黔东北高原斜坡地区4种岩溶地下水系统模式及特点——基于地貌和蓄水构造特征

潘晓东, 梁 杏, 唐建生, 苏春田, 孟小军

1)中国地质大学(武汉), 湖北武汉 430074; 2)中国地质科学院岩溶地质研究所, 国土资源部岩溶动力学重点实验室, 广西桂林 541004; 3)联合国教科文组织国际岩溶研究中心, 广西桂林 541004

黔东北高原斜坡地区4种岩溶地下水系统模式及特点
——基于地貌和蓄水构造特征

潘晓东1, 2, 3), 梁 杏1), 唐建生2, 3)*, 苏春田2, 3), 孟小军2, 3)

1)中国地质大学(武汉), 湖北武汉 430074; 2)中国地质科学院岩溶地质研究所, 国土资源部岩溶动力学重点实验室, 广西桂林 541004; 3)联合国教科文组织国际岩溶研究中心, 广西桂林 541004

受深切河谷地貌控制, 黔东北大部分地区岩溶地下水深埋且排泄于河谷岸边, 以快速的管道裂隙流为主, 给地下水资源勘探开发带来了极大的困难, 局部地区受蓄水构造控制形成勘探有利的地下水富集区。笔者基于地貌和蓄水构造将研究区岩溶地下水系统归纳总结为深切河谷型、向斜山地型、单斜夹层型和背斜槽谷型4类模式。深切河谷型岩溶地下水系统地下水水力坡度大, 地下水以快速的管道流为主, 排泄点低, 开发利用方式建议直接在地下河出口或天窗中抽提地下水, 经济效益明显地区可堵洞成库进行综合利用; 向斜山地型岩溶地下水系统发育高位岩溶泉或地下河出口, 排泄点高, 适合直接引水利用; 单斜夹层型岩溶地下水系统在岩性接触带出露一系列接触泉, 排泄分散, 开发利用方式建议直接利用或抽提岩溶泉水, 受夹层隔水顶底板影响局部地区可钻井取水; 背斜核部出露寒武系白云岩地层, 导致背斜槽谷型岩溶地下水系统含水岩层均匀厚度大, 分布大量非全排型岩溶泉, 地下水开发适合抽提泉水或钻井抽取地下水。

岩溶水; 地下水系统模式; 地下水开发利用; 黔东北高原斜坡

www.cagsbulletin.com www.地球学报.com

在中国西南云贵地区, 裸露岩溶地貌集中连片分布, 丰富的降水导致岩溶发育强烈, 地下水主要埋藏于地下河溶洞和管道中(卢耀如等, 2006), 袁丙华等最新的统计结果显示西南岩溶地区地下河有3066条(袁炳华, 2007; 蒲俊兵, 2013)。在云贵高原向周边广西、四川过渡的高原斜坡山区, 深切河谷构成地下水排泄基准面, 地下水水位埋深大, 大部分地表水迅速补给地下水(章程, 2000)。“人在楼上,水在楼下”(谢运球等, 2002)的结构特征导致干旱缺水、水土流失、石漠化成为最突出的水文地质问题(蒋忠诚等, 2008)。裂隙和管道的含水介质结构导致储存空间分布和相互间连通高度不均匀(袁道先, 1977, 1982; 陈文俊等, 1981), 给地下水资源的勘探开发带来了极大的困难, 此类地区的成井率一直徘徊在30%左右(王宇, 2006; 朱庆俊等, 2011)。2009 —2010年, 西南大旱岩溶地区抗旱找水的钻孔多位于富水的蓄水构造地区, 成井率提高到了 80%以上(甘伏平等, 2011)。

