0 引言

中国岩溶分布普遍，岩溶区面积约占国土面积的 1/3，总面积约为 344×10⁴ km²（袁道先，2005），其中裸露和覆盖岩溶主要分布在云南、贵州、广西和广东等省（自治区）（李大通和罗雁，1983）。惠州市地区广泛分布浅覆盖或裸露岩溶有着丰富的岩溶热矿水资源，主要分布在惠州龙门和惠阳灰岩热储中，具有巨大的开发潜力，经济生产价值高，资源利用日益受到重视。然而在地热资源开发过程中，以及城市开发由平面转向立体空间的建设过程中，随着岩溶区人类工程活动的增加，岩溶地下水在水资源、致灾因子和生态环境等方面表现十分突出（韩行瑞，2015；李永新等，2023），当前岩溶塌陷是惠州岩溶地区的主要地质灾害，岩溶地区建设将会面临岩溶塌陷地质灾害的隐患（吴枝坦，1986；康彦仁， 1988；朱照宇等，2002；江思义等，2021；李修成等， 2022）。为此，加强对惠州地区岩溶的分布特征和发育规律的研究对国土空间规划布局、城市地下空间开发和工程建设防灾减灾具有重要的现实意义。

惠州市整体岩溶分布特征和发育规律研究还相对薄弱，惠州地区目前尚未开展大范围区域性岩溶地质调查，仅在部分岩溶地区零星开展勘察及调查。随着社会经济的发展，城市建设也将面临复杂地质条件的挑战，岩溶地质问题已经成为制约地方经济发展和破坏生态环境和谐的主要原因之一，惠州地区规划工作和重大工程建设急需调查岩溶地质相关的基础环境地质资料。近年来，随着区域性岩溶和专题性地质调查、研究工作的不断深入，在岩溶塌陷监测预警与风险防控方面，前人通过曲线拟合和残差分析确定了岩溶塌陷预警的置信带（蒙彦等，2018），并系统总结出珠三角地区的岩溶分布特征和发育规律（蒙彦和郑小战，2019）；在岩溶区工程建设防灾减灾方面，探讨了广花盆地平面及垂向上的分布及成因（骆荣等，2011），从恢复古流溪河道的流向来探讨古河道对岩溶发育分布的影响 （张永定等，2011）；在岩溶地下水和热矿水资源勘查等方面，前人对惠州惠东产业园岩溶发育规律模式进行了总结分析（覃夏南和曾一芳，2021），对南方岩溶地区 1∶5 万水文地质、环境地质调查技术要点进行了分析（夏日元等，2017）；对广东龙门地区岩溶热储特征及地热系统成因进行了总结（张敏等，2023）。这些成果为区域性岩溶分布特征和发育规律研究提供了重要基础和方向。为此，本文在综合分析惠州地区区域构造、地层岩性及地下水与岩溶发育关系的基础上，结合现有钻探资料，基本查明了可溶岩岩性和分布特征，并系统总结分析了惠州地区的岩溶分布及发育规律，为惠州地区国土空间规划、重大工程选址建设以及岩溶塌陷防治和岩溶热矿水资源勘查提供科学依据。

