云南陽宗海盆地巖溶地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式

楊曉艷，任世川

(云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，云南 昆明 650216)

巖溶水的調(diào)查、評(píng)價(jià)、開發(fā)利用與保護(hù)是當(dāng)前面臨的迫切研究內(nèi)容[1，3，4，8]。陽宗海盆地地處滇中高原，位于小江斷裂的破碎帶上，是西南地區(qū)比較典型的高原巖溶斷陷盆地之一。區(qū)內(nèi)裸露型巖溶地下水系統(tǒng)較為復(fù)雜，查明其區(qū)域水文地質(zhì)條件、巖溶水分布格局及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可為區(qū)域水環(huán)境防治提供依據(jù)。本文通過對(duì)陽宗海流域及周邊巖溶山區(qū)地形地貌、地表巖溶發(fā)育特征、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水動(dòng)力場、水化學(xué)及巖溶地下水循環(huán)條件的調(diào)查分析，查明了補(bǔ)、徑、蓄、排循環(huán)過程相對(duì)獨(dú)立的14個(gè)巖溶地下水子系統(tǒng)，并將其分成5類結(jié)構(gòu)模式[2，9]。

1 水文地質(zhì)概況

1.1 地理概況

陽宗海地處滇中高原腹地，是云南省九大高原湖泊之一，流域面積為252.7km2，湖面水位標(biāo)高1770.46m，湖面面積31.1km2，平均水深20m，總蓄水量6.04億m3，多年平均入湖量為5156萬m3，平均產(chǎn)水量0.36億m3。陽宗海四周支流較多，其中陽宗河為其最大支流，調(diào)查時(shí)流量約為33.75l/s。流域內(nèi)巖溶泉水發(fā)育，其中草甸盆地區(qū)地表水也通過巖溶管道以地下水形式補(bǔ)給陽宗海，補(bǔ)給量較為豐富。陽宗海流域內(nèi)地勢(shì)總體北高南低，山系及河流多呈南北向展布，多見“V”型谷。地貌類型主要有構(gòu)造侵蝕中低山地貌、構(gòu)造溶蝕中低山地貌和第四系堆積地貌。

1.2 水文地質(zhì)概況

(1)地質(zhì)背景

陽宗海北岸的湯池盆地和南岸的陽宗盆地及草甸盆地主要出露第四紀(jì)地層，為河湖沉積物，巖性為沙、礫石、粘土層；盆地四周出露地層以二疊系、石炭系和泥盆系為主，主要為灰?guī)r和玄武巖，其中灰?guī)r分布廣泛，巖溶發(fā)育；部分地區(qū)出露古生代寒武紀(jì)地層，以砂巖為主；局部出露侏羅系和志留系砂巖地層。研究區(qū)位于小江斷裂的破碎帶上，受東西向擠壓力的影響，形成以南北向或北北東向斷裂為主的構(gòu)造格局，斷面向東或向西，地層連續(xù)性較差，傾角平緩為本區(qū)的特征。受主干斷裂影響和控制，區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造多呈南北向或近南北向展布，規(guī)模均較小[2]。

(2)地下水類型

陽宗海流域內(nèi)地下水類型有孔隙水、裂隙水和巖溶水，孔隙水含水層組主要包括湖積孔隙含水層組、洪積孔隙含水層組和沖積孔隙含水層組，主要分布于盆地及河谷內(nèi)，富水性以弱為主，局部中等，屬隔水層。裂隙水含水層組主要包括碎屑巖裂隙含水層組、噴出巖裂隙含水層組，較為零散的分布于陽宗海流域內(nèi)，均為相對(duì)隔水層。巖溶水含水層組廣泛分布于區(qū)內(nèi)各區(qū)域，富水性強(qiáng)，為研究區(qū)主要含水層。

2 地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式

根據(jù)區(qū)域內(nèi)巖溶地下水系統(tǒng)發(fā)育的控制因素、發(fā)育特征及其差異性，用新的劃分方法將陽宗海流域14個(gè)巖溶地下水系統(tǒng)(或子系統(tǒng))歸納為5種主要的地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式(圖1)。

2.1 斷裂帶式

分布于陽宗盆地兩側(cè)，巖溶地下水受斷層控制，沿?cái)嗔哑扑閹Оl(fā)育匯集，并向下游徑流，至盆地邊緣受第四系隔水邊界影響，形成富水塊段或以泉水的形式排泄。這種背景條件下形成的斷裂帶式巖溶地下水系統(tǒng)模式，主要有陳官營中學(xué)泉、核桃村泉和小屯泉3個(gè)子系統(tǒng)(圖1-1)。該類型巖溶水系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：

