貴州紫云—羅甸縣叢里地下河巖溶發(fā)育特征

張成忠，張新，李洪珍，楊倩

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貴州紫云—羅甸縣叢里地下河巖溶發(fā)育特征

張成忠，張新，李洪珍，楊倩

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局勘測院，貴陽 550005）

貴州省紫云—羅甸縣叢里地下河系統(tǒng)流域面積211km2，系統(tǒng)內(nèi)可溶的碳酸鹽巖石在平面上廣泛分布,空間上厚大產(chǎn)出。經(jīng)多期地質(zhì)構(gòu)造迭加，巖石多數(shù)地段較為破碎，使地表及地下巖溶化程度較高。新構(gòu)造運動不斷使地殼抬升，排泄基準(zhǔn)面的不斷下切，形成系統(tǒng)內(nèi)一個非常復(fù)雜的多層次的巖溶管道系統(tǒng)。由于巖溶發(fā)育的差異和不均勻性，構(gòu)成了不同的地貌形態(tài)及地下暗河埋藏深度的差異。地下巖溶管道系統(tǒng)與表層的巖溶個體的交融所形成的可特景觀，在地質(zhì)研究、旅游資源開發(fā)上有重要意義。

巖溶；地下河；研究與開發(fā)；叢里

貴州省紫云—羅甸縣叢里地下河系統(tǒng)為四級蒙江流域（H020120）的五級地下河巖溶流域系統(tǒng)（H020120-18）。系統(tǒng)內(nèi)可溶的碳酸鹽巖石在平面上的廣泛分布，空間上的厚大產(chǎn)出，加之地質(zhì)構(gòu)造運動多期的多期性改造初始的構(gòu)造形跡，地下水的沿裂隙系統(tǒng)不斷侵蝕、溶蝕致使巖溶較發(fā)育，而新構(gòu)造運動不斷使地殼抬升，排泄基準(zhǔn)面的不斷下切，形成了系統(tǒng)內(nèi)一個非常復(fù)雜的多層次的巖溶管道系統(tǒng)。叢里地下河由6條長度不等的樹枝狀巖溶管道構(gòu)成，整體呈北西南東走向，面積211km2。地下河系統(tǒng)枯季流量達(dá)1 000L/s，其中35km的主流長水力坡度為17‰。地下河系統(tǒng)的地貌類型多樣，形成可特的巖溶形態(tài)組合。地表上呈串珠狀展布的巖溶洼地、落水洞、溶蝕豎井、天窗、巖溶潭、伏流進(jìn)出口等，間接或直接顯示地下巖溶管道的軌跡。表層一些干溶洞與地下暗河交融相通，早期淺表巖溶管道與現(xiàn)代深部巖溶管道融合。該地下暗河流域系統(tǒng)具有水文地質(zhì)條件研究意義外，還具有較大的地下水及旅游開發(fā)潛力。

1 地質(zhì)背景

紫云—羅甸縣叢里地下河系統(tǒng)處于黔南臺陷貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)與華南褶皺帶右江北西向構(gòu)造變形區(qū)的過渡部位，處于地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜變形區(qū)。地下暗河流域核心區(qū)主要的地層為石炭系擺佐組（C1b）、石炭系至二疊系下統(tǒng)南丹組（CP1n）、二疊系下統(tǒng)至中統(tǒng)四大寨組（P1-2s）、二疊系上統(tǒng)領(lǐng)薅組（P2-3lh）等，系統(tǒng)邊界地層為三疊系下統(tǒng)的飛仙關(guān)組及或中統(tǒng)邊陽組碎屑巖地層，其中碳酸鹽巖分布面積為195km2，占92.4%；碎屑巖分布面積為16km2，占7.6%，碳酸鹽巖巖石的廣泛分布，奠定了該地下河系統(tǒng)在平面和空間上發(fā)育物質(zhì)基礎(chǔ)。主要的地質(zhì)構(gòu)造為近南北向的軸跡呈“S”形的打郎背斜、交麻向斜及方向各異的壓扭性斷裂（圖1），區(qū)內(nèi)以下河—打高為界，以北主要為北西向的斷裂構(gòu)造，以南主要為北東東向或近東西向的斷裂構(gòu)造為主。在褶皺軸部橫張、二次縱張節(jié)理以及沿斷裂發(fā)育了密集裂隙帶，這些地段以及構(gòu)造的轉(zhuǎn)折端為溶蝕較為發(fā)育的地段。