1 研究区地质概况

惠州市处于粤东梅县—惠阳坳陷带，地层分布较为广泛，总面积约6702 km²，占惠州市陆域面积的 59.1%。除志留系缺失外，其他地层均有出露，由老到新依次为：震旦系浅海相类复理石碎屑岩建造、寒武系浅海相类复理石碎屑岩建造、奥陶系浅海相碎屑岩和碳酸盐岩建造、泥盆系陆相或滨海相或浅海相碎屑岩和碳酸盐岩建造、石炭系滨海相或海陆交互相碎屑岩和碳酸盐岩建造、二叠系滨海相或浅海相碎屑岩和碳酸盐岩建造、三叠系陆相含煤碎屑岩建造、侏罗系陆相或滨海相或浅海相碎屑岩和火山岩建造、白垩系陆相碎屑岩和火山岩建造、古近系和新近系陆相碎屑岩建造，其中以中生代地层发育最为完全（图1）。惠州地区出露的侵入岩主要有白垩纪、侏罗纪、三叠纪和志留纪侵入岩。各侵入体形状不规则，大小相差悬殊，总面积约 3005 km²，占市域面积的 26.5%。岩体主要分布于新丰江一带、沙帽顶、罗浮山、鸡笼嶂、惠东安敦圩一带以及坪山、坪地、平海一带，岩体多呈岩基或岩株、岩枝产出，少数为脉状。总体岩性以黑云母花岗岩、黑云母二长花岗岩为主，少量闪长岩。惠州地区褶皱、断裂构造发育，构造线方向以北东向为主，东西向和北西向次之。其中北东向河源深断裂带和紫金—博罗大断裂是本区主导构造，对本区的构造格局和地质演化起控制作用（张敏等，2021）；北西向断裂构造是与北东向构造伴生的断裂构造，惠州地区可溶岩分布特征与地质构造关系密切相关。

2 岩溶分布特征

2.1 碳酸盐岩地层岩性特征

惠州地区晚奥陶世、晚泥盆世和早—中石炭世以及早二叠世地层均含碳酸盐岩建造，主要为上奥陶统龙头寨群（O₃L）粗粒大理岩、上泥盆统天子岭组（D₃t）灰岩、泥晶灰岩和白云质灰岩、下石炭统石磴子组（C₁sh）灰岩、上石炭统黄龙组（C₂hl）白云岩和灰岩、上石炭统船山组（C₂ch）白云质灰岩、大理岩、下二叠统栖霞组（P₁q）结晶灰岩（表1）。除龙头寨群出露面积极小外，其他碳酸盐岩地层分布较为广泛。

2.2 岩溶平面分布特征

根据惠州地区岩溶的产出特征，总体划分为裸露型、覆盖型和浅埋藏型 3 类。惠州地区裸露型和隐伏型的岩溶面积共约411 km²，约占惠州市总面积的3.6%。惠州市裸露型岩溶面积较小（表2、表3和图2），主要分布于龙门县、博罗县北部及惠城区西部，面积约为43. 0 km²，占岩溶总面积的10.5%。覆盖型与浅埋藏型岩溶面积相当，约占岩溶总面积的 45%，其中，浅埋藏型岩溶主要分布于龙门县中部、惠城区中部及惠东县西南部，面积约为 183. 0 km²，占岩溶总面积的 44.5%；覆盖型岩溶主要分布于龙门县的西部及东部、惠城区中部及南部、惠阳区南部，面积约为185. 0 km²，占岩溶面积的45. 0%。

2.3 岩溶垂向分布特征

根据现有钻孔及收集数数据，以岩溶较为发育地区龙门县、惠城区及惠东县3县典型钻孔为例，龙门县岩溶发育带主要位于标高-45~115 m，惠城区区域典型钻孔岩溶发育带主要位于标高-25~20 m，惠东县区域典型钻孔主要位于标高-40~15 m 岩溶发育带，惠州地区岩溶发育带分布标高具有由北往南逐渐降低的趋势，并具有多层结构，垂向上岩溶发育位置标高主要为-120~115 m，岩溶强发育带主要介于-50~115 m，岩溶强发育带相对埋藏深度集中在地面以下 150 m 范围内（图3），主要分为 3 层，其中溶洞发育埋深介于0~50 m的溶洞占60.2%，溶蚀形态表现为溶沟、溶槽、溶洞为主，溶洞最大可达 19.9 m，以未充填—半充填为主，少量全充填；发育埋深介于50~100 m占26.6%，岩溶形态以溶沟及小中型溶洞为主，大型溶洞少见以半充填—全充填为主，少量未充填；发育埋深介于 100~150 m 占 13.2%，岩溶形态以溶孔、溶槽及小型溶洞为主，以半充填为主，标高-150 m以下为岩溶弱发育带，局部可见溶蚀现象及晶洞，最深可达地下296 m。