(1)該類型巖溶水系統(tǒng)處于南沖斷裂帶及其分支斷裂上，受斷層控制，泉域范圍沿?cái)鄬映湿M長的條帶狀，沒有明顯的地下水分水嶺，補(bǔ)給區(qū)與相嶺泉域有一定的水力聯(lián)系。受斷層規(guī)模和兩側(cè)巖溶地層分布范圍的影響，泉水流量相差較大。

(2)地下水主要接受降雨入滲補(bǔ)給，并可能接受其他類型地下水的越流補(bǔ)給，補(bǔ)給區(qū)基巖裸露，巖溶為開敞式形態(tài)，斷裂帶附近常見寬長溶隙、溶孔、溶洞等，并有少量洼地、落水洞、漏斗分布；地下水沿?cái)嗔褞С蓭钯x存、運(yùn)移，斷裂帶巖溶發(fā)育深度較大，具有良好的儲(chǔ)水條件，但距離斷層越遠(yuǎn)，溶蝕孔隙發(fā)育深度越淺，發(fā)育程度越低，連通性變差，儲(chǔ)水條件減弱；徑流至陽宗盆地邊緣后，溢出地表以泉的形式排泄。

(3)大氣降水常迅速為垂直型洞、隙所吸收，補(bǔ)給地下水，水循環(huán)交替強(qiáng)烈，水動(dòng)力域不明顯。區(qū)內(nèi)水動(dòng)力狀態(tài)及賦存條件為裂隙—管洞狀緩變流—急變流，富水性強(qiáng)但不穩(wěn)定，泉水不均勻系數(shù)大于10。因此地下水與地表水聯(lián)系較緊密，易遭受污染。泉水補(bǔ)給區(qū)地勢(shì)較陡，目前人類活動(dòng)較弱，主要存在植被破壞和旱田耕作，現(xiàn)狀下無較大的污染源存在，主要為生產(chǎn)過程中施用的化學(xué)肥料。

2.2 巖層走向式

分布于陽宗盆地東側(cè)，主要受太平山褶皺構(gòu)造和東西兩側(cè)隔水層控制，地下水沿地層走向徑流，在這種區(qū)域構(gòu)造背景下，巖溶地下水受褶皺構(gòu)造控制，被限制于褶皺兩側(cè)隔水邊界間沿含水層走向徑流，構(gòu)成了“巖層走向型”巖溶地下水系統(tǒng)模式。包括太平山泉1號(hào)、太平山2號(hào)泉、明珠灣1號(hào)泉和明珠灣2號(hào)泉4巖溶泉水子系統(tǒng)(圖1-4)。其主要特點(diǎn)如下：

(1)太平山褶皺出露范圍廣，大體為北東向，核部地層節(jié)理、裂隙發(fā)育，褶皺軸北東向轉(zhuǎn)北西向，傾伏于陽宗海內(nèi)。含水層主要為二疊系純灰?guī)r、白云巖和泥盆系純灰?guī)r，基巖裸露，地下水匯水邊界較為清楚，與相嶺區(qū)域地下水水力聯(lián)系不強(qiáng)。

(2)補(bǔ)給區(qū)面積大，且?guī)r溶為開敞式形態(tài)，漏斗、洼地、落水洞等垂直形巖溶態(tài)十分發(fā)育，長軸方向與巖層走向基本一致，主要發(fā)育在海拔2100～2150m之間的褶皺南端，降水或人工排水迅速為垂直型洞、隙所吸收，地表水幾乎全部進(jìn)入地下，并可能接受其他類型水的越流補(bǔ)給，補(bǔ)給豐富，泉流量一般較大，因此人為污染源是系統(tǒng)地下水污染的主要成因。

(3)地表水入滲后層面溶蝕裂隙為該類型巖溶地下水主要的導(dǎo)水空間，地下水總體流向與巖溶含水層走向平行，向北東向徑流，至褶皺轉(zhuǎn)折端轉(zhuǎn)向北西向徑流，泉點(diǎn)動(dòng)態(tài)較穩(wěn)定，最大流量與最小流量的比值在3-4倍，為波態(tài)型。

(4)背斜核部巖溶地下水沿巖層走向徑流，流至其他含水層時(shí)，受巖性差異影響，部分排出地表，有泉點(diǎn)1個(gè)，流量??；流至P1l地層，少部分地下水受P1l地層隔水作用，于背斜夾層中P1l附近富集，并以泉的形式排泄，有泉點(diǎn)1個(gè)，流量較小，為表層泉；大部大分地下水穿過上述地層，繼續(xù)沿巖層走向徑流與兩翼巖溶地下水匯合后在明珠灣一帶富集，有2個(gè)泉點(diǎn)，流量較大，最終排入陽宗海。