2 巖溶發(fā)育特征

2.1巖溶的形態(tài)特征

叢里地下河系統(tǒng)東側(cè)和西側(cè)以碎屑巖隔水層為界，北部和南部以分水嶺為界，邊界清楚。由于地質(zhì)構(gòu)造的運動多期性和挽近時間地殼的間歇式抬升，構(gòu)成了區(qū)內(nèi)多層次網(wǎng)狀的地下巖溶管道，由五條支流地下河構(gòu)成

圖2 打王坡—叢里地下暗河縱剖面圖

2.1.1 打高地下河

為從里地下河系統(tǒng)主流，源于大營鄉(xiāng)的打王坡、經(jīng)大營、下河、大高至從里，長35km，沿途地表均有直接或間接的軌跡顯示（圖2），巖溶的發(fā)育兩端淺、中間深，大致分為三段：

1）打見～大營明暗結(jié)合段：在系統(tǒng)西側(cè)邊界，巖溶與非可溶地層接觸，地貌為峰叢谷地。打見小河在打見落入洞中，伏流長1km，在打王坡流出后又注入洞中（標(biāo)高984m）變?yōu)榈叵潞?，沿途條形洼地都有間歇性小溪流落入洞中。地下水埋藏小于50m。

2）大營～打高豎井落水洞段：豎井、落水洞多，發(fā)育較深。其中蜂子洞（K4）向下60m未見底。溪流入洞水汽彌漫，打彩—下河為一深切槽谷，其間迭加發(fā)育成串落水洞，其中下河落水洞高15m、寬6m，向125°延伸下降。北段地下水埋藏多大于100m。

3）打高～從里暗河天窗、出水洞段：打高（K19）天窗洞高35m，水位埋深74m（標(biāo)高676m），見水往東流，冗望流出地表，偶測流量900L/s。冗望以下則為條形溝谷；標(biāo)高630m，豐水期為明流，地下河已十分明顯，地下水埋深小于50m。此外，尚有黃家大坨、平地兩支流匯入主流。

2.1.2 云里地下河

源于妹場經(jīng)水淹壩、打里，在云里流出，終于軟里，全長25km,水力坡度18‰，枯季流量326L/s.水淹壩以上有天窗和成串的落水洞顯示，其中（K1）天窗標(biāo)高1 100m，在一陡壁下垂直向下深約150m，在很遠(yuǎn)的地方就聽到水流聲，故名響水洞。水淹壩為一深大的封閉型洼地，它比周邊的洼地均低，標(biāo)高899m，洼地中落水洞密布，枯季消水夏季冒水，水淹壩以下，低洼地串珠狀排列，標(biāo)高漸次降低，從圖3清楚地指示著地下河經(jīng)過的途徑。

圖3 偏巖-水淹壩-冗望地下暗河縱剖面圖

2.1.3 冗林地下河

源于白花村經(jīng)石板井、打科、冗林、最終匯入主流，全長13km，它除有標(biāo)高逐漸降低的條形低洼地及落水洞發(fā)育外，打科為一天窗，枯季水位深15m，豐水期流出地表，流量78L/s，冗林天窗為洞穴狀，偶測流量為800L/s.枯季水位下降不流出地表，冗林以下的溶蝕谷地中密布，地下管道呈網(wǎng)格狀發(fā)育，且與主管道相互聯(lián)通。

