淺談在西南巖溶地區(qū)尋找地下水的方法

摘 要 在闡述西南巖溶地區(qū)地質(zhì)和水文特征的基礎(chǔ)上，分析在該類(lèi)地區(qū)尋找地下水的必要性和可行性，對(duì)尋找地下水的國(guó)內(nèi)外主要研究方法進(jìn)行了綜述。并指出了這些方法存在的問(wèn)題與未來(lái)研究的主要方向。

關(guān)鍵詞 巖溶 地下水 遙感 綜合物探技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：P641.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

我國(guó)的西南巖溶地區(qū)總面積約78€?04km2，是世界上碳酸鹽巖連片分布面積最大的巖溶石山區(qū)，其中碳酸鹽巖分布面積約為40€?04km2，占總面積的50.689%。地下河和巖溶大泉發(fā)育，是西南巖溶地區(qū)巖溶水文地質(zhì)最顯著的特點(diǎn)之一，該地區(qū)巖溶水天然資源量約為1856億m3/a，占地下水天然資源總量的81.75 %。但喀斯特地區(qū)地表異常缺水，對(duì)人們生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。這種缺水是由特殊的地質(zhì)作用造成的，是一種地質(zhì)現(xiàn)象，尋找?guī)r溶裂隙帶或地下巖溶管道是解決巖溶山區(qū)缺水的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 西南巖溶地區(qū)地質(zhì)、地下水特征

1.1 巖溶地區(qū)地質(zhì)地貌特征

西南巖溶地區(qū)地層以碳酸鹽巖為主，總厚度可達(dá)3000~l0000m，以泥盆系、二疊系及三疊系中下統(tǒng)為主。由于氣候濕熱、降雨豐沛，巖溶作用強(qiáng)烈，溶孔、溶隙、溶洞及地下暗河十分發(fā)育，地表水常漏失為巖溶地下水。碳酸鹽巖地區(qū)以純性灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等為主，且純性灰?guī)r屬脆性巖石，在構(gòu)造應(yīng)力的作用下，極易形成大量的裂隙帶，這些裂隙帶是地下水貯藏的最有利部位。

1.2 巖溶地區(qū)地下水特征

巖溶水是指賦存于可溶性巖層的溶蝕裂隙和洞穴中的地下水，其最明顯特點(diǎn)是分布極不均勻。大氣降水通過(guò)溶斗、落水洞、裂隙溶隙下滲補(bǔ)成為巖溶區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源。巖溶水的排泄受地形及構(gòu)造條件控制，集中于地勢(shì)低洼處或阻水?dāng)嗔?、巖層界面處漏泄。無(wú)論是巖溶潛水或巖溶承壓水都有相當(dāng)大的接受地表水補(bǔ)給的能力，因此石灰?guī)r裸露山區(qū)不僅缺乏地表水，而且地下水露頭也很少，常表現(xiàn)出嚴(yán)重的“缺水”景象。

2 西南巖溶地區(qū)尋找地下水的重要性和可行性

2.1 尋找地下水的重要性

在西南巖溶分布區(qū)，工農(nóng)業(yè)需水和人畜生活缺水現(xiàn)象十分明顯。特別是近些年來(lái)西南地區(qū)持續(xù)的嚴(yán)重旱情，給人民生活生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失。鑒于西南巖溶石山地區(qū)地下水資源的豐富和地表水缺乏的現(xiàn)狀，有必要重視巖溶分布區(qū)地下水的勘查和開(kāi)發(fā)利用。合理開(kāi)發(fā)和利用地下水資源，將有效解決缺水地區(qū)飲水和缺水農(nóng)田灌溉等群眾最迫切需要解決的問(wèn)題。

2.2 尋找地下水的可行性

在西南巖溶山區(qū)，由于氣候濕熱、降雨豐沛，巖溶作用強(qiáng)烈，溶孔、溶隙、溶洞及地下暗河十分發(fā)育，大量的地下溶蝕空間吸收和流失了大部分大氣降水，地表水常漏失為巖溶地下水。地下水的開(kāi)發(fā)是對(duì)地表水供水不足的有效補(bǔ)充，從社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、還是環(huán)境效益上，巖溶地下水的開(kāi)發(fā)均有著顯著的優(yōu)勢(shì)，可以解決西南山區(qū)分散性居住的廣大農(nóng)村缺水問(wèn)題。

3 在西南巖溶地區(qū)尋找地下水的常用方法

在西南巖溶地區(qū)的很多地方，地表水缺乏，巖溶水又埋得很深，雖然巖溶含水層的富水性總的來(lái)說(shuō)是較強(qiáng)的，但是含水極不均勻。地下是否富集地下水，必須根據(jù)不同地層巖性、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造等特征提供依據(jù)。目前，在西南巖溶地區(qū)，常用的方法主要有三種：經(jīng)驗(yàn)法、遙感技術(shù)和綜合物探技術(shù)。

