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成都市白垩系灌口组富膏盐红层溶蚀特征与机理

韩浩东 王春山 王东辉 李鹏岳 李华 杨涛

韩浩东,王春山,王东辉,等.成都市白垩系灌口组富膏盐红层溶蚀特征与机理[J].中国岩溶,2021,40(5):768-782. doi: 10.11932/karst20210504
引用本文: 韩浩东,王春山,王东辉,等.成都市白垩系灌口组富膏盐红层溶蚀特征与机理[J].中国岩溶,2021,40(5):768-782. doi: 10.11932/karst20210504
HAN Haodong,WANG Chunshan,WANG Donghui,et al.Dissolution characteristics and mechanism of gypsum-salt-rich-red beds in Cretaceous Guankou formation in  Chengdu[J].Carsologica Sinica,2021,40(05):768-782. doi: 10.11932/karst20210504
Citation: HAN Haodong,WANG Chunshan,WANG Donghui,et al.Dissolution characteristics and mechanism of gypsum-salt-rich-red beds in Cretaceous Guankou formation in  Chengdu[J].Carsologica Sinica,2021,40(05):768-782. doi: 10.11932/karst20210504

成都市白垩系灌口组富膏盐红层溶蚀特征与机理

doi: 10.11932/karst20210504
基金项目: 

中国地质调查局水工环调查项目《成都多要素城市地质调查》 DD20189210

《成渝地区双城经济圈成绵乐发展带资源环境综合地质调查》 DD20211402

四川省科技计划项目《成都地下膏盐溶蚀过程中力学性质变化的动态试验研究》 2021YJ0388

详细信息
    作者简介:

    韩浩东(1986-),男,工程师,主要从事城市地质调查与研究工作。E-mail:hanhaodong@163.com

    通讯作者:

    王东辉(1982-),男,高级工程师,主要从事地质灾害及城市环境地质调查与研究工作。E-mail:16216813@qq.com

  • 中图分类号: P642.25

Dissolution characteristics and mechanism of gypsum-salt-rich-red beds in Cretaceous Guankou formation in  Chengdu

Funds: 

 DD20189210

 DD20211402

 2021YJ0388

  • 摘要: 成都市白垩系灌口组近地表红层富膏盐地层因富含膏盐、钙芒硝等易溶矿物普遍发育红层类岩溶现象,制约着地下空间的开发利用。为梳理出成都市域灌口组富膏盐红层溶蚀规律与机理,防范红层硫酸盐岩溶相关的工程地质问题,综合利用钻孔岩芯、物探、测井、物性测试、溶解实验等资料,分析区域内富膏盐地层的分布规律、富膏盐红层溶蚀特征、溶蚀发育的影响因素和红层硫酸盐岩溶机理。综合研究表明,成都市白垩系灌口组富膏盐红层溶蚀现象普遍发育于低丘台地区及平原河谷区。红层硫酸盐岩溶受地形、构造、地下水活动、断裂等多种因素的综合影响,地下水活动和断裂系统是最关键因素。存在两种不同的溶蚀模式:在高于平原区的低丘地区,地表水透过第四系松散卵砾石层,入渗至裂缝发育、岩体破碎的强-中风化以及富含膏盐的白垩系灌口地层,溶蚀钙芒硝、石膏、硬石膏等矿物后,地下水顺流至低洼的平原、河谷地带或汇入地表径流,促使溶蚀作用的持续发生;在低于平原区的较深部,地表径流沿向斜翼部侧向顺层流动或沿断裂系统入渗补给地下水,导致60 m以深的较深部发生溶蚀现象。

     

  • 图  1  研究区地质概况图

    Figure  1.  Geological overview and lithologic histogram of Guankou formation in the study area

    图  2  灌口组岩性柱状图

    Figure  2.  Geological overview and lithologic histogram of Guankou formation in the study area

    图  3  成都地区白垩系灌口组岩芯照片

    Figure  3.  Photo of rock core of Cretaceous Guankou formation in Chengdu

    图  4  白垩系灌口组岩性电阻率—自然伽马交会图

    Figure  4.  Cross plot of lithology resistivity and natural gamma of Cretaceous Guankou formation

    图  5  成都市白垩系灌口组红层富膏盐泥岩埋深分布规律

    Figure  5.  Distribution of buried depth of gypsum-salt-rich mudstone in the red bed of Cretaceous Guankou formation in Chengdu

    图  6  溶蚀孔洞(洞穴)及松散软弱层岩心照片

    Figure  6.  Photo of dissolution holes (caves) and cores of loose-weak layers

    图  7  a.为钙芒硝岩、含泥钙芒硝岩、钙芒硝质泥岩、石膏岩溶解过程中溶液TDS变化曲线,b.为溶解过程中总溶解量的变化曲线,c.溶解速率随溶解时间变化曲线,d.为硫酸根离子浓度随时间变化曲线(标准溶液刻度TDS)

    Figure  7.  a.Variation curve of solution TDS in the dissolution process of glauberite, glauberite mudstone and gypsum rock,b.Variation curve of total dissolved amount during dissolution process,c.Variation curve of dissolution rate varying with dissolution time,d.Variation curve of sulphate ions concentration varying with time

    图  8  地下水Piper三线图及舒卡列夫分类结果

    Figure  8.  Piper three-line map of groundwater and results by schukalev classification method

    图  9  钻井溶蚀现象分布及地形、地下水位特征图(地下水位)

    Figure  9.  Distribution of drilling dissolution phenomenon and characteristics of topography and groundwater level

