湘中灰山港—煤炭坝地区岩溶发育特征及其构造控制

姜文; 柏道远; 尹欧; 杨帆; 彭祖武; 钟响; 李彬; 李银敏

doi:10.11932/karst2021y39

湘中灰山港—煤炭坝地区岩溶发育特征及其构造控制

doi: 10.11932/karst2021y39

湖南省地质调查院，湖南长沙 410116

基金项目:

中国地质调查局“鄂东-湘东北地区地质矿产调查”项目 DD20160031┫之子项目“湖南1∶5万浯口镇、金井、沙市街、灰山港、煤炭坝幅区域地质调查”

详细信息

作者简介:
姜文(1987-),男，高级工程师，硕士，主要从事区域地质和环境地质研究。E-mail:89760423@qq.com。

通讯作者:
柏道远（1967-），男，研究员高级工程师，博士，研究方向：区域地质调查与基础地质。E-mail: daoyuanbai@sina.com。

中图分类号: P642.25
计量
- 文章访问数: 1653
- HTML浏览量: 1293
- PDF下载量: 100
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2019-05-16
- 发布日期: 2022-02-25
- 刊出日期: 2022-02-25

Characteristics of karst development and its structural control in the Huishangang-Meitanba area of central Hunan

Hunan Institute of Geological Survey，Changsha， Hunan 410116，China

Funds:

DD20160031┫之子项目“湖南1∶5万浯口镇、金井、沙市街、灰山港、煤炭坝幅区域地质调查”

