貴州省黔南巖溶地區(qū)

表層帶巖溶水出露的條件及開發(fā)利用模式

張林貴州省地調(diào)院水工環(huán)部項(xiàng)目二處貴州省第二屆地質(zhì)礦產(chǎn)發(fā)展戰(zhàn)略研討會，2005，01巖溶水出露的方式和條件匯報提綱一、地質(zhì)環(huán)境背景二、表層帶巖溶水的水文質(zhì)概念模型三、表層巖溶水出露的條件四、表層巖溶水的動態(tài)特征五、表層巖溶水的開發(fā)利用模式六、表層巖溶水開發(fā)中值得注意的問題巖溶水出露的方式和條件一、地質(zhì)環(huán)境背景

黔南地區(qū)在地形上處于黔中山原向廣西峰林平原過渡的斜坡地帶，出露地層從泥盆系至三疊系均有分布，地層巖性以碳酸鹽巖為主，分布面積大于80%，其巖溶地貌以峰叢洼地為主。在構(gòu)造上地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺黔南臺陷貴定南北向構(gòu)造變形區(qū)。區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育，巖溶地下水深埋，可直接有效利用的水資源少，巖溶干旱缺水十分嚴(yán)重，目前尚有60余萬人、40萬頭牲畜、120萬畝耕地的水源尚未完全解決，年需水量約1.35億方。因此，如何合理、有效的開發(fā)利用區(qū)內(nèi)寶貴的表層帶巖溶水資源就顯得尤為重要。巖溶水出露的方式和條件二、表層帶巖溶水的水文質(zhì)概念模型

表層巖溶水系統(tǒng)是巖溶水系統(tǒng)的一個地表淺循環(huán)子系統(tǒng)主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給，其表層巖溶帶中的溶蝕裂隙、溶孔及強(qiáng)風(fēng)化帶的節(jié)理裂隙為表層巖溶水的儲存、運(yùn)移空間，由于受表層巖溶帶底部相對弱透水層的阻擋改變其徑流方向，在地表適宜地點(diǎn)以表層巖溶泉的形式排泄。巖溶水出露的方式和條件表層巖溶水水文地質(zhì)概念模型圖大氣降水表層巖溶帶弱透水層或隔水層強(qiáng)透水層巖溶大泉地下河出口表層巖溶泉表層巖溶水系統(tǒng)巖溶水系統(tǒng)巖溶水出露的方式和條件三、表層巖溶水出露的條件

區(qū)內(nèi)表層巖溶泉的露的條件與地形地貌、植被、土層、地層巖性及巖層的產(chǎn)狀組合等息息相關(guān)。1.地形地貌區(qū)內(nèi)地貌以溶蝕地貌為主，巖溶地貌的組合類型主要為峰叢洼地、峰叢谷地及溶丘洼地。通過對區(qū)內(nèi)調(diào)查的表層巖溶泉在地貌分布上的統(tǒng)計分析（圖1），表層巖溶泉出露有如下規(guī)律：從溶丘洼地→峰叢谷地→峰叢洼地，呈遞增規(guī)律，其中在峰叢洼地地貌區(qū)出露表層巖溶泉的比例為在峰叢洼地谷及溶丘洼地地區(qū)的2倍左右。表層巖溶水在各類地貌上出露的位置見表1。圖1表層巖溶泉在地貌上分布的比例示意圖巖溶水出露的方式和條件表1表層巖溶泉在地貌上出露的位置表地貌類型表層巖溶泉出露位置峰叢洼地出露在峰叢基座的埡口及洼地的斜地坡地帶峰叢谷地出露在峰叢谷地的谷坡坡腳溶丘洼地出露在溶丘洼地的洼地邊緣及溶丘的斜坡地帶巖溶水出露的方式和條件2、地層巖性測區(qū)地層從泥盆至三疊系均有出露，受各類地層在巖性上的差異，表層巖溶泉出露的數(shù)量亦不盡相同。由于表層巖溶水出露條件是在表層巖溶帶下部必須要有非可溶層或弱可溶層的存在。區(qū)內(nèi)石炭系中上統(tǒng)黃龍、馬平組（C2-3hn-mp）及二疊系下統(tǒng)棲霞、茅口組（P1q-m）,是一套純的厚層塊狀石灰?guī)r，雖然其表層巖溶帶發(fā)育，但由于地層的巖性差異不大，巖層中沒有非可溶層或弱可溶層的存在，出露的表層巖溶泉較少；巖溶水出露的方式和條件