3.1 經(jīng)驗(yàn)法

大氣降水對(duì)碳酸鹽巖的溶蝕、侵蝕作用，塑造了巖溶地貌，不同運(yùn)動(dòng)方式的地下水產(chǎn)生了不同的巖溶景觀(guān)，因而，區(qū)域性巖溶地貌組合特征就必然在一定程度上反映了區(qū)域性巖溶潛水的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，其中也包括了它的埋深。依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，巖溶區(qū)的地下水在垂直剖面上，強(qiáng)含水帶一般位于淺部巖溶，弱含水帶一般位于深部巖溶；在水平分布上，巖溶水的強(qiáng)含水帶一般呈條帶狀，沿褶皺的軸部、斷層破碎帶、可溶巖與非可溶巖接觸帶上分布。經(jīng)驗(yàn)法一般只適用于淺埋藏區(qū)尋找地下水。

（1）根據(jù)巖溶地貌標(biāo)志尋找地下水。在溶丘谷地、峰林谷地、峰叢淺洼、峰叢谷地等組合類(lèi)型分布區(qū)，巖溶水埋深一般小于50m。特別是埋藏淺區(qū)的富水區(qū)，巖溶泉、地下河較多，巖溶潛水埋深一般小于10m，并常以巖溶潭或地下河天窗等形式出露。在順地下暗河方向，地表有溶井、漏斗、落水洞、進(jìn)水點(diǎn)、出水點(diǎn)、串珠狀分布的洼地、干谷以及出水遺跡。

（2）根據(jù)巖性組合特征，尋找?guī)r溶水。發(fā)育強(qiáng)烈的巖溶一般位于可溶巖與非可溶巖的接觸帶上，在外來(lái)補(bǔ)給條件有利情況下往往能夠富集豐富的地下水。在無(wú)地下水出露地區(qū)，可在區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，在有較好補(bǔ)給條件的地區(qū)，根據(jù)地下河管道發(fā)育最佳途徑原則，配合洼地分析法尋找淺埋藏地下河。當(dāng)可溶巖夾在非可溶巖巖層之中，一般就形成層間巖溶含水層。①

3.2 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)作為宏觀(guān)、綜合、動(dòng)態(tài)、快速監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)自然資源的有效手段，在快速、大面積調(diào)查地下水資源中發(fā)揮著重要作用，為地下水資源調(diào)查和監(jiān)測(cè)提供新的探測(cè)手段。目前，遙感應(yīng)用于西南巖溶地區(qū)找地下水主要有兩種做法：第一種方法一般用于找碳酸鹽巖和基底巖區(qū)的含水層。在這些部位，地下水運(yùn)移的特點(diǎn)是水沿裂隙流動(dòng)，圖像上能反映地下水信息的一般就是斷裂對(duì)應(yīng)的一些線(xiàn)性體，地下水的高產(chǎn)部位與線(xiàn)性斷裂或兩組斷裂交匯部位呈正線(xiàn)性相關(guān)；第二種方法是將遙感影像的信息與其它信息綜合起來(lái)，制作成水文地質(zhì)專(zhuān)題圖，為尋找地下水提供依據(jù)。

3.2.1 遙感線(xiàn)性構(gòu)造分析

遙感線(xiàn)性構(gòu)造是地質(zhì)構(gòu)造場(chǎng)在地球表面和光譜特征上的反映，線(xiàn)性體量化分析可以為地質(zhì)構(gòu)造分析和地下水預(yù)測(cè)提供許多有用的信息和佐證。②在西南巖溶區(qū)，研究線(xiàn)性體的實(shí)際意義較大，這類(lèi)巖區(qū)中的地下水主要存于斷裂產(chǎn)生的次生透水空間。碳酸鹽巖區(qū)的節(jié)理和斷層與原生裂隙易遭受溶蝕作用，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，含水層的導(dǎo)水性就增大。在成熟的塊狀灰?guī)r中的裂隙可增大到其足以使地下水發(fā)生湍流，斷裂密集發(fā)育的巖區(qū)，由溶蝕作用產(chǎn)生的空間大小變化較小、也比較均勻。斷裂含承層的特點(diǎn)取決于斷裂的強(qiáng)度和其分布，張開(kāi)和閉合特點(diǎn)、兩個(gè)裂隙之間的相互連通及貯水帶特點(diǎn)。通過(guò)這些斷裂發(fā)育區(qū)在地表特征上的線(xiàn)性體反映，利用遙感影像進(jìn)行解譯、分析，找到富水區(qū)的可能位置。③

