岩溶水出露的方式和条件

1、贵州省黔南岩溶地区贵州省黔南岩溶地区表层带岩溶水出露的条件及开发利用模式表层带岩溶水出露的条件及开发利用模式 张张 林林贵州省地调院水工环部项目二处贵州省地调院水工环部项目二处贵州省第二届地质矿产发展战略研讨会，2005，01汇报提纲一、地质环境背景二、表层带岩溶水的水文质概念模型三、表层岩溶水出露的条件四、表层岩溶水的动态特征五、表层岩溶水的开发利用模式六、表层岩溶水开发中值得注意的问题一、地质环境背景 黔南地区在地形上处于黔中山原向广西峰林平原黔南地区在地形上处于黔中山原向广西峰林平原过渡的斜坡地带，出露地层从泥盆系至三叠系均有过渡的斜坡地带，出露地层从泥盆系至三叠系均有分布，地层岩性以碳

2、酸盐岩为主，分布面积大于分布，地层岩性以碳酸盐岩为主，分布面积大于80%80%，其岩溶地貌以峰丛洼地为主。在构造上地处，其岩溶地貌以峰丛洼地为主。在构造上地处扬子准地台黔南台陷贵定南北向构造变形区。扬子准地台黔南台陷贵定南北向构造变形区。 区内地表水系不发育，岩溶地下水深埋，可直接区内地表水系不发育，岩溶地下水深埋，可直接有效利用的水资源少，岩溶干旱缺水十分严重，目有效利用的水资源少，岩溶干旱缺水十分严重，目前尚有前尚有6060余万人、余万人、4040万头牲畜、万头牲畜、120120万亩耕地的水万亩耕地的水源尚未完全解决，年需水量约源尚未完全解决，年需水量约1.351.35亿方。因此，如亿方。

3、因此，如何合理、有效的开发利用区内宝贵的表层带岩溶水何合理、有效的开发利用区内宝贵的表层带岩溶水资源就显得尤为重要。资源就显得尤为重要。 二、表层带岩溶水的水文质概念模型表层岩溶水系统是岩溶水系统的一个地表浅循环子系统主要接受大气降水入渗补给，其表层岩溶带中的溶蚀裂隙、溶孔及强风化带的节理裂隙为表层岩溶水的储存、运移空间，由于受表层岩溶带底部相对弱透水层的阻挡改变其径流方向，在地表适宜地点以表层岩溶泉的形式排泄。 表层岩溶水水文地质概念模型图大气降水表层岩溶带弱透水层或隔水层强透水层岩溶大泉地下河出口表层岩溶泉表层岩溶水系统表层岩溶水系统岩溶水系统三、表层岩溶水出露的条件 区内表层岩溶泉的露的

4、条件与地形地貌、植被、土层、地层岩性及岩层的产状组合等息息相关。1. 1. 地形地貌地形地貌区内地貌以溶蚀地貌为主，岩溶地貌的组合类型主要为峰丛洼地、峰丛谷地及溶丘洼地。通过对区内调查的表层岩溶泉在地貌分布上的统计分析（图1），表层岩溶泉出露有如下规律：从溶丘洼地峰丛谷地峰丛洼地，呈递增规律，其中在峰丛洼地地貌区出露表层岩溶泉的比例为在峰丛洼地谷及溶丘洼地地区的2倍左右。表层岩溶水在各类地貌上出露的位置见表1。0102030405060表层岩溶泉出露的比例峰丛洼地峰丛谷地溶丘洼地图图1 表层岩溶泉在地貌上分布的比例示意图表层岩溶泉在地貌上分布的比例示意图表表1 表层岩溶泉在地貌上出露的位置表表

5、层岩溶泉在地貌上出露的位置表地貌类型表层岩溶泉出露位置峰丛洼地出露在峰丛基座的垭口及洼地的斜地坡地带峰丛谷地出露在峰丛谷地的谷坡坡脚溶丘洼地出露在溶丘洼地的洼地边缘及溶丘的斜坡地带2 2、地层岩性、地层岩性 测区地层从泥盆至三叠系均有出露，受各类地层在岩性上的差异，表层岩溶泉出露的数量亦不尽相同。由于表层岩溶水出露条件是在表层岩溶带下部必须要有非可溶层或弱可溶层的存在。 区内石炭系中上统黄龙、马平组（C2-3hn-mp）及二叠系下统栖霞、茅口组（P1q-m）,是一套纯的厚层块状石灰岩，虽然其表层岩溶带发育，但由于地层的岩性差异不大，岩层中没有非可溶层或弱可溶层的存在，出露的表层岩溶泉较少； 三

6、叠系下统大冶组(T1dy)、二叠系上统吴家坪至大隆组(P2w-d)、石炭系下统大塘至摆佐组（C1d-b）及泥盆系中统（D2-3），这几个层位都有共同的特点是：岩性以石灰岩为主，在发育的表层岩溶带下部均有一层非可溶层或弱可溶层的存在，出露的表层岩溶泉较多。T1dy中的炭质页岩C1d中的硅质岩夹层3 3、 岩层的产状组合岩层的产状组合岩层倾角越陡，表层岩溶水出露就越少，反之则出露越多；表层岩溶水出露的最佳岩层倾角为015，岩层倾角大于45地方，表层岩溶水则很少出露。另外，区内表层岩溶水出露还与岩层的倾向有一定关系。据调查，大多数表层岩溶泉都是顺岩层的倾向方向出露，反倾向方向出露的表层岩溶泉则相对较

