水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐值某醪教接?/h1>
2021-12-26 10:21:50李洪濤胡能勇羅偉奇黃樹春
世界有色金屬 2021年19期
李洪濤，胡能勇，吳 勇＊，羅偉奇，黃樹春，王 丹
（1.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；2.湖南省自然資源事務(wù)中心，湖南 長沙 410004）
在省內(nèi)以往工作中，已將全省劃分為六大水文地質(zhì)區(qū)[1]。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件問題且深層地下水（大于1000m）開采不經(jīng)濟(jì)的狀況，水文地質(zhì)分區(qū)只考慮了淺層地下水。如果以此來分區(qū)，深部含水介質(zhì)無法考慮，雖總體說明了地表含水介質(zhì)的分布情況，但不能反映地下水的補(bǔ)徑排關(guān)系，也沒有考慮裂隙介質(zhì)所有巖性（紅層，變質(zhì)巖，巖漿巖）之間差異性，也就不能滿足地下水資源系統(tǒng)整合工作的要求。因此，本次研究將對(duì)湖南省水文地質(zhì)單元的劃分進(jìn)行初步探討，該項(xiàng)工作將會(huì)為后續(xù)全省地下水資源空間分布與演化規(guī)律研究奠定基礎(chǔ)。
1 區(qū)域水文地質(zhì)概況
湖南省地下水資源豐富，天然補(bǔ)給資源量約460億方/年，主要分布在湘西北、湘中南的碳酸鹽巖地區(qū)。地下水的賦存條件及分布規(guī)律與氣象水文、地貌、地層巖性及區(qū)域構(gòu)造等因素最有影響[1]。
全省雨量豐沛且集中，1984-2018年多年平均降水量為1400mm，春夏兩季的降水量占全年的70%以上，特別是四-六月梅雨季節(jié)的降水量占全年的50%～60%，這為地下水提供了重要的補(bǔ)給來源。
省內(nèi)水系發(fā)育，河網(wǎng)密布。約有5000多條河流匯入湘、資、沅、澧“四水”流域，注入洞庭湖。河流切割途經(jīng)的不同的含水層（組），促進(jìn)了地表水與地下水更新交替。河流多年平均徑流量為1685億m3，充足的保證了地下水資源。
全省地貌輪廓總體呈“馬蹄狀”。東、西、南三面主要為侵蝕山地，高程多在1000m左右。高峻地形不利于地下水的富集和儲(chǔ)存，但為地下水流動(dòng)提供了重要的動(dòng)力來源；中部丘陵寬緩，高程為200m～500m；北部洞庭平原地勢(shì)低平，高程多在50m以下。全省的地勢(shì)特征決定了地表、地下水是由東、西南、山區(qū)向東北洞庭湖方向流動(dòng)的。
巖石是含水巖組組成基礎(chǔ)，并決定了地下水類型。湘西北和湘中、南分別分布早古生界和晚古生界地層，巖性主要為灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖類，蘊(yùn)藏豐富的巖溶水；湘西武陵-雪峰山、湘東北連云山、湘東幕阜山區(qū)，主要分布前寒武系地層，巖性以淺變質(zhì)砂巖、板巖為主，多貯存裂隙地下水，水量較弱；洞庭湖地區(qū)和“四水”河谷地帶主要為第四系松散堆積物，蘊(yùn)藏孔隙水。
湖南經(jīng)歷了武陵-喜山的多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了數(shù)十條以NE或NNE向?yàn)橹鞯纳畲髷嗔眩◣В?gòu)造行跡。其不僅是構(gòu)造單元的重要分界線，還對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)條件具有明顯的控制作用，能夠切穿地殼并有可能深穿到地幔，使兩盤含水層與隔水層空間關(guān)系不同[2，3]。
同時(shí)，深大斷裂（帶）附近區(qū)域，巖石（體）破碎，構(gòu)造裂隙發(fā)育，這有利于地下水的富集與循環(huán)。據(jù)統(tǒng)計(jì)：省內(nèi)（熱）泉有291處受構(gòu)造控制，占已發(fā)現(xiàn)總數(shù)（417處）的70%左右，泉水規(guī)律性的沿NE、NNE向斷裂呈線狀或帶狀分布[4]。
2 湖南省水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/h2>2.1 水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐衷瓌t