3.2.2 水文地質(zhì)專(zhuān)題圖分析

水文地質(zhì)編圖是水文地質(zhì)工作中一項(xiàng)經(jīng)常的、大量的科學(xué)研究實(shí)踐活動(dòng)。它是總結(jié)對(duì)地下水的大量調(diào)查研究成果，反映地下水的特征及其在空間上的分布、埋藏、形成和發(fā)展的規(guī)律性，從而為地下水的興利除害提供依據(jù)的一項(xiàng)重要手段。國(guó)內(nèi)對(duì)地下水資源的遙感研究始于二十世紀(jì)八十年代初，使用地球資源衛(wèi)星Landsat MSS、TM和ETM+，合成孔徑雷達(dá)SAR等遙感數(shù)據(jù)，在西部干旱、半干旱地區(qū)提取與地下水富集密切相關(guān)的地表裂隙、含水?dāng)鄬?、線(xiàn)性構(gòu)造及地面溫度、濕度等信息作為研究對(duì)象。繪制水文地質(zhì)專(zhuān)題圖，是通過(guò)衛(wèi)星圖像進(jìn)行景觀(guān)解譯和地貌解譯，參照指示植被初步判斷流出帶和地下水補(bǔ)給來(lái)源，提取與地下水密切相關(guān)的地質(zhì)條件的解譯分析和與地下水有關(guān)的地表植被、溫度、土壤水分等環(huán)境因素信息來(lái)完成的。通過(guò)水文地質(zhì)專(zhuān)題圖查明潛水賦存環(huán)境與分布特征，圈出可供進(jìn)一步勘探的供水源地，為供水勘探提供依據(jù)。

3.3 綜合物探技術(shù)

在尋找地下水的應(yīng)用中，地球物理勘查可探查隱蔽的地質(zhì)構(gòu)造和地層、含水層的空間分布、取得巖土物理力學(xué)及動(dòng)力學(xué)參數(shù)的原位測(cè)試數(shù)據(jù)等，為水文地質(zhì)勘查找水工作提供了有力的科學(xué)依據(jù)。針對(duì)不同的地質(zhì)構(gòu)造特征和地下水賦存條件，可采取不同的物探技術(shù)。在西南巖溶地區(qū)，由于深埋的古生界碳酸鹽巖中的巖溶地下水主要受構(gòu)造控制，分布極不均勻，所以，勘查這類(lèi)地下水具有相當(dāng)?shù)碾y度。地面物探工作需要解決的問(wèn)題是了解灰?guī)r的埋深界面和構(gòu)造破碎富水帶的準(zhǔn)確位置。常規(guī)的電阻率測(cè)深法可以確定石灰?guī)r巖體的分布及較大的斷層構(gòu)造位置，對(duì)于找水工作而言，大型構(gòu)造一般意義不大，有意義的為中小型構(gòu)造。這是由于中小型構(gòu)造帶富水性較強(qiáng)，分布較為密集，供水意義大。目前巖溶地下水勘查中物探組合方法主要有：以EH-4 電導(dǎo)率成像系統(tǒng)為主，瞬變電磁法、地震法和 杯法為輔的技術(shù)手段，能夠準(zhǔn)確地確定斷層位置和產(chǎn)狀。

4 巖溶地區(qū)尋找地下水的問(wèn)題和展望

目前，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)法、遙感技術(shù)和綜合物探技術(shù)，在一定條件下可快速、精確和經(jīng)濟(jì)地研究地下水，但是這樣所取得的效果并不都很好：（1）在實(shí)際應(yīng)用中，僅依靠經(jīng)驗(yàn)往往得不到宏觀(guān)和全面的地質(zhì)、地貌特征信息，很難成功找到富水帶位置；（2）遙感線(xiàn)性體用于找地下水的效果取決于它是否代表深部構(gòu)造特征及它對(duì)水文地質(zhì)特征影響，由于在很多地質(zhì)條件下垂直構(gòu)造特征不存在，線(xiàn)性體并不總是代表隱伏構(gòu)造的地表顯示，因此并不能完全作為尋找?guī)r溶水的依據(jù)；（3）利用物探方法尋找?guī)r溶水，存在接地條件不好、干擾多、地形復(fù)雜等諸多不利因素，并且對(duì)深部的構(gòu)造難以準(zhǔn)確分辨。因此，僅僅應(yīng)用這些方法不是解決尋找地下水問(wèn)題的最好途徑。綜合運(yùn)用3S技術(shù)，配合綜合物探技術(shù)，建立與地下水有密切關(guān)系的水文因素和地下水位的定量評(píng)價(jià)模型，可靠和高效地解決地下水遙感監(jiān)測(cè)信息快速處理、分析與提取，提高地下水遙感監(jiān)測(cè)水平，是未來(lái)尋找地下水的發(fā)展趨勢(shì)。

注釋

① 陳紹桔.淺談山區(qū)尋找地下水的方法[J].福建地質(zhì)，2004.23(2):73-76.

② 廖崇高，楊武年，徐陵，濮國(guó)梁.成礦預(yù)測(cè)中遙感與地質(zhì)異常的綜合分析—以蘭坪盆地為例[J].中國(guó)地質(zhì)，2002.29(4):416-420.

③ 劉聚海.遙感用于找地下水[J].國(guó)外遙感地質(zhì)通訊，1991(1):57-62.