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武汉两湖隧道岩溶水系统结构及水循环规律

马超 曾斌 罗明明 权锋 於李军 李期佳 代昂

马超, 曾斌, 罗明明, 权锋, 於李军, 李期佳, 代昂. 武汉两湖隧道岩溶水系统结构及水循环规律[J]. 地质科技通报, 2022, 41(5): 395-404. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0198
引用本文: 马超, 曾斌, 罗明明, 权锋, 於李军, 李期佳, 代昂. 武汉两湖隧道岩溶水系统结构及水循环规律[J]. 地质科技通报, 2022, 41(5): 395-404. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0198
Ma Chao, Zeng Bin, Luo Mingming, Quan Feng, Yu Lijun, Li Qijia, Dai Ang. Structure of karst water system and hydrological circulation characteristics of Lianghu Tunnel in Wuhan[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2022, 41(5): 395-404. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0198
Citation: Ma Chao, Zeng Bin, Luo Mingming, Quan Feng, Yu Lijun, Li Qijia, Dai Ang. Structure of karst water system and hydrological circulation characteristics of Lianghu Tunnel in Wuhan[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2022, 41(5): 395-404. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0198

武汉两湖隧道岩溶水系统结构及水循环规律

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0198
基金项目: 

企事业委托项目 Y102021004

国家自然科学基金项目 42172276

详细信息
    作者简介:

    马超(1995—),男,现正攻读地质工程专业硕士学位, 主要从事岩溶水文地质方面的研究工作。E-mail: cug2014machao@163.com

    通讯作者:

    罗明明(1989—),男,副教授,主要从事水文地质环境地质方面的教学与研究工作。E-mail: luomingming@cug.edu.cn

  • 中图分类号: P641.134

Structure of karst water system and hydrological circulation characteristics of Lianghu Tunnel in Wuhan

  • 摘要:

    武汉市两湖隧道是国内最长、世界规模最大的城市湖底隧道, 其东湖段穿越岩溶区, 识别其岩溶水系统结构对隧道建设和运营安全具有重要意义。为查明区内岩溶水系统结构及水循环特征, 综合利用地质及水文地质勘探、水文地球化学分析等方法刻画了岩溶含水系统边界, 总结了岩溶发育规律, 识别了洞穴沉积物来源, 分析了岩溶水与孔隙水和地表水之间的水力联系, 探讨了岩溶水循环模式。结果表明: 研究区可划分为南北2个岩溶含水系统, 北段岩溶含水系统的岩溶发育程度强于南段岩溶含水系统, 北段和南段岩溶含水系统由断层带连通而具有统一的水力联系。洞穴沉积物主要来源于第四系残积层和洞穴围岩风化。第四系冲洪积层孔隙水与下伏岩溶水的水力联系较弱, 而第四系残积层孔隙水与下伏岩溶水的联系紧密。本研究利用多种技术方法精细刻画湖底隧道的岩溶水系统结构, 可服务于隧道工程的涌突水风险评价和安全施工。

     

  • 图 1  武汉市两湖隧道地理位置图

    Figure 1.  Geographical map of Lianghu Tunnel in Wuhan

    图 2  武汉市大桥向斜水文地质图

    1.三叠系大冶组裂隙岩溶含水岩组;2.石炭系黄龙组-二叠系茅口组裂隙岩溶含水岩组;3.泥盆系五通组基岩裂隙含水岩组;4.白垩系-古近系公安寨组孔隙裂隙含水岩组;5.二叠系孤峰组-大隆组隔水岩组;6.志留系坟头组隔水岩组;7.断层;8.地表水界线;9.地下水流向;10.研究区范围

    Figure 2.  Hydrogeological map of the Wuhan Daqiao syncline

    图 3  武汉两湖隧道区水文地质图

    碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组:1.大冶组三-四段(T1d3-4)含水岩组; 2.大冶组一-二段(T1d1-2)含水岩组; 3.二叠系茅口组(P2m)含水岩组; 4.二叠系栖霞组(P2q)含水岩组; 5.石炭系大埔组+黄龙组(C2d+h)含水岩组。碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组:8.泥盆系五通组(D3w)含水岩组;相对隔水层:6.龙潭组+大隆组(P3l+d);7.孤峰组(P2g);9.坟头组(S1f)

