地層巖性對(duì)重慶渝東南渝東北地區(qū)巖溶地下水的富集影響分析

胡 偉呂玉香，熊開治，鄧 飛，劉 楊

(1.重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局208水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，重慶 400700;2.西藏自治區(qū)昌都地區(qū)國(guó)土資源局，西藏854000)

中國(guó)巖溶面積346.3萬 km2，占我國(guó)國(guó)土面積的1/3以上。重慶市渝東北渝東南巖溶石山地區(qū)面積約27 617 km2，初步統(tǒng)計(jì)該區(qū)域缺水人口約200萬[1]。渝東南渝東北地區(qū)干旱缺水問題已成為制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素，引起了重慶市人民政府的高度重視。近年來，重慶市政府也安排了專項(xiàng)資金，實(shí)施巖溶缺水區(qū)供水示范項(xiàng)目，以期逐步解決渝東南、渝東北地區(qū)的缺水問題，根據(jù)前期工作[1]，在重慶渝東南渝東北巖溶區(qū)共實(shí)施了77口供水井，其中出水量大于50 m3/d的鉆井44口，成井率僅為57%，如何提高巖溶地下水成井率是急需解決的問題。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)地下巖溶水富集的研究還處于初級(jí)階段。曹炳媛等人通過地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造以及巖石風(fēng)化深度與巖溶水的關(guān)系分析了北山巖溶水的賦層規(guī)律[2]。張貴通過對(duì)水文地質(zhì)條件的分析，提出了珠琳地區(qū)巖溶水的分布規(guī)律[3]。寧顯林等結(jié)合交口縣實(shí)際的地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、水動(dòng)力條件，以抽水井的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，提出了該區(qū)域巖溶地下水的富集規(guī)律[4]。沈洪誼對(duì)淮北地區(qū)北部的灰?guī)r含水巖系的構(gòu)造、巖溶地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件的分析，提出了該區(qū)巖溶水的運(yùn)移及富集規(guī)律[5]。目前，對(duì)重慶地區(qū)巖溶地下水的分析較少，主要集中在上個(gè)世紀(jì)80年代的1/20萬區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告[1]。

巖溶水的賦存與巖溶發(fā)育特征基本上是一致的。只有在巖溶發(fā)育強(qiáng)烈的地塊內(nèi)，才有可能形成巖溶水富水塊段或集中徑流帶。而巖溶發(fā)育程度主要受地層巖性——碳酸鹽巖巖性及其組合的影響，不僅僅影響了巖溶發(fā)育特征，同時(shí)還控制著巖溶水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件。地層巖性是巖溶地下水形成與富集的必要條件，對(duì)其開展深入研究，利于準(zhǔn)確掌握渝東南渝東北巖溶地下水的富集規(guī)律，建立巖溶找水的水文地質(zhì)標(biāo)志，找到可利用的巖溶水源地，從而為渝東南渝東北地區(qū)巖溶地下水的有效開發(fā)利用提供一定的技術(shù)支撐。

1 碳酸鹽巖巖性對(duì)巖溶發(fā)育的影響

重慶渝東南渝東北大面積出露碳酸鹽地層，以寒武系、奧陶系、三疊系、二疊系的碳酸鹽巖為主。寒武系、奧陶系地層多分布在渝東南地區(qū)秀山北東部、酉陽(yáng)縣城及北東部地區(qū)、彭水縣城及南部、武隆縣北東部、南川區(qū)的東南部，以及渝東北地城口縣的北西部及南西部等地區(qū);三疊系、二疊系的碳酸鹽巖主要分布在渝東北奉節(jié)南部、巫山、巫溪、云陽(yáng)北部、開縣北部、城口西南部等地區(qū)。渝東南三疊系、二疊系地層分布較少，主要集中在彭水縣桑柘一帶的向斜區(qū)域、武隆縣城區(qū)及彭水西北部普子、葡萄一帶和黔江區(qū)東南部。

