四川天全縣響水溪巖溶大泉成因模式研究

羅 敏,任 蕊,王 川

(四川省地質(zhì)工程勘察院集團(tuán)有限公司,四川 成都 610072)

0 引言

天全縣響水溪巖溶大泉位于天全縣小河鎮(zhèn)響水溪村,泉口坐標(biāo)為經(jīng)度102°42′40.9″,緯度30°05′36.4″,高程894 m。作為天全縣縣城的集中式飲用水水源地,于1987年啟用,水源地類型為地下水,占地面積23畝,劃分有一級(jí)保護(hù)區(qū)、二級(jí)保護(hù)區(qū)和準(zhǔn)保護(hù)區(qū)(圖1)。設(shè)計(jì)供水能力20 000 m3/d,實(shí)際供水量為7 000 m3/d,承擔(dān)著縣城及城鄉(xiāng)結(jié)合部約5萬(wàn)人,以及200家企業(yè)、事業(yè)單位的生產(chǎn)生活用水,供水意義重大。泉水主要從兩個(gè)洞口流出,枯水期流量合計(jì)為20 000～24 000 m3/d,豐水期流量合計(jì)40 000～50 000 m3/d,為天全縣境內(nèi)水量最大的巖溶泉點(diǎn)(圖2)。出露于茍家-雙石斷裂的斷層破碎帶上盤,該區(qū)域性斷裂構(gòu)造為龍門山逆沖推覆帶和川西前陸盆地兩大構(gòu)造單元的邊界斷裂,構(gòu)造復(fù)雜且作用強(qiáng)烈。泉口巖層破碎,出露條件差,且出露位置分別高于南側(cè)天全河95 m,高于東側(cè)支溝約20 m。區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)研究程度僅限于20萬(wàn)基礎(chǔ)研究,從泉口出露的地形、構(gòu)造、巖性條件,很難判斷該巖溶大泉的成因。多年來(lái),曾有多項(xiàng)工程規(guī)劃從該區(qū)通過(guò),礙于響水溪巖溶大泉的成因模式不清,一旦工程建設(shè)揭露巖溶管道,直接威脅天全縣人民的生活飲用水源,同時(shí)對(duì)工程建設(shè)造成嚴(yán)重影響。因此,查清響水溪巖溶大泉的成因模式,對(duì)后期該地區(qū)的工程建設(shè)具有重要參考意義,促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展。

圖1 響水溪出露地理位置圖

圖2 響水溪巖溶大泉出露洞口

1 響水溪泉域地質(zhì)構(gòu)造特征

1.1 自然地理概況

響水溪泉域南側(cè)為天全河,西側(cè)為拉塔河,東側(cè)為小河子,北側(cè)為小河子上游的黃沙河,其中拉塔河和小河子均為天全河的一級(jí)支流,同屬于青衣江流域水系。區(qū)內(nèi)為構(gòu)造侵蝕剝蝕中山地貌,地形切割強(qiáng)烈,最高點(diǎn)為杉木山,海拔2 929 m,最低點(diǎn)為天全河與小河子河流交匯處,海拔760 m。山脊形態(tài)呈尖峭狀,山坡和谷坡坡度一般在40°以上,河谷橫剖面多呈“V”型,縱向坡度一般在1‰～5‰。區(qū)域內(nèi)的支溝,縱剖面多呈階梯狀,水流多出形成小瀑布和跌水。

受地表水系和地貌控制,形成響水溪巖溶大泉相對(duì)獨(dú)立的地下水單元,見圖3。

圖3 響水溪地形地貌圖

1.2 地質(zhì)條件

響水溪水文地質(zhì)單元構(gòu)造上位于龍門山逆沖推覆構(gòu)造單元,東側(cè)緊鄰川西前陸盆地,構(gòu)造作用強(qiáng)烈。構(gòu)造單元內(nèi)處于寶興背斜南東翼,以“寶興雜巖”的變質(zhì)巖和侵入巖體為基地,其上為基巖蓋層,呈南東、東向緩傾的單斜構(gòu)造。基巖蓋層的巖層傾角一般8°～20°,較為平緩,局部?jī)A角可能變陡,達(dá)30°～50°,地層由老帶新如同蛋糕一層層向上疊加,海拔越高,地層越新。