2.2 巖溶與構(gòu)造關(guān)系

由于受多期次地質(zhì)構(gòu)造，在褶皺的轉(zhuǎn)折部位，斷裂破碎帶及斷裂旁側(cè)次級裂隙強(qiáng)烈發(fā)育、巖體的破碎程度較高的部位成為巖溶水溶蝕最有利的地段。地下水沿表層的網(wǎng)狀裂隙長期的侵蝕、溶蝕作用，原有的裂隙空間不斷的拓展，地下水由面狀徑流逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧袕搅?，通道變得順暢，溶蝕裂隙進(jìn)一步發(fā)展形成溶洞或溶蝕裂縫構(gòu)成巖溶管道系統(tǒng)。當(dāng)?shù)貧ぬ判够鶞?zhǔn)面下降，為適應(yīng)新的水文地質(zhì)條件，地下水以增大坡降，增快流速向低處排泄，垂直循環(huán)加劇，交替強(qiáng)烈，溶蝕作用加強(qiáng)，巖溶向深部發(fā)展。原有的地下暗河一方面沿節(jié)理裂隙密集發(fā)育地段向下溶蝕形成跌水流入下一層巖溶管道中；另一方面原有的巖溶管道系統(tǒng)頂板在巖體破碎地段不斷的崩塌，形成“廳堂式”溶洞。崩塌發(fā)生，至地面時則形成陡峭的嶂谷以及早期巖溶管道顯露在谷壁上、溶蝕洼地、落水洞、溶蝕豎井、天窗或者伏流等。由于地殼的抬升、河流的下切是不斷的，地下水的垂直循環(huán)帶不斷的加厚，在溶溝溶槽、巖溶洼地、地下巖溶管道中迭加發(fā)育落水洞、溶蝕豎井等，而在構(gòu)造破碎帶或者節(jié)理裂隙密集發(fā)育地段，地下巖溶管道系統(tǒng)的頂板進(jìn)一步崩塌，形成深陷的巖溶洼地、深切溶蝕峽谷及谷壁上顯示地下水階段水平溶蝕的溶洞、直而深的落水洞、溶蝕豎井、天窗等。

新構(gòu)造運動進(jìn)一步促進(jìn)了巖溶的發(fā)展與復(fù)雜化。地面抬升河谷下切，巖溶系統(tǒng)向深部發(fā)展，形成多層次的水平溶洞。巖溶迭加發(fā)育，洼地、落水洞、溶蝕豎井或者水平狀的溶洞相互連通。巖溶的差異性，巖溶發(fā)育程度隨深度增加有階梯性減弱的特點。受水動力及巖溶層空間分布等因素的影響，不同地區(qū)有差異性。如打高地下河在打見—大營及打高—從里地段的地下河床以緩平巖溶管道中徑流，地下巖溶管道較淺，地下河床埋深一般小于50m，而中間地段大營—打高一帶巖溶發(fā)育較深，地下河床的水力坡度較大，地段以垂直型的巖溶管道為主，地下河床埋深一般大于100m。

2.3 巖溶與地貌的關(guān)系

巖溶的峰叢洼地、峰叢溝谷、峰林谷地等形態(tài)各異，其中以峰叢洼地中的巖溶個體種類較多，峰叢溝谷其次，峰林谷地較為單一。

1）峰叢洼地分布區(qū)域較大，包括云里、下河至打高、冗林及平地地下暗河等，地形起伏較大，溝谷與峰叢間的高差多在200～300m間，山體聳立、坡體陡立。地貌上保留了早期沿北西和北東向構(gòu)造裂隙不斷侵蝕、溶蝕后的痕跡而呈現(xiàn)出不等距的格狀結(jié)構(gòu)。巖溶個體有深陷洼地、巖溶潭，有高差幾十米至200m的深切陡立溶蝕槽谷等。在深陷的洼地及槽谷底部有落水洞、溶蝕豎井及溶蝕裂縫；陡立的石壁及洼緣四周發(fā)育有2～3層溶洞。地下暗河沿串珠狀的巖溶洼地、巖溶潭或溶蝕槽谷延伸，局部的巖溶潭或天窗地段見有地下暗河河床，深度在幾十米至200m間，地下巖溶管道多由1～2層。