21世纪, 环境保护、可持续发展和生态文明建设成为人们关注的热点, 从系统的角度研究分析地下水更有利于地下水资源的保护、勘探和开发(袁道先等, 2008)。开展岩溶地下水系统模式的归纳总结对即将展开的基础水工环调查工作具有重要的指导意义。岩溶地下水系统模式的归纳总结作为区域岩溶水文地质的内容, 脱胎于早期的蓄水构造。早在20世纪 70年代, 刘光亚先生对基岩地下水各种蓄水构造进行过系统研究(刘光亚, 1979), 胡宽瑢等(2000)从地质构造、含水层富水性和水化学方面对蓄水构造的划分和水资源分布特点进行了论述。中国的水文地质学家们对北方岩溶水系统的归纳总结较为丰富且全面, 廖资生(1978)从地质结构与岩溶水排泄条件方面对岩溶水蓄水构造基本类型进行了阐述, 韩行瑞等(1993)在考虑环境水文地质条件和地质结构基础上将北方岩溶水系统划分出 11个模式, 之后, 梁永平等(2005, 2010)从岩溶水系统的地质结构与岩溶水流场的叠置关系两大要素出发, 将岩溶水系统归纳总结为5个模式; 但对南方岩溶地下水系统模式的研究较少, 多侧重于某条地下河,易连兴(1996)、杨剑明等(1996)、李景阳等(1998)、张强(2012)分别针对桂林寨底、贵州普定、贵州独山皇后和重庆市青木关4条岩溶地下河系统开展过专门的研究, 南方岩溶地下水系统的归纳总结方面,张之淦等(2000)对广西来宾小平阳地区的蓄水构造类型进行了划分, 并以此为例探讨了中国南方岩溶地区蓄水构造与岩溶地区找水的关系, 20世纪初,夏日元等针对中国南方岩溶地区不同的地形地貌条件, 探讨了 4种地貌类型条件下岩溶地下水水资源持续利用对策(夏日元等, 2003), 王宇(2002)、蒋忠诚等(2006)从岩溶水文地质条件的差异入手, 将西南岩溶地区岩溶水系统分为裸露型、裸露-覆盖型、裸露-埋藏型、层控型和断裂带型。

西南抗旱找水的经验提示, 从蓄水构造的角度进行归纳总结岩溶地下水系统可以很好地为地下水资源的勘探开发服务。受气象水文、地形地貌、地质构造的影响, 岩溶发育的规模、岩溶地下含水结构、岩溶地下水的赋存运移与分布千差万别, 本文选取黔东北斜坡地区, 进行岩溶水系统模式的归纳总结, 并探讨典型岩溶水系统模式的富水规律和岩溶水开发利用方式。

1 区域水文地质条件

黔东北地区位于黔中隆起向四川盆地过渡地带, 区域构造上主要表现为北北东向和北东向两组构造体系, 以形成于燕山期的北北东向构造体系为主。寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系地层分布广泛, 区内主要的岩溶含水层主要分布在寒武系、奥陶系、二叠系和三叠系碳酸盐岩地层中, 奥陶系碎屑岩和志留系泥页岩构成区内主要的隔水岩层。沉积环境的变异, 碳酸盐岩和碎屑岩互层沉积,燕山运动使之褶皱, 再经长期侵蚀, 造成现今碳酸盐岩与碎屑岩呈北北东向或北东向条带分布(图1)。

区内河谷深切地貌、丰富的降水和碳酸盐岩的连续分布为岩溶强烈发育提供了充分条件。河谷深切导致地下水排泄面低, 地下水水力坡度大, 地下水径流迅速, 为岩溶发育提供了良好的水动力条件;区内多年平均降水量 1100~1400 mm, 丰富的降水为岩溶发育提供了充足的补给源; 寒武系、奥陶系、二叠系和三叠系碳酸盐岩广泛分布, 为岩溶强烈发育提供了良好的岩性条件。强烈的岩溶发育和河谷深切地貌导致地下水深埋且流动迅速, 地下水流动以裂隙流和管道流为主, 岩溶地下水系统被深切河谷切割的支离破碎, 大部分地区的地下水勘探和开发极其困难。西南抗旱行动大量打井成功的案例显示: 在局部地区受到蓄水构造的控制出现一些富水区, 利于岩溶地下水勘探开发。从地貌和蓄水构造的角度进行岩溶地下水系统的归纳总结, 分析其水文地质特征, 进行地下水资源开发利用方式的探讨,对目前开展的水文地质调查解决缺水问题具有重要实际意义。