摘要

摘要: 湘中灰山港—煤炭坝地区岩溶塌陷发育，但对该地区岩溶发育总体特征及地质背景尚缺乏全面、深入地研究。文章依托1∶5万区域地质调查项目，结合相关资料，对该地区岩溶发育特征及其构造控制条件进行研究与总结。研究区可溶岩主要属于上古生界，少量发育于白垩系—古近系底部。地层潜在岩溶发育强度依次为马平组＞大埔组＞栖霞组和茅口组＞百花亭组（仅指其中的灰岩质砾岩）＞大隆组。平面上可划分为裸露型、覆盖型和埋藏型3种类型岩溶区，其中覆盖型岩溶区可进一步划分为强、中、弱3类。覆盖型和埋藏型岩溶区垂向上可分为浅部岩溶发育带、中部溶洞裂隙发育带和深部岩溶弱发育带。二叠统东吴抬升，中三叠世以来多次挤压和白垩纪—古近纪区域伸展等构造事件形成的褶皱、不同方向断裂裂隙系统、盆地基底构造，以及古近纪以来的差异升降运动等控制了岩溶发育特征。岩溶作用具有三个演化阶段：第一演化阶段形成龙潭组之下的溶孔、溶洞等古岩溶形态；第二演化阶段形成了岩溶低丘地貌；第三演化阶段形成覆盖型岩溶地貌。
- 可溶岩 /
- 岩溶分带 /
- 岩溶特征 /
- 构造控制 /
- 灰山港—煤炭坝
Abstract: Carbonate rocks of the upper Paleozoicare are widely distributed in central Hunan， and karst and karst subsidence are well developed in the Huishangang-Meitanba area of central Hunan， which leads to the karst collapse in mining areas such as Loudi and Ningxiang. Among them， the karst collapse in Ningxiang Meitanba area is particularly serious， and predecessors have carried out much exploring and monitoring work. However， there is still a lack of comprehensive and in-depth study on the overall characteristics and geological conditions of karst development in this area， which affects， to a certain extent， the scientific understanding and prevention of geological disasters caused by karst collapse. Based on the 1：50，000 regional geological survey project and the previous environmental geological survey data， this paper studies the characteristics of karst development and its tectonic control in this area. The soluble rocks in the study area mainly occur in the upper Palaeozoic， with a small amount of development at the bottom of Cretaceous-Paleogene. The average content of CaO in the main soluble rock bearing strata in the study area is 47.71% in Dapu formation， 54.09% in Maping formation， 50.00% in Qixia formation， 50.62% in Maokou formation， 53.09% in Dalong formation and 47.17% in Baihuating formation. Combined with the actual CaO content， the potential karst development intensity of the strata is in the following order， Maping formation＞Dapu formation＞Qixia formation and Maokou formation＞Baihuating formation （only referring to the limestone conglomerate）＞ Dalong formation. The karst area can be horizontally divided into three types， namely， bare， overburden and burial， among which overburden karst areas can be further divided into three types （strong， medium and weak）. The overlying and buried karst areas can be vertically divided into shallow karst development zone， middle karst cave fissure development zone and deep karst weak development zone. The characteristics of karst development are controlled by the folds formed by tectonic events such as Dongwu uplift of Permian， multiple compressions since middle Triassic and regional extension from Cretaceous to Paleogene， together with fracture systems in different directions， basement structures of basin， and differential vertical movements since Paleogenethe. According to the regional tectonic evolution， the karst development characteristics of different horizons and ages， the analysis of Cretaceous Paleogene underlying basement surface and quaternary system， the karst process and karst landform in the study area have experienced a multi-stage evolution. On the whole， there are three stages of karstification. The first stage is that after the rise of Dongwu at the end of the middle Permian， the sea water retreated， resulting in the exposure of the surface of Maokou formation and the formation of ancient karst forms such as karst pores and caves under Longtan formation. The second stage is from the late middle Triassic to the early Cretaceous. The regional folds were uplifted and subjected to weathering and dissolution， and then the fault subsidence was deposited， forming the karst low hill landform from the middle south to the middle east of the study area. The third stage is the development of modern karst. In the middle and late Paleogene， the rift basins contracted and uplifted， mostly forming covered karst landform， and if partially covered by red beds， forming buried karst. All kinds of structures in the study area have obvious control over the development characteristics of karst. Among them， folds determine the spatial distribution of strata， so as to control the distribution of soluble rocks and karst zones. The water content and water permeability of the fault zone are usually significantly higher than those of the normal stratum； the joint fissures of the surrounding rock near the fault are generally more developed； the fault fracture zone can effectively connect the groundwater in different soluble rock layers separated by non-soluble rock or water resisting layer. Therefore， the karstification intensity of the fault zone and the surrounding rock near the fault zone is higher， and the karst depth is greater. Generally， the larger the scale of the fault zone is， the stronger the karstification is. The karst development in the fault zone and its affected area is strong， and the karst development form is mainly karst collapse pit， karst cave and karst fissure. The long axis direction of collapse pit and karst fissure and the distribution direction of karst development are basically consistent with the fault trend. The joint fissure is a water holding and permeable structure， which is conducive to the dissolution of carbonate rock， so as to form karst forms such as karst ditch， karst tooth， karst fissure and karst pore with developed permeability. Under certain conditions， the joint fissure can control the direction of groundwater runoff.
- soluble rocks /
- karst zonation /
- karst characteristics /
- structural control /
- Huishangang-Meitanba area
注释:

1) 姜文，柏道远，尹欧，等.湘中灰山港—煤炭坝地区岩溶发育特征及其构造控制［J］.中国岩溶，2022，41（1）：1-12.

2)

HTML

图 1 煤炭坝地区地质背景及岩溶分布图

Figure 1. Geological background and Karst distribution in Meitanba area

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 煤炭坝地区A-A’横切剖面图

Figure 2. A-A’ cross section in Meitanba area

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 地表石牙特征（大成桥）

Figure 3. Characteristics of surface stone teeth (Dacheng bridge)

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 ZK32孔大埔组灰质白云岩溶孔特征（灰山港）

Figure 4. Characteristics of gray matter cloud rock dissolution pore of ZK32 (Hui Shangang)

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 煤炭坝地区岩溶发育的构造演化模式

Figure 5. Tectonic evolution model of the development of karst in Meitanba area

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 研究区主要含可溶岩地层岩石化学成分（%）

Table 1. Petrochemical composition of the main soluble rock strata in the study area

