Hydrogeochemistry of karst underground waters at shallow depth in Guiyang City, Guizhou Province

The aim of this study is to shed light on the hydrogeochemical characteristics of karst underground waters at shallow depth in Guiyang City, Guizhou Province with an emphasis on the geochemistry of major elements. Guiyang City bears abundant underground waters and it is also an important representative of the karst areas throughout the world. Ca+{2+} and Mg+{2+} are the dominant cations, accounting for 81%-{99.7%} of the total, and HCO+--3 and SO+{2-}-4 are the dominant anions. Weathering of limestones and dolostones is the most important factor controlling the hydrogeochemistry of underground waters, and weathering of sulfate and evaporite rocks is less important. Moreover, the precipitation and human activities also have a definite influence on the hydrogeochemistry of underground waters in the region studied.

宜昌地区灯影组深层丘滩相碳酸盐岩储层特征

宜昌地区灯影组顶部发育微生物碳酸盐岩沉积,由藻叠层石、藻球粒、凝块石等微生物丘建造,以及藻砂屑、滑塌角砾等颗粒云岩组成,属于典型台缘浅滩—台缘斜坡相沉积。顶部高能颗粒滩相带发育大量蜂窝状溶蚀孔洞,深层碳酸盐岩孔隙度平均9.81%,为优质中孔中渗碳酸盐岩储层,是鄂西地区油气勘探开发的重要层系。

等值反磁通瞬变电磁法在浅部岩溶探测中的应用研究——以惠州市龙门县某地区为例

传统瞬变电磁法受关断时间和互感的过渡过程影响,存在较大浅部盲区;新近发展迅速的等值反磁通瞬变电磁法从理论和仪器上实现了纯二次场的观测,大大提高了浅部区域的探测精度。为研究等值反磁通瞬变电磁法在100 m以浅岩溶探测的应用效果,以惠州市龙门县某岩溶发育区为靶区,开展了方法有效性研究,取得主要成果与结论:(1)界定的土石界面和圈定的岩溶发育区与已知钻孔揭露情况吻合较好,验证了基于等磁反磁通瞬变电磁法在100 m以浅岩溶探测的有效性;(2)反映区内岩溶具有一定连通性,岩溶大小约1~20 m,岩溶主要发育于20~40 m及60 m以下埋深。研究结果一方面有效圈定了研究区100 m以浅岩溶发育区,对后续桥梁工程的安全建设具有重要意义;另一方面等值反磁通瞬变电磁法具有施工便捷、采集高效、抗干扰强等优势,未来有望在城市浅部空间探测领域实现更大作为。

赣州梅窖镇岩溶区浅层地下水水化学特征及形成机制

查明岩溶地区地下水的补给来源和水岩相互作用过程,对合理开发利用水资源、保护岩溶水资源和水生态具有重要意义.本文综合利用数理统计、Gibbs图、正向演替模型-端元混合模型等方法,定性和定量分析了赣州梅窖镇岩溶区浅层地下水水化学特征及演化过程.结果表明,研究区浅层地下水整体上呈弱碱性,TDS分布范围为27.61—360.75 mg·L^(−1),平均值为179.13 mg·L^(−1),水化学类型以HCO3-Ca型为主;地下水氢氧稳定同位素分布在当地大气降水线附近,指示大气降水是主要补给来源,蒸发作用不明显;地下水化学组成的主控因素是岩石风化和人类活动,其中Ca^(2+)、Mg^(2+)以及HCO_(3)^(−)主要来源于碳酸盐、硅酸盐和蒸发盐的溶解,Na^(+)、K^(+)主要源于硅酸盐溶解,Cl^(−)、SO_(4)^(2−)及NO_(3)^(−)反映了人类活动的影响.通过正向演替-端元混合模型可知,岩石风化平均贡献为78.74%,大气输入和人类活动分别占12.50%和8.76%,而岩石风化中碳酸盐岩对地下水成分的贡献最大(67.64%),硅酸盐岩(7.33%)和蒸发盐岩(3.77%)的贡献较小.碳酸盐岩风化以灰岩贡献为主,平均贡献率达60.33%,其次为白云岩,平均贡献率达29.76%.

