重庆涪陵焦石片区岩溶发育规律及影响因素分析

吕玉香，胡 伟，周 军

（重庆市地勘局208水文地质工程地质队，重庆 400700）

0 引言

重庆市岩溶分布区面积约3×104km2，主要分布在渝东北和渝东南地区。岩溶分布区干旱缺水严重，石漠化等生态环境问题突出，交通不便，严重制约了当地经济的发展。本文选取了一个岩溶典型分布区——涪陵焦石片区，拟对其岩溶发育规律及控制因素进行分析研究，为重庆市进一步开展岩溶找水和石漠化综合整治提供科学依据。

1 工作区概况

工作区位于重庆市东部，涪陵城区东南，行政区划属于涪陵区焦石、罗云、土地坡、卷洞、山窝、大木、武陵山、天台、龙塘、白涛、梓里、酒店、江东、荔枝，丰都县湛普、包鸾、三坝，武隆县双河、木根、白马、兴顺、鸭江等乡镇一带，面积约1318km2。地理坐标：东经107°18'45″～107°44'56″；北纬 29°23'28″～ 29°49'45″。该区地表径流不易拦蓄，干旱缺水严重，水利工程甚少，为涪陵区的严重干旱缺水区之一，亦为重庆市东南部严重干旱缺水、生态环境脆弱的重点岩溶区之一。

2 岩溶发育规律

2.1 地表岩溶发育规律

按岩溶形态及其组合特征，可将本区岩溶组合形态为垄岗谷地中山、垄脊槽谷低—中山、岩溶峡谷中山、溶丘谷地低山（图 1）四种类型［1］。

2.1.1 垄岗谷地中山（Ⅴ1）

主要由三叠系中统巴东组、下统嘉陵江组碳酸盐岩构成。其主要特征表现为沿构造线方向发育条形岩溶谷地，谷地中有落水洞、漏斗等岩溶形态发育。地形标高一般在1000～1700m，相对切割深度一般为200～500m。主要分布于白马向斜一带。

2.1.2 垄脊槽谷低—中山（Ⅴ2）

主要由三叠系中统巴东组、下统嘉陵江组、大冶组地层组成。在纯质碳酸盐岩分布区，有洼地、溶蚀谷地、落水洞、溶洞等岩溶形态分布。地形标高一般在600～900m，相对切割深度一般为200～400m。分布于西南部乌江沿岸一带。

2.1.3 岩溶峡谷中山（Ⅵ1）

由三叠系下统大冶组、二叠系碳酸盐岩组成。地面高程在700～1200m，相对切割深度一般为400～800m。垂直岩溶形态较发育，形成局部或区域分水岭。分布于大耳山背斜、方斗山背斜。乌江及其支流麻溪河横切形成岩溶峡谷中山。

2.1.4 溶丘谷地低山（Ⅶ1）

由三叠系下统嘉陵江组纯质碳酸盐岩、三叠系中统巴东组不纯碳酸盐岩组成。地层较平缓，地表、地下岩溶形态发育，主要有溶丘、洼地、溶蚀谷地、落水洞、漏斗、天窗、地下河、溶洞等，是本区的主要岩溶层组。地面标高一般在500～800m，相对切割深度一般为50～150m。分布于焦石、白涛、丰都县包鸾一带，面积最大。

2.2 地下岩溶发育规律

2.2.1 岩溶洞穴

岩溶洞穴在本区主要表现为水平溶洞、倾斜溶洞、落水洞、天窗、伏流入口及部分地下河出口等。以三叠系嘉陵江组、二叠系碳酸盐岩地层中最发育。从流域来看，岩溶洞穴主要分布在卷洞河流域、包鸾河流域、乌江干流、长江干流（图2）。

图1 涪陵焦石片区地貌及地表岩溶分区图Fig.1 Zoning of geomorphological map in Jiaoshi area of Fuling County

（1）岩溶洞穴成层分布

本区岩溶洞穴分布呈层较明显，并大致与各期夷平面及阶地相对应。在较高一级夷平面，以倾斜、垂直的洞穴为主，亦有少量水平岩洞穴。如大耳山背斜；在600～800m左右夷平面发育有垂直岩溶洞穴及水平岩溶洞穴，如焦石一带，分布有大量落水洞、天窗、伏流；在乌江期夷平面附近以水平溶洞为主。

（2）岩溶洞穴发育与地貌相适应

在垄脊槽谷、垄岗谷地区主要以垂直洞穴为主，发育有较大型的天窗、落水洞，如大木峡谷地中的地下河天窗；在溶丘谷地，岩溶洞穴较发育，有垂直的地下河天窗、落水洞、伏流，地表、地下水转化频繁，如罗云坝洞口湾地下河，地表水在干龙坝进入地下补给地下水，于罗云坝洼地边缘洞口湾出露地表；在岩溶峡谷，以水平溶洞为主。