圖4 響水溪地質(zhì)圖

龍門山逆沖推覆構(gòu)造單元內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育,主要有:城香巖斷裂(FⅠ16)、火夾溝斷裂(FⅡ31)、中壩斷層(FⅠ17、FⅠ18)、響水溪斷裂(FⅡ32)、茍家-雙石斷裂(FⅠ19)等,響水溪?jiǎng)t出露于中壩斷層的上盤。據(jù)鉆孔ZK1揭露情況,孔深360 m,揭露地層巖性主要為白云巖,受構(gòu)造影響,全孔裂隙發(fā)育,巖芯多呈碎塊狀、短柱狀。鉆孔多段揭露斷層破碎帶,約10%的斷層泥和大量碎裂巖塊,見圖5。該孔終孔水位埋深為220 m,可見中壩斷層雖然構(gòu)造強(qiáng)烈、巖體破碎,但對(duì)于響水溪巖溶大泉,并不是主要徑流通道。

圖5 ZK1孔深203～209 m巖芯照片

1.3 水文地質(zhì)特征

陽(yáng)新組(P2y)灰?guī)r地層主要分布于三王崗山山頂一帶,形成緩坡槽谷地層,周邊地形切割強(qiáng)烈,形成白礬巖-沉香巖“L”型陡崖,地形坡度陡變。山頂?shù)娜芪g槽谷呈平行放射狀列布,走向北西-南東,寬數(shù)十米,長(zhǎng)600～1 500 m,使得地下水和地表徑流向南東方向匯集,進(jìn)入東西向的大槽谷,槽谷中發(fā)育一些巖溶洼地,見圖6。巖溶槽谷和洼地是降雨及地表徑流補(bǔ)給地下水的良好通道,其發(fā)育特征也反映出了地下水的徑流特征。

圖6 三王崗山山頂緩坡巖溶槽谷地形

泥盆系(D2y、D3gw)地層環(huán)山分布于陽(yáng)新組(P2y)之下。巖溶發(fā)育主要為溶蝕裂隙和溶孔,溶隙寬30～100 mm,溶孔直徑20～120 mm,關(guān)家村小河子左岸,順觀霧山組(D3gw)層間溶蝕裂隙,有多股泉水排泄出露,合計(jì)流量約80 L/s。

圖7 響水溪水文地質(zhì)簡(jiǎn)圖

區(qū)內(nèi)地下水的主要排泄方式為巖溶大泉,及呈線性排泄于地表支溝,除響水溪巖溶大泉外,區(qū)內(nèi)還發(fā)育多個(gè)巖溶大泉,如表1。綜合分析,該水文地質(zhì)單元內(nèi)存在裸露型、埋藏型兩套巖溶地下水系統(tǒng),構(gòu)造作用下,兩套地下水系統(tǒng)的含水層有相互連通,地下水相互轉(zhuǎn)換。

表1 區(qū)內(nèi)主要大泉出露信息

2 響水溪大泉成因模式綜合分析

結(jié)合調(diào)查及分析,響水溪巖溶大泉的形成是一個(gè)跨流域、多來(lái)源的復(fù)雜成因模式,分析主要有以下四種水源組成:

2.1 山頂陽(yáng)新組(P2y)+泥盆(D2-3)灰?guī)r巖溶水

圖8 響水溪水文地質(zhì)剖面圖

采用地下水枯期徑流模數(shù)法進(jìn)行地下水資源量估算,見表2?？萜趶搅髂?shù)利用調(diào)查泉點(diǎn)的流量和泉域面積計(jì)算所得。

