中国西南地区岩溶地下水资源潜力分析

中国西南地区岩溶地下水资源潜力分析

1地下水资源采用途径中国西南部的碳酸盐岩连续性分布在1144.04km2和784.04km2之间。自1999年以来，对该地区约62.104km2的地下水资源进行了有效利用。工作区地下水资源总量丰富,可采资源量达500~600×108m3/a,但分布极不均一,存在大片干旱缺水区和石漠化地带,而仅云南、贵州、广西在1997年就有800万人饮水困难,湘、桂、滇、黔的6个地区石漠化面积达30%。这一地区地下水资源问题和与地下水有关的生态环境地质问题已成为严重制约该地区发展的重要因素。2地下水形成的地质条件2.1工作区内岩溶发育的地质构造控制西南岩溶石山地区范围广大,地质构造、水文地质条件复杂。工作区内岩溶发育受大地质构造控制的规律明显,可划分为一级隆起带裸露岩溶分布区、一级沉降带边缘褶皱构造控制岩溶分布区和断陷盆地隐伏岩溶分布区。2.2切割深度和西绝对高程工作区处于中国大地貌单元第二级台阶区,中西部高,总体上向西绝对高程逐步抬升,切割深度加大。区内地形地貌复杂,从岩溶高山峡谷到低山丘陵,从岩溶高原到峰林平原,各种岩溶地貌均有分布2.3志留系、碳酸岩地层工作区北部和西部属扬子准地台区,震旦纪以来沉积了数千米厚的碳酸岩系;上震旦统以白云岩为主,岩性均一,厚千米左右。寒武系川黔一带以白云岩类为主;川鄂一带以泥质灰岩为主。奥陶系以灰岩为主,岩性稳定,厚仅数百米;志留系为碎屑岩;泥盆、石炭系在许多地方缺失;二叠系碳酸岩广泛分布,大多为纯质灰岩;三叠系为白云岩灰岩沉积,白云岩比例逐渐增大,过渡到碎屑岩。扬子准地台区中生代以前普遍为升降运动,燕山运动后才使盖层普遍褶皱。本区黔北及以东地区为紧密线状褶皱和梳状、箱状的过渡型褶皱以及短轴背斜或断块,滇东为平行断裂带。工作区南部及东部属华南褶皱系的加里东褶皱带,早古生代及其以前的地层中很少有碳酸岩系,晚古生代以来广泛发育碳酸岩系地层。泥盆纪、石炭纪和二叠纪碳酸岩沉积厚度在广西几千米至万余米,湘中、粤北2000余米。滇东南、桂中、桂西下三叠统有数百米厚碳酸岩,桂西北中、上三叠统有巨厚碳酸盐岩沉积,湘中为泥质碳酸岩与灰岩互层。3水资源总量分析良好的岩溶水文地质条件,使西南岩溶石山地区的地下水资源总量比较丰富。但是,受地质构造及可溶性岩层化学成分、岩性结构的影响,构成具有一定规律,但又十分复杂的地下岩溶含水系统,资源分布不均。3.1地下水地质特征桂西—黔南一带纯碳酸盐岩广布,以巨厚状质纯灰岩为主,基本无弱溶性或难溶性岩石夹层,岩溶水文地质结构多属均匀状灰岩平缓褶皱型;地表和地下各种岩溶形态均得到较好发育,地下迳流强于地表迳流,各种形态和规模的暗河系统得到完善发育。鄂西、渝东、湘西等地三叠系以薄至中厚层状碳酸盐岩为主夹碎屑岩;二叠系以厚层质纯灰岩为主;部分背斜轴部或两翼还分布有奥陶、石炭、寒武系的中至厚层状碳酸盐岩为主岩层,岩溶水文地质结构多属均匀状纯碳酸岩背斜褶皱型或均匀状白云岩平缓皱褶型。受华南加里东褶皱系桂北台隆等构造控制的裸露型、半裸露型岩溶区,纯灰岩区岩溶发育强烈,白云岩分布区岩溶发育稍弱,地下水常构成溶隙-溶洞的双重含水系统。按迳流特征,岩溶地下水可分为垂直迳流、水平强迳流和弱迳流系统。垂直迳流系统特征不单反映迅速入渗的条件,还是影响当地生态地质环境的重要因素;水平强迳流系统在丰水期和平水期地下水会迅速排出地表;水平弱迳流系统中地下水迳流相对平稳缓慢,是地下河系统中资源量最稳定的部分。