    图  10  黄渡—煎茶镇地质剖面及钻孔揭示溶蚀现象分布

    Figure  10.  Distribution of dissolution phenomenon revealed by geological section and borehole of Huangdu Town-Jiancha town

    图  11  等值反磁通瞬变电磁解译成果图及ZK10井溶蚀带声波速度特征

    Figure  11.  Interpretation results of equivalent antimagnetic flux transient electromagnetism and characteristics of acoustic velocity of dissolution zone in well ZK10

    图  12  富膏盐红层硫酸盐岩溶模式图

    Figure  12.  Karst model of gypsum-salt-rich-red beds

    表  1  成都地区白垩系灌口组岩石密度、电阻率、声波速度、自然伽马参数表

    Table  1.   Density, resistivity, acoustic velocity and Natural gamma ray parameters of the Cretaceous Guankou formation in Chengdu area

    岩性声波速度/ms-1密度/gcm-3电阻率/Ωm-1自然伽马(API)
    范围平均值范围平均值范围平均值范围平均值
    白云质泥岩3 821~4 8384 3302.875~2.9452.91035.5~79.658.311.41~18.4016.37
    粉砂质泥岩1 699~3 6252 6622.281~2.8012.5416.4~5 877.8357.913.60~17.6915.69
    钙芒硝2 826~4 6213 5372.687~2.8132.76443.4~2 433.0376.64.20~10.117.52
    含钙芒硝泥岩2 768~4 1653 4472.663~2.7582.72129.4~170.2147.27.65~9.808.75
    膏质白云岩3 497~3 8323 6802.620~2.8892.789102.6~161.8132.211.04~12.7611.96
    膏质泥岩2 912~2 9122 9122.357~2.3572.35735.1~963.4347.79.52~13.8611.84
    泥岩1 845~2 6152 2302.488~2.6362.5627.1~732.086.714.48~18.0615.87
    泥质粉砂岩2 499~2 7552 6272.371~2.5002.4368.8~7 957.1255.415.51~16.6516.11
    (硬)石膏岩4 073~4 2584 1532.824~2.8832.861819.3~12 838.95 249.511.49~13.7312.57
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    表  2  钻探揭示的溶蚀孔洞、松散软弱层分布深度统计表

    Table  2.   Statistical table of distribution depth of dissolution holes and loose-weak layers revealed by drilling

    钻孔号松散软弱层溶蚀孔洞发育带
    深度/m特征深度/m特征
    ZK0198.2~99.4中砂岩,胶结物被溶解,剩余为石英、长石等骨架矿物,局部呈散沙状,岩心上可见高角度裂缝,倾角大于60°
    ZK0645.3~45.5、50.5~50.9泥岩,松散状,有倾角45°裂缝。51.1~51.9含膏泥岩,多为针孔状溶孔,最大直径20 mm,
    ZK0943.6~43.9、43.4~43.8、44.4~44.6、58.8~59.0、60.7~61.1、67.4~67.7、68.5~68.6、88.8~89.0泥岩及粉砂质泥岩,含石膏、硬石膏等膏盐矿物,松散状,部分呈软弱泥状。45.0~45.2、47.5~47.6、55.3~55.8、59.8~60.0、63.1~63.3、84.0~84.1、95.8~96.0含膏盐泥岩、含钙芒硝泥岩,溶孔密集发育。
    ZK1020.0~20.2、22.5~22.8、30.2~30.8、31.8~32.6、35.7~37.5、38.1~39.8、41.5~48.7、50.0~50.5含膏盐、钙芒硝泥岩及粉砂质泥岩,松散状、角砾状,松散软弱层上下或内部发育多条裂缝,倾角30°~65°。14.7~14.9、15.5~15.7、19.0~20.4、21.5~23.2、26.2~29.2、40.4~40.5含钙芒硝泥岩,发育直径2~10 mm的溶蚀孔洞,溶蚀孔洞发育段裂缝发育,倾角为30°~65°,缝面见黑色铁锰质浸染。
    ZK136.8~7.5、14.3~15.0、18.0~19.0、65.3~65.4含膏盐泥岩及粉砂质泥岩,松散状、软弱状。10.5~12.8、19.4~19.6、25.8~26.5、31.9~32.0、65.0~65.3、69.8~70.1含膏盐泥岩,针孔状溶孔发育,溶孔发育段上下岩心发育高角度裂缝,缝面有铁锰质浸染。
    ZK1421.0~21.8、29.6~30.4、38.7~39.2、45.2~45.4、53.1~53.4、64.4~64.7泥岩及含膏盐泥岩,软弱呈土状。38.5、39.6~40.1、42.4、48.0~53.6、52.0、86.7~90.2含膏盐粉砂质泥岩,针孔状溶孔发育,溶孔直径最大20 mm。溶孔发育段伴生有裂缝,缝面有黑色铁锰质浸染。
    ZK1546.3~47.0、86.0~86.3泥岩,松散呈土状,岩芯上见高角度及近垂直裂缝,倾角70°~90°。
    ZK1734.4~35.0、36.0~36.5、47.5~47.7、53.2~53.5、77.6~77.7、81.4~81.7泥岩,松散状、碎块状,岩芯上见高角度裂缝。42.7~44.7、48.0~50.0、63.1~63.4、69.4~69.6含膏盐泥岩及粉砂质泥岩,溶蚀孔洞直径一般为1~6 mm,最大直径为10 mm,伴生有裂缝,缝面有黑色铁锰质浸染。
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-01
  • 刊出日期:  2021-10-25

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