基于模糊綜合評判法的巖溶地區(qū)地層含水性評價
——以三峽地區(qū)寒武系地層為例

蘭圣濤，周 宏，曾圓夢，朱文婷，齊凌軒

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)調(diào)查研究院，湖北 武漢 430074)

地層含水性，目前對其尚未有一個明確的定義，針對地層含水性的定量評價多見于煤層，但常與富水性概念混淆不清。在水文地質(zhì)領(lǐng)域，地層含水性依托于含水層這一概念，其表征一套地層含水、富水、透水的能力，是一個綜合性定義，其可作為一種指標(biāo)直觀地評價一套地層對地下水的影響能力。此外，地層含水性既能表征地下水資源的豐富程度，又能在一定程度上反映地下水在時空上的富集規(guī)律與分布特征及其和各個影響因素之間的關(guān)系，因此地層含水性是巖溶含水系統(tǒng)劃分和水資源評價的重要基礎(chǔ)。但目前對于地層含水性強弱的評價多為專家根據(jù)水文地質(zhì)特征進(jìn)行的定性評價，而定量分析鮮有研究。

前人在研究地層富水性、透水性等評價指標(biāo)時，主要考慮了脆/塑性巖層厚度比、含水層單位涌水量、巖石質(zhì)量指標(biāo)、含水層滲透系數(shù)、含水層厚度、構(gòu)造發(fā)育程度、巖溶發(fā)育程度、地下河系發(fā)育、地貌類型等因素，然而巖溶山區(qū)因其特殊的含水層性質(zhì)、復(fù)雜的水文地質(zhì)條件、極不均勻的地下水分布等特征，使得單一評價因子的獲取難度大且評價存在一定的誤差。因此，有必要在充分考慮巖溶地區(qū)復(fù)雜性與特殊性的基礎(chǔ)上，針對地層含水性這一綜合性指標(biāo)的定義，選取控制地層含水性強弱的主要地質(zhì)因素，如地層巖性組合、裂隙發(fā)育規(guī)模和巖溶發(fā)育程度等作為地層含水性評價指標(biāo)，并從這些影響因素中分別選取合適的評價因子。

在水文地質(zhì)、環(huán)境領(lǐng)域?qū)τ诙嘀笜?biāo)綜合評價研究主要采用的評價方法有：模糊數(shù)學(xué)評判法、層次分析法和模糊層次分析法。由于地層含水性的強弱是沒有明確劃分界限的，其具備模糊思想的“亦此亦彼”性，因此可選擇運用模糊數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行地層含水性的評價。本文采用的模糊綜合評判法結(jié)合了模糊數(shù)學(xué)評判法與模糊層次分析法，綜合定量分析了相同地區(qū)不同地層之間以及相同地層不同地區(qū)之間含水性的差異，一定程度上提高了地層含水性評價的準(zhǔn)確性與實用性，以期為區(qū)域地下水資源評價與地質(zhì)勘探提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景概況

本文選取三峽地區(qū)宜昌長江南岸泗溪流域和車溪流域進(jìn)行了剖面采樣分析及裂隙測量，研究區(qū)的水文地質(zhì)條件見圖1、圖2和圖3。

圖1 宜昌長江南岸泗溪流域(紅線)和車溪流域(藍(lán)線)水文地質(zhì)圖Fig.1 Hydrogeological map of Sixi River Basin (red line) and Chexi River Basin (blue line) on the south bank of the Yangtze River in Yichang

圖2 泗溪流域水文地質(zhì)剖面圖(A-A′)Fig.2 Hydrogeological profile of Sixi River Basin(A-A′)

圖3 車溪流域水文地質(zhì)剖面圖(B-B′)Fig.3 Hydrogeological profile of Chexi River Basin(B-B′)

泗溪流域位于宜昌秭歸縣境內(nèi)，為長江一級支流。該研究區(qū)位于黃陵穹隆西南翼，呈單斜構(gòu)造，地貌類型為中低山峽谷地貌，出露地層以變質(zhì)巖、沉積碳酸鹽巖為主，自北東往南西侵入巖巖體、前震旦系至下奧陶系地層皆有出露。