2）峰叢溝谷主要分布在系統(tǒng)邊緣的西側(cè)與東側(cè)，與兩側(cè)峰叢間高差200～300m間。地貌上，槽狀的溶蝕溝谷形態(tài)較為顯著，從地下暗河上游至下游地形高差逐漸增大，溝谷寬度逐漸變窄。溝谷多有低矮的溶蝕殘丘，與分水嶺間多有次級山體過渡。巖溶個體主要為伏流、天窗、溶蝕槽谷及槽谷內(nèi)迭加發(fā)育的落水洞，溝谷兩側(cè)發(fā)育有傾斜溶洞。地下水在上游和下游埋深多小于30m，中間的打彩—下河—打高及黃家大坨—打高一帶，地下水埋深多大于100m，形成中間地段深、空間較寬大巖溶管道系統(tǒng)。

3）峰林谷地主要零星分布于地下河系統(tǒng)起始段的打見—大營、冗望—叢里一帶。其間山體多呈孤峰，或較低的峰叢，谷地平坦開闊，局部發(fā)育巖溶盆地（如冗林）。該區(qū)內(nèi)地下水埋深較淺，雨季時地下水位上升成地表徑流，枯季時在有落水洞及溶蝕豎井位置成伏流。上游的打見—大營處于系統(tǒng)的分水嶺地段，是高原臺面，是地下暗河系統(tǒng)的地下水補(bǔ)給區(qū)。谷地徑流多在谷地邊緣的落水洞或溶洞形成伏流，其間為寬淺開闊的溶蝕盆地（或洼地）、洼地邊緣的落水洞、溶洞等。下游的冗望—叢里是地下暗河的排泄區(qū)，地下河支流分別從冗望、云保、冗林三處以巖溶大泉的形式排泄。冗林排泄點在枯季時沒有地下水排出，雨季該溶蝕盆地東側(cè)落水洞有伏流。個別地段溶蝕盆地（或洼地）、落水洞、巖溶潭及伏流，密度較大。如在冗林至播來的三個藕節(jié)狀溶蝕洼地，0.5km2范圍內(nèi)發(fā)育了大小20多個落水洞和洼地。

3 叢里地下河系統(tǒng)巖溶發(fā)育時期

棲里發(fā)育大致分為四個階段：即大婁山期、山盆期的兩個亞期和烏江期。

大婁山期巖溶現(xiàn)象已被后期改造，僅個別保留孤立的巖溶峰頂面，如打見、偏巖等地，高程在1 100～1 250m間。巖溶管道為北西向和北東向，也就是沿系統(tǒng)內(nèi)褶皺的橫張或二次縱張節(jié)理的方向發(fā)育。

山盆第一亞期，巖溶在大婁山期發(fā)育的基礎(chǔ)上繼承性發(fā)展。該期地殼抬升不大，河流下切的深度有限，巖溶仍北西向斷裂或沿層間裂隙中發(fā)育；而地形起伏不大，排泄基準(zhǔn)面與地下暗河河床的高差較小，地下水徑流平緩，水力坡度小，以水平循環(huán)為主。多表現(xiàn)為現(xiàn)今不多的、高懸于近山峰頂?shù)膸r溶洞穴。

山盆期第二亞期，巖溶發(fā)育程度加大。由于地下水埋深多在50m以內(nèi)，處于包氣帶和飽水帶之間，隨著排泄基準(zhǔn)面的不斷下降，地下水交替強(qiáng)烈，巖溶向深部發(fā)展，構(gòu)成在地面以下的多層級巖溶管道，多有地下水徑流或者季節(jié)性間歇徑流通過。淺表地下暗河的頂板垮塌后，在陡立的山體石壁上發(fā)育有2～3層溶洞，且規(guī)模較大，并在呈格狀結(jié)構(gòu)的峰叢間發(fā)育深陷的巖溶洼地、落水洞；在垂直裂隙密集發(fā)育帶發(fā)育天窗、巖溶潭等。在聳立厚大連綿的峰叢上隱伏有北東向或北西向巖溶管道，巖溶發(fā)育基本停滯，洞穴多為垮塌堆積堵塞。

第四紀(jì)的新構(gòu)造運動，地面再度隆起，并形成了顯著而普遍的深切峽谷，稱“烏江期”。該期在系統(tǒng)內(nèi)主要體現(xiàn)為陡峭的巖溶峽谷、筆直的豎井、落水洞、深陷的巖溶洼地等垂直巖溶形態(tài)；同時，地下河管道也伴隨而成。由于處于地下水飽水帶內(nèi)，巖溶的發(fā)育幾乎才開始，巖溶的成熟度處于青年期。