在本文中，水文地質(zhì)單元指具有同一的地層演化史、構(gòu)造演化史和水化學(xué)演化史的區(qū)域。如果地質(zhì)作用為褶皺，區(qū)域內(nèi)含水層系統(tǒng)是連續(xù)分布的，其補(bǔ)徑排清晰；但如果地質(zhì)構(gòu)造為斷層，尤其是深大斷層，其切過地區(qū)兩盤的同一含水層（組）錯(cuò)開，含水層系統(tǒng)在此已經(jīng)結(jié)束，兩側(cè)地區(qū)的水動(dòng)力場(chǎng)會(huì)完全不同，就要將其劃分為不同的水文地質(zhì)單元。
本次水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐衷瓌t歸納為：
（1）所劃分的水文地質(zhì)單元要基本處于同一構(gòu)造單元內(nèi)，具有統(tǒng)一的構(gòu)造演化史，從而保證同一水文地質(zhì)單元內(nèi)的地層沉積在時(shí)間和空間上是連續(xù)的；
（2）具有相對(duì)獨(dú)立和完整的地下水循環(huán)演化體系，同一單元內(nèi)要具有統(tǒng)一的補(bǔ)給、徑流、排泄條件，具有統(tǒng)一的滲流場(chǎng)和化學(xué)場(chǎng)。
2.2 水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐忠罁?jù)
本次湖南省水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐值倪吔缫罁?jù)為深大斷裂（帶）、地層巖性及地表分水嶺。
2.2.1 地層展布為單元?jiǎng)澐謽?gòu)建了基本骨架
根據(jù)前述地層分布特征，可判斷出全省構(gòu)造骨架主要是以雪峰山脈為核部的復(fù)式背斜，其的西北一翼分布以武陵山脈為核部的次級(jí)背斜，該次級(jí)背斜總體走向?yàn)镹E向，主要沉積早古生界地層與中生界地層；東南一翼處于羅霄山脈與雪峰山脈之間，主要沉積晚古生界地層，中部衡陽地區(qū)覆蓋中生界地層，形成以衡陽盆地為核部的次級(jí)向斜。整體顯示出由西南向東北方向傾伏，這為全省水文地質(zhì)單元的劃分構(gòu)建了基本骨架。
洞庭湖盆地為第四系松散巖類孔隙含水層系統(tǒng)，具有獨(dú)立的水動(dòng)力場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng)。因此可以以第四系地層界線作為邊界，將第四系松散堆積物作為單獨(dú)的水文地質(zhì)單元。
2.2.2 深大斷裂（帶）是單元?jiǎng)澐值闹匾吔?/p>
深大斷裂控制斷裂帶及其兩盤含水層的水動(dòng)力條件，使兩盤地區(qū)的水位、水量、水化學(xué)動(dòng)態(tài)變化特征等都不同。以F10桂東—汝城深大斷裂附近區(qū)域?yàn)槔?，斷裂附近區(qū)域的地下水主要以羅霄山脈為地下分水嶺，分別向NW與SE方向流動(dòng)。但深大斷裂錯(cuò)斷了兩盤含水層組，使該地區(qū)水動(dòng)力條件發(fā)生很大變化。
在深大斷裂附近，地下水流可以沿?cái)嗔哑扑閹蛏吓判?，以（熱）泉的形式出露地表?/p>
考慮不同深大斷裂（帶）性質(zhì)，本次水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐忠源壤?保靖、溆浦-靖州、公田-灰湯-新寧、連云山-衡陽-零陵、茶陵-郴州、桂東-汝城6條深大斷裂作為單元邊界。
2.2.3 地表分水嶺為地下水流動(dòng)提供動(dòng)力來源
不同的流域之間常以高大山脈形成地表分水嶺，如沅江與資水之間以雪峰山脈為界。這些高海拔山脈為區(qū)域地下水流動(dòng)提供了動(dòng)力來源。為了充分突出水流系統(tǒng)的特征，以地表分水嶺作為次級(jí)水文地質(zhì)單元邊界。
2.3 水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐纸Y(jié)果
通過以上所述劃分依據(jù)，確定了水文地質(zhì)單元具體邊界，最終對(duì)湖南省水文地質(zhì)單元進(jìn)行二級(jí)劃分，其中一級(jí)水文地質(zhì)單元8個(gè)，以Ⅰ～Ⅷ序號(hào)表示之；二級(jí)水文地質(zhì)單元17個(gè)，以Ⅰ-1～Ⅷ-2序號(hào)表示之。劃分結(jié)果見圖2。
圖2 湖南省水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/p>
