中國(guó)北方巖溶水系統(tǒng)劃分與系統(tǒng)特征

梁永平, 王維泰

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所, 廣西桂林 541004

中國(guó)北方巖溶水系統(tǒng)劃分與系統(tǒng)特征

梁永平, 王維泰

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所, 廣西桂林 541004

中國(guó)北方巖溶水以相對(duì)獨(dú)立單元進(jìn)行循環(huán), 構(gòu)成一系列規(guī)模不等的巖溶水系統(tǒng)。本文重點(diǎn)闡述兩方面的內(nèi)容: 第一從基本概念出發(fā), 劃分出 119個(gè)巖溶水系統(tǒng), 這些系統(tǒng)以高度開(kāi)放, 環(huán)境質(zhì)量脆弱, 發(fā)育規(guī)模大, 資源要素構(gòu)成多、各要素間轉(zhuǎn)化關(guān)系復(fù)雜, “水煤共存”為特點(diǎn); 第二從巖溶水系統(tǒng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)與巖溶水流場(chǎng)的疊置關(guān)系出發(fā), 將119個(gè)系統(tǒng)歸結(jié)為5種系統(tǒng)模式, 各種模式在分布與發(fā)育規(guī)模, 巖溶地下水循環(huán)、富集, 巖溶地下水流場(chǎng)形態(tài)和主要巖溶水文地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題等方面具有鮮明的特征。

中國(guó)北方; 巖溶水系統(tǒng)特征; 巖溶水系統(tǒng)模式

中國(guó)北方賀蘭山—六盤(pán)山以東, 陰山—沈陽(yáng)以南, 淮河以北, 黃海-郯廬斷裂以西的華北地臺(tái)區(qū)內(nèi),分布有 68.5×104km2碳酸鹽巖面積(裸露區(qū) 7.78× 104km2, 覆蓋區(qū)8.74×104km2, 埋藏區(qū)51.95×104km2), 其中蘊(yùn)藏有108.8×108m3/a的巖溶地下水資源(張宗祜等, 2004; 潘軍峰等, 2008; 侯光才等, 2008), 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 全區(qū)流量大于 0.1 m3/s的泉水有130余處。這些巖溶水以水量大, 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定, 水質(zhì)良好, 在北方城市供水、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn), 特別在能源基地建設(shè)中發(fā)揮著支撐性作用。北方巖溶水主要以相對(duì)獨(dú)立、規(guī)模不等的巖溶水系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán), 巖溶水系統(tǒng)控制著巖溶水地下水的循環(huán)、分布埋藏與富集規(guī)律, 控制著水化學(xué)分布特征, 控制著巖溶含水層脆弱性程度以及巖溶水文地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題的類(lèi)型、發(fā)展演化趨勢(shì)。因此, 多年來(lái)北方巖溶水的開(kāi)發(fā)利用與管理多以系統(tǒng)進(jìn)行, 在一些重要地區(qū), 專(zhuān)門(mén)成立“泉域水資源管理處”等機(jī)構(gòu)開(kāi)展水資源管理。鑒于巖溶水系統(tǒng)在水資源開(kāi)發(fā)利用與管理中的重要性, 以系統(tǒng)為對(duì)象開(kāi)展的巖溶水系統(tǒng)劃分, 邊界位置及其水文地質(zhì)性質(zhì), 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類(lèi)型、資源要素構(gòu)成及其轉(zhuǎn)化關(guān)系, 巖溶水補(bǔ)、徑、蓄、排循環(huán)規(guī)律, 系統(tǒng)對(duì)人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)響應(yīng)等工作一直是北方巖溶水研究中的主要內(nèi)容, 開(kāi)展中國(guó)北方巖溶水資源系統(tǒng)劃分與特征規(guī)律總結(jié)具有重要意義。

