云南麗江盆地地下水系統(tǒng)邊界研究及系統(tǒng)劃分

楊 帆，劉海峰，任世川

(云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，云南 昆明 650051)

麗江作為世界知名的自然遺產(chǎn)地與人文勝地，地下水資源在其人文自然資源中有著舉足輕重的重要地位，2012年1月21日，黑龍?zhí)稊嗔魇录l(fā)各界廣泛關(guān)注。筆者參與的“麗江盆地水文地質(zhì)調(diào)查及地下水利用示范”項目，系統(tǒng)性、規(guī)范性地查明了麗江盆地及其周圍地區(qū)水文地質(zhì)情況，總結(jié)出適用于研究區(qū)地下水系統(tǒng)劃分原則及方法。

1 麗江盆地地質(zhì)環(huán)境概況

麗江盆地，北以金沙江支流黑白水河與大具河分水嶺為界，東西兩側(cè)至金沙江邊，南西以三股水泉群地下分水嶺為邊界，南東至鶴慶盆地觀音峽一帶。區(qū)內(nèi)地形多變，地勢整體西北高東南低，西北側(cè)最高的玉龍雪山主峰海拔5596m，南東側(cè)最低處金沙江河谷海拔約 1280m，最大高差 4316m。地表水系屬金沙江水系，主干金沙江主要沿調(diào)查區(qū)東西兩側(cè)展布，其重要支流有漾弓江與黑白水河。

研究區(qū)位于青藏高原東南緣與云貴高原過渡區(qū)，處于羌塘-三江造山系與揚子陸塊區(qū)西緣結(jié)合部位，形成了以斷塊為基本單元的構(gòu)造格架，控制斷塊間以斷裂構(gòu)造為邊界，斷塊內(nèi)形成了與邊界相對應(yīng)的褶皺和次級斷裂。沉積基底為一套早-中元古代變質(zhì)巖系，之上為震旦紀至古生代二疊紀濱淺海相沉積，奧陶、泥盆、石炭系僅出露于玉龍雪山。二疊紀巨厚玄武巖呈條帶狀分布于研究區(qū)兩側(cè)。三疊系包含有海相及陸相沉積，是水文地質(zhì)問題的主要研究對象之一。古近系為山麓相或河-湖相，分布于研究區(qū)東部；早更新世河湖相及沼澤相分布在南部和拉市盆地；中更新世之后冰期、間冰期交替出現(xiàn)，低洼區(qū)域發(fā)育河湖相、冰川相松散堆積物。

2 地下水系統(tǒng)劃分原則和方法

2.1 劃分原則

前人在研究北方巖溶系統(tǒng)及南方典型巖溶區(qū)地下水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上總結(jié)了地下水劃分原則和依據(jù)[1-8]。要求系統(tǒng)個體是相對獨立的，具有完整、統(tǒng)一的補徑排區(qū)和完善的結(jié)構(gòu)及層次，有能量和物質(zhì)的輸入輸出，并且能量物質(zhì)的流動具有穩(wěn)定性、可持續(xù)性、周期性等[9]。通常把系統(tǒng)的基本組成單元按巖層儲水介質(zhì)特征及水流場特性(承壓性、地?zé)岬?等存在狀態(tài)劃分，地下水系統(tǒng)一般分一到四級。學(xué)術(shù)上通常采用的系統(tǒng)邊界包括地表流域界線、地貌邊界、構(gòu)造邊界、巖相邊界等。

2.2 巖溶地下水系統(tǒng)劃分特性

巖溶地區(qū)地層巖性的復(fù)雜組合以及巖溶發(fā)育的周期性導(dǎo)致巖溶作用形成的巖溶地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，表現(xiàn)為地下地表水轉(zhuǎn)換頻繁，地表分水嶺與地下分水嶺一致性差，相對獨立的系統(tǒng)間存在地下水襲奪現(xiàn)象，地下分水嶺會產(chǎn)生運動變化。巖溶地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不但包括獨立的巖溶大泉泉域和地下河系統(tǒng)，還包括泉域和地下河系統(tǒng)共同存在的復(fù)合系統(tǒng)，根本上需要依據(jù)地下水的運動特征，補、徑、排特征劃定系統(tǒng)范圍。

