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基于水动力量化因子的岩溶强发育深度研究

吴泓瑶 杨艳娜 曾宪明 刘洋

吴泓瑶, 杨艳娜, 曾宪明, 刘洋. 基于水动力量化因子的岩溶强发育深度研究[J]. 地质科技通报, 2022, 41(1): 319-327. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0027
引用本文: 吴泓瑶, 杨艳娜, 曾宪明, 刘洋. 基于水动力量化因子的岩溶强发育深度研究[J]. 地质科技通报, 2022, 41(1): 319-327. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0027
Wu Hongyao, Yang Yanna, Zeng Xianming, Liu Yang. Depth of strong development of karst based on quantitative factors of hydrodynamic conditions[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2022, 41(1): 319-327. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0027
Citation: Wu Hongyao, Yang Yanna, Zeng Xianming, Liu Yang. Depth of strong development of karst based on quantitative factors of hydrodynamic conditions[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2022, 41(1): 319-327. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0027

基于水动力量化因子的岩溶强发育深度研究

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0027
基金项目: 

国家自然科学基金项目 41202213

详细信息
    作者简介:

    吴泓瑶(1998-), 女, 现正攻读土木水利专业硕士学位, 主要从事水文地质及工程地质研究工作。E-mail: 760365849@qq.com

    通讯作者:

    杨艳娜(1978-), 女, 副教授, 主要从事区域环境地质、水文地质与工程地质、岩溶隧道灾害风险预测评估研究工作。E-mail: yangyanna@cdut.edu.cn

  • 中图分类号: P642.254

Depth of strong development of karst based on quantitative factors of hydrodynamic conditions

  • 摘要: 地下水垂向循环水动力条件是岩溶发育深度的主要控制因素。为探求川东背斜构造岩溶区多级水流系统控制下的岩溶强发育深度,采用地理信息系统(GIS)技术,选取地形指数和水动力坡降构建岩溶水动力强弱的量化因子FHQ,并结合钻孔数据推求假角山背斜构造区地下岩溶强发育深度。研究显示:水动力因子FHQ与地形指数、水动力坡降在空间上呈明显正相关关系,同时可指示岩溶水流系统向深循环的深度,以此推求背斜构造区地下岩溶的强发育深度下限。假角山背斜两翼FHQ集中在0.1~0.4之间,岩溶水动力整体偏弱,深沟FHQ值整体高于浅沟。东、西翼深沟控制下的地下岩溶强发育深度分别约40~100 m和110~180 m;浅沟控制下的地下岩溶强发育深度分别约15~60 m和10~90 m。研究成果可进一步丰富川东背斜区岩溶发育评价方法体系,为隧道工程岩溶突水灾害预测防治提供理论依据。

     

  • 图 1  假角山背斜区域概况图

    Figure 1.  Overview map of Jiajiao Mountain anticline

    图 2  假角山背斜两翼T2b1/T2b2岩性界限处横切沟谷多级水流系统发育剖面图

    Figure 2.  Development profile of cross-cutting gully multistage water flow system at the lithologic boundary of T2b1/T2b2 on the two wings of Jiajiao Mountain anticline

    图 3  假角山背斜多级水流系统发育平面图

    Figure 3.  Development plan of multi-stage flow system in Jiajiao Mountain anticline

    图 4  地形指数计算结果对比图

    Figure 4.  Comparison of topographic indicators calculation results

    图 5  沟谷纵剖面水动力坡降示意图

    H为沟底距坡顶的高差(m);L为沟底距坡顶的横向距离(m);h为浅沟沟底与其深沟排泄基准面的垂向距离(m);l为浅沟沟底与其深沟排泄基准面的横向距离(m)

    Figure 5.  Schematic diagram of hydrodynamic gradient of valley longitudinal section

    图 6  沟谷水动力坡降计算结果对比图

    Figure 6.  Comparison of calculation results of valley hydrodynamic gradient

    图 7  FHQ计算结果对比图

    Figure 7.  Comparison of FHQ calculation results

    表  1  假角山背斜地下水循环模式

    Table  1.   Groundwater circulation model in Jiajiao Mountain anticline

    构造部位 区段 地下水流系统 地下水循环模式
    西翼 Ⅰ-1 中间水流系统 双侧浅切沟谷控制的地下水浅循环
    Ⅰ-2 中间水流系统 单侧深切沟谷控制的地下水浅循环
    Ⅰ-3 中间水流系统 双侧深切沟谷控制的地下水浅循环
    东翼 Ⅱ-1 中间水流系统 双侧浅切沟谷控制的地下水浅循环
    Ⅱ-2 局部水流系统 单侧深切沟谷控制的地下水浅循环
    Ⅱ-3 局部水流系统 双侧深切沟谷控制的地下水浅循环
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    表  2  判断矩阵及一致性检验