1 北方巖溶水系統(tǒng)劃分

巖溶水系統(tǒng)早期也稱(chēng)“巖溶水盆地”、“巖溶流域”, 很多地區(qū)因?yàn)橐缘湫偷膸r溶大泉排泄, 也稱(chēng)作“巖溶泉域”。其實(shí)質(zhì)是對(duì)具有明確邊界、連續(xù)巖溶含水層、統(tǒng)一巖溶地下水流場(chǎng)、相對(duì)獨(dú)立循環(huán)的巖溶地下水匯集體的統(tǒng)稱(chēng)。其匯集范圍不僅包括巖溶地下水資源補(bǔ)給范圍, 同時(shí)也包括與巖溶地下水具密切關(guān)系的其他類(lèi)型地下水、地表水可控匯集區(qū)。中國(guó)北方巖溶水資源系統(tǒng)研究始于20世紀(jì)70年代末到 80年代初, 當(dāng)時(shí)最具代表性的成果是 1982年由山西地礦局、水文地質(zhì)工程地質(zhì)研究所等單位完成的“山西娘子關(guān)泉域巖溶地下水資源評(píng)價(jià)及其開(kāi)發(fā)利用研究科研報(bào)告”, 之后結(jié)合巖溶水源地勘探開(kāi)發(fā)及水資源評(píng)價(jià), 以系統(tǒng)思想在局部地區(qū)開(kāi)展巖溶水系統(tǒng)研究的成果層出不窮(盧耀如等, 2006; 賀可強(qiáng)等, 2002)。再經(jīng)過(guò)巖溶所韓行瑞等人的“山西巖溶大泉研究”(韓行瑞等, 1993), 地礦部、中國(guó)統(tǒng)配煤礦總公司、冶金部和有色金屬總公司聯(lián)合開(kāi)展的“中國(guó)北方巖溶地下水資源及大水礦區(qū)預(yù)測(cè)、利用與管理研究”(劉啟仁等, 1989), 巖溶所及陜西第一水文隊(duì)的“陜西渭北西部黃土塬隱伏巖溶區(qū)地下水開(kāi)發(fā)利用研究”(韓行瑞等, 2002)和地調(diào)局組織的“鄂爾多斯盆地地下水勘查”(侯光才等, 2008)等區(qū)域性項(xiàng)目成果的完成, 華北地臺(tái)區(qū)的巖溶水系統(tǒng)研究基本涵蓋了全部區(qū)域。通過(guò)對(duì)前人成果資料的全面分析總結(jié)并結(jié)合作者多年實(shí)踐工作積累, 將北方巖溶水初步劃分為119個(gè)系統(tǒng), 具體如表1, 圖1。

表1 中國(guó)北方巖溶水系統(tǒng)匯總表Table 1 Generalized table of karst groundwater systems in northern China

續(xù)表1

續(xù)表1

巖溶水系統(tǒng)劃分所采用的方案大同小異, 但由于工作目的以及空間尺度不同有所差異。有些方案強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的級(jí)別, 從而出現(xiàn)了大系統(tǒng)、系統(tǒng)以及子系統(tǒng)的概念; 而另一些則注重于巖溶含水層系統(tǒng),其邊界劃分主要關(guān)注巖溶含水層的分布埋藏而忽略與巖溶水密切相關(guān)的其他水資源類(lèi)型的補(bǔ)排關(guān)系。本次劃分沒(méi)有考慮具有從屬關(guān)系的系統(tǒng)級(jí)別, 從巖溶水系統(tǒng)的概念出發(fā)進(jìn)行劃分, 強(qiáng)調(diào)巖溶水邊界和補(bǔ)排關(guān)系的明確, 巖溶含水層的連續(xù)、巖溶地下水流場(chǎng)的統(tǒng)一、巖溶水系統(tǒng)水資源要素的有機(jī)關(guān)聯(lián)程度等要素。在巖溶水系統(tǒng)定名中,以巖溶泉水為主要排泄的系統(tǒng)按照代表性泉水名稱(chēng)定名, 如: 某某泉域巖溶水系統(tǒng); 而主要以非巖溶泉水(如側(cè)向潛流、垂向越流)排泄的系統(tǒng)則按照地名定名, 如: “某某地名巖溶水系統(tǒng)。系統(tǒng)劃分過(guò)程中除隔水邊界、地下分水嶺邊界外, 還采用了以下邊界:

● 地表分水嶺邊界。一些巖溶水系統(tǒng)內(nèi)地表河流成為重要巖溶地下水補(bǔ)給源, 當(dāng)這些地表流域范圍可控(不能比巖溶含水層系統(tǒng)大)且超出由巖溶含水層所確定的邊界范圍時(shí), 將地表流域劃入巖溶水系統(tǒng), 將流域分水嶺確定為地表分水嶺邊界。