巖溶地區(qū)地下分水嶺位置，含水層邊界性質(zhì)，巖溶發(fā)育范圍、斷裂水力性質(zhì)是分析地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。地下水示蹤試驗是研究驗證巖溶區(qū)水流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有利工具。實踐表明，同位素測試結(jié)果可靠，可信度大，適用范圍廣；熒光素鈉測試適用于巖溶地下水流域。

3 研究區(qū)地下水系統(tǒng)邊界分析

研究區(qū)內(nèi)地下水系統(tǒng)劃分包括了地貌地形、含水層組、地質(zhì)構(gòu)造、代表性地下水露頭等信息內(nèi)容。圖1。地下水系統(tǒng)的準確劃分重點是水流場邊界，包括隔水邊界、排泄邊界、補給邊界等。還需綜合地表分水嶺地形特征、巖性組合特征、巖溶發(fā)育特征、地下水運動方向等確定地下分水嶺位置，地下水系統(tǒng)邊界以地下分水嶺為準。

3.1 地貌的控制作用

研究區(qū)地貌由高寒山地、溶蝕高原、高山侵蝕峽谷幾大部分組成，區(qū)域內(nèi)山脈控制了地表水的流向，影響了地下水運動初始的方向，山脊兩側(cè)一般較難發(fā)生物質(zhì)與能量的交換。而位于金沙江流域形成的河間地塊，江面為區(qū)域排泄基準，構(gòu)成地下水排泄邊界?？刂菩陨郊咕€把研究區(qū)分成了黑白水流域，金沙江岸坡流域帶，文海小盆地，拉市盆地，麗江盆地、溶蝕高原面等幾個部分，這是劃分研究區(qū)一級地下水系統(tǒng)的基礎(chǔ)框架。

3.2 含水層組特征

含水層(組)是地下水水流系統(tǒng)存在的物質(zhì)基礎(chǔ)，決定地下水系統(tǒng)空間分布范圍，連續(xù)的屬性相同或近似的含水層分布是水系統(tǒng)具備統(tǒng)一水流結(jié)構(gòu)系統(tǒng)或統(tǒng)一水流場的基本條件。

(1)山地基巖裂隙含水層：多分布在研究區(qū)東部、北部、西部，含水地層為泥盆系(D)、石炭系(C)、二疊系峨眉山組(Pe)、黑泥哨組(P2h)、三疊系青天堡組(T1q)、松桂組(T3sg)及古近系寶相寺組(E2b1-2)，分布于夷平高原面上巖溶不發(fā)育及弱發(fā)育區(qū)，以及冰川刨蝕高山區(qū)，地形由沖溝及陡坡組成，賦水介質(zhì)為基巖裂隙及風(fēng)化裂隙。地下水補給來源絕大部分為大氣降水，包括大氣降雪，冰川融水。整體含水層厚度不大，一般徑流途徑短，沿斜坡或受構(gòu)造控制從高處向低處徑流，多受地形阻礙溢出地表或在溝底匯集，向地表水系排泄，分布有季節(jié)泉。

(2)盆底孔隙含水層：含水層分為兩類：①更新統(tǒng)中梁贛冰期含灰質(zhì)角礫冰磧層(Qp)為溶蝕孔隙含水層，滲透系數(shù)大，滲流介質(zhì)為溶隙或者孔隙，與基巖地層界線構(gòu)成補給(排泄)邊界；②蛇山組(Q1s)和全新統(tǒng)(Qh)為碎屑巖及沖積湖積層，滲透性差，徑流緩慢，含多層相對隔水層，越流弱，與盆地邊緣山麓地層接觸形成滯流排泄邊界。