龙门县典型区内构造控制可溶岩分布特征明显，岩溶的发育程度也和构造关系密切（图4）。石磴子组（C₁s）可溶岩平面受褶皱构造影响，隐伏分布范围较大，岩层产状相对平缓，褶弯作用产生大量有利于岩溶发育的节理和裂隙，部分地段的向斜轴部，剥蚀残留上覆下石炭统测水组（C₁c）砂岩、页岩，形成覆盖型和浅埋藏型两种不同的隐伏岩溶类型。天子岭组（D₃t）可溶岩隐伏分布范围受北向东断层控制明显，呈北东向长条状分布，溶洞顶板高程为-115.37~30.73 m，溶洞发育埋深为7.20~148. 03 m，揭露洞隙高度为 0.20～16.40 m，主要为半充填，少数为未充填，充填物主要为粉质黏土、粉细砂、角砾、碎石、圆砾、卵石等，根据揭露到溶洞发育埋深为0~50 m的溶洞占72.9%。

惠城区典型区可溶岩的分布受构造影响明显，中部一带为背斜轴部，背斜轴部隆起和断裂构造切割抬升、风化剥蚀共同作用，造成典型区现有可溶岩沿平原、谷地分布和北部受断裂构造围限分布特点，溶洞顶板高程为-30.36~19.30 m，溶洞底埋深为 10.80～73.50 m，揭露洞隙高度约 0.30～15.60 m，主要为半充填，少数为未充填，充填物主要为粉质黏土、粉细砂、角砾、碎石、圆砾、卵石等。垂向上，高程-30~20 m溶洞占85.6%。

3 岩溶发育规律

岩溶发育的4个基本条件为：（1）可溶岩层的存在取决于岩石成分和结构。作为被水流改造的对象，可溶岩的成分与结构是控制岩溶发育的内因。可溶岩的成分和结构对岩溶发育的控制作用主要包括两个方面：①作为溶解对象，不同成分和结构的岩石溶解的难易程度不同；②作为导水介质，在后期的构造应力作用下形成的裂隙有所差异，通过介质对地下水流动的控制而影响岩溶发育。（2）可溶岩透水程度取决于岩石的裂隙性，小而密集的裂隙到形成溶蚀比较均匀的岩溶含水层，大裂隙和断层到形成大型溶洞。（3）地下水侵蚀能力是碳酸盐岩、水、二氧化碳之间的相互作用进而岩溶化过程的关键。（4）水的流动性是保证岩溶发育的充要条件，具有一定侵蚀能力的水如在碳酸盐岩中停滞而不与外界发生交替，水的侵蚀能力终将因碳酸盐溶入水中成为饱和溶液，而丧失其侵蚀性，成为一个封闭体系。其4个基本条件为影响岩溶发育的主要因素。

3.1 岩溶发育与岩性的关系

可溶岩岩性差异影响着岩溶发育及分布，不同成分和结构的碳酸盐岩溶解的难易程度不同，其与岩石中氧化钙与氧化镁的比值有关（袁道先，1994； 卢耀如，1999），其岩样取样位置见图2。根据主要碳酸盐岩地层 CaO/MgO 与岩溶发育程度见表4，可以看出惠州地区二叠系栖霞组（P₁q）CaO 与 MgO 比值远小于泥盆系天子岭组（D₃t）及石炭系石蹬子组 （C₁S），与珠三角地区二叠系栖霞组（P₁q）灰岩中 CaO 与 MgO 的比值小于石炭系石蹬子组（C₁S）比值相应证（蒙彦和郑小战，2019；周宇成等，2020），因此栖霞组（P₁q）岩溶发育程度大于石蹬子组（C₁S）大于天子岭组（D₃t）。

本次共收集178个揭露可溶岩钻孔，对见洞率、岩溶率、充填情况、溶洞高度及溶洞个数进行了统计。据统计，从见洞率及岩溶率上看，石炭系数据均高于泥盆系，从溶洞充填情况来看泥盆系多为充填—全充填，其岩溶水流动性弱于石炭系，泥盆系岩溶发育程度稍弱于石炭系，惠州地区石炭系岩溶发育程度大于泥盆系岩溶发育程度（表5）。