7、少。0102030405060表层岩溶泉出露的比例（%）0151530304545图图2 表层岩溶泉在不同岩层倾角上的出露比例示意图表层岩溶泉在不同岩层倾角上的出露比例示意图4 4、植被及土层、植被及土层 植被及土层对表层岩溶带的发育主要体现在两个方面，它们既是表层岩溶带发育的驱动力，又是强化表层岩溶带中的表层岩溶水调蓄能力的重要影响因素之一。 一方面植被茂密区，生物活动强烈，可增强岩溶作用中的碳循环，使溶蚀作用加强，促进表层岩溶带的发育； 另一方面由于植被覆盖，在大气降雨时，可截流部份降水和径流，加强下渗作用，促进表层岩溶带的发育。另外在有土层覆盖的地区，同样可以截流部份降水和径流，可增强表

8、层岩溶带中岩溶水的调蓄能力并促进表层岩溶带的发育。 通过对区内的表层岩溶泉的调查分析表明：在有植树被及土层覆盖条件下的表层岩溶带，对表层岩溶水的调蓄能力远远高于在石漠化条件下的能力，出露的表层岩溶泉较多。 植被及土层发育区出露的表层泉四、表层岩溶水的动态特征结构结构表层岩溶带组合及厚度表层岩溶带组合及厚度（m）表层岩溶泉动态变化表层岩溶泉动态变化排泄模型排泄模型动态类型动态类型一元一元裸露碳酸盐岩表层裂隙发育带,厚24m。不稳定（流量0.2l/s,大雨后持续35天快速垂直入渗无调蓄排泄型动态骤变型 二元二元 覆盖土层碳酸盐岩表层裂隙发育带,厚35m。不稳定（流量0.2l/s,大雨后持续515天

9、中速渗流排泄型波动缓变型植被层+碳酸盐岩表层裂隙发育带,厚37m。较稳定（流量0.10.5l/s,年内一般可持续36月）缓慢渗流有调蓄排泄型短期平稳型三元三元植被层第四系松散覆盖土层碳酸盐岩表层裂隙发育带,厚510m。稳定（流量0.10.5l/s,年内一般可持续512月）缓慢渗流有调蓄排泄型长期平稳型表层岩溶水的动态特征表表层岩溶水的动态特征表五、表层岩溶水的开发利用模式 根据控制表层岩溶水出露的条件及一些地区“三小工程”与表层岩溶水有机结合的开发利用模式的研究，总结出了适宜峰丛山区表层岩溶水开发的几种模式 1 1、峰丛垭口布局模式、峰丛垭口布局模式 由于峰丛山区的峰丛垭口地带是表层岩溶水是最

10、易出露的地方，而这些地方出露的表层岩溶水具有位置高，流量动态较稳定的特点。因此，选择在垭口地带修建水池是比较合理的一种模式，水池的大小及数量则要根据出露表层岩溶泉水流量的大小及萁供水对象的需水量来确定。 翁不六T1dy900900800790900900AA1000100200(m)T1d高165A-AT1dyA-A12345678图3贵州省罗甸县栗木乡翁不六表层岩溶裂隙开发利用平剖面示意图1、三叠系下统大冶组2、石灰岩3、泥质灰岩4、表层岩溶泉5、水池6、居民住房7、 剖面线8、岩层产状：上为倾向、下为倾角15010(m)2、峰丛斜坡顺岩层倾向布局模式、峰丛斜坡顺岩

11、层倾向布局模式 通过上述对表层岩溶水出露条件的分析，测区表层岩溶水的出露与岩层的倾向、倾角关系极大。一般在岩层反倾向方向，表层岩溶水出露较少。因此，在峰丛洼地的斜坡地带，水池、水柜宜顺岩层倾向有表层岩溶水出露的地方布局及修建。 无水水池无水水池有水水池E17012C1-211001000900800654321C1-2170121、石炭系中下统2、石灰岩3、表层岩溶泉4、无水水池5、有水水池6、岩层产状：上为倾向、下为倾角图4贵州省紫云县宗地乡羊寨表层泉开发利用剖面示意图200(m)1000100(m)标高无水水池无水水池有水水池E17012C1-211001000900800654321C1

12、-2170121、石炭系中下统2、石灰岩3、表层岩溶泉4、无水水池5、有水水池6、岩层产状：上为倾向、下为倾角图4贵州省紫云县宗地乡羊寨表层泉开发利用剖面示意图200(m)1000100(m)标高3 3、洼地底部浅井模式、洼地底部浅井模式 由于表层岩溶带中岩溶水的储集及运移与表层岩带下部的弱可溶层或非可溶层关系非常密切。因此，在一些洼地底受地层岩性的控制，发育的表层岩溶带下部有非可溶层或弱可溶层的存在，从而在洼地底部形成了表层岩溶水的富集带。因此在同样的水文地质条件下，可在洼地底部采取人工浅井的模式开发利用表层带岩溶水，从而解决当地群众的生活饮用水及部份旱地的灌溉用水。 图图5 贵州省罗甸县栗木乡窝凼表层岩溶潭剖面示意图贵州省罗甸县栗木乡窝凼表层岩溶潭剖面示意图六、表层岩溶水开发中值得注意的问题六、表层岩溶水开发中值得注意的问题（1）注意对森林植被层及松散土层的保护：由于森林植被层及土层既是表层岩溶带发育的驱动力，又是强化表层岩溶带中的表层岩溶水调蓄能力的重要影响因素之一。因此，对森林植被的保护与建设，恢复或提高表层岩溶带对表层岩溶水的调蓄功能至关重要，同时也是提高生态地质质量的有力措施。（2）在表层岩溶水开发利用中应从地学的角度对“三小工程”进行统一合理的规划和布局：长期以来，区