車溪流域位于宜昌土城鄉(xiāng)境內(nèi)，為長江一級支流卷橋河的源頭流域。該研究區(qū)位于黃陵穹隆南翼，呈單斜構(gòu)造，地處盆山交界的過渡地帶，地貌類型以低山峽谷地貌為主，出露地層以寒武系碳酸鹽巖為主，另有部分白堊系地層直接覆蓋于寒武系地層之上。

兩流域出露地層均以寒武系地層為主，在地貌類型上分屬巖溶山區(qū)、盆山交界緩坡區(qū)，分別對巖溶山區(qū)寒武系婁山關(guān)組、覃家廟組、水井沱組二段地層，以及對巖溶山區(qū)、盆山交界緩坡區(qū)覃家廟組地層含水性進(jìn)行了評價，通過評價結(jié)果來檢驗評價方法與體系的適用性，同時探明地形地貌對地層含水性的影響。

根據(jù)野外調(diào)查、收集與室內(nèi)試驗所得的數(shù)據(jù)，可對三峽地區(qū)巖溶山區(qū)寒武系婁山關(guān)組、覃家廟組、水井沱組二段地層含水性進(jìn)行評價，研究區(qū)三組典型含水層的特征分述如下：

(1) 婁山關(guān)組(∈O

l

)地層：婁山關(guān)組地層整體沿黃陵巖體西南翼呈片狀出露，出露面積為228.46 km，是區(qū)域內(nèi)分布面積最廣的含水層；該組地層巖性為中至厚層灰?guī)r、白云巖，厚約420.5 m；地層中巖溶發(fā)育，發(fā)育有龍洞、風(fēng)洞、忘憂谷等多個巖溶洞穴；該組地層中共計出露163個泉點，泉水流量為0.01～80 L/s，pH值為7.03～8.95，TDS值為91.9～409.7 mg/L，水化學(xué)類型為HCO-Ca、HCO-Ca·Mg、HCO·SO- Ca型水；該組地層中地下水類型為碳酸鹽巖溶洞裂隙水，地下水徑流模數(shù)為488.66 m/(d·km)，含水性強。(2) 覃家廟組(∈

q

)地層：覃家廟組地層連續(xù)性良好，沿黃陵巖體呈帶狀出露，出露面積為132.2 km；該組地層呈單斜構(gòu)造，巖性出露較為完整，以碳酸鹽巖夾碎屑巖為主，其中覃家廟組地層的頂部(∈

q

)和底部(∈

q

)以薄層泥質(zhì)白云巖為主，中部(∈

q

)為中薄層至中層白云巖，總厚度為220.7～232 m；該組地層巖溶不僅在純白云巖中發(fā)育，也在底部薄層泥質(zhì)白云巖中發(fā)育，而頂部的泥質(zhì)白云巖則基本不發(fā)育；該組地層中共計出露43個泉點，泉水流量為0.01～20 L/s，pH值為7.20～8.61，TDS值為100.2～481.0 mg/L，水化學(xué)類型為HCO-Ca·Mg型水；該組地層中地下水類型為碳酸鹽巖夾碎屑巖溶洞裂隙水，地下水徑流模數(shù)為484.1 m/(d·km)，含水性較弱。(3) 水井沱組二段(∈

s

)地層：水井沱組二段地層整體以L形環(huán)黃陵巖體東南翼呈窄條狀出露，出露面積為29.31 km，在暮陽溪北岸呈大面積塊狀出露，發(fā)育巖溶大泉，為當(dāng)?shù)鼐用竦闹饕a給層位；該組地層巖性為中薄至厚層泥粉晶灰?guī)r，厚約220 m；地層中巖溶發(fā)育，有大型巖溶洞穴白巖洞、奇盆洞；該組地層共計出露21個泉點，泉水流量為0.01～25 L/s，pH值為7.39～8.50，TDS值為95.7～474.8 mg/L，水化學(xué)類型為HCO-Ca、HCO-Ca·Mg、HCO·SO-Ca型水；該組地層中地下水類型為碳酸鹽巖溶洞裂隙水，地下水徑流模數(shù)為362.34 m/(d·km)，含水性較弱。