图1 黔东北研究区区域水文地质图Fig. 1 Hydrogeological map of the study area

深切河谷、碳酸盐岩和碎屑岩互层沉积、寒武系娄山关组白云岩的广泛出露成为控制研究区区域水文地质特征的主要因素。地下河出口、岩溶泉作为岩溶地下水系统的排泄点, 受深切河谷和蓄水构造的控制, 分布特点和出露原因有一定规律可循,所代表的岩溶地下水系统的水文地质特征亦表现出一定的相似性。研究区内的地下河出口、岩溶泉70%出露于深切河谷岸边(表 1), 其原因为深切河谷贯穿纯灰岩地层时, 深切河谷构成地下水排泄面且纯灰岩岩溶发育强烈。此种类型的地下水系统地下水流迅速且集中, 介质类型以溶洞管道为主, 泉水流量丰枯季变化超过10倍。深切河谷未贯穿的岩溶地下水系统受蓄水构造特征的控制, 向斜、单斜和背斜地区岩溶地下水系统分别表现出一定的相似性。向斜轴部广泛出露二叠系、三叠系石灰岩地层, 蓄水条件良好, 其下伏志留系泥页岩构成隔水层, 高位岩溶大泉和地下河发育, 两侧碎屑岩地层构成隔水边界, 岩溶地下水系统边界清楚; 奥陶系志留系石灰岩零星分布的单斜碎屑岩夹层灰岩中, 岩溶含水层薄, 蓄水条件差, 在石灰岩与碎屑岩接触地带往往分散出露接触泉, 流量一般小于 10 L/s, 岩溶水系统规模小; 背斜轴部出露寒武系中上统白云岩古老地层, 挤压变形导致岩层滑脱破碎, 岩溶泉数量多且分散, 此类岩溶地下水系统地下含水介质相对均匀且富水。

2 岩溶地下水系统模式类型及分布特征

研究区内主要的地下水排泄点(地下河出口、岩溶大泉)形成机制和排泄特征表现出一定的规律性,其代表的岩溶地下水系统的地下水赋存特征、循环过程、水化学和开发利用方式亦表现出一定相似性,笔者基于地貌和蓄水构造将其归纳总结划分为深切河谷型、向斜山地型、单斜夹层型和背斜槽谷型 4种岩溶地下水系统模式(表1)。分布出露特征如下:

深切河谷型岩溶地下水系统:分布于乌江及支流深切河谷地带, 深切的河谷贯穿碳酸盐岩地层,构成地下水排泄基准, 地下水排泄点出露于河谷岸边, 导致两侧岩溶地下水逐渐向深切河谷岸边富集排泄的岩溶地下水系统模式, 如图2中D01、D02、 D04、D06、S01、S03。据统计区内调查的61条地下河有43条排泄于深切河谷河床附近, 40处岩溶泉中21个出露于深切河谷附近(表 1), 为区内最常见的岩溶地下水系统模式。

图2 印江县长堡乡附近深切河谷型模式水文地质图Fig. 2 Hydrogeological map of deep valley pattern near Changbao Town of Yinjiang County

图3 沿河县高山乡附近向斜山地型模式水文地质图Fig. 3 Hydrogeological map of syncline mountain land pattern near Gaoshan Town of Yanhe County

向斜山地型岩溶地下水系统模式:在向斜轴部地区, 受到两侧挤压作用的影响, 上部岩层紧密,下部岩层发育放射状裂隙(闫长红等, 2008), 导致本区向斜构造的地形地貌往往以山地为主。受地层岩性上下展布形态的控制, 上伏强岩溶化地层岩溶地下水遇下伏弱岩溶化或碎屑岩地层, 下伏地层构成相对隔水层, 地下水以高位地下河出口或岩溶泉(图3中D02、D07)的形式出露地表, 岩溶地下水系统隔水底板清楚明确。从研究区内出露的层位特征来看, 高位地下河出口和岩溶泉主要分布于二叠系灰岩与志留系泥岩、三叠系嘉陵江组第三段灰岩和第二段泥岩交界部位。

表1 不同岩溶地下水系统类型地下河出口、岩溶泉统计一览表Table 1 Different enrichment patterns of karst groundwater in the study area