    Table  2.   Matrix judgment and consistency detection

    指标 TWI j J
    TWI 1 4 2
    j 1/4 1 1
    J 1/2 1 1
    一致性检验λmax=3.053 6,CI=0.026 8,RI=0.52,CR=0.051 6 < 0.1,W=(0.584 2, 0.184 0, 0.231 8)T
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    表  3  水动力因子指标权重分配

    Table  3.   Weight distribution of hydrodynamic index

    目标层 指标层 权重
    水动力因子 TWI 0.584 2
    J 0.231 8
    j 0.184 0
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    表  4  FHQ指示下的岩溶强发育深度计算结果

    Table  4.   Calculation results of karst strong development depth under FHQ instruction

    沟谷编号(对应钻孔) FHQ 钻孔深度/m 计算深度/m 沟谷编号(对应钻孔) FHQ 钻孔深度/m 计算深度/m 沟谷编号(对应钻孔) FHQ 钻孔深度/m 计算深度/m
    X-25(Z1) 0.24 64 52~64 D-17(Z3) 0.21 46 46~57 D-15(Z5) 0.27 60 59~73
    D-18(Z2) 0.21 49 46~57 D-13(Z4) 0.28 64 60~74
    沟谷编号 FHQ 计算深度/m 沟谷编号 FHQ 计算深度/m 沟谷编号 FHQ 计算深度/m
    最小值 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值
    X-1 0.07 15 19 X-22 0.20 44 54 D-3 0.31 68 84
    X-2 0.26 58 71 X-23 0.14 31 38 D-4 0.36 78 96
    X-3 0.13 28 34 X-24 0.24 53 65 D-5 0.30 65 80
    X-4 0.04 10 12 X-26 0.16 35 43 D-6 0.16 35 44
    X-5 0.32 69 85 X-27 0.15 32 39 D-7 0.21 45 56
    X-6 0.27 58 71 X-28 0.16 34 42 D-8 0.12 26 32
    X-7 0.21 46 56 X-29 0.33 71 87 D-9 0.21 46 56
    X-8 0.10 22 27 X-30 0.21 46 56 D-10 0.17 36 45
    X-9 0.14 31 38 X-31 0.18 39 48 D-11 0.28 60 74
    X-10 0.11 25 31 X-32 0.50 109 134 D-12 0.28 61 75
    X-11 0.32 69 85 X-33 0.56 121 150 D-14 0.26 58 71
    X-12 0.16 35 43 X-34 0.50 109 134 D-16 0.28 61 75
    X-13 0.14 31 39 X-35 0.66 144 178 D-19 0.21 45 55
    X-14 0.19 42 52 X-36 0.22 48 59 D-20 0.27 59 73
    X-15 0.21 46 57 X-37 0.24 52 64 D-21 0.13 29 36
    X-16 0.18 40 49 X-38 0.22 47 58 D-22 0.23 51 62
    X-17 0.21 45 55 X-39 0.22 49 60 D-23 0.16 34 42
    X-18 0.25 54 66 X-40 0.27 59 72 D-24 0.11 23 29
    X-19 0.21 46 56 X-41 0.31 68 84 D-25 0.08 18 22
    X-20 0.14 30 37 D-1 0.13 27 34 D-26 0.16 34 42
    X-21 0.14 32 39 D-2 0.10 23 28
    构造部位 FHQ 深度统计/m 构造部位 FHQ 深度统计/m
    最小值 最大值 最小值 最大值
    西翼 深沟 0.50~0.66 109 178 东翼 深沟 0.21~0.36 45 96
    浅沟 0.04~0.33 10 87 浅沟 0.08~0.21 18 56
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    表  5  钻孔揭露值与推测值对比

    Table  5.   Comparison between exposed value and inferred value of borehole

    钻孔编号 构造部位(对应沟谷编号) 钻孔揭露的强弱界限/m 计算值/m 误差范围/%
    Z1 西翼柏法村(X-25) 标高778 深度52~64,对应标高772~783 0.64~0.77
    Z2 东翼凤仙村(D-18) 标高571 深度46~57,对应标高536~547 4.20~6.10
    Z3 东翼南草-凤仙(D-17) 标高544 深度46~57,对应标高534~545 0.18~1.80
    Z4 东翼善字小学(D-13) 标高502 深度60~74,对应标高491~505 0.59~2.19
    Z5 东翼双碾村(附近)(D-15) 深度60 深度59~73 1.60~21.6
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  • 收稿日期:  2021-10-30
  • 网络出版日期:  2022-03-02

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