2 地層含水性評價因子的選取與評價方法

2. 1 評價因子選取

在巖溶山區(qū)，裂隙是地下水的主要運移與儲存介質(zhì)空間，而裂隙的發(fā)育受地層巖性、構(gòu)造運動的影響；同時裂隙在后期地下水的溶蝕作用過程中，可形成溶隙、溶槽、落水洞、巖溶洞穴等巖溶個體形態(tài)，均可作為地下水的運移與儲存通道，而裂隙與巖溶的發(fā)育同時受地層巖性的影響。因此，地層巖性組合、裂隙發(fā)育規(guī)模和巖溶發(fā)育程度是控制地層含水性強弱的主要地質(zhì)因素，適宜作為地層含水性評價指標(biāo)，可分別選取相應(yīng)的評價因子來定量評價地層含水性。

地層巖性組合是判斷一套地層含水性的基礎(chǔ)指標(biāo)，其評價因子的選取可通過實測剖面對目標(biāo)地層巖性組合的確立、地層厚度的測量和地層巖樣標(biāo)本的采集，通過薄片鑒定與巖礦分析來確定巖石成分，最終將一套地層內(nèi)脆/塑性巖層厚度比值作為地層巖性組合的定量評價因子。

裂隙作為地下水主要的運移途徑與儲存空間，一套地層的裂隙發(fā)育規(guī)模是最能直接影響其含水性強弱的指標(biāo)，因此本文通過對巖體體裂隙率的測量選取其作為地層裂隙發(fā)育規(guī)模的定量評價因子。

巖溶發(fā)育程度控制著巖溶地下水的富集與流通條件，影響地層水文地質(zhì)特征的表現(xiàn)和巖溶地貌的形成，進(jìn)而影響地層含水性。巖石可溶性可通過巖石化學(xué)溶蝕速率進(jìn)行表征，而巖石化學(xué)溶蝕速率的變化受巖石中化學(xué)組分CaO、MgO的影響，巖石中CaO/MgO比值影響著巖石自身具備的可溶性能力，從而影響一套地層的含水性，因此本文選取巖石中CaO/MgO比值作為地層巖溶發(fā)育程度的定量評價因子。

2. 2 評價方法

模糊數(shù)學(xué)評判法的評估結(jié)果既能具體到各個單項指標(biāo)，也能綜合評估各指標(biāo)層，考慮了評價事物的模糊性。模糊層次分析法是在層次分析法的基礎(chǔ)上引入模糊數(shù)學(xué)理論，考慮了人判斷的模糊性，且不需進(jìn)行判斷矩陣的一致性檢驗，只須檢驗判斷矩陣是否為模糊一致矩陣，避免了層次分析法中判斷矩陣一致性檢驗的問題。因此，采用將模糊數(shù)學(xué)評判法與模糊層次分析法相結(jié)合的評價方法(即模糊綜合評判法)對巖溶地區(qū)地層含水性進(jìn)行綜合評價，既能充分體現(xiàn)評價因素和評價過程的模糊性，又能盡量減小主觀臆斷帶來的弊端，使得評價結(jié)果更加客觀合理。

因此，本文首先運用模糊層次分析法，構(gòu)建模糊一致性矩陣，確定各評價指標(biāo)權(quán)重矩陣；然后運用模糊數(shù)學(xué)評判法分析各評價指標(biāo)對評判結(jié)果的隸屬度，計算隸屬函數(shù)，構(gòu)建隸屬度矩陣；最后將評價指標(biāo)權(quán)重矩陣與隸屬度矩陣進(jìn)行復(fù)合運算，得到地層含水性模糊綜合評價結(jié)果，并通過矩陣中各評價指標(biāo)最終對應(yīng)的評價結(jié)果，判斷該項評價指標(biāo)對不同級別評價結(jié)果的傾向程度，以此來劃分地層的含水性。

3 地層含水性評價指標(biāo)的獲取與計算

3. 1 評價指標(biāo)獲取方法

地層巖性、地層厚度、層序組合可通過地質(zhì)剖面實測獲得，巖石成分可通過采集的地層剖面巖樣進(jìn)行薄片鑒定與礦物化學(xué)成分分析獲得；地層裂隙發(fā)育程度可通過巖樣裂隙測量與結(jié)構(gòu)面三維模擬技術(shù)相結(jié)合，計算得出巖體體裂隙率；對于碳酸鹽巖地層，涉及到巖石的巖溶發(fā)育情況，而巖石的可溶性是難以定量化的，需要對巖石化學(xué)溶蝕速率進(jìn)行比較區(qū)分，而巖石化學(xué)溶蝕速率的變化受巖石中CaO/MgO比值的影響，因此將巖石中CaO/MgO比值作為定量表征巖石可溶性能力的評價指標(biāo)。