川东五百梯地区石炭系岩溶古地貌识别及储集意义

综合利用钻井、测井、岩心及地震资料,通过建立地震正演模型模拟、RGB分频融合技术及波形分类分析等手段,对川东五百梯地区石炭系岩溶古地貌进行了识别与刻画。研究结果表明:(1)川东五百梯地区石炭系遭受的岩溶作用强度自西向东逐渐变小,东南部石炭系原始沉积厚度更大,但残余厚度分布不均匀,主要为10~30 m;西北部地层厚度较小,为0~15 m。(2)研究区石炭系自西向东可识别出岩溶高地和岩溶斜坡2个二级地貌单元,岩溶斜坡可划分为残丘和浅洼2个三级地貌单元,再依据其差异溶蚀特征,可进一步划分为陡斜坡浅洼和缓斜坡浅洼,浅洼内发育残丘、暗河及落水洞。反射同相轴的上提和下拉特征、岩溶角砾岩的发育、地震层拉平剖面、RGB分频融合及波形变化特征等均可识别出岩溶古地貌的发育。(3)研究区石炭系各地貌单元的分布受构造控制,浅洼和残丘多以椭圆状或不规则长条状呈北西—南东向展布,暗河的展布与浅洼长轴方向一致;岩溶古地貌控制着地层厚度以及溶蚀孔洞的发育,残丘残余厚度较大,岩溶作用强,充填作用较弱,溶蚀孔洞较发育,储层平均孔隙度为4.34%;缓斜坡浅洼残余厚度较小,充填作用较强,溶蚀孔洞不发育,储层平均孔隙度为2.68%,而陡斜坡浅洼虽然残余厚度小,但因潜水位低、泄水能力强,溶蚀作用强而充填作用弱,储集空间发育,储层平均孔隙度为5.05%;缓斜坡和陡斜坡储层平均孔隙度分别为3.67%和3.31%,岩溶高地孔隙度最小,平均为2.51%。

岩溶管道构造影响下浅部地层温度数值模拟研究

当含水岩溶构造体存在时,浅部地层温度场会产生变化。浅层测温法可以简单快速地获得浅层地温数据,通过温度差异反演出岩溶构造的分布。为了研究以贵州省盘州市某场地及其周围场地为对象时,浅层测温技术探测岩溶管道构造体的可行性,笔者采用数值模拟方法。结果表明:构造体不同的埋深会显著改变浅部地层的温度,对于单个岩溶构造体(等效直径为0.5 m,水温12℃),可探测深度极限约为66 m;在管道内流体的温度为12℃时,岩溶管道构造体有效流动截面积的增大会降低浅部地层温度,等效直径在0.1~1.0 m区间内改变时,2.0 m处地层温度的变化在0.02℃以内,这使得利用浅层测温法识别岩溶构造体的有效流动截面积变得困难;流体温度在一定范围内(12~18℃)的变化会改变浅部地层温度,尤其是低温流体的影响更为明显。

基于钻孔数据的岩溶形态统计规律研究

【背景】钻孔包含丰富的岩溶空间信息,但数据离散性大,难以直接用于刻画岩溶空间形态。【方法】以铜山源高架桥为例,全面收集各阶段钻孔数据,选择岩溶发育高程、高度、概率三类共6个指标,采用数理统计及指标散点图的单指标和多指标分析,探索岩溶形态多指标最优组合方法,获得岩溶形态统计规律及其分布特征。【结果】研究表明:(1)单一指标反映了岩溶形态不同方面的局部特征;(2)按溶洞底板高程从低到高顺序绘制的多指标散点图具有显著规律性,能确定浅部溶蚀基准面,进一步将钻孔岩溶划分为深部岩溶DD类和浅部岩溶SD类;(3)工程地质平面图中不同类型的岩溶具有明显分区特征,剖面图中具有不同的岩溶形态,工程地质条件差异大;(4)根据岩溶类型划分,使得勘察设计和施工更有针对性。【结论】岩溶多指标散点图方法,能有效解决工程建设中岩溶形态判断的困难,且能利用长期积累的大量钻孔数据,为定量分析区域岩溶发育情况提供基础。