● 巖溶含水層深埋滯流性邊界。本次劃分一般將碳酸鹽巖含水層埋藏深度達(dá)到1000 m、巖溶地下水循環(huán)緩慢的地帶, 確定為滯流性邊界。

● 潛流邊界。相對(duì)阻水但仍有一定量通過(guò)的邊界。

● 推測(cè)邊界。由于勘探、研究程度較低,一些不能確定具體位置或不能確定其水文地質(zhì)性質(zhì)的邊界。

2 北方巖溶水系統(tǒng)特征

從宏觀出發(fā), 中國(guó)北方巖溶水系統(tǒng)最鮮明的特征表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

2.1 系統(tǒng)規(guī)模大

全區(qū)119個(gè)系統(tǒng)(表1)平均為1452.46 km2, 最大的系統(tǒng)為跨越晉、陜、蒙三省區(qū)的天橋泉域巖溶水系統(tǒng), 總面積13383 km2, 全區(qū)巖溶水系統(tǒng)面積大于10000 km2的有 2個(gè)、5000～10000 km2的 4個(gè)、1000～5000 km2的44個(gè)、100～1000 km2的64個(gè)、小于100 km2的5個(gè)。

2.2 系統(tǒng)水資源構(gòu)成多, 轉(zhuǎn)化關(guān)系復(fù)雜

由于北方巖溶水系統(tǒng)發(fā)育規(guī)模大且具有高度開(kāi)放性, 多數(shù)巖溶水系統(tǒng)內(nèi)往往同時(shí)存在包括大氣降水、地表水、松散層孔隙地下水、碎屑巖裂隙地下水和巖溶地下水等多種水資源要素, 各水資源要素間存在直接或間接的復(fù)雜轉(zhuǎn)化關(guān)系。以娘子關(guān)泉域水資源系統(tǒng)為例, 系統(tǒng)總面積 7196 km2, 巖溶水不僅接收奧陶系碳酸鹽巖裸露區(qū)降水入滲補(bǔ)給, 同時(shí)桃河、溫河、南川河、松溪河、清漳河在系統(tǒng)上游碎屑巖區(qū)地表產(chǎn)流進(jìn)入下游碳酸鹽巖區(qū)后對(duì)巖溶水形成滲漏補(bǔ)給, 各河上游碎屑巖區(qū)河谷沖洪積層孔隙含水層在進(jìn)入碳酸鹽巖區(qū)后通過(guò)地下潛流形成對(duì)巖溶水的補(bǔ)給, 而西部晚古生代及中生代碎屑巖區(qū)裂隙地下水(包括采煤排出地表的礦坑水)排入河谷后, 到下游碳酸鹽巖段與地表水一道形成對(duì)巖溶地下水的間接滲漏補(bǔ)給(圖2)。

歸納全區(qū)巖溶水系統(tǒng)中巖溶水與系統(tǒng)內(nèi)其他主要水資源要素間的轉(zhuǎn)化關(guān)系簡(jiǎn)述如下。

2.2.1 巖溶水與地表水間的關(guān)系

在119個(gè)系統(tǒng)中有53個(gè)系統(tǒng)存在大量地表水滲漏補(bǔ)給。在鄂爾多斯盆地周邊22個(gè)系統(tǒng)中, 河流滲漏段的總長(zhǎng)度達(dá)到近400 km(梁永平等, 2006)。橫跨晉、陜、蒙 3省區(qū)的天橋泉域的巖溶水系統(tǒng), 黃河自?xún)?nèi)蒙古喇嘛灣流入泉域后, 自北向南穿切過(guò)天橋巖溶地下水系統(tǒng), 流長(zhǎng)190 km, 徑流過(guò)程中與巖溶地下水形成了三種補(bǔ)排關(guān)系: 第一種關(guān)系從泉域北界入口至偏關(guān)歐犁嘴, 長(zhǎng) 60 km, 黃河接受東岸巖溶地下水補(bǔ)給并向西岸滲漏; 第二種關(guān)系為歐犁嘴向南至河曲路鋪段, 碳酸鹽巖出露段長(zhǎng)約15 km, 黃河水位均高出兩岸巖溶地下水位, 河水滲漏補(bǔ)給巖溶地下水; 第三段從河曲龍口到保德天橋水庫(kù)段, 巖溶地下水通過(guò)碳酸鹽巖露頭段向上頂托排泄, 補(bǔ)給黃河水。

