下水运用提供天然通道,而地形条件为地下水运用提供动力基础;新构造运动是双河洞向纵深发育的直接动力。     

贵州落脚河峡谷景观特征及形成机制

【目的】探讨以碳酸岩为基岩的贵州落脚河发育出庞大的河曲型岩溶峡谷景观的原因。【方法】根据落脚河峡谷系统的空间展布特征,通过分析区内地形地貌、地质构造和水文等自然条件,探讨落脚河峡谷群的景观特征及形成机制;同时,以区域新构造演进为主线,探讨落脚河峡谷群形成与演化。【结果】1)落脚河峡谷群全长61.33km,共发育了76个河曲,其中“Ω”型有6个,是岩溶区乃至世界少有大密度的河曲深切型峡谷系统;2)盆地地形和相对隔水层的存在,使区内形成一个相对封闭的古湖盆,从而为河曲的形成提供了孕育环境;3)地壳抬升,六冲河溯源侵蚀,使封闭湖盆打开,落脚河形成并在湖盆内形成自由河曲;4)区内平缓的岩层和极其发育北东、北西向的“X”节理,为自由河曲沿既有的方向溶蚀下切提供了水力通道;5)来自周围非碳酸岩山区的外源水,对研究区内基岩具有较强的溶蚀能力,是加速河流下切的动力之一。【结论】岩溶区存在像落脚河峡谷这样的高密度河曲型峡谷极为稀有,具有较高的旅游观赏价值。落脚河河曲型峡谷因地壳抬升并由早期自由河曲继承性下切而形成,主要经历了湖盆期(孕育期)、自由河曲发育期、河谷深切期等3个时期。     

塔里木盆地岩溶储层发育特征及控制因素探讨

塔里木盆地中、下奥陶统碳酸盐岩地层为古岩溶发育和海相缝洞型油气藏的主要分布层位,该类型油气藏主要储集空间为溶蚀作用和构造过程形成的次生孔隙、洞穴和裂缝,是寻找大型油气藏的主要目标.论文通过比较塔北地区和塔中地区储集层岩石孔隙度和渗透率,按储层成因将孔-洞-缝油藏划分为洞穴型储层、构造裂缝型储层、风化裂隙型储层、台缘礁滩相颗粒灰岩溶蚀孔隙型储层和地表残积物裂隙-孔隙(洞)型储层等5种类型.塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩油气藏成藏控制因素包括:(1)长期继承性的古隆起和古斜坡;(2)断层和不整合面;(3)次生孔-洞-缝储层的发育和有效盖层结合.多源、长期成藏,早期储层改造和后期调整是塔里木盆地油藏的主要特征,并决定了资源结构和油气特性。     

塔里木盆地岩溶储层发育特征及控制因素探讨

塔里木盆地中、下奥陶统碳酸盐岩地层为古岩溶发育和海相缝洞型油气藏的主要分布层位,该类型油气藏主要储集空间为溶蚀作用和构造过程形成的次生孔隙、洞穴和裂缝,是寻找大型油气藏的主要目标.论文通过比较塔北地区和塔中地区储集层岩石孔隙度和渗透率,按储层成因将孔-洞-缝油藏划分为洞穴型储层、构造裂缝型储层、风化裂隙型储层、台缘礁滩相颗粒灰岩溶蚀孔隙型储层和地表残积物裂隙-孔隙(洞)型储层等5种类型.塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩油气藏成藏控制因素包括:(1)长期继承性的古隆起和古斜坡;(2)断层和不整合面;(3)次生孔-洞-缝储层的发育和有效盖层结合.多源、长期成藏,早期储层改造和后期调整是塔里木盆地油藏的主要特征,并决定了资源结构和油气特性。     

大方县观音洞波状流痕发育特征及形成机理研究

为探讨岩溶洞穴波状流痕(舌状流痕)的分布特征及形成原因,对观音洞内的波状流痕的形态特征参数进行测量,统计它在纵、横方向上的展布特征,分析洞道形态结构与波状流痕的展布关系;同时,根据地下河水运移规律,探讨波状流痕的形成原因.结果显示:(1)洞底波状流痕较均一,形态差异小于洞壁;(2)洞壁波状流痕在距洞底高1.0～1.2m范围内的流痕深度,较1.2～1.4m和1.4～1.7m这2个高度范围内的深度变化大;(3)洞壁波状流痕的形态特征变化与洞道形态结构有密切联系;(4)岩溶洞穴波状流痕是地下径流过程产生的内波(VI)与梯度流(VT)共同作用的结果.认为地下径流是岩溶洞穴波状流痕的直接动力,洞道结构形态对径流过程产生的内波(VI)与梯度流(VT)的叠加作用的影响,导致波状流痕在洞内的展布特征.     