（3）岩溶洞穴发育与碳酸盐岩岩性

三叠系下统嘉陵江组灰岩质纯，分布面积大，地表地下溶蚀强烈，岩溶形态发育，有较多的落水洞、地下河、伏流分布，本区的岩溶洞穴绝大部分分布在该地层中；二叠系碳酸盐岩质较纯，岩溶亦较发育，有被遗弃的地下河故道；而在三叠系中统巴东组、下统大冶组，因其岩性组合为碳酸盐岩、碎屑岩相间，其溶蚀强度较低，岩溶洞穴不发育。

图2 涪陵焦石片区岩溶洞穴分布图Fig.2 Sink hole distribution in Jiaoshi area of Fu ling county

（4）岩溶洞穴与构造

在背斜轴部及各构造复合转折部位，岩溶洞穴发育，其规模亦较大，如罗云坝洞口湾地下河，发育于大耳山背斜转折部位。另外，新构造运动对岩溶洞穴的发育影响亦较明显，如卷洞河、乌江两岸间歇性抬升较强，发育较多的水平溶洞洞穴。

2.2.2 表层岩溶带及表层岩溶泉

（1）表层岩溶带

“表层岩溶带”是由于强烈的岩溶化过程，在表层碳酸盐岩形成各种犬牙交错的岩溶个体形态和微形态并组合构成不规则带状的强岩溶化层［1］。它是岩溶水动力带中包气带中上部相对含水比较丰富的部分。本区出露的碳酸盐岩主要为三叠系下统嘉陵江组的灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩，二叠系的灰岩、含泥质硅质灰岩。

据调查，本区表层岩溶带的发育不但受岩性组合的控制，还因地形地貌部位不同，其发育分布特征各异。就岩性来说，以嘉陵江组灰岩、灰质白云岩表层岩溶带最发育，其厚度一般在12～15m。主要分布于焦石坝至山窝一带。二叠系灰岩，由于分布在长条状背斜部位，地层产状较陡，一般表层岩溶带不发育，在有条形岩溶槽谷分布的局部地带可发育表层岩溶带，由于所处地形地貌部位较高，地表地下水运动快，岩溶地下水埋藏深，表层岩溶泉不发育。在不纯碳酸盐岩组中，由于岩溶作用受到限制，表层岩溶带不发育，其厚度一般在数十厘米，局部缓坡地带或谷地边缘表层岩溶带相对发育较好。表层岩溶带主要分布于卷洞河流域、包鸾河流域、长江干流等。

（2）表层岩溶泉

表层岩溶泉赋存于表层岩溶带中，据调查资料，表层岩溶泉流量一般在0.1～1.0L/s，其流量受降水影响较大，随季节变动，在干旱季节，甚至流量干枯，但在雨季，其流量可增大数倍。表层岩溶带及表层岩溶泉所处地形地貌部位主要为各岩溶洼地及地形较平缓的斜坡地带。

2.2.3 地下岩溶管道、裂隙、孔隙

地下岩溶管道主要分布在卷洞河流域、包鸾河流域、长江干流等流域。岩溶管道是岩溶地下水的集中排泄带，主要分布于三叠系下统嘉陵江组质纯灰岩中，位于岩溶水水平循环带，如焦石坝一带发育的地下河。溶蚀裂隙主要分布于碳酸盐岩地表，为构造裂隙溶蚀加宽而形成，与下部岩溶管道有一定联系，是地表水、降水入渗补给地下水的主要通道，面上分布较广泛，以三叠系下统嘉陵江组、二叠系碳酸盐岩组最发育。据以往钻探资料，孔隙、溶孔等岩溶微形态一般分布在较深部位，在150m左右较发育，基本上位于区域岩溶发育深度下限，地表浅层孔隙且一般分布在岩溶宏观形态不发育的地层中，如巴东组、大冶组等地层，以及地形上为斜坡的坡体部位。

3 岩溶发育影响因素分析

3.1 地质构造

地质构造对岩溶发育起到了控制性作用。

背斜轴部：一般是地下水和地表水分水岭，岩溶发育程度相对较差，地表岩溶主要为落水洞、漏斗、小型条形溶蚀谷地，沿构造线方向排列。如大耳山背斜、铜麻湾背斜。

背斜翼部：岩溶发育受地层倾角影响较大：陡翼部位岩溶往往沿层面裂隙及纵张裂隙发育，形成顺层径流的地下河管道，由于露头狭窄，地形陡峻，不易形成槽谷，地下水补给条件相对较差；缓翼部位露头宽阔，除走向裂隙外，一般发育一组“X”扭裂隙，地下水沿走向、倾向运动，岩溶作用强烈，在背斜翼部发育大型岩溶谷地，如焦石坝谷地、山窝谷地等。