作为溶解对象，不同成分和结构的岩石溶解的难易程度不同，其中上泥盆统天子岭组（D₃t）灰、青灰、灰黑色薄层或中厚层条带状泥晶灰岩（图5），夹少量薄层钙质页岩、细砂岩，而下石炭统石磴子组 （C₁s）灰—灰黑色泥晶灰岩（图5、图6），生物泥晶灰岩，泥晶、粉晶灰岩。天子岭组（D₃t）可溶岩为条带状泥晶灰岩，为间层状次纯碳酸盐岩含泥质条带，其溶解难度大于连续状纯碳酸盐岩为主石磴子组 （C₁s）可溶岩。因此石炭系可溶岩的岩溶发育程度大于泥盆系可溶岩岩溶发育程度，其溶解难度大于连续碳酸盐岩为石炭系可溶岩。

综上，惠州地区二叠系岩溶发育程度强于石炭系，石炭系岩溶发育程度强于泥盆系。

3.2 岩溶发育与水的侵蚀能力的关系

岩溶区溶洞的发育过程，本质上是水对碳酸盐岩的溶解作用。而碳酸盐岩被水溶解的过程，就是组成这类岩石的碳酸盐矿物如方解石、白云石等和水之间发生的化学反应。以龙门县典型区内区的石炭系及泥盆系灰岩为例，根据钻孔数据显示，区内石炭系石蹬子组（C₃t）灰岩岩溶发育程度高于泥盆系天子岭组（D₁S）灰岩。

典型区内石炭系灰岩地层内水质分析结果显示pH为4.99~8.20，平均值为6.57，属于弱酸性水，水中溶解性 CO₂含量为 7.88~147. 0 mg/L，平均值为 70.22 mg/L；泥盆纪地层内水质分析结果显示pH为 5.85~7.79，平均值为 6.88，属于弱酸性水，水中溶解性 CO₂ 含量为 10.50~78.75 mg/L，平均值为 33.83 mg/L。可以看出石炭纪地层内岩溶水内酸性稍强于泥盆纪地层内岩溶水，发育程度高于泥盆系岩溶发育程度。区内水的 pH 及溶解性 CO₂对岩溶发育程度有一定影响，表现为 pH 相对低及溶解性 CO₂相对高的岩溶相对更为发育，因此pH及溶解性 CO₂对岩溶发育程度有一定指示作用。

3.3 岩溶发育与地质构造的关系

惠州地区的岩溶主要分布于龙门县、惠城区中部及惠阳至惠东一带，褶皱构造决定了地层的空间展布，从而控制了可溶岩及岩溶带的分布，使得惠州地区岩溶大致呈北东向分布（图7），断裂带及其影响区岩溶发育强烈，节理裂隙或容水和透水构造有利于碳酸盐岩的溶蚀，从而形成透入性发育的溶沟、溶牙、溶隙、溶孔等岩溶形态，一定条件下节理裂隙可控制地下水径流方向，使得大型溶洞的展布方向与断裂走向基本一致（谭周地，1978），特别是部分地段的褶皱轴部以及北东向断层和北西向横断层交接的地带，断裂及褶弯作用产生大量有利于岩溶发育的节理和裂隙，使得这些地方溶洞极为发育（表6），常形成较大的岩溶管道或溶洞（许欣雨等，2022）。