評價指標(biāo)具體獲取方法如下：

(1) 地層剖面實測：選取相對完整的具有代表性的地質(zhì)剖面進(jìn)行地層實測，獲取地層巖性、地層厚度、層序組合等信息。不同地層巖石的脆塑性具有顯著的差異，其間的差異影響著巖石在地下水作用下的變化以及在應(yīng)力作用下的裂隙發(fā)育程度。因此，通過地質(zhì)剖面的實測，既可得到不同地層巖石的脆/塑性比值，也可得到地層的巖性特征。

(2) 巖體體裂隙率測量：巖體裂隙研究主要基于裂隙參數(shù)特征的研究，其中巖體體裂隙率是裂隙參數(shù)評價指標(biāo)之一。巖體體裂隙率的野外測量方法主要包括線裂隙率和面裂隙率，然而這兩種方法在野外實際應(yīng)用中還存在一些不足，即線裂隙率和面裂隙率僅反映一維和二維條件下巖體的空間變化，不具有代表性。通過前期資料收集和文獻(xiàn)調(diào)研以及野外裂隙實際調(diào)查、洞穴探測和巖溶形態(tài)統(tǒng)計，以巖體體裂隙率測量方法為切入點，首次提出了計算巖體體裂隙率的野外裂隙測量方法，獲取了野外測量數(shù)據(jù)，再通過室內(nèi)基于Dips的裂隙分析和SPSS數(shù)理統(tǒng)計分析等研究方法，整理歸納了地層裂隙參數(shù)的發(fā)育特征，討論各地層裂隙參數(shù)的數(shù)理統(tǒng)計規(guī)律及其水文地質(zhì)意義，進(jìn)而探討碳酸鹽巖地層中裂隙發(fā)育規(guī)律對巖溶發(fā)育的控制作用。裂隙發(fā)育規(guī)律是控制地層巖溶發(fā)育的影響因素之一，裂隙發(fā)育方向控制著流域碳酸鹽巖地層巖溶形態(tài)即巖溶洼地、巖溶槽谷、巖溶洞穴、巖溶峽谷的發(fā)育展布方向。因此，利用巖體體裂隙率測量方法對巖溶洞穴進(jìn)行測量，其裂隙參數(shù)特征(巖體體裂隙率、裂隙寬度、裂隙間距等)可基本反映出巖石巖溶發(fā)育具有不均一性和各向異性。

(3) 地層剖面巖樣的薄片鑒定與巖礦分析：通過對野外采集的地層剖面巖樣和鉆孔巖樣進(jìn)行薄片鑒定與巖礦分析，獲取各地層巖石化學(xué)成分如CaO、MgO、酸不溶物等含量及其百分比，并通過室內(nèi)試驗獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)分析巖石中CaO/MgO比值對巖石化學(xué)溶蝕速率的影響程度及其變化規(guī)律。結(jié)果表明：巖石中CaO/MgO比值對巖石化學(xué)溶蝕速率具有較大的影響，其影響規(guī)律表現(xiàn)為當(dāng)巖石中CaO/MgO比值較小且不超過一定范圍時，巖石化學(xué)溶蝕速率隨該比值的增大而增大，巖石中CaO/MgO比值越大巖石化學(xué)溶蝕速率增幅越小，但當(dāng)該比值超過一定范圍之后其對巖石化學(xué)溶蝕速率的影響程度將會顯著降低。

3. 2 評價指標(biāo)權(quán)重計算

通過比較選取的3項評價指標(biāo)對地層含水性強弱的影響程度，本文利用0.1～0.9標(biāo)度法(見表1)與模糊矩陣所具備的性質(zhì)，建立模糊矩陣。