浅埋偏压岩溶隧道围岩应力特征分析

为研究溶洞对浅埋偏压隧道开挖围岩应力分布的影响,以建新隧道浅埋偏压段为工程案例,运用FLAC3D软件建立二维数值分析模型,对比分析不同施工阶段围岩应力分布及应力比值。分析结果表明:溶洞处于深埋侧拱腰方向时,会导致围岩应力集中位置从拱肩向边墙脚处转移,提高围岩整体偏压程度,该现象在拱肩处最为显著。

喀斯特区浅埋暗挖隧道施工技术应用研究

文章以高速铁路引入机场隧道工程施工实践为基础,通过分析隧道洞身开挖、初期支护、二次衬砌施工及监控量测等喀斯特地质区域浅埋隧道暗挖施工技术,提出质量控制措施,旨在保障隧道施工安全和质量,为同类工程施工提供一定的经验参考。

甘肃陇南姚寨沟地区浅循环地下水水文地质特征研究

姚寨沟地区浅循环地下水以碳酸盐岩溶裂隙水和断层脉状水为主,受地形地貌、地层岩性及地质构造与地下水赋存空间严格控制,地质构造对区内水文地质特征的控制比较明显,对地下水的空间分布、形成和运移起着关键性作用,通过典型泉点的调查研究,在断层处形成明显的含水层和隔水层分界,断层上盘多为阻水岩层,下盘中厚层灰岩溶蚀裂隙发育,在构造控制下,为地下水补给、运移、储存提供了较好的条件,有利于地下水富集,同时受到上盘岩层阻水作用,地下水被挡在透水层一侧富集形成断层阻水式储水构造,加之断层构造部位张、剪应力集中,有利于岩溶裂隙水的富集,在区内形成不同类型的泉点。通过不同类型泉点的调查分析研究,区内地下水的补给来源主要为大气降水,径流途径较短,循环深度较浅,地下水水化学类型为HCO_(3)-Ca型水,通过查明区内典型碳酸盐岩溶裂隙水和断层带脉状水水文地质特征,为该地区地下水的合理开发利用和相关研究提供重要理论依据。

城市浅埋小净距隧道悬臂掘进机开挖溶洞处理技术

孟北路隧道位于南京市栖霞区,为城市主干路,隧道围岩全部为Ⅴ级,隧道浅埋断面大、小净距、下穿铁塔、溶洞发育,溶洞填充物多为松散堆积体,隧道施工中溶洞处理不到位将对后续施工带来坍塌冒顶风险,受小净距影响后行洞施工安全。本文以孟北路隧道中夹岩溶洞处理为背景,结合城市悬臂掘进机开挖,重点论述了溶洞处理施工方法、施工安全性,为同类工程提供可借鉴经验。

基于集对分析模型的岩溶区浅埋穿河隧道突涌水危险性评价

在岩溶区修建隧道常会面临突涌水等地质灾害,尤其是对于浅埋穿河隧道的建设,更是极具挑战性的一项工作。由于隧址区存在断层破碎带、岩体风化程度高、节理裂隙发育等,使得河水入侵隧道的可能性大幅增加。为了有效评价岩溶区浅埋隧道下穿河段突涌水发生的危险性,本研究根据隧址区地质条件及隧道特征,选取了地层岩性、修正的岩层倾角、可溶岩与非可溶岩接触带、围岩等级、断层带宽度、断层性质、裂隙发育程度、地表水流量、地表汇水面积、隧道埋深、施工干扰程度共11个影响突涌水的关键因素作为评价指标,建立了岩溶区浅埋穿河隧道突涌水危险性评价体系。首先,采用层次分析法构造判断矩阵确定评价指标的权重,利用集对分析法计算各评价指标的联系度,进而确定评价样本的综合联系度;其次,运用最大隶属度原则识别突涌水风险等级;最后,根据危险性等级与涌水量之间的对应关系,可初步预测突涌水量范围。针对跃龙门隧道下穿高川河浅埋段的突涌水风险,采用集对分析模型进行分析,计算结果显示,危险性评价预测的突涌水量范围为3000~10000 m3/d,现场开挖实际涌水量为7000 m3/d。即危险性评价结果与现场实际情况基本一致,验证了该评价体系与方法的合理性及可行性,为岩溶区浅埋隧道下穿河段突涌水风险评估提供了有效支撑。