3.4 岩溶发育与富水性及侵蚀基准面关系

岩溶发育与地下水存在着密切的关系，地下水的富水性及地方侵蚀基准面影响当地岩溶发育程度及发育层位（吴远斌等，2022）。惠州地区岩溶地下水的富集与地形地貌、降雨、植被、地层岩性、构造等诸多因素相关。惠州市主要以中低山地貌为主，气候温和湿润、雨量充沛，植被发育，地层、侵入岩发育，褶皱强烈、断裂发育，为地下水的赋存提供了有利条件。由图8 可知，惠州裸露型碳酸盐岩类裂隙溶洞水总体中等—贫乏。水量中等区分布于平陵洪屋村和宝山嶂上坪，含水岩（组）为天子岭组、石磴子组、黄龙组的灰岩或大理岩。泉流量 11.238~28.300 L/s，地下水径流模数 8.758 L/s· km²。水量贫乏区分布于龙江、平陵、香溪、麻榨、桂峰等地，多为窄条状岩溶孤峰或峰林地形，集水条件较差。含水岩（组）为天子岭组、石磴子组、黄龙组、船山组灰岩，泉流量 0.645~8.547 L/s，地下水径流模数 2.737~5.602 L/s·km²。隐伏型碳酸盐岩类裂隙溶洞水总体为丰富—中等。水量丰富区分布于龙门大邓、江冚、龙江石前、永汉乌坭湖—围背，岩性为灰岩、大理岩，单井涌水量 1101.3~3374.3 m³ /d。水量中等区分布于龙门平陵东、龙江蕉坑、惠阳司前、平陵竹龙，岩性为灰岩、大理岩，单井涌水量 398.1~784.8 m³ /d。据统计，惠州地区裸露型碳酸盐岩裂隙溶洞水泉流量 0.645~28.300 L/s，地下水径流模数 2.7~8.7 L/s·km²，隐伏型碳酸盐岩裂隙溶洞水量 57~3374 m³，收集钻孔资料显示 62% 大型溶洞位于富水性丰富地区，其含水层水量反应岩溶发育程度强弱，说明含水层水量大地区发育较多岩溶裂隙、溶沟、溶槽、溶洞及溶蚀通道等溶蚀现象。

惠州地区地势特征为北西和北东部较高，向中部东江倾斜，中部为山间平原地貌，呈狭长状，地下水流向主要由山区向谷地或平原地区排泄或者径流。北部龙门县的地方侵蚀基准面较高，而中部惠城区地方侵蚀基准面较低，表现出岩溶发育带分布标高具有由北往南逐渐降低的趋势，岩溶强发育标高从 50~120 m 向-40~20 m 降低，说明岩溶发育层位受当地侵蚀基准面所影响。

4 结论与建议

4.1 结论

（1）根据现有资料，在平面上，惠州地区出露及钻探揭露岩溶面积共 411 km²，裸露型岩溶面积较少，主要为隐伏型岩溶，其中覆盖型与浅埋藏型岩溶面积相当，共占岩溶总面积约 90%，主要分布于龙门县中部、惠城区中部及惠东县西南部。裸露型岩溶主要为泥盆系，覆盖型及浅埋藏岩溶主要为石炭系。在垂向上，强岩溶发育带相对埋藏深度却都集中在地面以下150 m范围内，并具有多层结构，垂向上岩溶发育带标高主要为-120~+115 m，主要分为3层，其中溶洞发育埋深介于0~50 m最为发育。

（2）惠州地区的岩溶分布及发育程度主要受地层岩性、地质构造、地下水及侵蚀基准面共同控制。其中地层岩性方面，岩溶发育强度由大到小依次为二叠系、石炭系、泥盆系；在地质构造方面，褶皱构造决定了地层的空间展布，断裂及褶弯作用产生大量有利于岩溶发育的节理和裂隙，使得这些地方溶洞极为发育；在地下水富水性方面，含水层水量大地区发育较多岩溶裂隙、溶沟、溶槽、溶洞及溶蚀通道等溶蚀现象；在侵蚀基准面方面，岩溶发育带分布标高主要受地方侵蚀基准面影响，惠州地区具有由北往南逐渐降低的趋势。

4.2 建议

（1）建议惠州地区在进行国土空间规划以及重大工程选址建设时应避开岩溶强发育带或采取必要的工程措施。

（2）若在可溶岩分布范围进行地下水开采、基坑疏干、桩基施工、隧道建设等地下空间开发利用时，需进行场地范围内的专项岩溶地质调查研究，保障城市地下空间开发和重大工程建设地质安全，降低岩溶地质环境损毁风险。

参考文献