3.2隔水层顶、底板构造本区岩溶水文地质结构多属间互状碳酸岩背斜褶皱型等类型。中、上三叠统灰岩含水岩组在背斜两冀呈带状分布,外围被侏罗系碎屑岩封闭,构成典型的背斜储水构造。受褶皱、断裂构造控制的埋藏型岩溶分布区,常构成背斜储水构造、向斜储水构造、单斜储水构造及断裂储水构造。构成储水构造的隔水层顶、底板多为非碳酸盐岩地层,含水层由碳酸盐岩地层组成;岩溶水的深循环主要沿构造裂隙溶蚀或古溶蚀界面,并构成似层状岩溶含水层。3.3云南中缅边断陷盆地区岩溶水系统图4攀西和滇东北断陷盆地碳酸盐岩受构造控制呈环带状分布,岩溶发育不均,以管隙为主,岩溶地下水迳流排泄迅速,动态变化大。盆地边缘形成裸露—覆盖型岩溶水系统,地下水赋存量较大,是较富水且调节力强的富水地段,单井涌水量常大于1000m3/d。滇中滇东台背钭台褶带山原盆地区断陷盆地发育。碳酸盐岩层累计厚达3000m,岩溶作用强烈,岩溶含水层以管隙网为主,相对均匀。岩溶水系统多为断块或褶皱储水构造控制,常形成各自独立的暗河或泉域。覆盖区岩溶深度大,岩溶多期叠加,发育较均匀,形成深部承压含水层。地下水储存量丰富,调节能力强,单井涌水量大于1000m3/d。地下水含水结构为均匀状纯碳酸岩断块构造型。4地下水赋存特征及发育规律随着工作区经济的发展,人们开始了对深部岩溶发育规律和地下水赋存特征的研究,对本区内岩溶地下水的形成机制、岩溶含水层的特征、古溶蚀对岩溶地下水深循环的控制等获得了一些新的认识。4.1浅部流侵蚀基准面下降的影响新构造运动为岩溶发育演化提供动力条件,是岩溶发育的主控因素。云南省昭鲁盆地受间歇性的新构造上升运动影响和相邻河流侵蚀基准面下降的影响,形成了浅部以盆底为排泄基准面的上层迳流带和深部以洒渔河为排泄基准面的深层迳流带,扩大了地下水资源前景。而滇东南区岩溶发育速度滞后于新构造运动所控制的外地貌发育速度,地形切割强烈,原来演化所形成的峰丛洼地结构中,部分岩溶已被充填,深部岩溶尚未形成规模,岩溶发育的不均匀性极强,也是本区域干旱和内涝并存的重要原因。4.2地下水分布特征一般灰岩越纯,岩溶越发育,形成的岩溶含水层富水性越高,但地下水分布极不均匀;白云岩岩溶发育程度较差,溶隙裂隙发育相对均一,富水程度中等,地下水分布相对均一,含水层具有似层状特征。贵州的地面调查和水文钻探,揭示寒武系、奥陶系具有开发前景和价值的含水层岩性多为白云岩,钻孔单井出水量为1000~2000m3/d。云南省昆明盆地覆盖型岩溶水系统研究中,发现深埋的震旦纪白云岩分布稳定,裂隙密集发育且均匀,富水性较强且均一性较好,昆明地区开采量已超过1×104m3/d。4.3碳酸盐岩层的古溶蚀面为地下水开矿作用岩溶水的循环迳流受岩溶发育深度的控制。浅部岩溶和深部岩溶的发育深度可达500~1000m和1500~2000m,控制浅部和中深部岩溶水循环。而工作区边缘出露的碳酸盐岩层遭受强烈溶蚀,在许多地带形成延续性连通性较好的古溶蚀面,为后期岩溶地下水的深循环和形成有开发利用价值的地下热矿水创造了条件。在合适的构造部位二叠系茅口组古溶蚀界面构成的岩溶含水层的迳流深度可超过3000m,如四川雅安周公山矿泉井,井深3475m,自喷流量5300m3/d以上,水温81℃。从其所处的构造部位分析,反映出龙门山前大型中生代向斜形成的汇水储水构造。5研究新型地下水赋存特征中国西南碳酸盐岩分布的地区岩溶地下水资源丰富,但分布十分不均,仍存在大片干旱缺