圖1 重慶渝東北渝東南巖溶區(qū)分布圖

碳酸鹽巖是巖溶發(fā)育的基本條件，其中巖石的化學(xué)成分和礦物成分對(duì)巖石可溶性起著重要作用。碳酸鹽巖類巖石通過以其組成的成分進(jìn)行分類，碳酸鹽巖中方解石含量超過50%的屬于灰?guī)r類，碳酸鹽巖中白云石含量超過50%的屬白云巖類，二者按方解石和白云石含量的重量百分比，可以劃分出一系列的過度類型。如:白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖等。自然界中碳酸鹽巖常含有一定的不溶物成分，形成了不純的碳酸鹽巖類，不純的灰?guī)r或不純的白云巖中皆含有諸如硅質(zhì)、泥質(zhì)等不溶物組分。如:泥灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、硅質(zhì)白云巖等。根據(jù)研究區(qū)巖石礦物成分及巖溶發(fā)育程度將巖石劃分為灰?guī)r類、白云巖類、含泥質(zhì)和硅質(zhì)巖類三大類。

1.1 灰?guī)r類

灰?guī)r類包括純灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。含水巖組包括三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)、二疊系(P)。純灰?guī)r往往二氧化硅及其酸性不容物含量極少，地層厚度大，巖石質(zhì)地堅(jiān)硬?；?guī)r的溶蝕作用集中沿構(gòu)造裂隙、斷層發(fā)育的并逐漸擴(kuò)大裂隙通道，形成溶洞或管道系統(tǒng)，巖溶差異作用強(qiáng)烈，普遍不均勻?；?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r地層分布區(qū)，地表各種巖溶形態(tài)均得到較好的發(fā)育，地表常見大型溶蝕洼地、漏斗、落水洞、豎井等、石峰、溶丘、石芽和石林。地下大型溶洞管道系統(tǒng)的發(fā)育暗河水系規(guī)模巨大，一般都構(gòu)成了完整而獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。以灰?guī)r為主的含水巖組中發(fā)育的巖溶大泉和暗河數(shù)量大于白云巖類和泥質(zhì)類。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，研究區(qū)以灰?guī)r為主要含水巖組的區(qū)域，發(fā)育特大型暗河29條(＞500L/s)，大型暗河78條(100～500 L/s)，中型暗河 20條(50～100 L/s)，發(fā)育小型暗河42條(＜50 L/s)，共計(jì)169條。發(fā)育特大型巖溶泉5個(gè)(＞100 L/s)，大型巖溶泉20個(gè)(10～100 L/s)，中型巖溶泉20個(gè)(1～10 L/s)，發(fā)育小型巖溶泉88個(gè)(＜1 L/s)，共計(jì)133個(gè)，詳見圖 2、圖 3。

近年來，在巖溶區(qū)共實(shí)施了77口供水井，其中含水巖組以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r的鉆井49口，其中多數(shù)鉆孔以三疊系下統(tǒng)嘉陵江組一、三(T1j1、T1j3)為含水層，出水量大于50 m3/d的鉆井26口，成井率為51.6%(詳見表1)。由于灰?guī)r類地區(qū)巖溶發(fā)育極不均勻，地質(zhì)條件極其復(fù)雜，在該類區(qū)域?qū)嵤┑你@井成井率不高。

1.2 白云巖類

以白云巖為主的地層主要為寒武系上統(tǒng)、中統(tǒng)(∈3+2)及寒武系下統(tǒng)清虛洞組(∈1q)。白云巖的成分為碳酸鈣鎂，溶蝕性比灰?guī)r差，巖溶發(fā)育程度弱于灰?guī)r，暗河系統(tǒng)發(fā)育少，地下水埋藏相對(duì)較淺，旱情相對(duì)較低。白云巖體一般通過密集的裂隙網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散為溶蝕，使整個(gè)巖體逐漸變得疏松，與灰?guī)r相比分異作用減弱，一般為規(guī)模較少的溶管、溶孔等巖溶空隙密集發(fā)育。白云巖分布區(qū)地表主要巖溶形態(tài)為谷地、洼地、峰林、溶丘、石芽。地下溶洞一般順層發(fā)育，但規(guī)模較小，中小型溶洞較多，暗河及大泉數(shù)量相對(duì)灰?guī)r類較少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)以白云巖為主要含水巖組的區(qū)域，發(fā)育特大型暗河 18條(＞500 L/s)，大型暗河17條(100～500 L/s)，中型暗河 15條(50～100 L/s)，發(fā)育小型暗河17條(＜50 L/s)，共計(jì)67條。發(fā)育特大型巖溶泉 2個(gè)(＞100 L/s)，大型巖溶泉 15個(gè)(10～100 L/s)，中型巖溶泉15個(gè)(1～10 L/s)，發(fā)育小型巖溶泉92個(gè)(＜1 L/s)，共計(jì)121個(gè)，詳見圖 2、圖 3。