表1 0.1～0.9標(biāo)度法

評價指標(biāo)權(quán)重的確定是根據(jù)兩兩指標(biāo)之間對總目標(biāo)影響程度的不同進(jìn)行賦值。裂隙是地下水的主要運移與儲存介質(zhì)空間，巖體體裂隙率則可以綜合、直觀地反映巖石中裂隙發(fā)育的情況，從而直接影響地層的含水性。脆/塑性巖層厚度比值主要是通過不同力學(xué)性質(zhì)巖石在構(gòu)造應(yīng)力的破壞下巖石中裂隙發(fā)育的情況來影響地層含水性。巖溶發(fā)育程度控制著巖溶地下水的富集與流通條件，影響著地層水文地質(zhì)特征的表現(xiàn)，因此巖溶發(fā)育程度對地層含水性具備一定程度的影響。巖石中CaO/MgO比值影響巖石自身具備的可溶性能力，進(jìn)而表征巖溶的發(fā)育程度，從而影響地層含水性。因此，在地層含水性的影響因素中，巖體體裂隙率的作用較脆/塑性巖層厚度比值明顯重要；巖溶的發(fā)育程度不僅與巖石的可溶性能力有關(guān)，還與巖石中水和節(jié)理裂隙有關(guān)，因此與巖石中CaO/MgO比值相比，巖體體裂隙率對地層含水性的影響非常重要；脆/塑性巖層厚度比值則比巖石中CaO/MgO比值稍微重要。根據(jù)0.1～0.9標(biāo)度法對各評價指標(biāo)進(jìn)行賦值，得到的模糊矩陣見表2。

表2 模糊矩陣D

對于模糊矩陣

D

，亦可表示為如下公式：

(1)

式中：對于

d

(

i

=1,2,3;

j

=1,2,3)，當(dāng)

i

、

j

為1時即代表評價指標(biāo)

A

(脆/塑性巖層厚度比值)，當(dāng)

i

、

j

為2時即代表評價指標(biāo)

B

(巖體體裂隙率)，當(dāng)

i

、

j

為3時即代表評價指標(biāo)

C

(巖石中CaO/MgO比值)，那么

d

反映

i

、

j

對應(yīng)的評價指標(biāo)對地層含水性強弱的影響程度大小之比。對模糊矩陣進(jìn)行模糊一致性檢驗，計算

d

1-

d

2或

d

1-

d

3(

j

=1,2,3)所得差值均為同一常數(shù)(即第一行各列分別減第二行各列均等于-0.2,第一行各列分別減第三行各列均等于0.1)，因此該模糊矩陣為模糊一致性矩陣。對模糊矩陣的每一行向量進(jìn)行歸一化處理，可得到矩陣：

(2)

式中：表示矩陣中某一個值等于其對應(yīng)

d

除以該行3個

d

之和。模糊矩陣歸一化處理結(jié)果見表3。

表3 模糊一致性矩陣D歸一化處理結(jié)果wij

對模糊一致性矩陣歸一化處理后的結(jié)果按行求和，可得到矩陣：

(3)

式中:為各行求和后所構(gòu)成的矩陣。

則有：

={

w

，

w

，

w

}={0.928 289，1.358 553，0.713 158}(

i

=1,2,3)再對進(jìn)行歸一化處理，可得到矩陣：

(4)

式中：為除以矩陣中各行之和后所構(gòu)成的矩陣。

則所求評價指標(biāo)的權(quán)重矩陣為

=={

W

，

W

，

W

}={0.309 43，0.452 85，0.237 72}。

3. 3 不同地貌類型下地層含水性評價

設(shè)定影響研究區(qū)3組地層含水性強弱的3項評價指標(biāo)(脆/塑性巖層厚度比值、巖體體裂隙率和巖石中CaO/MgO比值)構(gòu)成評判對象矩陣={

u

,

u

,

u

}，地層含水性強弱構(gòu)成評價結(jié)果矩陣={

v

,

v

,

v

,

v

,

v

}={含水性弱，含水性較弱，含水性中等，含水性較強，含水性強}。分別運用模糊數(shù)學(xué)和模糊層次分析法計算出隸屬度矩陣和評價指標(biāo)權(quán)重矩陣。其中，隸屬度矩陣由各評價指標(biāo)對含水性強弱的隸屬度組成，為單指標(biāo)評價結(jié)果；評價指標(biāo)權(quán)重表示各評價指標(biāo)對含水性的影響程度。將評價指標(biāo)權(quán)重矩陣與隸屬度矩陣進(jìn)行復(fù)合運算，完成地層含水性的多指標(biāo)綜合評價。下面將對研究區(qū)巖溶山區(qū)不同地層、不同地貌類型下同一地層的含水性進(jìn)行評價，以檢驗評價方法的可靠性和適用性。