表2 枯期徑流模數(shù)法參數(shù)取值

可見山頂P2y+D2-3含水巖組可形成地下水資源量為225.18 L/s,而調(diào)查泉流量排泄為57.5 L/s,測(cè)流估算地表支溝排泄量約40 L/s,故剩余地下水水量約127.68 L/s形成深部徑流,向響水溪徑流排泄,約占響水溪排泄量的53.8%。

結(jié)合水化學(xué)特征分析,響水溪地下水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg型,pH 7.9,礦化度278 mg/L,總硬度167 mg/L,地下水質(zhì)量可達(dá)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)響水溪巖溶大泉及降雨采集同位素,結(jié)果見表3。

表3 響水溪同位素檢測(cè)結(jié)果

按照H、O穩(wěn)定同位素的高程效應(yīng)原理,δD和δ18O隨地下水補(bǔ)給高程的增大而減小。據(jù)此可以確定地下水補(bǔ)給高度,確定補(bǔ)給區(qū),計(jì)算公式如下:

H=Hs+(δs-δp)/k

(1)

式中:H為地下水補(bǔ)給區(qū)高程,m;Hs為地下水取樣點(diǎn)含水層高程,取值894 m;δs為地下水的δ18O值,取值-9.38‰;δp為大氣降雨的δ18O值,本次取雪水和雨水的兩組樣的平均值,為-5.16‰;k為隨高程的遞減梯度,‰/100m;參考溫帶西南地區(qū)δ18O值高程效應(yīng)典型值為-0.2.6‰/100m。

計(jì)算出響水溪補(bǔ)給高程為2 517 m,山頂陽(yáng)新組出露區(qū)高程為2 200～2 700 m,基本一致,推測(cè)泉點(diǎn)的主要補(bǔ)給來(lái)源于杉木山一帶的陽(yáng)新組出露區(qū)。

2.2 環(huán)山燈影組白云巖巖溶水

圖9 南側(cè)燈影組地層頂板切割地形

2.3 巖溶水-地表水-巖溶水的轉(zhuǎn)換來(lái)源

野外調(diào)查響水溪西側(cè)的小干子溝在進(jìn)入燈影組地層之前溪溝是有水的,合計(jì)流量約5.5 L/s,在流經(jīng)燈影組地層后逐漸消失,推測(cè)地表水消失后轉(zhuǎn)為地下水,進(jìn)入了響水溪巖溶大泉的管道系統(tǒng)。采用地下水枯期徑流模數(shù)法估算,見表4。該流域內(nèi)燈影組及上游地下水資源量為26 L/s,假設(shè)全部通過(guò)燈影組下滲后,向響水溪徑流排泄,則水量貢獻(xiàn)約11%。

表4 小干子溝地下水資源量估算

2.4 小河子地表水補(bǔ)給

北側(cè)的震旦系燈影組地層在龍門電站段出露于小河子河床兩岸,河床高程920～980 m,響水溪出露高程是894 m,北高南低,水力坡度0.33%～1.1%。綜合考慮地層巖性、產(chǎn)狀、地勢(shì)、巖溶發(fā)育情況,本次調(diào)查判斷該段地表水是存在對(duì)地下水的補(bǔ)給的,但是徑流量不大,采用側(cè)向徑流法對(duì)補(bǔ)給量進(jìn)行估算,見表5。該模式對(duì)響水溪泉的補(bǔ)給量為45.97 L/s,對(duì)響水溪的水量貢獻(xiàn)約19.4%。

表5 小河子側(cè)向補(bǔ)給量估算

3 結(jié)語(yǔ)

響水溪巖溶大泉出露特征異于常規(guī)的巖溶大泉,為多含水層、多種徑流途徑最終匯集形成,水量大、影響范圍廣。工程規(guī)劃建設(shè)時(shí),應(yīng)合理規(guī)避,特別是泉口附近的燈影組含水巖組,該處為多途徑地下水徑流匯集之處,希望本文的分析可為后期該區(qū)的工程建設(shè)提供參考依據(jù)。