圖2 娘子關(guān)泉域巖溶水系統(tǒng)各水資源要素轉(zhuǎn)化關(guān)系示意圖Fig. 2 Sketch map of component elements and transformation relations in Niangziguan karst groundwater system

2.2.2 巖溶水與松散層孔隙水間的關(guān)系

汾渭地塹兩側(cè)多數(shù)巖溶地下水系統(tǒng)多由于山前斷裂帶相對(duì)阻水出露, 這些系統(tǒng)巖溶水為非全排性系統(tǒng),部分巖溶地下水要越過(guò)斷裂帶進(jìn)入盆地形成對(duì)松散層含水層的潛流補(bǔ)給。例如渭北地區(qū)扶風(fēng)-禮泉巖溶水系統(tǒng)和袁家坡泉-溫湯泉-瀵泉泉域巖溶水系統(tǒng)部分巖溶水越過(guò)南側(cè)禮泉-雙泉-臨猗斷裂邊界形成渭河谷地南部巖溶熱水的重要補(bǔ)給源; 禹門(mén)口泉域巖溶水系統(tǒng)在張吳一帶、龍子祠泉域巖溶水系統(tǒng)在土門(mén)一帶都有潛流進(jìn)入盆地孔隙含水層的巖溶水; 霍泉泉域巖溶水系統(tǒng)在廣勝寺出露泉水后還有0.1 m3/s潛流量進(jìn)入下游盆地; 北部神頭泉域巖溶水系統(tǒng)的神頭泉本身是從朔縣盆地松散層中出流; 太原蘭村泉域山區(qū)巖溶地下水是盆地松散層西張水源地、北固碾水源地的重要補(bǔ)給源。

燕山山前的一畝泉域巖溶水系統(tǒng)、玉泉山泉域巖溶水系統(tǒng)、甘池泉域巖溶水系統(tǒng)、天津公樂(lè)泉域巖溶水系統(tǒng)同樣存在巖溶水向山前平原松散層的潛流排泄。而唐山巖溶水系統(tǒng), 天然條件下巖溶地下水向上越流補(bǔ)給上覆松散層孔隙地下水, 由于巖溶地下水開(kāi)采和采煤疏干, 使巖溶地下水形成漏斗,兩類(lèi)地下水補(bǔ)排關(guān)系發(fā)生逆轉(zhuǎn), 孔隙地下水向下越流補(bǔ)給巖溶地下水。

魯中多數(shù)巖溶水系統(tǒng)以及徐淮地區(qū)巖溶水對(duì)上覆松散層含水層存在側(cè)向潛流與向上垂向越流補(bǔ)給;而在魯中東部的平陰巖溶水系統(tǒng)、舊縣巖溶水系統(tǒng)、郭里集巖溶水系統(tǒng), 巖溶水則接收松散層孔隙水的向下越流補(bǔ)給。

2.2.3 巖溶水與煤系地層構(gòu)造裂隙水間的關(guān)系

太行山東南側(cè)的巖溶水系統(tǒng), 山前斷裂使中奧陶統(tǒng)與石炭—二疊系煤系地層直接對(duì)接, 巖溶水與煤系地層中碳酸鹽巖夾層含水層以及碎屑巖裂隙含水層形成補(bǔ)排關(guān)系。

系統(tǒng)內(nèi)巖溶地下水與其它水資源類(lèi)型間各種形式的補(bǔ)排關(guān)系所體現(xiàn)出的開(kāi)放性決定了其環(huán)境質(zhì)量比較脆弱的基本特征。

2.3 多數(shù)為“水煤共存”系統(tǒng)