地层单位	样品号	CaO	MgO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	TiO₂	样品岩性
大埔组	D6034-1	37.76	0.55	22.28	4.73	2.29	0.113	含泥质灰岩
	D3034-3	51.91	0.52	5.32	1.13	0.68	0.022	含泥质灰岩
	MZ33-1	55.42	0.25	0.31	0.298	0.159	0.022	灰岩
	MZ01-1	55.40	0.22	0.74	0.23	0.16	0.13	灰岩
	MZ02-1	51.18	4.20	0.21	0.06	0.10	0.11	云质灰岩
	D6034-2	50.33	0.47	5.94	2.039	0.675	0.123	灰岩
	MZ05-1	31.95	20.20	0.09	0.06	0.15	0.08	白云岩
	平均	47.71	3.77	4.98	1.22	0.60	0.09
马平组	MZ36-1	55.23	0.29	0.18	0.119	0.138	0.017	灰岩
	MZ37-1	51.05	1.95	3.50	0.817	0.328	0.043	含泥质灰岩
	D4182-2	51.63	3.22	0.40	0.332	0.154	0.025	含泥质灰岩
	D2208-1	55.43	0.36	0.13	0.24	0.06	0.002	灰岩
	D2208-2	55.45	0.34	0.06	0.46	0.06	0.002	灰岩
	D4182-1	54.14	1.47	0.45	0.28	0.06	0.002	灰岩
	MZ06-1	54.31	0.76	1.79	0.40	0.16	0.13	灰岩
	MZ14-1	55.51	0.33	0.20	0.05	0.07	0.12	灰岩
	平均	54.09	1.09	0.84	0.34	0.13	0.04
栖霞组	D3090-1	38.55	11.43	3.40	0.52	1.76	0.013	云质灰岩
	D6023-1	54.07	1.50	0.24	0.24	0.11	0.002	灰岩
	MZ31-1	53.46	0.57	2.22	1.004	0.273	0.044	灰岩
	D4191-1	52.36	2.90	0.52	0.64	0.09	0.002	含云质灰岩
	D3090-2	55.03	0.47	0.38	0.386	0.184	0.025	灰岩
	D3090-3	33.60	18.72	0.10	0.117	0.690	0.018	云质灰岩
	MZ16-1	53.10	0.70	3.00	0.34	0.15	0.13	含泥质灰岩
	MZ09-1	50.13	0.76	4.86	1.45	0.93	0.18	含泥质灰岩
	MZ11-1	54.15	1.83	0.17	0.07	0.11	0.12	灰岩
	MZ18-1	55.53	0.30	0.07	0.06	0.03	0.12	灰岩
	平均	50.00	3.92	1.50	0.48	0.43	0.07
茅口组	D7071-1	55.29	0.25	0.27	0.36	0.06	0.002	灰岩
	D4200-1	48.29	6.18	0.60	0.34	0.16	0.002	含云质灰岩
	MZ38-1	54.64	0.44	0.87	0.446	0.164	0.033	灰岩
	MZ40-1	54.90	0.23	0.52	0.683	0.234	0.039	灰岩
	D7071-2	54.25	1.46	0.11	0.096	0.089	0.018	灰岩
	MZ12-1	54.02	2.12	0.36	0.13	0.11	0.12	灰岩
	MZ17-1	55.38	0.34	0.94	0.29	0.10	0.13	灰岩
	MZ19-1	39.66	2.72	19.28	0.21	0.14	0.10	泥质灰岩
	MZ20-1	42.16	0.35	22.85	0.93	0.59	0.14	泥质灰岩
	MZ22-1	47.56	2.54	9.31	0.67	0.34	0.15	含泥质灰岩
	平均	50.62	1.66	5.51	0.42	0.20	0.07	含泥质灰岩
大隆组	MZ13-1	53.49	1.82	1.38	0.27	0.15	0.12	硅质岩中的灰岩夹层
百花亭组	D2207-1	47.17	1.18	11.46	1.70	0.58	0.045	灰岩质砾岩

注：所有样品均来自本文，其中样号以“MZ”开头者为钻孔岩芯样品，以“D”开头者为野外露头上样品。

下载: 导出CSV

表 2 研究区主要含可溶岩地层岩石化学成分（%）与线岩溶率（%）

Table 2. Petrochemical composition （%） and Linear dissolution rate （%） of the main soluble rock strata in the study area