单斜夹层型岩溶地下水系统模式:碳酸盐岩与碎屑岩互层沉积的单斜地区, 岩溶含水层薄, 碎屑岩构成隔水边界, 岩溶地下水系统边界清楚, 岩溶地下水系统排泄点出露于碎屑岩与碳酸盐岩岩性接触带附近, 流量一般较小, 受季节影响丰枯季流量变化超过10倍。此类岩溶地下水系统主要分布于奥陶系中上统至志留系地层中, 主要的岩溶含水层为奥陶系中统五峰组(O2w)和宝塔组(O3b)、志留系石牛栏组(S1sh)。

背斜槽谷型岩溶地下水系统模式:分布于背斜轴及其两翼寒武系地层区, 背斜核受到背斜两翼岩层挤压, 上部岩层发育放射状裂隙, 下部岩层紧密,导致背斜地区地形地貌条件多以宽缓岩溶槽谷的负地形为主(屈伟等, 2009)。研究区内背斜核部往往出露寒武系中上统娄山关组地层, 地层岩性表现为一套典型的白云岩地层, 相较于灰岩, 岩溶弱发育,且白云岩岩层薄且脆, 受力易碎, 导致地下水呈网络裂隙状分布, 含水相对均匀, 岩溶含水介质以孔洞裂隙为主, 岩溶泉、民井数量众多。

3 岩溶地下水系统模式特点

基于地貌和蓄水构造归纳的4类岩溶地下水系统受地质背景和成因机制相似的控制, 其水文地质特点表现出一定的规律性, 分别阐述如下。

3.1 深切河谷型岩溶地下水系统模式

(1)岩溶地下水系统排泄点出露于深切河谷岸边, 为区内地下水的最终排泄点, 流量一般较大。同时排泄点与两侧补给区高差一般大于 200 m, 水力坡度大, 岩溶地下水流动迅速, 排泄集中, 其含水介质类型以岩溶管道为主, 快速的水流和巨大的高差往往导致在河谷附近会击穿多个岩溶层位, 甚至会将较薄的相对隔水碎屑岩击穿, 成为这类岩溶地下水系统的显著特点。

(2)受岩溶地下水流动迅速, 水循环交替强烈的影响, 枯季无外源水补给的条件下, 此类岩溶地下水大部分水质良好, 对地下河出口和岩溶泉共 57个进行采样分析, NO3–评价结果显示, 共有32个III类和IV类水, 无V类水, 其余全为I类和II类水。统计结果显示, 32个III类和IV类地下水中该模式占4个(表1), 水化学类型以HCO3-Ca型为主, 局部地区受三叠系地层中溶塌角砾白云岩和白云岩中石膏层膏溶作用影响变化为HCO3·SO4-Ca。

(3)深切河谷附近地下水水力坡度大, 排泄集中,水位埋深大, 对2003年至2012年西南典型岩溶流域水文地质环境地质调查项目中此类地区的钻井进行统计, 显示在此类地区打井成井率低于 30%, 地下水开采建议为抽提天窗或地下河出口中的水源,甚至堵洞成库(李兆林等, 2001), 但此类建设成本高,地下水开发利用难度大。

图4 沿河县高山乡附近向斜山地型模式纵剖面AA’(剖面位置见图3)Fig. 4 Longitudinal section AA’ of syncline mountain land pattern near Gaoshan Town of Yanhe County (for the section location see Fig. 3)

图5 沿河县高山乡附近向斜山地型模式横剖面图BB’(剖面位置见图3)Fig. 5 Transverse section BB’ of syncline mountain land pattern near Gaoshan Town of Yanhe County (for the section location see Fig. 3)

3.2 向斜山地型岩溶地下水系统模式

(1)岩溶地下水系统在向斜两翼出露隔水层, 与下伏岩层一起构成岩溶水系统隔水边界, 岩溶水系统相对独立且完整, 边界条件清楚, 地下河出口和岩溶大泉以全排型为主(图4, 图5)。