喀斯特洞穴CO2时空变化特征及其控制因素分析

岩溶洞穴空气CO_2变化影响次生沉积物沉积和溶蚀,它关系到洞穴旅游景观的稳定性及洞穴环境的舒适性,是岩溶作用发生的关键因素。本文以一个水文年监测数据为主,结合洞穴上、中、下垂直监测结果,分析了大风洞洞穴空气CO_2时空变化特征及其影响因素。结果表明:(1)在空间尺度上,越靠近洞口通风效应越强,洞穴空气CO_2浓度越低,越接近大气的CO_2浓度,当上升到一定阀值时,CO_2浓度基本保持稳定状态;(2)在长时间尺度,大风洞洞穴CO_2浓度表现为夏季秋季春季冬季的一个变化趋势,夏季波动幅度较大,而冬季较为平缓;(3)在垂直尺度上,春、夏、秋季洞穴CO_2浓度、相对湿度差异大,且洞底部CO_2浓度和相对湿度大多高于洞顶部。越往洞穴深入,3个环境参数的垂直差异均减小;(4)影响因素上,大风洞CO_2主要受洞道结构及通风效应、洞穴上覆土壤环境、岩溶作用、旅游活动的影响,其中以岩溶作用最为突出。     

广西岩溶景观特征及其形成演化分析

广西岩溶景观主要分布于桂东北、桂中、桂西北和桂西南地区,有峰丛、峰林、孤峰、丘陵、天生桥、石林、象形山、崖壁、洞穴及各类洞穴次生化学沉积物、地下河、穿洞、洼(谷)地、漏斗、坡立谷、盆地、地表河、峡谷、天坑、天窗、竖井、瀑布、泉、湖泊、湿地等类型齐全、形态典型的岩溶景观,囊括所有岩溶景观的类型。它们主要以中上寒武统至中三叠统的碳酸盐岩为物质基础,首先以地表河流域(如红水河、柳江、漓江等)为主线,其次以岩溶地貌区划特征为区域划分标准,然后以所处行政区和所处流域位置(如上、中、下游)为辅线,呈线状有序、集中分布于各典型岩溶景观区及岩溶景区/公园/景点内。它们或以峰丛-峰林,或以岩溶风景河段,或以天坑群,或以地下河天窗群,或以峰丛平原,或以洞穴,或以天生桥,或以跨国瀑布等为核心,组合成多个特色突出,形态优美、珍稀、雄伟、典型,且类型齐全的流域岩溶景观带,并形成独具广西特色的"岛链式"岩溶景观分布格局。它们是全球亚热带岩溶地貌及景观典型集中发育区和杰出范例,是目前世界上展现塔状峰丛-峰林、锥状峰丛、高峰丛深洼地、峰林/孤峰平原、洞穴、天坑、天窗、地下河、天生桥、岩溶风景河段、瀑布、崖壁等岩溶景观美景最杰出的代表地,堪称全球"洞穴天坑之窗,地下河天窗之王,天生桥瀑布之奇,风景河段之美,峰丛峰林之魂"。同时,自晚三叠世以来,广西各区域(即各岩溶孤岛)的碳酸盐岩地层相继出露地表,分别进入各自的岩溶地貌/景观形成演化时代,历经自上而下或自下而上等不同方向、不同时期、不同区域的岩溶过程,分别形成峰丛-峰林、地下河洞穴、天坑-天窗-天生桥等各类典型的岩溶景观;并按时间序列和区域分异特征,以广西各岩溶区以及它们内部各岩溶地带相互之间水力联系的演变及区域地壳的间歇性隆升为时间界限和主线,将广西岩溶的形成演化过程划分为初始阶段(晚三叠世以来,碳酸盐岩地层出露,不同岩溶区始于不同地质时期)→雏形阶段(分轴型离散岛屿式成景过程,不同岩溶区始于不同地质时期)→重要发育阶段(主轴型离散岛屿式,不同岩溶区始于不同地质时期;集合型岛屿式成景过程,中更新世中晚期至全新世)→现代岩溶阶段(全新世以来至今)等4大成景阶段,分别表现出不同的成景过程、特征和机制,总体可概括为分轴型、主轴型、离散型、集合型等4种岛屿式成景机制,并将其成景模式归纳为"岛链式成景模式"。     

贵州省威宁县老干洞洞穴成因与价值研究

威宁一带尚未有可供开发的洞穴旅游资源报道。对威宁县老干洞进行实地测量并绘制洞穴图,结果显示,老干洞呈NE-SW向发育于下二叠统茅口组(P1m)灰岩中,由1条主洞及4条支洞组成,实测长度为1 038 m,深度为24.67 m。洞穴总共分为三层,二、三层洞穴洞底发育季节性地下河,第一层洞底终年积水。洞道坡降较小,形态呈拱形、三角形、椭圆形、楔形、梯形等,滴石类及流石类洞穴次生化学沉积物发育,冲积物主要为粘土及粉砂。老干洞为一大型洞穴,在适宜的气候、岩性、构造及水文条件下形成,洞穴形成经历了深潜期、渗流期及半悬托期三个阶段,具备一定的开发价值,可整合周边旅游资源综合开发,将带动区域经济发展。     