近年來，實(shí)施以白云巖為含水巖組的鉆井共計(jì)15口，出水量大于50 m3/d的鉆井13口，成井率為86.67%，成井率較高(詳見表1)，其含水層主要為寒武系上統(tǒng)耿家店組(∈3g)、毛田組(∈3m)、中統(tǒng)高臺(tái)組(∈2p)、平井組(∈2g)。

1.3 含泥質(zhì)、硅質(zhì)巖類

含泥質(zhì)、硅質(zhì)巖碳酸鹽巖類主要分布在三疊系中統(tǒng)巴東組/雷口坡組(T2b/T2l)、三疊系下統(tǒng)大冶組/飛仙關(guān)組(T1d/T1f)、二疊系上統(tǒng)吳家坪組(P3w)和中統(tǒng)棲霞組(P2q)，其次為奧陶系中、上統(tǒng)(O3+2)及奧陶系下統(tǒng)大灣組(O1d)。主要巖性為泥灰?guī)r、灰?guī)r夾頁(yè)巖、硅質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、硅質(zhì)白云巖等。泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖地區(qū)屬于不純的碳酸鹽巖，由于殘余的黏土?xí)璧K溶蝕作用的進(jìn)行，僅在斷裂帶上形成巖溶管道或溶隙強(qiáng)發(fā)育帶。因而很難形成暗河系統(tǒng)，巖溶發(fā)育程度低，干旱的程度相對(duì)較低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)發(fā)育特大型暗河 5條(500 L/s)，大型暗河 13條(100～500 L/s)，中型暗河6條(50～100 L/s)，發(fā)育小型暗河6條(＜50 L/s)，共計(jì)30條。大型巖溶泉15個(gè)(10～100 L/s)中型巖溶泉10個(gè)(1～10 L/s)，發(fā)育小型巖溶泉 72個(gè)(＜1 L/s)，共計(jì)97個(gè)，詳見圖 2、圖 3。

近年來，在以泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖與灰?guī)r互層為主的地層中實(shí)施鉆井共計(jì)13口，出水量大于50 m3/d的鉆井5口，成井率為38.46%，由于該類碳酸鹽巖含水巖組賦水條件較差，成井率較低，詳見表1。

圖2 不同碳酸鹽巖含水巖組中巖溶泉點(diǎn)分布對(duì)比圖

圖3 不同碳酸鹽巖含水巖組中暗河分布對(duì)比圖

表1 渝東南渝東北地區(qū)近年來在不同地層中實(shí)施的供水井統(tǒng)計(jì)表

2 碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖的組合關(guān)系對(duì)巖溶發(fā)育的影響

碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖的組合關(guān)系對(duì)巖溶發(fā)育的影響，主要表現(xiàn)在巖溶管道的發(fā)育方向、巖溶發(fā)育的深度及程度上。在灰?guī)r有上覆隔水性巖層時(shí)，因受隔水層的阻隔，灰?guī)r不能從垂直方向上得到降水的直接補(bǔ)給，只能從水平方向或順層得到地下水的補(bǔ)給，因而巖溶一般不發(fā)育。如酉陽(yáng)龍?zhí)逗恿饔蚝湎迪陆y(tǒng)清虛洞組地層灰?guī)r較純，但受寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組砂頁(yè)巖的隔水作用其巖溶發(fā)育程度較低;在灰?guī)r有下伏隔水層且接觸面高于鄰近河水面時(shí)，由于巖溶水受隔水層的阻隔，灰?guī)r與隔水層的接觸面上常有巖溶泉以懸掛的形式出露在河谷斜坡之上。