地层层位	岩性特征	化学成分平均含量			平均线岩溶率/钻孔数	备注
地层层位	岩性特征	CaO	MgO	SiO₂	平均线岩溶率/钻孔数	备注
大埔组—马平组C₂d—P₁m	厚层—块状灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩及白云岩	51.11	2.34	2.77	10.81/30
栖霞组P₂q	中-厚层状含硅质团块或硅质条带灰岩夹炭质钙质页岩或互层	50.00	3.92	1.50	4.03/6
茅口组P₂m	厚层状含硅质条带灰岩、含泥质灰岩夹泥灰岩	50.62	1.66	5.51	4.70/52
大隆组P₃d	薄层硅质岩夹钙质页岩和灰岩	53.49	1.82	1.38	2.03/42
百花亭组KEb	紫红色复成分砾岩、砂岩，灰色灰岩质砾岩	47.17	1.18	11.46	4.13/15	以灰质砾岩层统计

注：氧化物含量来自于本文（表1数据）；线岩溶率来自于《湘中地区岩溶塌陷调查（煤炭坝幅）成果报告》（湖南省地质调查院，2014）。

下载: 导出CSV

表 3 岩溶发育岩层与煤层的距离关系

Table 3. Distance relationship between karst development degree and coal seam

灰岩与煤层间距离/m	0~25	25~50	50~75	75~100	100~125	125~150
钻孔平均岩溶率/%	4.40	2.60	1.43	0.16	>0	>0

资料来源：《煤炭坝矿区岩溶水文地质特征》。

下载: 导出CSV

参考文献(15)

湖南省地质调查院. 中国区域地质志·湖南志［M］. 北京：地质出版社， 2017.

Hunan Institute of Geological Survey.Regional geology of China·Annals of Hunan［M］.Beijing： Geological Publishing House，2017.

周治国. 湖南娄底地区岩溶塌陷特征及防治探讨［J］. 水文地质工程地质，1993（3）：18-20.

ZHOUZhiguo. Characteristics and prevention of karst collapse in Loudi area， Hunan Province［J］. Hydrogeology & Engineering Geology，1993（3）：18-20.

谭克龙，周春光. 湘中恩口—斗笠山矿区岩溶塌陷研究［J］. 西安矿业学院学报，1996，16（2）：130-134.

TANKelong， ZHOUChunguang.Research on Karst Collapse in Enkou-Doulishan mine district of middle Hunan Province［J］ Journal of Xi'an Mining Institute，1996，16（2）：130-134.

陆红，刘剑峰，胡家新. 湖南省斗笠山煤矿区岩溶塌陷分布规律及成因分析［J］. 西部探矿工程，2012（12）：121-125.

LUHong， LIUJianfeng， HUJiaxin. Distribution law and cause analysis of karst collapse in Doulishan coal mine area， Hunan Province［J］.West-China Exploration Engineering，2012（12）：121-125.

谭松林，尹金香，王晓燕. 湖南煤炭坝矿区岩溶塌陷的形成与易发性分区［J］. 煤田地质与勘探，2009，37（6）：39-42，46.

TANSonglin， YINJinxiang， WANGXiaoyan.Forming conditions and zonation of succeptibility of karst collapse in Meitanba mining area in Hunan province［J］.Coal Geology & Exploration，2009，37（6）：39-42，46.

陈亮晶，孙锡良，皮景，王璨，欧健. 湖南宁乡大成桥地区岩溶地面塌陷分布特征及影响因素分析［J］. 中国岩溶，2014，33（4）：490-497.

CHENLiangjing，SUNXiliang，PIJing， WANGCan，JianOU. Distribution characteristics and factors influencing karst collapse in Dachengqiao， Ningxiang， Hunan［J］.Carsologica Sinica，2014，33（4）：490-497.

蒋小珍，雷明堂，管振德. 湖南宁乡大成桥充水矿山疏干区岩溶系统水气压力监测及突变特征［J］. 中国岩溶，2016，35（2）：179-189.

JIANGXiaozhen， LEIMingtang， GUANZhende.Character of water or barometric pressure jump within karst conduit in large strong drainage area of karst water filling mine in Dachengqiao， Ningxiang， Hunan［J］.Carsologica Sinica，2016，35（2）：179-189.