游览洞穴的开发与保护

本文介绍了洞穴术语,世界与我国游览洞穴研究现状。对于游览洞的开发,首要的是洞穴景观资源的研究、评价;再则是洞穴环境研究及评价;第三是洞穴的稳定性、安全性和人行为的环境影响评价。这些迄今尚无规范可循。本文还提出保护洞穴的一些建议。     

岩溶洞穴形态沉积与贵州地貌发育

岩溶洞穴是岩溶地貌的组成部分,它与洞外的地貌的形成和发展有着密切的关系,洞穴沉积物常能保存较好的地貌形成的历史印迹,通过对贵州岩溶洞穴沉积特点的分析,就贵州地貌发育演化阶段及分期问题进行了论述和讨论。     

三峡库区岩溶景区危岩破坏模式及稳定性——以重庆天生三桥深秀洞陡崖危岩为例

天生三桥景区深秀洞陡崖存在16处危岩,严重威胁到深秀洞下方水幕电梯和两侧栈道工程的安全。通过现场勘测和理论分析的方法,研究了危岩基本特征和破坏模式,进一步采用定性与定量相结合的方法对危岩稳定性进行综合评价。研究结果表明:天生三桥景区深秀洞陡崖危岩发育,其形态多样、规模不等,破坏后影响范围大、后果严重;危岩破坏模式主要表现为滑移式、倾倒式和坠落式三种;采用RMR法对陡崖岩体稳定性进行评价,陡崖岩体属于Ⅳ级,岩体质量为差岩体;采用赤平投影分析对陡崖岩体稳定性进行评价,岩体受结构面切割严重,裂隙L1、L4和多组组合交线为不稳定结构;对危岩稳定性进行定量评价,计算出危岩介于稳定与欠稳定状态之间,但在暴雨工况下,危岩大多处于欠稳定状态。研究成果可为后期危岩防治提供一定的科学依据和理论支撑。     

隧道前方大型溶洞对隧道围岩稳定性影响

在尚家湾隧道施工期间,曾预报并揭露大型溶洞,溶洞的存在给隧道施工带来极大的安全隐患。以尚家湾隧道为背景,开展数值试验。通过对比隧道前方有、无溶洞条件下开挖工况,从位移、应力、塑性区3个方面分析了隧道前方大型溶洞对隧道围岩稳定性的影响。研究表明:对于本工程而言,溶洞对隧道底部和左侧拱腰的影响要大于对隧道顶部及右侧拱腰的影响;隧道前方存在大型溶洞条件下塑性区体积随开挖位置呈指数增长。隧道前方无溶洞条件下,塑性区体积随开挖位置呈线性增长,即溶洞的存在大大加速了隧道开挖塑性破坏区的增长。该研究对岩溶地区隧道安全施工具有一定的指导意义。     

隐伏溶洞影响下隧道开挖稳定性数值模拟

隐伏溶洞是引起隧道围岩失稳甚至塌方的常见不良地质之一,为分析其对隧道开挖稳定性的影响,采用FLAC3D有限差分法和现场监测手段,探讨了隐伏溶洞尺寸、溶洞与隧道净距及溶洞位置对隧道开挖过程中围岩应力场、应变场及隧道变形的影响规律。研究表明：①围岩最大剪应力与最大剪应变增量均随溶洞尺寸增大而增大（随净距增大而减小）,塑性区集中于隧道-溶洞中间岩柱;②隧道变形时程曲线呈“S”形,隧道变形随溶洞尺寸增大而增大（随净距增大而减小）;③当溶洞直径大于0.6倍隧道宽度,且与隧道净距小于0.6倍隧道宽度时,隐伏溶洞对围岩塑性区和隧道变形具有明显影响,且隧道侧部溶洞对隧道稳定性最为不利;④建议岩溶隧道工程采用动态化设计、施工及监测,并采用综合超前地质预报探明实时地质情况。     