(3)巖溶水補徑排模式：巖溶水主要分布在個舊組(T2g)至中窩組(T3z)，大面積分布，內(nèi)部斷層、向斜背斜邊界、巖溶發(fā)育差異分界(石灰?guī)r與白云巖分界，碳酸鹽巖與碎屑巖分界等)作為次一級巖溶水系統(tǒng)分析的要素。巖溶地下水補給來源、徑流排泄形式多樣化，地下水系統(tǒng)層次性強，地表地下水轉(zhuǎn)化強烈頻繁。巖溶發(fā)育的空間位置、地形特征、巖溶形態(tài)及地層相互關(guān)系決定了巖溶含水層補給形式有降水直補、玄武巖裂隙水越流補給、冰雪融水和雨季面流形成的地表流水入滲及灌入式補給(包括溶隙、溶孔、管道等入滲介質(zhì))。研究區(qū)徑流介質(zhì)結(jié)構(gòu)層次豐富，包括溶隙網(wǎng)絡(luò)，溶孔管道系統(tǒng)，管道溶洞地下河系統(tǒng)及它們復(fù)合形成的巖溶地下水流域體系。巖溶水地表排泄水點主要分兩類，一類主要分布在金沙江峽谷底部或江岸斜坡上；一類分布在盆地底部邊緣及盆地斜坡上。巖溶水整體的運動方向是從河間地塊腹地向其周圍的侵蝕峽谷底部徑流(金沙江干流及漾弓江流域)，徑流過程包含了多次地表-地下水相互轉(zhuǎn)化。

依據(jù)落水洞，豎井，巖溶大泉、地下河分布與地貌單元、含水層組構(gòu)造的關(guān)系，研究區(qū)巖溶水補徑排模式劃分為盆地淺徑流型和峽谷深徑流型。表1。青天堡組(T1q)與個舊組(T2g)，長興組(P2ch)與黑泥哨組(P2h)，寶相寺組三段與二段(E2b3，E2b2)，黑泥哨組(P2h)與峨眉山組(Pe)邊界處多形成地下水排泄帶或巖溶地下水系統(tǒng)發(fā)育的底界。特別是三疊系多發(fā)育向斜，青天堡組(T1q)常成為向斜型或單斜型富水塊段的基底，控制著此類系統(tǒng)的最大發(fā)育深度。

表1 研究區(qū)主要巖溶水點屬性歸類

3.3 斷層與系統(tǒng)邊界的關(guān)系

(1)斷層作為碳酸鹽巖與碎屑巖邊界，或者碳酸鹽巖與玄武巖邊界，或者其他可巖溶地層與相對弱透水地層分界?？刂屏藛蝹€系統(tǒng)內(nèi)水流運動范圍，影響地下水在邊界上的運動方向，控制排泄帶的分布。滯流排泄邊界及上升泉排泄帶多由斷層控制。

麗江盆地南部西側(cè)山地黃山哨-馬鞍山-康讀然一線，峨眉山組(P2e)玄武巖區(qū)構(gòu)成地表分水嶺，與東側(cè)個舊組(T2g)呈斷層接觸關(guān)系，斷裂帶位于地表分水嶺東側(cè)，玄武巖體于麗江盆地西部地下延伸(圖2)。玄武巖內(nèi)發(fā)育的含水層主要為基巖裂隙和風(fēng)化裂隙含水層，發(fā)育深度有限，不會形成深部徑流，分水嶺兩側(cè)裂隙水各自向低處盆地徑流，兩盆地底部地下水發(fā)生能量、物質(zhì)概率極低。黃山哨一線分水嶺作為麗江盆地與拉市盆地兩個地下水系統(tǒng)的分界。麗江盆地北部白沙鄉(xiāng)與文海間的玄武巖分水嶺也構(gòu)成地下水系統(tǒng)邊界。調(diào)查區(qū)內(nèi)峨眉山組(P2e)與個舊組(T2g)，松桂組(T3sg)與個舊組(T2g)常以斷層形式接觸，峨眉山組玄武巖，松桂組碎屑巖構(gòu)成地下水系統(tǒng)的框架性隔水結(jié)構(gòu)。