(5)由于地殼上升幅度和速度大，巖溶發(fā)育沒有表現(xiàn)明顯的階段性，地下水流程最長為7km，落差達(dá)330多m，巖溶發(fā)育和地下水運(yùn)動(dòng)具有顯著的垂直方向性，以管隙流為主，沒有形成統(tǒng)一的地下徑流系統(tǒng)，泉水流量懸殊。

2.3 順層式

也分布于陽宗盆地兩側(cè)，地下水主要受層理控制，順地層傾向徑流，至盆地內(nèi)受第四系隔水邊界影響，以泉水的形式排泄，形成了巖溶水總體沿層面發(fā)育的順層式巖溶地下水系統(tǒng)模式。主要有花莊村泉、小營泉2和湯池2號(hào)泉等3個(gè)子系統(tǒng)(圖1-2)。

(1)巖溶水賦存于二疊系和石炭系純灰?guī)r、白云巖中，匯水范圍呈面狀，出露面積小，被斷層或碎屑巖隔水層夾持，邊界清晰，與相嶺泉域水力聯(lián)系一般不強(qiáng)，地下水水位較淺，多屬表層泉。

(2)巖溶水主要接受降雨入滲補(bǔ)給，補(bǔ)給區(qū)地勢(shì)多較陡峻，基巖裸露，地表徑流速度快，補(bǔ)給量小，地下水徑流方向總體與碳酸鹽巖含水層傾向一致，由補(bǔ)給區(qū)向陽宗盆地徑流，至盆地邊緣，受第四系松散堆積物阻隔以泉水形式排泄(圖1-2)。

(3)含水層巖體相對(duì)較完整，巖溶發(fā)育相對(duì)較均勻，一般順層面發(fā)育，以溶孔、溶槽為主，偶見洼地、落水洞、漏斗分布，成為了地下水的主要賦存和運(yùn)移空間。

(4)補(bǔ)給區(qū)人類活動(dòng)較弱，以植被破壞和旱地耕作為主，現(xiàn)狀下無較大的污染源存在，主要是旱地施肥形成的面狀污染，可能遭受污染。

2.4 向斜式

分布于陽宗海西側(cè)，大地構(gòu)造處于南沖斷裂西側(cè)，向斜構(gòu)造為該巖溶水含水層的主要控制構(gòu)造，這種背景條件下形成了受向斜構(gòu)造控制的巖溶地下水流向與碳酸鹽巖含水層總體傾向相一致的向斜式巖溶地下水系統(tǒng)模式。主要包括談葛營泉、三十畝泉、王家莊泉等3個(gè)巖溶水子系統(tǒng)(圖1-3)。主要特點(diǎn)如下：

(1)向斜出露面積廣，是評(píng)價(jià)區(qū)重要的賦水構(gòu)造，地下水分水嶺較清楚，與相嶺泉域局部有一定的水力聯(lián)系，主要接受降雨、人工排水灌入式補(bǔ)給或入滲補(bǔ)給，并可能接受其他類型地下水的越流補(bǔ)給，滲入系數(shù)約0.45，水力坡降0.05～0.1，浸潤曲線似階梯型，水位變幅大，水位埋深50～200m，水動(dòng)力狀態(tài)及賦存條件為管(洞)狀急變流，動(dòng)態(tài)極不穩(wěn)定，泉水不均勻系數(shù)達(dá)15以上，富水性強(qiáng)且不均一，徑流模量18.88l/s·km2。因此出露的泉點(diǎn)流量大，是調(diào)查區(qū)較為重要的飲用水源。

(2)含水層主要為二疊系純灰?guī)r、白云巖和泥盆系純灰?guī)r，其中二疊系純灰?guī)r、白云巖分布區(qū)基巖裸露，巖溶為開敞式形態(tài)，補(bǔ)給區(qū)漏斗、洼地、落水洞等垂直形巖溶態(tài)十分發(fā)育，且規(guī)模較大，長軸方向多與巖層走向一致；泥盆系純灰?guī)r分布區(qū)基巖多裸露，局部被第四系殘坡積層覆蓋，厚度0～20m，巖溶也為開敞式形態(tài)，補(bǔ)給區(qū)巖溶洼地、漏斗、落水洞較發(fā)育，規(guī)模以小型為主，長軸方向多與巖層走向一致。該類地下水系統(tǒng)模式無明顯徑流區(qū)，排泄區(qū)以水平巖溶管道形態(tài)為主。