4 叢里地下河系統(tǒng)的開發(fā)利用

叢里地下河系統(tǒng)的研究還處于一個起步階段，該地下河暗河縱橫交融的現(xiàn)象還有待進(jìn)一步深入的研究?，F(xiàn)研究范圍發(fā)育的五條地下河支流分布區(qū)，巖溶密度較大、種類豐富、景觀千奇原，極具科研及開發(fā)價值。

1）旅游開發(fā)資源潛力巨大，峰叢洼地及峰叢洼地的峰叢上有因地下暗河不斷下切的斷面上有多層溶洞，而這些溶洞往往深部的地下暗河管道相通，構(gòu)成一個上為包氣帶的旱洞與下為飽水帶的充水溶洞，中間為垂直或陡傾斜的巖溶管道，如打高、叢里一帶的表層溶洞與深部充水溶洞。

2）地下水的開發(fā)利用，妹場至打高一帶，地下水埋深大于100m，洼地內(nèi)多有居民居住及耕種，由于處于中度石漠化區(qū)，地段內(nèi)表層巖溶泉受季節(jié)影響較大，是巖溶易干旱中等至重度區(qū)域。根據(jù)地下暗河的空間分布規(guī)律，可以在妹場—打高地下暗河支流的水淹壩、桃寨一帶的巖溶潭或天窗位置分段筑壩以及在打見—打高支流的下河巖溶潭筑壩，抬升地下水位，一方面降低該段內(nèi)地下水使用成本。另一方開發(fā)地下暗河漂流，使羅甸境內(nèi)“東有大小井、西有叢里”的地下暗河系統(tǒng)形成獨特的旅游資源。

3）地下河系統(tǒng)的上游段及下游段，巖溶盆地寬闊平坦，地下水埋藏較淺，適合于土地集約化開發(fā)，充分利用羅甸的氣候資源優(yōu)勢，形成與叢里地下河系統(tǒng)自然景觀相結(jié)合的高效農(nóng)業(yè)觀光園。

4）由于系統(tǒng)內(nèi)巖溶管道復(fù)雜，可以作為典型巖溶地質(zhì)進(jìn)行考察研究，較詳經(jīng)地查明該區(qū)巖溶系統(tǒng)的分布、規(guī)模及特點。

[1] 貴州省地質(zhì)局第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊. 1：20萬羅甸幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R]. 1980.

[2] 貴州省地質(zhì)調(diào)查院. 貴州重點巖溶流域地下水調(diào)查和地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查報告—格凸河巖溶流域[R]. 2010.

[3] 王明章, 等，貴州省巖溶區(qū)地下水與地質(zhì)環(huán)境[M]. 北京：地質(zhì)出版社，2015.

[4] 貴州省地礦局111地質(zhì)大隊. 含水巖組及巖溶地下水系統(tǒng)劃分專題研究報告[R]. 2015.

Development of Underground Streams in the Ziyun-Luodian Thorn Bush, Guizhou

ZHANG Cheng-zhong ZHANG Xin LI Hong-zhen YANG Qian

(Guizhou Institute of Geology of Nonferrous Metal and Uranium, Guiyang 550005)

Underground streams in the Ziyun-Luodian thorn bush, Guizhou cover an area of 211 km2where carbonate rock is exposed. Multiple tectonism resulted in carbonate rock fractured and strong karstification. Neotectonism results in crust uplift and constantly discharge datum by which a complicated karst piping system was formed. Nonuniform karstification gave different landforms and underground streams in different depth. These different karst piping systems and surface karst landscade have important significance for the geological science and tourism.

karst; development; thorn bush; Ziyun-Luodian

P642.25

A

1006-0995（2017）02-0271-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.02.023

2016-11-07

張成忠（1964- ），男，貴州風(fēng)崗縣人，高級工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地及質(zhì)礦產(chǎn)地質(zhì)勘查及勘探工作