3 結(jié)論
（1）本次將全省共劃分為8個(gè)一級(jí)水文地質(zhì)單元，17個(gè)二級(jí)單元。與以往水文地質(zhì)分區(qū)之間既可以協(xié)調(diào)又可以共存，按照流域系統(tǒng)與地質(zhì)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式來劃分水文地質(zhì)單元應(yīng)該更符合水文地質(zhì)條件。
（2）確定了省內(nèi)各單元總體地下水流向，對(duì)于下一階段工作，應(yīng)加強(qiáng)各個(gè)水文地質(zhì)單元內(nèi)的補(bǔ)、徑、排關(guān)系的分析，建立起各含水層系統(tǒng)補(bǔ)、徑、排分析框架，為后續(xù)相關(guān)工作提供指導(dǎo)。
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1 區(qū)域水文地質(zhì)概況
湖南省地下水資源豐富，天然補(bǔ)給資源量約460億方/年，主要分布在湘西北、湘中南的碳酸鹽巖地區(qū)。地下水的賦存條件及分布規(guī)律與氣象水文、地貌、地層巖性及區(qū)域構(gòu)造等因素最有影響[1]。
全省雨量豐沛且集中，1984-2018年多年平均降水量為1400mm，春夏兩季的降水量占全年的70%以上，特別是四-六月梅雨季節(jié)的降水量占全年的50%～60%，這為地下水提供了重要的補(bǔ)給來源。
省內(nèi)水系發(fā)育，河網(wǎng)密布。約有5000多條河流匯入湘、資、沅、澧“四水”流域，注入洞庭湖。河流切割途經(jīng)的不同的含水層（組），促進(jìn)了地表水與地下水更新交替。河流多年平均徑流量為1685億m3，充足的保證了地下水資源。
全省地貌輪廓總體呈“馬蹄狀”。東、西、南三面主要為侵蝕山地，高程多在1000m左右。高峻地形不利于地下水的富集和儲(chǔ)存，但為地下水流動(dòng)提供了重要的動(dòng)力來源；中部丘陵寬緩，高程為200m～500m；北部洞庭平原地勢(shì)低平，高程多在50m以下。全省的地勢(shì)特征決定了地表、地下水是由東、西南、山區(qū)向東北洞庭湖方向流動(dòng)的。
巖石是含水巖組組成基礎(chǔ)，并決定了地下水類型。湘西北和湘中、南分別分布早古生界和晚古生界地層，巖性主要為灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖類，蘊(yùn)藏豐富的巖溶水；湘西武陵-雪峰山、湘東北連云山、湘東幕阜山區(qū)，主要分布前寒武系地層，巖性以淺變質(zhì)砂巖、板巖為主，多貯存裂隙地下水，水量較弱；洞庭湖地區(qū)和“四水”河谷地帶主要為第四系松散堆積物，蘊(yùn)藏孔隙水。
湖南經(jīng)歷了武陵-喜山的多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了數(shù)十條以NE或NNE向?yàn)橹鞯纳畲髷嗔眩◣В?gòu)造行跡。其不僅是構(gòu)造單元的重要分界線，還對(duì)區(qū)域水文地質(zhì)條件具有明顯的控制作用，能夠切穿地殼并有可能深穿到地幔，使兩盤含水層與隔水層空間關(guān)系不同[2，3]。
同時(shí)，深大斷裂（帶）附近區(qū)域，巖石（體）破碎，構(gòu)造裂隙發(fā)育，這有利于地下水的富集與循環(huán)。據(jù)統(tǒng)計(jì)：省內(nèi)（熱）泉有291處受構(gòu)造控制，占已發(fā)現(xiàn)總數(shù)（417處）的70%左右，泉水規(guī)律性的沿NE、NNE向斷裂呈線狀或帶狀分布[4]。
2 湖南省水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/h2>2.1 水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐衷瓌t
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本次水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐衷瓌t歸納為：
（1）所劃分的水文地質(zhì)單元要基本處于同一構(gòu)造單元內(nèi)，具有統(tǒng)一的構(gòu)造演化史，從而保證同一水文地質(zhì)單元內(nèi)的地層沉積在時(shí)間和空間上是連續(xù)的；