(3)向斜西翼地下水接受補(bǔ)給后主要沿巖溶管網(wǎng)順層理徑流，流至向斜核部后，由主要沿順層理面發(fā)育的巖溶管網(wǎng)徑流轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕毓?jié)理、裂隙發(fā)育的巖溶管網(wǎng)跨越層面徑流，至向斜東翼，再次轉(zhuǎn)變?yōu)檠貛r溶管網(wǎng)順層理徑流，至低洼的溝谷內(nèi)或陽宗海以泉的形式排泄(圖1-3)。

(4)該類型巖溶水基巖巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，但不均一，垂向分兩帶：不均一強(qiáng)巖溶發(fā)育帶厚50～150m；不均一弱巖溶發(fā)育帶厚100～>300m，無欠均一中等巖溶發(fā)育帶，一般無充填物。因此，地下水水位埋深不大，屬淺層地下水。

(5)該類型地下水補(bǔ)給區(qū)地勢(shì)相對(duì)平緩，人類活動(dòng)強(qiáng)烈，植被破壞嚴(yán)重，第四系覆蓋區(qū)多被墾為農(nóng)田，公路、水利等設(shè)施分布較多，且有澄江錦業(yè)有限公司、云南鋁廠等工業(yè)分布；地下水與地表水聯(lián)系極緊密，易接受人工排水的補(bǔ)給，巖溶洼地區(qū)以灌入式補(bǔ)給為主，因此人為污染源是系統(tǒng)地下水污染的主要成因。

2.5 越流式

“越流式”巖溶地下水系統(tǒng)模式指草甸—陽宗海巖溶地下水系統(tǒng)，位于陽宗海東側(cè)，受麥沖斷裂影響，溝通了兩側(cè)二疊系碳酸鹽巖巖溶水的聯(lián)系，地下水跨越了地表分水嶺限制，使草甸盆地內(nèi)的地表水通過落水洞補(bǔ)給地下水，最終匯入陽宗海(圖1-5)。其特點(diǎn)如下：

(1)地下水主要沿層面或裂隙面賦存、運(yùn)移，中段麥沖斷裂連接了斷層兩側(cè)二疊系碳酸鹽巖含水層，溝通了相互間的水力聯(lián)系，使草甸地表水通過地下補(bǔ)給陽宗海，因此泉點(diǎn)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定，枯季流量僅為1/3～1/5。

(2)落水洞的落水量是黃水洞泉的主要補(bǔ)給源，此外地下水在徑流過程中還得到含水層中地下水的補(bǔ)給，故泉點(diǎn)的流量(18.79l/s)較落水洞的落水量大(13.62l/s)。

(3)其他補(bǔ)給來源主要為地表分水嶺附近的巖溶水，補(bǔ)給區(qū)海拔2200m左右，洼地、落水洞、漏斗等垂直巖溶形態(tài)發(fā)育，長軸方向與巖層走向一致，降水或人工排水迅速為垂直型洞、隙所吸收，地表水幾乎全部進(jìn)入地下。

(4)由于地殼上升幅度大和速度快，巖溶發(fā)育沒有表現(xiàn)明顯的階段性，地下水流程短，約2km，落差大，達(dá)400多m，巖溶發(fā)育和地下水運(yùn)動(dòng)具有顯著的垂直方向性，以管隙流為主，沒有形成統(tǒng)一的地下徑流系統(tǒng)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]袁道先.中國巖溶學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1993.

[2]王宇.西南巖溶地區(qū)巖溶水系統(tǒng)分類、特征及勘察評(píng)價(jià)要點(diǎn)[J].中國巖溶，2002，21(2)：114～119.

[3]朱遠(yuǎn)峰.中國巖溶水系統(tǒng)和巖溶水資源研究進(jìn)展.見：地質(zhì)部環(huán)境地質(zhì)研究所主編.工程地質(zhì)水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)論文集[c].北京：地震出版社，1993，194～199.

[4]韓寶平.國外巖溶水文地質(zhì)學(xué)進(jìn)展[J].中國巖溶，1993，12(4)：400～408.

[5]蔣忠誠，袁道先.中國南方表層巖溶帶的結(jié)構(gòu)、巖溶動(dòng)力學(xué)特征及其意義[J].地球?qū)W報(bào)，1999，20(3)：302～308.

[6]李正根，水文地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1980.

[7]任美鍔，劉振中.巖溶學(xué)概論[M].北京：商務(wù)印書館，1983.

[8]袁道先，朱德浩，翁金桃，等.中國巖溶學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1994：1～35.

[9]梁永平，行瑞，等.鄂爾多斯盆地周邊巖溶地下水系統(tǒng)模式及特點(diǎn)[J].地球?qū)W報(bào)，2005，26(4)：365～369.