    Figure 3.  Hydrogeological map of the Lianghu Tunnel in Wuhan

    图 4  Ⅰ-Ⅰ′水文地质剖面图

    1.第四系上更新统-全新统冲洪积层;2.第四系残积层;3.三叠系大冶组三-四段;4.三叠系大冶组一-二段;5.二叠系龙潭组+大隆组;6.二叠系孤峰组;7.二叠系茅口组;8.二叠系栖霞组;9.志留系坟头组;10.粉砂岩;11.泥质粉砂岩;12.炭质页岩;13.硅质岩;14.灰岩;15.泥质条带灰岩;16.砂屑灰岩;17.断层破碎带;18.断层

    Figure 4.  Hydrogeological section along the line Ⅰ-Ⅰ′

    图 5  大桥向斜岩溶含水系统结构示意图

    1.第四系覆盖层;2.三叠系岩溶含水层;3.石炭系-二叠系岩溶含水层;4.白垩系-古近系孔隙裂隙含水层;5.长江阶地第四系含水层;6、中上二叠统相对隔水层;7.志留系-泥盆系相对隔水层;8.断层;9.地下水流向;10.地表水流向

    Figure 5.  Sketch of the karst aquifer system in the Daqiao syncline

    图 6  研究区溶洞垂向分布统计图

    Figure 6.  Statistical diagram of the vertical distribution of karst caves in the study area

    图 7  钻孔ZK1沉积物主量元素质量分数关系图

    Figure 7.  Relationship diagram of major element concentrations in the sediments of ZK1 borehole

    图 8  研究区不同类型水样Piper三线图

    Figure 8.  Piper trilinear chart of different water samples in the study area

    图 9  研究区不同类型水样δD-δ18O关系图

    Figure 9.  Cross plot of δD-δ18O of different water samples in the study area

    图 10  岩溶水系统中Sr2+/Mg2+-TDS(a)与Na+/Cl--Cl-关系图(b)

    Figure 10.  Cross plots of Sr2+/Mg2+-TDS and Na+/Cl--Cl- in the karst water system

    图 11  孔隙含水层与岩溶含水层关系图

    Figure 11.  Diagram of the relationship between the pore aquifer and karst aquifer

    图 12  两湖隧道岩溶水系统水循环示意图

    Figure 12.  Schematic diagram of hydrological circulation in the karst water system of the Lianghu Tunnel

    表  1  水化学与氘氢同位素统计平均值

    Table  1.   Statistical mean values of water chemistry and deuterium-hydrogen isotope

    水样类型 钻孔编号 地层代号 取样深度/m 取样数量/件 K+ Na+ Mg 2+ Ca2+ Sr2+ Cl- SO42- HCO3- TDS Eh/mV δD/‰ δ18O/‰
    ρB/(mg·L-1)
    地表水 东湖水 湖面 5 4.9 16.9 8.8 35.6 0.2 18.4 30.6 108.2 172.5 194.0 -31.0 -4.4
    孔隙水 ZK1-1 Qpel 12.0 1 1.3 19.3 13.3 86.5 0.4 16.0 18.1 257.6 258.6 -439.0 -40.9 -6.2
    ZK3-1 Q3-4al+pl 13.1 2 1.5 61.6 21.9 77.6 0.5 11.2 24.3 455.0 431.1 -495.0 -44.7 -6.9
    岩溶水 ZK1 P2m 58.9 5 1.3 15.3 12.3 103.5 0.4 12.8 15.7 354.1 346.4 232.0 -46.4 -7.1
    ZK2 T1d2 33.9 3 1.4 17.0 14.7 84.9 0.5 8.5 13.8 340.9 322.1 285.0 -45.7 -7.2
    ZK3 T1d2 34.0 4 1.2 33.3 19.6 110.4 2.4 9.0 13.3 468.3 440.9 297.0 -48.3 -7.5
    ZK5 T1d3-4 56.1 5 1.0 14.3 13.9 74.6 1.7 9.5 12.3 371.1 322.5 283.0 -46.1 -7.3
    注:所有水样时间均取自2021年6月;取样深度为距离湖底埋深
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  • 收稿日期:  2022-07-05
  • 网络出版日期:  2022-11-10

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