大直径盾构隧道与下伏溶洞安全距离

岩溶发育地区的溶洞与在建盾构隧道之间的安全距离是一个重要的工程问题,如果溶洞与盾构隧道之间的距离过小则会导致隧道的失稳。本文基于武汉和平大道南延线隧道工程,在岩溶隧道失稳判断依据的基础上,设计选取围岩级别、侧压力系数、隧道的埋深和溶洞的大小四个影响因素来进行正交实验,同时采用了数值模拟与回归分析相结合的试验分析方法,探讨了影响安全厚度的因素,最终建立了下伏溶洞与隧道安全距离的预测模型。研究结果表明：在大直径盾构隧道下伏溶洞情况下,隧道的埋深、侧压力系数、溶洞的直径、围岩水平对于隧道安全距离的影响程度依次增加。安全距离与围岩级别呈负相关关系,与侧压力系数、隧道的埋深和溶洞的直径呈正相关关系。另外,通过对比验证试验区段典型断面的工程实例,证明了该安全预测模型在工程设计中具有参考价值。     

海南省洞穴资源的主要特征及保护利用

海南省是中国唯一的热带岛屿省份,在特殊的地质地理和气候水文条件等因素的影响下,发育了十分珍贵的洞穴资源．在此,本文论述了该省洞穴资源的分布、特征及其景物标志和保护利用的现状．     

隧道与溶洞间复合围岩抗水压能力数值模拟研究

针对平行导洞扩挖施工导致隧道与溶洞间围岩安全厚度不足问题,将围岩与注浆结石体、衬砌结构与注浆结石体视为复合围岩,采用岩石真实破裂过程分析软件（Rock Failure Process Analysis, RFPA）软件对复合围岩破裂突水演化过程进行数值模拟,探讨了不同厚度和类型复合围岩的抗水压能力。结果表明：复合围岩破坏分为外层注浆结石体破坏和内层围岩破坏两个阶段;围岩、注浆结石体厚度越大,复合围岩抗水压能力越高;施作初期支护和二次衬砌将显著提升复合围岩抗水压能力,当二次衬砌厚度为1.2 m时,抗水压能力可提高至4.44 MPa,为新圆梁山隧道穿越2#溶洞施工合理选择临时二次衬砌参数提供依据。     

世界自然遗产提名地施秉喀斯特地貌及其演化

施秉喀斯特是我国第二批申报"中国南方喀斯特"世界自然遗产提名地之一,当前对其地貌演化尚缺乏系统性研究。通过多次野外勘测与取样化验研究,并运用GIS软件综合分析各要素与地貌发育之间的关系,得出研究区内主要造貌岩石为寒武系纯白云岩;研究区内地貌从分水岭到河谷呈现由峰林谷地→峰丛谷地→峰丛浅洼到峰丛峡谷的有序回春式逆向演化中;河谷裂点带之上的高原面中,地面以常态面状侵蚀作用为主,发育峰林谷地与峰丛谷地,在干流与水量较大的支流,水流下切迅速,形成峰丛峡谷,靠近河谷的中间过渡地带,发育了峰丛浅洼;研究区内未形成以深、长、大洞为主的洞穴发育区,更未发育网状地下河系统。因此,施秉喀斯特研究区代表了典型的白云岩喀斯特青年期地貌演化的特征,是研究白云岩喀斯特的良好场所。     

临近溶腔内压对隧道初支稳定性影响的模型试验

部分未经处理溶腔填充物复杂且受季节性、突发性降雨影响,溶腔内压增大会影响临近隧道结构稳定性,易导致施做后的初支结构失稳.以某三车道公路隧道为依托,开展了隧道开挖后承压溶腔对初支力学行为影响的模型试验.试验中逐级增加溶腔内压,测试了隧道洞周位移、初期支护内力及背后围岩压力的变化特征,研究承压溶腔位置及内压对隧道初支稳定性的影响.试验结果表明:隧道临近溶腔处洞周位移随溶腔内压增大而变大,达到临界内压时突然增大;承压溶腔内压增大显著增大了钢拱架临近溶腔测点处的弯矩,使钢拱架轴力水平整体提升;同时增大了临近溶腔位置处及墙角处初期支护背后围岩压力,造成初支受力不均匀.洞周位移发生突然增大、钢拱架在轴力和弯矩共同作用下达到屈服强度时,初期支护结构失稳.在试验设定的溶腔尺寸及间距下,仰拱处存在溶腔时,内压增大,隧道初期支护最先失稳.     

Cause analysis of gully erosion in Yuanmou basin of Jinshajiang valley

Some factors （i.e. lithology, topography, climate, the change of population as well as land use during the past 50 years） that could have great influence on the development of gully in the arid-hot basin of Jinshajiang valley were investigated. The results show that the factors leading to the strong gully erosion in this area include： the widely distributed Yuanmou group stratum, which promotes the development of gully erosion; the unique geomorphologic configuration that is prone to rock fall and gully erosion; the strong and time-concentrated rainfall; the arid-humid alternate climate characteristics that prepares the ground for the development of fissures in soils; the arid-hot climate that goes against the growth and recovery of vegetation; and the unreasonable and abusive human activities.