3.3.1 泗溪流域巖溶山區(qū)不同地層含水性評價

根據(jù)泗溪流域巖溶山區(qū)不同地層含水性3項評價指標(biāo)數(shù)據(jù)(見表4)，求得3組地層各項評價指標(biāo)的合適差值分別為0.527、0.335、2.214，以此作為該流域地層含水性級別劃分間距，對3項評價指標(biāo)分別進(jìn)行地層含水性分級，具體分級標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表4 泗溪流域巖溶山區(qū)不同地層含水性評價指標(biāo)數(shù)據(jù)

表5 泗溪流域地層含水性分級標(biāo)準(zhǔn)

模糊矩陣由每一個評判對象

u

能被評為

v

等級的隸屬程度

r

構(gòu)成，即：

(5)

每一項評價指標(biāo)對地層含水性的隸屬程度存在一個隸屬函數(shù)，隸屬函數(shù)采用“降半梯形”法。根據(jù)各項評價指標(biāo)實測值與所劃分的地層含水性等級，可計算得出泗溪流域巖溶山區(qū)3組地層各評價指標(biāo)對應(yīng)的隸屬度(見表6至表8)，并根據(jù)最大隸屬度原則來評價泗溪流域巖溶山區(qū)各組地層含水性的級別。

表6 脆/塑性巖層厚度比值對泗溪流域巖溶山區(qū)不同地層含水性的隸屬度

表7 巖體體裂隙率對泗溪流域巖溶山區(qū)不同地層含水性的隸屬度

表8 巖石中CaO/MgO比值對泗溪流域巖溶山區(qū)不同地層含水性的隸屬度

脆/塑性巖層厚度比值對泗溪流域巖溶山區(qū)不同地層含水性的隸屬度即為該單項評價指標(biāo)的地層含水性評價結(jié)果。由表6可知，泗溪流域巖溶山區(qū)順陽溪婁山關(guān)組地層含水性強，小溪溝覃家廟組地層含水性弱，喬家坪水井沱組二段地層含水性較弱。

巖體體裂隙率對泗溪流域巖溶山區(qū)不同地層含水性的隸屬度即為該單項評價指標(biāo)的地層含水性評價結(jié)果。由表7可知，泗溪流域巖溶山區(qū)順陽溪婁山關(guān)組地層含水性強，小溪溝覃家廟組、喬家坪水井沱組二段地層含水性均較弱，但小溪溝覃家廟組地層在含水性中等這一級別的隸屬度比喬家坪水井沱組二段地層的高，因此綜合來看小溪溝覃家廟組地層的含水性較喬家坪水井沱組二段地層的含水性略優(yōu)。

巖石中CaO/MgO比值對泗溪流域巖溶山區(qū)不同地層含水性的隸屬度即為該單項評價指標(biāo)的地層含水性評價結(jié)果。由表8可知，泗溪流域巖溶山區(qū)順陽溪婁山關(guān)組地層含水性較弱，小溪溝覃家廟組地層含水性較強，喬家坪水井沱組二段地層含水性強。

綜合泗溪流域巖溶山區(qū)不同地層3項評價指標(biāo)對地層含水性的隸屬度，構(gòu)成地層含水性評價指標(biāo)隸屬度矩陣。評價指標(biāo)權(quán)重矩陣與隸屬度矩陣的復(fù)合運算通過模糊算子完成，模糊算子采用加權(quán)算術(shù)平均法，使權(quán)重作用于隸屬度，得到各項評價指標(biāo)對該流域巖溶山區(qū)各組地層含水性不同影響程度下的級別傾向度，即為全部權(quán)重對各項評價指標(biāo)隸屬程度的加權(quán)平均，有：

(

i

=1,2,3,

j

=1,2,3,4,5)

(6)