多层浅埋煤层开采触发岩溶坡体动力崩滑机制研究

因内外动力地质作用活跃和人类工程活动频繁致使我国西南岩溶山区坡体灾害频发,进行该类灾害防控的相关研究必要而迫切。采用原位地质详查、全域块体离散元数值模拟和工程地质力学理论分析,选择贵州纳雍张家湾普洒滑坡为研究对象,系统提出了该类“井工开采诱发型”滑坡的致灾特征、主控触发因素和动力成灾机制。结果表明:(1)该滑坡动力崩滑的影响因素包括高陡坡体微地貌、“上硬下软”岩性组合、斜坡岩体结构和物理化学风化等主导因素和多层浅埋采空区、强降雨和采掘爆破振动等触发因素,其中前者的存在或长期作用较为明显地降低了原始坡体的稳定性,而后者的存在或短期作用急剧地劣化了坡体地质条件并最终触发了坡体的“临界崩滑”;(2)该滑坡在采空区和强降雨作用下形成的“渐进变形”具有明显的“整体下座”和“顺时针旋转”特征,其中“整体下座”为“井工开采诱发型”滑坡的典型特征,其为受区内井工开采引起的地表开采沉陷所致;(3)邻近坡体的采掘爆破振动最终触发该滑坡形成“临界崩滑”后,其后续动力响应可细化为“解体破碎→铲刮滑床→碎屑流动→堆积稳定”4个阶段。最后,基于分析驱动该滑坡各阶段动力响应的力学作用类型及其效应,即:坡体岩溶裂隙渗透压力、竖向和水平爆破振动应力、坡脚处剪切应力、采空区边界卸荷应力和采空区中冒落岩块压实过程产生的侧向膨胀应力等及其岩体破裂效应,系统提出了考虑其崩滑全程力学模式演变的动力崩滑机制。

川东南页岩气井岩溶浅表层安全高效钻井技术

四川盆地川东南构造带东胜背斜北部浅表地层岩溶发育,溶洞层级多,破碎带厚,尤其是嘉陵江组2段以上地层钻井液失返、井壁破碎带掉块严重,井下故障频发,多口井废弃。为了提高页岩气井的钻井效益,采取了优化井身结构、分井段优化钻具组合、分阶段优选钻井液,以及使用“组合法”注水泥固化破碎带井壁等技术措施,形成了川东南页岩气井岩溶浅表层安全高效钻井技术。该技术在东胜背斜北部区块10口井进行了现场应用,降低了浅表层井段发生井下故障的概率,提高了岩溶浅表层的钻井时效,浅表层成井率达到100%,机械钻速提高25.0%,钻井周期缩短63.2%。川东南页岩气井岩溶浅表层安全高效钻井技术为该区块高效开发提供了技术支撑。

等值反磁通瞬变电磁和微动勘探在浅部岩溶探测中的应用

隐伏岩溶常会导致地面塌陷、水库渗水、坑道涌水等灾害的发生,提前查明岩溶的分布及发育情况对岩溶区的工程设计和施工具有重要的指导意义。地球物理方法是探测岩溶最有力的方法之一,针对山东龙口港储罐区岩溶发育、场地有限以及电磁干扰严重等问题,采用等值反磁通瞬变电磁和微动勘探联合探测的方法,开展了浅部岩溶探测。首先选择等值反磁通瞬变电磁法开展了10 m×5 m网格的扫面工作,获得了场地3D地电模型;然后在反演解释的岩溶发育区上方补充3条微动勘探短剖面,弥补等值反磁通瞬变电磁无法通过中高电阻率异常分辨出填充空气溶洞的不足。结果表明:基岩层的低电阻率异常区同样表现出视S波低速异常,2种不同参数的异常对应良好,推断为岩溶所致;同时,在基岩层中也存在部分视S波低速异常区在电阻率剖面上表现为中高电阻率的情况,后经钻孔验证此类异常为空气填充的岩溶所致。经过2种方法联合推断解释,后期钻孔验证钻遇溶洞的成功率达到了70%,证明了这2种方法联合探测的有效性。研究成果可有效解决在复杂环境条件下探测浅部岩溶的难题,具有良好的推广应用价值。