（2）具有相對(duì)獨(dú)立和完整的地下水循環(huán)演化體系，同一單元內(nèi)要具有統(tǒng)一的補(bǔ)給、徑流、排泄條件，具有統(tǒng)一的滲流場(chǎng)和化學(xué)場(chǎng)。
2.2 水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐忠罁?jù)
本次湖南省水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐值倪吔缫罁?jù)為深大斷裂（帶）、地層巖性及地表分水嶺。
2.2.1 地層展布為單元?jiǎng)澐謽?gòu)建了基本骨架
根據(jù)前述地層分布特征，可判斷出全省構(gòu)造骨架主要是以雪峰山脈為核部的復(fù)式背斜，其的西北一翼分布以武陵山脈為核部的次級(jí)背斜，該次級(jí)背斜總體走向?yàn)镹E向，主要沉積早古生界地層與中生界地層；東南一翼處于羅霄山脈與雪峰山脈之間，主要沉積晚古生界地層，中部衡陽地區(qū)覆蓋中生界地層，形成以衡陽盆地為核部的次級(jí)向斜。整體顯示出由西南向東北方向傾伏，這為全省水文地質(zhì)單元的劃分構(gòu)建了基本骨架。
洞庭湖盆地為第四系松散巖類孔隙含水層系統(tǒng)，具有獨(dú)立的水動(dòng)力場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng)。因此可以以第四系地層界線作為邊界，將第四系松散堆積物作為單獨(dú)的水文地質(zhì)單元。
2.2.2 深大斷裂（帶）是單元?jiǎng)澐值闹匾吔?/p>
深大斷裂控制斷裂帶及其兩盤含水層的水動(dòng)力條件，使兩盤地區(qū)的水位、水量、水化學(xué)動(dòng)態(tài)變化特征等都不同。以F10桂東—汝城深大斷裂附近區(qū)域?yàn)槔?，斷裂附近區(qū)域的地下水主要以羅霄山脈為地下分水嶺，分別向NW與SE方向流動(dòng)。但深大斷裂錯(cuò)斷了兩盤含水層組，使該地區(qū)水動(dòng)力條件發(fā)生很大變化。
在深大斷裂附近，地下水流可以沿?cái)嗔哑扑閹蛏吓判?，以（熱）泉的形式出露地表?/p>
考慮不同深大斷裂（帶）性質(zhì)，本次水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐忠源壤?保靖、溆浦-靖州、公田-灰湯-新寧、連云山-衡陽-零陵、茶陵-郴州、桂東-汝城6條深大斷裂作為單元邊界。
2.2.3 地表分水嶺為地下水流動(dòng)提供動(dòng)力來源
不同的流域之間常以高大山脈形成地表分水嶺，如沅江與資水之間以雪峰山脈為界。這些高海拔山脈為區(qū)域地下水流動(dòng)提供了動(dòng)力來源。為了充分突出水流系統(tǒng)的特征，以地表分水嶺作為次級(jí)水文地質(zhì)單元邊界。
2.3 水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐纸Y(jié)果
通過以上所述劃分依據(jù)，確定了水文地質(zhì)單元具體邊界，最終對(duì)湖南省水文地質(zhì)單元進(jìn)行二級(jí)劃分，其中一級(jí)水文地質(zhì)單元8個(gè)，以Ⅰ～Ⅷ序號(hào)表示之；二級(jí)水文地質(zhì)單元17個(gè)，以Ⅰ-1～Ⅷ-2序號(hào)表示之。劃分結(jié)果見圖2。
圖2 湖南省水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐?/p>
3 結(jié)論
（1）本次將全省共劃分為8個(gè)一級(jí)水文地質(zhì)單元，17個(gè)二級(jí)單元。與以往水文地質(zhì)分區(qū)之間既可以協(xié)調(diào)又可以共存，按照流域系統(tǒng)與地質(zhì)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式來劃分水文地質(zhì)單元應(yīng)該更符合水文地質(zhì)條件。
（2）確定了省內(nèi)各單元總體地下水流向，對(duì)于下一階段工作，應(yīng)加強(qiáng)各個(gè)水文地質(zhì)單元內(nèi)的補(bǔ)、徑、排關(guān)系的分析，建立起各含水層系統(tǒng)補(bǔ)、徑、排分析框架，為后續(xù)相關(guān)工作提供指導(dǎo)。
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