在119個(gè)系統(tǒng)中, 有83個(gè)系統(tǒng)中含有煤系地層(表1)。區(qū)內(nèi)最重要的巖溶含水層為寒武—奧陶系碳酸鹽巖, 華北地臺(tái)在中奧陶世后期, 整體抬升為陸地并經(jīng)歷了 1億多年的風(fēng)化剝蝕過(guò)程, 到中石炭世后, 進(jìn)入了海陸交互的成煤期, 沉積了石炭—二疊紀(jì)煤系地層, 使得煤系地層與中奧陶統(tǒng)碳酸鹽巖呈不整合接觸, 一般下層煤與巖溶含水層的垂直距離為20～60 m, 構(gòu)造裂隙、陷落柱、采煤過(guò)程中形成的裂隙等通道以及礦坑排水進(jìn)入碳酸鹽巖區(qū)的滲漏使巖溶水與煤系地層地下水間產(chǎn)生直接或間接的聯(lián)系, 構(gòu)成了“水煤共存”系統(tǒng)。這些系統(tǒng)內(nèi)的煤礦開(kāi)采對(duì)巖溶水在數(shù)量和質(zhì)量方面均會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。例如礦坑污水排放進(jìn)入碳酸鹽巖滲漏區(qū)造成巖溶水的污染問(wèn)題, 由于采煤產(chǎn)生地表下墊面改變使得產(chǎn)流性質(zhì)發(fā)生變化, 從而影響到下游對(duì)巖溶水滲漏補(bǔ)給量的大小; 特別值得指出的是采礦發(fā)生突水事故, 溝通了巖溶水與坑道的聯(lián)系, 使得坑道空間系統(tǒng)成為巖溶水的循環(huán)空間, 礦坑將成為巖溶水永久污染源。采礦對(duì)巖溶水的影響不僅發(fā)生在采礦期間, 而且會(huì)發(fā)生在閉坑以后。

3 巖溶水系統(tǒng)模式特征

巖溶水系統(tǒng)模式作為區(qū)域巖溶水文地質(zhì)的內(nèi)容,脫胎于早期的蓄水構(gòu)造。基于基巖地下水勘探開(kāi)發(fā)的需要, 早在20世紀(jì)70年代, 劉光亞先生對(duì)基巖地下水各種蓄水構(gòu)造進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究(劉光亞等, 1979),后來(lái)廖資生教授從地質(zhì)結(jié)構(gòu)與巖溶泉水排泄條件方面對(duì)北方巖溶水蓄水構(gòu)造基本類(lèi)型進(jìn)行過(guò)闡述(廖資生等, 1978)。1989年開(kāi)展的“中國(guó)北方巖溶地下水資源及大水礦區(qū)預(yù)測(cè)、利用與管理研究” 項(xiàng)目中(于浩然等, 1989), 韓行瑞研究員在考慮環(huán)境因素(指氣候、降水、巖溶含水層分布埋藏、地表水、地形地貌等)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)因素基礎(chǔ)上將北方巖溶水系統(tǒng)劃分出11個(gè)模式, 這種劃分方案雖然考慮因素比較全面, 但因考慮因素復(fù)雜, 分類(lèi)結(jié)果多, 同時(shí)也使得特點(diǎn)不突出而難于推廣應(yīng)用。因此在本世紀(jì)初開(kāi)展的“鄂爾多斯盆地地下水勘查”項(xiàng)目中, 從巖溶水系統(tǒng)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與巖溶水流場(chǎng)的疊置關(guān)系兩大要素出發(fā),作者將鄂爾多斯盆地周邊巖溶水系統(tǒng)歸結(jié)為“順置式”、“逆置式”、“平行置式”、“平行疊置式”和“碎塊式”5種巖溶水系統(tǒng)模式(梁永平等, 2005)。這一成果在2005年開(kāi)展的“山西省巖溶泉域水資源保護(hù)”項(xiàng)目中進(jìn)行了推廣應(yīng)用。本次劃分是在此方案基礎(chǔ)上, 考慮整個(gè)北方巖溶水系統(tǒng)模式類(lèi)型, 并進(jìn)行了部分修改后確定的。其模式類(lèi)型歸為: “單斜順置型”、“單斜逆置型”、“走向型”、“向斜-盆地型”和“斷塊及其他型”5種(本方案除掉“平行疊置式”,增加了“向斜-盆地型”)。在具體劃分過(guò)程中, 對(duì)同時(shí)具有兩種結(jié)構(gòu)模式類(lèi)型特征的系統(tǒng), 以其最接近的類(lèi)型進(jìn)行歸類(lèi), 而對(duì)研究程度低或暫時(shí)還難于歸類(lèi)的都劃入了“斷塊或其他型”。最終劃分結(jié)果見(jiàn)表1、圖 1。各種系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu), 巖溶地下水循環(huán)、富集特點(diǎn)及巖溶水文地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題簡(jiǎn)述如下。