在渝東南渝東北各大背斜兩翼三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)與飛仙關(guān)組/大冶組(T1f/T1d)分界處、三疊系下統(tǒng)大冶組二段(T1d2)與一段(T1d1)分界處、二疊系(P)與志留系(S)分界處、寒武系中統(tǒng)(∈2)與下統(tǒng)(∈1)分界處等，出露水點(diǎn)較多，且往往沿構(gòu)造線呈串珠狀分布。

3 綜合分析與結(jié)論

綜上所述，研究區(qū)各類碳酸鹽巖含水巖組的巖溶發(fā)育程度以灰?guī)r類最發(fā)育，白云巖類次之，泥質(zhì)灰?guī)r類發(fā)育最弱;再?gòu)男螒B(tài)上看:灰?guī)r類以密集的巖溶洼地、落水洞、溶洞發(fā)育為其主要特征，白云巖以密集的溶孔、溶隙為主，泥質(zhì)灰?guī)r以溶隙為主，其它巖溶現(xiàn)象少見。因此，灰?guī)r中的巖溶大泉、暗河數(shù)量多于白云巖類，白云巖中的巖溶大泉和暗河數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于泥質(zhì)、硅質(zhì)巖類;而鉆井成井率大小并不遵循此規(guī)律，這三類含水巖組中的鉆井成井率為白云巖類 ＞灰?guī)r類＞泥質(zhì)、硅質(zhì)類。在碳酸鹽與非碳酸鹽的接觸帶是巖溶水動(dòng)力現(xiàn)象最活躍的場(chǎng)所，巖溶作用強(qiáng)烈，常在這些接觸帶附近形成以系列的落水洞、漏斗及巖溶泉，甚至地下暗河。

在巖溶找水工作中，不同地區(qū)應(yīng)因地制宜，選擇不同的找水方式，其中:

(1)在渝東南渝東北灰?guī)r類分布區(qū)，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，地下水以管道型為主，暗河、大泉數(shù)量多且水量大，但極不均勻，可采用引、提、堵的方式開發(fā)利用暗河水;若構(gòu)造、地形條件適宜，地下水埋藏淺，也可在適當(dāng)部位布井，以這些地層為目的層鉆井取水。

(2)在渝東南渝東北白云巖類分布區(qū)，巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈，巖溶地下水富水性好但不均勻，若構(gòu)造、地形條件適宜，地下水埋藏淺，可以這些地層為目的層鉆井取水;也可通過引、提、堵的方式開發(fā)利用泉、暗河出口等天然出露的巖溶水。

(3)在渝東南渝東北含泥質(zhì)、硅質(zhì)巖類分布區(qū)，巖溶發(fā)育相對(duì)較弱，在部分緩坡、平原地帶形成表層巖溶帶，可通過引泉、打淺井等方式開發(fā)利用表層巖溶水。

(4)在含水層、隔水層的接觸地帶，泉點(diǎn)分布較多，可通過引、蓄等方式開發(fā)利用地下水。

[1]劉安云，呂玉香，郭傳道，等.重慶市渝東南渝東北巖溶地下水富集規(guī)律研究報(bào)告[R].重慶市地質(zhì)調(diào)查院.2014.3.

[2]曹炳媛，赫明林.甘肅省金塔北山巖溶水賦層規(guī)律[J].甘肅農(nóng)業(yè).2007，3:43-47.

[3]張貴.珠琳地區(qū)巖溶水分布規(guī)律及找水經(jīng)驗(yàn)[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).2003，1:73-76.

[4]寧顯林，等.交口縣巖溶水富集規(guī)律研究[J].地下水.2010，32(3):30-32.

[5]沈洪誼.淮北地區(qū)北部巖溶地下水富集帶的推測(cè)分析[J].西部探礦工程.2008，8:108-110.