无锡浅埋岩溶发育特征及其与隧道安全距离研究

在江苏无锡惠山附近修建地铁过程中发现了较多的浅埋岩溶,通过钻孔资料和跨孔地震CT试验对该地的岩溶发育特征进行了详细分析.同时,根据溶洞的大小、位置和填充等情况,将其分为四种类型.为了探讨该场区地铁隧道开挖后的稳定性问题,采用有限差分的方法,研究了隧道与溶洞之间的距离及溶洞填充物对隧道整体稳定性的影响.最后,根据设计规范,确定了隧道与溶洞之间的安全距离.结果表明,场区内大部分溶洞呈扁球形或椭球形,并由含砾石的粉质黏土或淤泥质粉质黏土充填,最发育的溶洞埋深在26~30 m和32~36 m,溶洞直径为1~10 m;综合来看场区内Ⅰ型溶洞对隧道安全施工的威胁最小;四种岩溶类型与隧道之间的安全距离为5 m或≥11 m.本研究成果可为江苏省浅埋岩溶地区其他拟建隧道的设计和施工提供技术参考.

岩溶地区大断面浅埋暗挖隧道CRD工法优化研究

依托于贵阳地铁3号线大营坡站一茶店站区间隧道工程,对岩溶地区特殊地质环境下隧道CRD工法的适应性进行优化改进。首先利用Midas-GTS有限元软件对CRD工法优化前后隧道围岩变形和应力变化情况进行了模拟分析,隧顶最大沉降量比优化前减小28.1%,周边岩层最大压应力减小12.0%。然后总结工法优化施工过程控制要点,并对工法优化安全技术经济性进行分析验证,说明该优化方案可行。通过现场施工情况来看,对工法优化后周边围岩影响较小,有效控制了围岩变形,在人工费、机械费方面节约30.6%,提高了初期支护闭合成环速度,平均提高到工法优化前的1.33倍。

三维微动近地表速度结构成像方法在城市地下溶洞探测中的应用

地下溶洞的普遍存在严重威胁城市地铁建设工程的安全性和稳定性。为了减小地下溶洞对城市地铁建设的影响,注浆处理作为一种常见的应对措施被广泛采用,然而,在进行注浆处理前后,准确计算地下溶洞的大小和位置至关重要。选取武汉某地铁线路进行实验,利用地震背景噪声互相关函数对地铁建设区域50 m以内的速度结构进行三维成像,并与钻孔数据进行对比分析。结果表明,前期钻孔资料推测的溶洞区域往南和东北方向延伸,推测1线和2线、3线和4线之间存在溶洞通道,导致注浆向南北方向发散,后续在1线和4线的钻孔资料中也证实了这一推测,成功揭示了地铁施工区的溶洞分布特征;利用地震背景噪声互相关函数进行速度结构成像是一种有效的方法,可以帮助解决城市地铁建设中地下溶洞问题,提高工程的安全性和可靠性。

喀斯特地质浅埋大跨地铁车站挑顶转换施工关键技术 ——以贵阳地铁3号线北京路站为例

为解决喀斯特地质浅埋大跨地铁车站斜井进正洞施工难控制、易变形的问题,以贵阳地铁3号线北京路站斜井进正洞为例,提出了斜井进正洞的挑顶转换施工关键技术,对施工方案,施工流程和施工关键技术进行凝练;整个挑顶转换过程实现安全、有序、快速、优质,既保证了本工程的安全建设,也为其他类似工程提供借鉴方案。

喀斯特地质浅埋大跨地铁车站钢管柱施工关键技术——以贵阳地铁3号线北京路站为例

为解决喀斯特地质浅埋大跨地铁车站盖拱支柱法暗挖施工中钢管柱施工问题,以贵阳地铁3号线北京路站正洞为例,介绍了拱盖支柱法施工工序,制定了岩溶地段处理,据此,提炼了地下暗挖时钢管柱的开挖、吊装、定位、浇筑、检查验收等成套施工关键技术;整个钢管柱施工过程实现高效、优质,保证了盖拱支柱法中支柱的安全建设,可为类似工程提供参考。