3.1 “單斜順置型”系統(tǒng)特征

● 系統(tǒng)巖溶含水層傾角較緩, 呈一單斜結(jié)構(gòu);

● 巖溶地下水總體流向與地層傾向相同, 地下水流場(chǎng)形態(tài)多呈向主排泄點(diǎn)匯流的扇形;

● 降水入滲補(bǔ)給是系統(tǒng)巖溶地下水最重要的補(bǔ)給來(lái)源;

● 典型“單斜順置型”系統(tǒng)由隔水頂板阻水形成的溢流泉, 巖溶水排泄較為集中;

● 巖溶地下水在奧陶與煤系地層接觸面一帶富集, 大型系統(tǒng)往往在這一帶形成巖溶地下水強(qiáng)徑流帶;

● 完整的“單斜順置型”系統(tǒng)下游分布大面積石炭-二疊煤系地層承壓區(qū), 是煤礦突水風(fēng)險(xiǎn)最大的一種類(lèi)型。

“單斜順置型”系統(tǒng)在北方分布最普遍, 總數(shù)量達(dá)到49個(gè), 系統(tǒng)平均面積1565 km2。主要分布在呂梁山西側(cè)、太行山前、豫西及魯中南地區(qū)。

3.2 “單斜逆置型”系統(tǒng)特征

● 系統(tǒng)巖溶含水層傾角較緩, 呈一單斜結(jié)構(gòu);

● 巖溶地下水總體流向與地層傾向相反, 地下水流場(chǎng)形態(tài)多呈向主排泄點(diǎn)匯流的扇形;

● 降水入滲補(bǔ)給和河流入滲補(bǔ)給共同構(gòu)成系統(tǒng)巖溶地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源;

● 典型“單斜逆置型”系統(tǒng)由隔水底板(很多系統(tǒng)為相對(duì)隔水的下奧陶統(tǒng))阻水形成的侵蝕下降泉,巖溶水排泄相對(duì)較為分散;

● 巖溶地下水在奧陶系與煤系地層接觸面一帶富集, 大型系統(tǒng)往往在這一帶形成巖溶地下水強(qiáng)徑流帶;

● 完整的“單斜逆置型”系統(tǒng)上游大面積分布石炭-二疊煤系地層, 采煤形成的礦坑排水將通過(guò)下游河流滲漏段形成對(duì)下游巖溶水的補(bǔ)給, 采煤活動(dòng)對(duì)巖溶水質(zhì)和量影響明顯。

“單斜逆置型”系統(tǒng)的特點(diǎn)在許多方面與“單斜順置型”系統(tǒng)是相反的。在北方分布系統(tǒng)總數(shù)量19個(gè), 平均面積在各類(lèi)型中最大, 為2595 km2。主要分布在太行山西側(cè)、汾渭地塹西北一側(cè)。

3.3 “走向型”系統(tǒng)特征

● 系統(tǒng)巖溶含水層傾角較陡, 呈一單斜結(jié)構(gòu);

● 巖溶地下水總體流向與地層走向平行, 地下水流場(chǎng)形態(tài)多呈矩形;

● 系統(tǒng)補(bǔ)給方式相對(duì)單一, 一般為降水入滲補(bǔ)給, 碳酸鹽巖出露面積小, 補(bǔ)給量有限;

● 典型“走向型”系統(tǒng)一般在沿巖溶含水層走向的傾伏端以泉水形式排泄, 排泄點(diǎn)比較集中;

● 石炭-二疊煤系地層分布在系統(tǒng)一側(cè), 部分系統(tǒng)存在煤礦突水問(wèn)題。

“走向型”系統(tǒng)主要分布在構(gòu)造變形強(qiáng)烈的鄂爾多斯盆地西緣南北古脊梁帶地區(qū)、燕山地區(qū)、淮南地區(qū)和豫西地區(qū)。系統(tǒng)總數(shù)17個(gè), 一般系統(tǒng)構(gòu)成面積較小, 平均541 km2。