曹创华，徐定芳，康方平，文武飞，尹欧，邓专. 湖南省岳家桥典型岩溶发育区电性特征及构造格架研究［J］. 中国地质调查，2018， 5（6）：68-74.

CAOChuanghua， XUDingfang， KANGFangping， WENWufei，YINOu，DENGZhuan. Electrical characteristics and tectonic framework of typical karst zone in Yuejiaqiao area of Hunan Province［J］. Geological Survey of China，2018， 5（6）：68-74.

邓沛宇，黎永索，李留玺，范子坚，黄文武. 岳家桥镇岩溶塌陷区地下水动态监测与分析［J］. 湖南城市学院学报（自然科学版），2017，26（6）：26-29.

DENGPeiyu，LIYongsuo，LILiuxi， FANZijian， HUANGWenwu. The Survey and Analysis the Influence of Groundwater Changes on Karst Collapse in Yuejiaqiao Area［J］. Journal of Hunan City University （Natural Science），2017，26（6）：26-29.

何禹，邓专，周磊. 综合物探法在益阳市岳家桥镇地面塌陷勘查中的应用［J］. 工程地球物理学报，2013，10（6）：814-821.

HEYu，DENGZhuan，ZHOULei.The Application of Integrated Geophysical Methods to Surface Collapse Exploration in Yuejiaqiao［J］.Chinese Journal of Engineering geophysics，2013，10（6）：814-821.

柏道远，姜文，钟响，熊雄. 湘西沅麻盆地中新生代构造变形特征及区域地质背景［J］. 中国地质， 2015，42（6）：1851-1875.

BAIDaoyuan， JIANGWen， ZHONGXiang， XIONGXiong. Mesozoic-Cenozoic structural deformation characteristics of Yuanling-Mayang basin and regional tectonic setting［J］. Geology in China， 2015， 42（6）：1851-1875.

柏道远，李银敏，钟响，李彬，黄乐清，伍贵华，李超，姜文. 湖南NW向常德—安仁断裂的地质特征、活动历史及构造性质［J］. 地球科学，2018，43（7）：2496-2517.

BAIDaoyuan， LIYinmin， ZHONGXiang， LIBin， HUANGLeqing，WUGuihua，LIChao，JIANGWen. Geological Features， Activity History and Tectonic Attribute of NW-Trending Changde-Anren Fault in Hunan［J］. Earth Science，2018，43（7）：2496-2517.

柏道远，刘波，倪艳军，马铁球，王先辉，彭云益，李纲. 湘东北湘阴凹陷控盆断裂特征、盆地性质及动力机制研究［J］. 资源调查与环境，2010，31（3）：157-168.

BAIDaoyuan， LIUBo， NIYanjun， MATieqiu， WANGXianhui， PENGYunyi， LIGang. Characteristics of basin-controlling faults， basin type and dynamic mechanisms of the Xiangyin Sag in northeastern Hunan［J］.Resources Survey & Environment，2010，31（3）：157-168.

柏道远，李长安，王先辉，马铁球，周柯军，彭云益，李纲，陈渡平. 第四纪洞庭盆地构造性质及动力机制探讨［J］. 大地构造与成矿学，2010，34（3）：317-330.

BAIDaoyuan，LIChang’an， WANGXianhui， MATieqiu， ZHOUKejun， PENGYunyi ，LIGang， CHENDuping. Quaternary Tectonic Characteristics and Dynamic Mechanisms of the Dongting Basin［J］.Geotectonica et Metallogenia， 2010：317-330.

柏道远，王先辉，李长安，马铁球，陈渡平，周柯军，彭云益，李纲. 洞庭盆地第四纪构造演化特征［J］. 地质论评，2011，57（2）：261-276.

BAIDaoyuan，WANGXianhui，LIChang’an， MATieqiu， CHENDuping， ZHOUKejun， PENGYunyi，LIGang .Characteristics of Quaternary Tectonic Evolution in Dongting Basin［J］.Geological Review，2011，57（2）：261-276.

施引文献

资源附件(0)

访问统计