圖2 麗江盆地邊界劃分條件圖

研究區(qū)北部東側(cè)大東鄉(xiāng)至金安一線黑泥哨組(P2h)與個舊組(T2g)斷層接觸，峨眉山組玄武巖下伏于黑泥哨組且沿南北向與地下有較大深度延伸，斷層構(gòu)成峨眉山組玄武巖基巖裂隙含水層、黑泥哨組碳酸巖夾碎屑巖裂隙溶隙含水層與個舊組巖溶含水層的界線，形成溶蝕高原與金沙江右岸坡帶間的阻水界線，控制了個舊組內(nèi)地下水沿南北向運動。受此控制，九子海以東地區(qū)大量地下水并未直接向金沙江這一排泄基準排泄，而是向北運移至白浪花地下河出口排入黑白水。

3.4 示蹤試驗對地下水流場的測定

2012-2013年“麗江市黑龍?zhí)侗Ｈ诎姿右a源工程”，2018年韓嘯等人[11]，2020年筆者所在項目組對麗江盆地底部巖溶水進行了示蹤試驗。試驗表明，九子海地區(qū)為清溪泉、黑龍?zhí)度旱闹饕a給區(qū)，黑龍?zhí)杜c白馬龍?zhí)洞嬖谒β?lián)系，麗江盆地底部松散孔隙水流向從北向南。九子海洼地匯聚地表水不會補給白浪花泉，溶蝕高原上地下分水嶺分割了黑龍?zhí)度蚣鞍桌嘶ㄈ?。表明麗江盆地底部松散含水層與下伏基巖巖溶含水層間水力聯(lián)系弱，且相互獨立性強，物質(zhì)交換概率較小或越流過程較為漫長，可作為獨立的含水層系統(tǒng)研究。

4 研究區(qū)地下水系統(tǒng)劃分

研究區(qū)及其周圍劃分5個一級系統(tǒng)，其系統(tǒng)邊界及地下水徑流方向見圖3。

圖3 研究區(qū)地下水系統(tǒng)劃分圖

5 麗江盆地系統(tǒng)水循環(huán)特征

此次研究重點關(guān)注麗江盆地系統(tǒng)，其水循環(huán)路徑分析見表2。麗江盆地地下水補給來源以大氣降水、冰川融水為主，以河流、灌溉水補給和側(cè)向補給為補充，補給方式以面狀入滲為主，集中灌入式補給為輔，整體由北、東、西三面向盆地匯集，匯入盆地后向南部徑流；地下水主要以泉水和蒸發(fā)的形式排泄。系統(tǒng)內(nèi)可溶巖地層內(nèi)分布的斷層，控制巖溶發(fā)育，主導(dǎo)巖溶管道等發(fā)育方向，在一定程度上控制地下水流向及徑流路徑。麗江盆地東部溶蝕高原上，以個舊組(T2g)為主體的巖溶水系統(tǒng)內(nèi)，斷層十分發(fā)育，這些斷層附近為巖溶易發(fā)帶，紅水塘、九子海、上古都塘等洼地的形成與斷裂密切相關(guān)，其地下巖溶管道或管洞發(fā)育的方向受斷層控制，地表多表現(xiàn)為落水洞、漏斗以構(gòu)造線方向線性分布。

表2 麗江盆地地區(qū)地下水二級系統(tǒng)特征

盆地周邊巖溶山地分布較多表層巖溶泉；多數(shù)巖溶大泉(九鼎龍?zhí)兜?屬淺循環(huán)徑流模式，分布于盆地邊緣，流量動態(tài)變化大；少數(shù)巖溶大泉(觀音峽泉等)屬峽谷深循環(huán)模式，徑流穿越了地表分水嶺，泉流量較為穩(wěn)定。

6 結(jié)論

麗江盆地為徑流型盆地，主要匯集了玉龍雪山冰雪融水和大氣降水以及東部巖溶高原面上大氣降水，地表水匯聚成漾弓江由北向南流出盆地排泄，地下水向東南方向深入徑流，穿越地表分水嶺以大泉形式排泄。大氣降雨向盆地匯聚過程曲折復(fù)雜，地表水和地下水轉(zhuǎn)化頻繁，不同徑流層次并存。黑龍?zhí)堆a給來源單一，徑流過程受氣候影響嚴重；黑龍?zhí)度蜓a給麗江古城地下水，后者區(qū)域內(nèi)地下水開發(fā)對黑龍?zhí)度蛩挥休^大影響。