泗溪流域巖溶山區(qū)3組地層含水性的綜合評價結(jié)果，見表9。

表9 泗溪流域巖溶山區(qū)不同地層含水性的綜合評價結(jié)果

由表9可知，泗溪流域巖溶山區(qū)順陽溪婁山關(guān)組地層含水性最好，評價結(jié)果為含水性強；小溪溝覃家廟組、喬家坪水井沱組二段地層的評價結(jié)果均為含水性較弱，再對比兩組地層在其余含水性分級中的隸屬度可以看出，水井沱組二段地層在含水性中等、含水性較強這兩個級別的隸屬度均比覃家廟組地層的高，且其在含水性強這一級別也存在隸屬度，而覃家廟組地層含水性在含水性強這一級別的隸屬度為0，且其在含水性弱這一級別的隸屬度比水井沱組二段地層的高，因此水井沱組二段地層含水性略優(yōu)于覃家廟組地層，這也與實際調(diào)查結(jié)果相符，表明本文評價方法具有可靠性和適用性，同時還能體現(xiàn)不同地層之間含水性的差異性，即使評價等級相同也能從其他含水性級別的隸屬度來體現(xiàn)各地層含水性的強弱。

通過深入探討泗溪流域巖溶山區(qū)3組地層含水性強弱的水文地質(zhì)原因，并結(jié)合圖2分析如下：泗溪流域巖溶山區(qū)婁山關(guān)組地層巖性純、厚度大、出露面積廣，地下水補徑排條件良好，巖溶發(fā)育程度遠(yuǎn)高于其他兩組地層，因此該組地層含水性要比其他兩組更優(yōu)；覃家廟組地層與水井沱組二段地層厚度差不多，前者出露面積雖比后者大了近100 km，但覃家廟組地層巖性為白云巖，而水井沱組二段地層巖性為灰?guī)r，因此水井沱組二段地層的地下水補徑排條件和巖溶發(fā)育程度都比覃家廟組地層的好，故水井沱組二段地層含水性優(yōu)于覃家廟組地層。

3.3.2 泗溪-車溪流域不同地貌類型下同一地層含水性評價

上文對同一地貌類型下不同地層含水性進(jìn)行了評價，為了探究不同地貌類型下同一地層含水性的差異，本文根據(jù)實際情況選取研究區(qū)兩處寒武系覃家廟組地層，采取與泗溪流域同樣的評價方法對地層含水性進(jìn)行了綜合評價。

根據(jù)泗溪流域(小溪溝)和車溪流域(車溪風(fēng)洞、車溪龍洞)覃家廟組地層含水性3項評價指標(biāo)數(shù)據(jù)(見表10)，求得譚家廟組地層各項評價指標(biāo)的合適差值分別為0.073、0.134、1.318，以此作為泗溪流域地層含水性級別劃分間距，對3項評價指標(biāo)分別進(jìn)行地層含水性分級，具體分級標(biāo)準(zhǔn)見表11。

表10 泗溪-車溪流域覃家廟組地層含水性評價指標(biāo)數(shù)據(jù)

表11 泗溪-車溪流域覃家廟組地層含水性分級標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)各項評價指標(biāo)實測值與所劃分的地層含水性等級，可計算得出泗溪-車溪流域不同地貌類型下同一地層(∈

q

)不同評價指標(biāo)對應(yīng)的隸屬度(見表12至表14)，并根據(jù)最大隸屬度原則來評價泗溪-車溪流域覃家廟組地層含水性的級別。

表12 脆/塑性巖層厚度比值對泗溪-車溪流域覃家廟組地層含水性的隸屬度

脆/塑性巖層厚度比值對泗溪-車溪流域覃家廟組地層含水性的隸屬度即為該單項評價指標(biāo)的地層含水性評價結(jié)果。由表12可知，泗溪-車溪流域小溪溝地層含水性較強，車溪風(fēng)洞地層含水性中等，車溪龍洞地層含水性強。