(2)受到岩石层面的控制, 岩溶地下水沿层面自两翼向向斜核部汇集, 汇水条件好, 且二叠系至三叠系碳酸盐岩连续分布, 含水层厚度大, 往往发育流量较大的地下河出口或岩溶大泉。

(3)山区人群分散, 污染源少, 导致地下水水质条件良好, 水样分析结果显示, 该模式岩溶地下水系统排泄点水质级别均为Ⅰ类或Ⅱ类水(表 1); 含水岩组以二叠系和三叠系灰岩为主, 地下水化学类型以HCO3-Ca型为主, 局部地区受膏溶作用影响变化为HCO3·SO4-Ca。

(4)地下河出口和岩溶大泉出露位置较高, 此类模式地下水开发利用直接引水即可, 开发成本低,且地下河出口、岩溶大泉流量大, 常常成为重要集镇的饮用水源。

3.3 单斜夹层型岩溶地下水系统模式

(1)碳酸盐岩与碎屑岩互层地质结构导致岩溶地下水系统封闭且完整, 碎屑岩地层一般构成隔水边界, 同时受到碳酸盐岩厚度和汇水范围的影响,岩溶水系统规模和岩溶泉流量较小, 泉水流量一般小于10 L/s。

(2)碳酸盐岩与碎屑岩不同的组合特征, 岩溶形态的发育亦不相同。碳酸盐岩覆盖于碎屑岩地层之上时, 在地层接触带地层翘起端易发育落水洞等岩溶补给区的岩溶形态(图6中L05、L06、L07, 图7 中 L02、L05), 而在地层接触带地层下降端易出露接触性下降泉(图6和图7中S03); 碎屑岩覆盖于碳酸盐岩底层之上时, 在地层接触带附近易出露接触性上升泉(图6和图7中S02)。

(3)碳酸盐岩与碎屑岩不同的组合特征, 岩溶泉出露特征不同, 主要表现为隔水型和阻水型2种类型。相对隔水碎屑岩覆盖于碳酸盐岩地层之上时,岩溶地下水径流受到上伏岩层的阻拦, 泉水出露,微承压, 变现为上升泉(图6和图7中S02), 下伏碳酸盐岩地层储水条件良好, 往往成为打井找水有利靶区; 碳酸盐岩覆盖于相对隔水碎屑岩岩层之上时,碳酸盐岩岩溶水遇到下伏相对隔水碎屑岩阻隔, 泉水出露, 表现为接触性下降泉(图6和图 7中 S03),下伏地层为隔水碎屑岩岩层, 含水匮乏。

图6 印江县长堡乡附近单斜夹层型模式水文地质图Fig. 6 Hydrogeological map of monoclinic interlayer pattern near Changbao Town of Yinjiang County

图7 印江县长堡乡附近单斜夹层型模式剖面图(剖面CC’位置见图6)Fig. 7 Geological section of monoclinic interlayer pattern near Changbao Town of Yinjiang County (see Fig. 6 for the location of section CC’)

(4)岩溶地下水径流主要受到岩层倾向和走向的控制, 同时受到阻水和隔水碎屑岩的制约, 地下水水力坡度小, 流速相对较慢, 水循环交替缓慢,受到附近人类活动影响, 水质相对较差, 统计结果显示, 32个Ⅲ类和Ⅳ类地下水中该模式占 9个(表1)。碳酸盐岩和碎屑岩夹层的组合特征, 导致岩溶地下水受到大量碎屑岩地表沟水补给, 地下水化学类型以HCO3-Ca·Na型为主。

(5)此种类型岩溶地下水天然露头以岩溶泉为主。岩溶泉流量较小, 隔水型岩溶泉建议开发方式以引水或抽提为主, 成本较小, 开发便利; 阻水型岩溶泉建议开发方式以抽提为主, 在适当地区可钻井取水。

3.4 背斜槽谷型岩溶地下水系统模式

(1)此类岩溶地下水系统背斜核部出露寒武系白云岩地层, 岩层薄且岩性脆, 受两侧挤压岩石易碎, 裂隙成网格状密集发育, 地下水水力联系密切,与灰岩地层相比较, 含水相对均匀成为此种模式的显著特点。