三疊系下統(tǒng)大冶組(T1dy)、二疊系上統(tǒng)吳家坪至大隆組(P2w-d)、石炭系下統(tǒng)大塘至擺佐組（C1d-b）及泥盆系中統(tǒng)（D2-3），這幾個層位都有共同的特點(diǎn)是：巖性以石灰?guī)r為主，在發(fā)育的表層巖溶帶下部均有一層非可溶層或弱可溶層的存在，出露的表層巖溶泉較多。T1dy中的炭質(zhì)頁巖C1d中的硅質(zhì)巖夾層巖溶水出露的方式和條件3、巖層的產(chǎn)狀組合巖層傾角越陡，表層巖溶水出露就越少，反之則出露越多；表層巖溶水出露的最佳巖層傾角為0~15°，巖層傾角大于45°地方，表層巖溶水則很少出露。另外，區(qū)內(nèi)表層巖溶水出露還與巖層的傾向有一定關(guān)系。據(jù)調(diào)查，大多數(shù)表層巖溶泉都是順巖層的傾向方向出露，反傾向方向出露的表層巖溶泉則相對較少。圖2表層巖溶泉在不同巖層傾角上的出露比例示意圖巖溶水出露的方式和條件4、植被及土層植被及土層對表層巖溶帶的發(fā)育主要體現(xiàn)在兩個方面，它們既是表層巖溶帶發(fā)育的驅(qū)動力，又是強(qiáng)化表層巖溶帶中的表層巖溶水調(diào)蓄能力的重要影響因素之一。一方面植被茂密區(qū)，生物活動強(qiáng)烈，可增強(qiáng)巖溶作用中的碳循環(huán)，使溶蝕作用加強(qiáng)，促進(jìn)表層巖溶帶的發(fā)育；另一方面由于植被覆蓋，在大氣降雨時，可截流部份降水和徑流，加強(qiáng)下滲作用，促進(jìn)表層巖溶帶的發(fā)育。另外在有土層覆蓋的地區(qū)，同樣可以截流部份降水和徑流，可增強(qiáng)表層巖溶帶中巖溶水的調(diào)蓄能力并促進(jìn)表層巖溶帶的發(fā)育。巖溶水出露的方式和條件

通過對區(qū)內(nèi)的表層巖溶泉的調(diào)查分析表明：在有植樹被及土層覆蓋條件下的表層巖溶帶，對表層巖溶水的調(diào)蓄能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在石漠化條件下的能力，出露的表層巖溶泉較多。植被及土層發(fā)育區(qū)出露的表層泉巖溶水出露的方式和條件四、表層巖溶水的動態(tài)特征結(jié)構(gòu)表層巖溶帶組合及厚度（m）表層巖溶泉動態(tài)變化排泄模型動態(tài)類型一元裸露碳酸鹽巖表層裂隙發(fā)育帶,厚2～4m。不穩(wěn)定（流量〈0.2l/s,大雨后持續(xù)3～5天〉快速垂直入滲無調(diào)蓄排泄型動態(tài)驟變型