向斜轴部：一般地层倾角较缓，汇水面积大，给岩溶发育创造了良好条件，有利于地表岩溶发育。如本区的焦石坝一带的老场褶曲组、金子山向斜。

褶皱转折端（背斜倾末端和向斜翘起端）：由于这些部位地层走向和倾向发生改变，岩体较破碎，有利于岩溶的发育。

断裂带：由于断层影响，地层破碎，加速了岩溶化作用，在断裂带附近岩溶发育，岩溶洼地、落水洞、漏斗及地下河沿断裂带呈串珠状分布。如焦石坝断裂。

3.2 岩性及其组合特征

本区碳酸盐岩分布面积大，以三叠系下统嘉陵江组质纯碳酸盐岩为主。其岩性的组合特征，是岩溶发育程度的基础因素，以纯碳酸盐岩岩溶最为发育，不纯碳酸盐岩组岩溶发育程度次之。据本次采取的岩样分析资料（表1），灰岩质纯，地表地下水易对其产生溶蚀作用，且强度大，岩溶化最强，大多数的岩溶洼地、谷地、落水洞、漏斗、天窗、溶洞发育在灰岩岩组中。泥质灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩岩溶发育中等。白云岩发育最差。

表1 岩样分析成果一览表Table 1 Chemical com positions of limestone samples

3.3 水动力条件

在较高部位，降水入渗后，主要表现为垂直运动补给岩溶地下水，对可溶岩层进行溶蚀，以发育垂直岩溶形态为主，形成落水洞、漏斗，地下水径流深度大，为垂直循环带。在背斜两翼，地层产状较陡，地下水主要以横向径流为主，在两翼的溶蚀谷地、洼地边缘形成岩溶泉，排泄于地表，其岩溶发育主要以横向裂隙控制为主，在地表表现为横向溶蚀沟谷，地下则表现为地下水横向径流形成岩溶泉，如山窝一带谷地边缘出露的岩溶泉。

由于地表水系的强烈切割，使得在河流边缘，岩溶水水力坡度加大，有垂直岩溶形态（如漏斗等）发育，麻溪河（卷洞河）边缘发育的漏斗。而在远离河流的地带，在纯质碳酸盐岩分布区，有利于岩溶的发育，特别是在岩溶洼地、谷地中以发育地下河为主，岩溶地下水以水平运动为主，垂直岩溶形态，如漏斗、落水洞、天窗等在其径流途径上呈线型分布，与地下河径流方向一致，相应的地下水水力坡度较小，地下河出露于洼地、谷地的边缘。如在下焦石地下河、绿荫洞地下河等，其主要补给区与排泄区的高差仅数十米。

3.4 岩溶发育期

喜马拉雅山运动后，本区地貌骨架基本形成，地壳处于相对稳定状态，白垩纪末，Ⅰ级夷平面基本形成。Ⅰ级夷平面标高2000～2200m，分布窄小，在该期，以发育垂直岩溶形态为主要特征，具体以漏斗、坚井、洼地、谷地形态。早第三纪末期，上升运动又处于相对稳定状态，形成了Ⅱ级夷平面。这一阶段相当于鄂西期。Ⅱ级夷平面标高1600～1700m，分布于各背斜山顶，该期仍以发育垂直岩溶形态为主，兼有少量水平岩溶溶洞发育。

晚第三纪至早更新世初期，可分为二个亚期，第一亚期在东、东南部形成Ⅲ级夷平面，属于山原期。以发育大型岩溶谷地，洼地、天窗、漏斗、落水洞及地下河为主，岩溶水动力特征以水平运动为主，兼有垂直运动。不同标高的溶洞层位置大致与当地夷平面标高相当。

早更新世初，山原期（盆地期）第二亚期夷平面形成后，地壳仍有间歇性抬升，长江及其支流急剧下切，造成了雄伟壮观的深切峡谷，以乌江为代表，称乌江期。河谷两岸形成的Ⅰ～Ⅲ级阶地亦在此期形成。

4 结语

本区岩溶组合形态分为垄岗谷地中山、垄脊槽谷低—中山、岩溶峡谷中山、溶丘谷地低山四种类型。岩溶洞穴主要分布在卷洞河流域、包鸾河流域、乌江干流、长江干流。

本区岩溶发育分布特征受到多个因素的影响，碳酸盐岩岩性组合是其物质基础，区域构造及新构造运动是其影响因素。地表水系深切，降水较为丰沛，地表溶蚀强烈，不同的岩性组合、构造部位，发育了不同的岩溶地貌形态。总体上，岩溶发育受控于岩性、构造及地表水系的切割情况。

［1］重庆市地质矿产勘查开发局208水文地质工程地质队，重庆重点地区——涪陵焦石片区岩溶地下水与环境地质调查报告［R］.重庆：2008.208

Hydrogeological Team Under the Chongqing Geological Bureau of Geology and Minerals Exp loration.Chongqing key areas：survey report of karst groundwater and the environment geology at Jiaoshi area of Fuling［R］.Chongqing：2008.