(2)背斜两翼碎屑岩构成隔水边界, 岩溶地下水系统边界相对清楚(图 8, 图 9), 下伏白云岩岩层为含水层, 谷地内岩溶泉数量众多, 多为非全排型,部分地下水以地下潜流形式径流排泄。

(3)地下水径流以裂隙流和散流型为主。背斜两翼岩层挤压变形, 平行于背斜轴部发育纵张裂隙较发育, 构成岩溶地下水的主径流带; 受岩石层面影响, 地下水自背斜核部向翼部径流排泄, 在背斜翼部岩性接触带附近常常发育一系列岩溶泉。

(4)此类背斜槽谷内人群密集, 地下水污染源多,且地下水面状分布, 地下水径流和水循环交替缓慢,地下水水质在4类岩溶地下水富集模式中水质最差,统计结果显示, 32个Ⅲ类和Ⅳ类地下水中该模式占19个(表 1); 受到白云岩岩性控制, 地下水化学类型以HCO3-Ca和HCO3-Ca·Mg为主。

图8 沿河县官舟镇附近背斜槽谷型模式水文地质图Fig. 8 Hydrogeological map of anticlinal aulacogen near Guanzhou Town of Yanhe County

(5)宽缓槽谷构成的负地形导致该模式地下水水位埋深较浅, 地下水呈面状分布, 白云岩的岩溶孔洞裂隙为地下水的赋存提供了良好的储水条件,往往成为打井找水的有利靶区, 对 2006年以来该区 150余个钻孔进行统计, 成井率 90%以上, 开发利用方式建议以引抽提岩溶泉和钻井取水为主。

4 结论

基于地貌和蓄水构造将研究区岩溶水系统模式归纳为河谷深切型、向斜山地型、单斜夹层型和背斜槽谷型 4类岩溶地下水系统模式, 受岩溶地下水系统形成区域地质背景的影响, 深切河谷型地下水系统模式地下水以快速管道流为主, 水力坡度大,勘探成井率低于 30%, 地下水开发利用方式建议抽提地下河出口或天窗中水; 向斜山地型岩溶地下水系统受下伏隔水层控制形成高位岩溶泉或地下河,直接引水, 开发成本少且便利; 单斜夹层型岩溶地下水系统岩溶含水层薄, 在岩性接触带附近往往出露接触泉, 地下水开发利用方式建议直接抽水, 局部地区可钻探取水; 背斜槽谷型岩溶地下水系统背斜轴部出露寒武系白云岩地层, 地下含水均匀且富水, 成为勘探有利靶区, 可钻井或抽提泉水。受人类活动和地下水循环交替速度的影响, 地下水水质由好到差依次为向斜山地型、深切河谷型、单斜夹层型、背斜槽谷型。

深切河谷型岩溶水系统模式主要受到地形地貌条件的控制, 向斜山地型、单斜夹层型和背斜槽谷型 3种岩溶水系统模式主要受到蓄水构造的控制,同时受到岩性条件制约。深切河谷型作为高原斜坡岩溶地区最常见的岩溶地下水系统排泄模式, 最能代表该区岩溶地下水集中径流排泄的特点, 尤其在地下水的开发利用方面受深切割地形的影响, 开发难度极大, 可将其先区分出来, 剩余岩溶地下水系统模式再根据地质构造特征进行划分。考虑到岩溶发育是岩性、构造、地貌等多种条件的共同作用, 本次岩溶水系统的划分主要考虑地下水排泄面、岩溶水赋存径流的主控因素, 明确反映了裸露高原斜坡山区不同岩溶水系统模式的水文地质特征。

图9 沿河县官舟镇附近背斜槽谷型模式剖面图(剖面DD’位置见图8)Fig. 9 Geological section of anticlinal aulacogen near Guanzhou Town of Yanhe County (see Fig. 8 for the location of section DD’)

致谢: 贵州省地质矿产勘查开发局、贵州省地质调查院、贵州地质工程勘察院(111地质队)、贵州省地矿局第二工程勘察院(114地质队)在野外工作中给予了极大的帮助并提供了大量的基础资料, 中国地质科学院岩溶地质研究所梁永平研究员对本文岩溶水系统模式划分进行了指导, 审稿专家和编辑对本文提出了宝贵的意见, 谨此表示诚挚的感谢！

陈文俊, 黄显强, 宋怀则, 董炳维. 1981. 中国南方岩溶地下水[J]. 地质学报, 2 : 149-160.