二元

覆蓋土層＋碳酸鹽巖表層裂隙發(fā)育帶,厚3～5m。不穩(wěn)定（流量〈0.2l/s,大雨后持續(xù)5～15天〉中速滲流排泄型波動緩變型植被層+碳酸鹽巖表層裂隙發(fā)育帶,厚3～7m。較穩(wěn)定（流量0.1～0.5l/s,年內(nèi)一般可持續(xù)3～6月）緩慢滲流有調(diào)蓄排泄型短期平穩(wěn)型三元植被層—第四系松散覆蓋土層—碳酸鹽巖表層裂隙發(fā)育帶,厚5～10m。穩(wěn)定（流量0.1～0.5l/s,年內(nèi)一般可持續(xù)5～12月）緩慢滲流有調(diào)蓄排泄型長期平穩(wěn)型表層巖溶水的動態(tài)特征表巖溶水出露的方式和條件五、表層巖溶水的開發(fā)利用模式

根據(jù)控制表層巖溶水出露的條件及一些地區(qū)“三小工程”與表層巖溶水有機(jī)結(jié)合的開發(fā)利用模式的研究，總結(jié)出了適宜峰叢山區(qū)表層巖溶水開發(fā)的幾種模式

1、峰叢埡口布局模式

由于峰叢山區(qū)的峰叢埡口地帶是表層巖溶水是最易出露的地方，而這些地方出露的表層巖溶水具有位置高，流量動態(tài)較穩(wěn)定的特點(diǎn)。因此，選擇在埡口地帶修建水池是比較合理的一種模式，水池的大小及數(shù)量則要根據(jù)出露表層巖溶泉水流量的大小及萁供水對象的需水量來確定。巖溶水出露的方式和條件巖溶水出露的方式和條件2、峰叢斜坡順巖層傾向布局模式

通過上述對表層巖溶水出露條件的分析，測區(qū)表層巖溶水的出露與巖層的傾向、傾角關(guān)系極大。一般在巖層反傾向方向，表層巖溶水出露較少。因此，在峰叢洼地的斜坡地帶，水池、水柜宜順巖層傾向有表層巖溶水出露的地方布局及修建。巖溶水出露的方式和條件巖溶水出露的方式和條件3、洼地底部淺井模式

由于表層巖溶帶中巖溶水的儲集及運(yùn)移與表層巖帶下部的弱可溶層或非可溶層關(guān)系非常密切。因此，在一些洼地底受地層巖性的控制，發(fā)育的表層巖溶帶下部有非可溶層或弱可溶層的存在，從而在洼地底部形成了表層巖溶水的富集帶。因此在同樣的水文地質(zhì)條件下，可在洼地底部采取人工淺井的模式開發(fā)利用表層帶巖溶水，從而解決當(dāng)?shù)厝罕姷纳铒嬘盟安糠莺档氐墓喔扔盟?/p>

巖溶水出露的方式和條件圖5貴州省羅甸縣栗木鄉(xiāng)窩凼表層巖溶潭剖面示意圖巖溶水出露的方式和條件六、表層巖溶水開發(fā)中值得注意的問題（1）注意對森林植被層及松散土層的保護(hù)：由于森林植被層及土層既是表層巖溶帶發(fā)育的驅(qū)動力，又是強(qiáng)化表層巖溶帶中的表層巖溶水調(diào)蓄能力的重要影響因素之一。因此，對森林植被的保護(hù)與建設(shè)，恢復(fù)或提高表層巖溶帶對表層巖溶水的調(diào)蓄功能至關(guān)重要，同時也是提高生態(tài)地質(zhì)質(zhì)量的有力措施。巖溶水出露的方式和條件（2）在表層巖溶水開發(fā)利用中應(yīng)從地學(xué)的角度對“三小工程”進(jìn)行統(tǒng)一合理的規(guī)劃和布局：長期以來，區(qū)內(nèi)對表層巖溶水的開發(fā)比較隨意，沒有從表層巖溶水出露的條件上去布局和規(guī)劃，同時地方相關(guān)部門對其也是一個盲點(diǎn)，從而使區(qū)內(nèi)的表層巖溶水沒有得到有效