表13 巖體體裂隙率對泗溪-車溪流域覃家廟組地層含水性的隸屬度

表14 巖石中CaO/MgO比值對泗溪-車溪流域覃家廟組地層含水性的隸屬度

巖體體裂隙率對泗溪-車溪流域覃家廟組地層含水性的隸屬度即為該單項評價指標(biāo)的地層含水性評價結(jié)果。由表13可知，泗溪-車溪流域小溪溝覃家廟組地層含水性強，車溪風(fēng)洞、龍洞覃家廟組地層含水性均為中等，但車溪風(fēng)洞覃家廟組地層在含水性弱、較弱這兩級別存在隸屬度，而車溪龍洞覃家廟組地層在這兩個級別的隸屬度為0；此外，車溪龍洞覃家廟組地層在含水性中等這一級別的隸屬度為1，因此綜合來看車溪龍洞覃家廟組地層的含水性更優(yōu)。

巖石中CaO/MgO比值對泗溪-車溪流域覃家廟組地層含水性的隸屬度即為該單項評價指標(biāo)的含水性評價結(jié)果。由表14可知，泗溪-車溪流域小溪溝覃家廟組地層含水性強，車溪風(fēng)洞、龍洞覃家廟組地層含水性均較弱，但車溪風(fēng)洞覃家廟組地層在含水性弱這一級別存在隸屬度，而車溪龍洞覃家廟組地層在該級別的隸屬度為0；此外，車溪龍洞覃家廟組地層在含水性中等這一級別的隸屬度比車溪風(fēng)洞高，因此綜合來看車溪龍洞覃家廟組地層的含水性更優(yōu)。

通過復(fù)合運算使權(quán)重作用于隸屬度，得到泗溪-車溪流域覃家廟組地層含水性的綜合評價結(jié)果，見表15。

由表15可知，泗溪-車溪流域小溪溝覃家廟組地層含水性強，車溪風(fēng)洞、龍洞覃家廟組地層含水性均為中等，即相同地層含水性受地貌類型的影響呈現(xiàn)出較大的差異性，其中巖溶山區(qū)覃家廟組地層的含水性強于盆山交界緩坡區(qū)覃家廟組地層的含水性。

表15 泗溪-車溪流域覃家廟組地層含水性的綜合評價結(jié)果

通過深入探討同一地層在兩種地貌類型下含水性強弱的水文地質(zhì)原因，并結(jié)合圖3分析如下：區(qū)域地層呈單斜構(gòu)造，車溪流域的覃家廟組地層因地形切割婁山關(guān)組地層而出露，車溪風(fēng)洞、龍洞出露地層巖性為覃家廟組頂部(∈

q

)的泥質(zhì)白云巖，巖溶基本不發(fā)育；而泗溪流域的覃家廟組地層巖性出露較為完整，出露面積廣，覃家廟組中部(∈

q

)和底部(∈

q

)巖溶發(fā)育，因此泗溪流域所屬的巖溶山區(qū)覃家廟組地層較車溪流域所屬的盆山交界緩坡區(qū)覃家廟組地層，其含水性更優(yōu)。

4 結(jié) 論

(1) 本文通過選取合適的評價因子與評價方法，對巖溶地區(qū)地層綜合性指標(biāo)“含水性”進(jìn)行了定量評價與分析。其中，選取的評價因子獲取簡便，且可根據(jù)實際情況用類似因子替代；選取的評價方法計算較簡單，且由單因子評價結(jié)果可知綜合評價方法能更好地反映真實情況。本文最終得出的評價結(jié)果與實際調(diào)查情況相吻合，表明該評價方法具有一定的可靠性和實用性。

(2) 根據(jù)泗溪流域同一地貌類型(巖溶山區(qū))下不同地層之間的含水性評價結(jié)果可知，宜昌長江南岸巖溶山區(qū)寒武系地層中，婁山關(guān)組地層的含水性優(yōu)于覃家廟組地層和水井沱組二段地層的含水性，雖然覃家廟組地層與水井沱組二段地層的含水性評價結(jié)果相同，但根據(jù)各個含水性分級的隸屬度可知，水井沱組二段地層含水性要略優(yōu)于覃家廟組地層，這也體現(xiàn)了含水性的“亦此亦彼”特性。

(3) 根據(jù)不同地貌類型下兩處覃家廟組地層的含水性評價結(jié)果可知，同一地層在不同地貌類型分區(qū)中的含水性存在一定的差異，出露于巖溶山區(qū)覃家廟組地層較出露于盆山交界緩坡區(qū)覃家廟組地層，其含水性更優(yōu)。