3.4 “向斜-盆地型”系統(tǒng)特征

●“向斜-盆地型”系統(tǒng)是由比較完整的小型斷陷盆地或向斜構(gòu)造構(gòu)成的系統(tǒng);

● 地下水流與地表水流具有向盆地中心匯集的一致態(tài)勢(shì), 地下水流場(chǎng)形態(tài)平面上呈同心圓狀;

表2 巖溶水系統(tǒng)模式特征匯總表Table 2 Characteristics of framework models

● 巖溶地下水一般沿盆地中部或向斜軸部的河流富集排泄, 排泄點(diǎn)分布比較分散;

● 巖溶地下水與松散層孔隙地下水及地表水間存在較為復(fù)雜的補(bǔ)排關(guān)系, 農(nóng)業(yè)施肥容易對(duì)其造成污染。

全區(qū)劃出“向斜-盆地型”系統(tǒng)共20個(gè), 平均面積1201 km2。主要分布在太行山與燕山山脈接壤區(qū),燕山山前, 太子河流域, 在魯中山區(qū)也有少量分布。

3.5 “斷塊及其他型”系統(tǒng)特征

巖溶含水層多成數(shù)量不等的平緩的斷塊產(chǎn)出,系統(tǒng)補(bǔ)排關(guān)系多樣, 難于歸納出明顯特點(diǎn)的一些系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)全區(qū)共有14個(gè), 平均面積1014 km2。

歸納以巖溶泉水為主要排泄形式的前4種巖溶水系統(tǒng)模式的主要特征, 如表2。

4 結(jié)論

1. 中國(guó)北方初步劃分出119個(gè)相對(duì)獨(dú)立循環(huán)的巖溶水系統(tǒng)。

2. 中國(guó)北方巖溶水系統(tǒng)以發(fā)育規(guī)模大, 資源要素構(gòu)成多、轉(zhuǎn)化關(guān)系復(fù)雜, 水煤共存為特點(diǎn)。

3. 北方巖溶水系統(tǒng)可概括為“單斜順置型”、“單斜逆置型”、“走向型”、“向斜-盆地型”和“斷塊及其他型”5種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。各種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式巖溶水在循環(huán)、富集, 巖溶水文地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題等方面具有鮮明的特色。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式與系統(tǒng)環(huán)境質(zhì)量脆弱性、巖溶地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題發(fā)展演化間存在著內(nèi)在的聯(lián)系, 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式的分類(lèi)將在系統(tǒng)巖溶水文環(huán)境問(wèn)題的成因機(jī)制分析研究中發(fā)揮重要作用。

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The Division and Characteristics of Karst Water Systems in Northern China

LIANG Yong-ping, WANG Wei-tai
Institute of Karst Geology, CAGS, Guilin, Guangxi 541004

In northern China, karst groundwater cycles in relatively isolated units and has formed a series of water resource systems on different scales. This paper deals emphatically with problems of two aspects. First, starting with the basic concept, the authors divided the karst groundwater in northern China into 119 systems. These systems are characterized by high openness, vulnerable environmental quality, large dimensions, numerous water resource elements, complex conversion relations of the water resource elements and “water-coal coexistence”. Second, according to the superimposition relationship of geological structures and fluid fields, the authors grouped the 119 systems into 5 different framework models and described their respective distinct characteristics in distribution, development scale, cycling and enrichment regulations, fluid field patterns and main hydro-geological environments.

northern China; karst groundwater system characteristics; framework types of karst groundwater system

P641.133; P641.13

A

1006-3021(2010)06-860-09

本文由國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研項(xiàng)目“中國(guó)北方巖溶區(qū)地下水環(huán)境問(wèn)題成因機(jī)制與保護(hù)對(duì)策研究”(編號(hào): 200811022)資助。

2010-05-07; 改回日期: 2010-08-27。責(zé)任編輯: 閆立娟。

梁永平, 男, 1962年生。研究員。長(zhǎng)期從事中國(guó)北方巖溶地下水調(diào)查與研究工作。E-mail: lyp0261@sina.com。