甘伏平, 喻立平, 卢呈杰, 韦吉益, 赵伟. 2011. 不同岩溶储水结构分析与地球物理勘察[J] . 地质与勘探, 4: 663-672.

韩行瑞, 鲁荣安, 李庆松. 1993. 岩溶水系统—山西岩溶大泉研究[M]. 北京: 地质出版社.

胡宽 瑢, 曹玉清, 胡忠毅, 刘星.2000.水文地质蓄水构造级、区带划分及其水资源分布特点[J]. 长春科技大学学报, 30(3): 246-250.

蒋忠诚, 曹建华, 杨德生, 罗为群. 2008. 西南岩溶石漠化区水土流失现状与综合防治对策[J]. 中国水土保持科学, 6(1): 37-42.

蒋忠诚, 夏日元, 时坚, 裴建国, 何师意, 梁彬. 2006. 西南岩溶地下水资源开发利用效应与潜力分析[J]. 地球学报, 31(6): 860-868.

李景阳, 籍传茂, 鄢贵权, 刘康祥, 梁风. 1998. 独山黄后岩溶地下水系发育特征及资源开发利用[J]. 贵州地质, 15(4): 355-367.

李兆林, 罗伟权, 劳文科, 梁彬. 2001. 洛塔大瓜拉洞地下河系水资源开发利用与保护[J]. 中国岩溶, 20(2): 149-154.

梁永平, 韩行瑞, 时坚, 尹立河. 2005. 鄂尔多斯盆地周边岩溶地下水系统模式及特点[J]. 地球学报, 26(4): 365-369.

梁永平, 王维泰. 2010. 中国北方岩溶水系统划分与系统特征[J].地球学报, 31( 6): 860-868.

廖资生. 1978. 北方岩溶的主要特征和岩溶储水构造的主要类型[M]. 北京: 地质出版社: 56-61.

刘光亚. 1979. 基岩地下水[M]. 北京: 地质出版社.

卢耀如, 张凤娥, 刘长礼, 童国榜, 张云. 2006. 中国典型地区岩溶水资源及其生态水文特性[J]. 地球学报, 27(5): 393-402.

蒲俊兵. 2013. 重庆地区岩溶地下河发育与分布的基本特征[J].中国岩溶, 32(3): 266-279.

屈伟, 丁坚平, 邹仕孝, 曹兴民. 2009. 皱褶构造对岩溶泉发育的控制作用[J]. 地下水, 31(141): 131-133.

王宇. 2002. 西南岩溶地区岩溶水系统分类、特征及勘查评价要点[J]. 中国岩溶, 21(2): 115-119.

王宇. 2006. 岩溶找水与开发技术研究[M]. 北京: 地质出版社.

夏日元, 唐健生, 朱远峰. 2003. 西南岩溶区地下水资源可持续利用对策[J]. 中国人口·资源与环境, 13(1): 81-85.

谢运球, 袁道先. 2002. 地下河系统水土资源关系[J]. 水土保持学报, 16(6): 50-53.

闫长红, 王玉英, 罗国煜, 陈明珠, 詹启伟, 陈喜, 郭军辉, 郑军. 2008. 压性构造对岩溶发育的控制作用[J]. 地质论评, 54(3): 343-347.

杨剑明, 张兆干, 王祥, 申屏. 1996. 贵州普定后寨地下河流域地下含水结构空间特征[J]. 中国岩溶, 15(3): 246-252.

易连兴. 1996. 岩溶地下水系统灰色特征及灰参模型研究——以桂林东区岩溶裂隙管道、凯里岩溶裂隙地下水系统为例[J]. 中国岩溶, 15(1-2): 117-123.

袁炳华. 2007. 中国西南岩溶石山地区地下水资源及生态环境地质研究[M]. 成都: 电子科技大学出版社.

袁道先. 1977. 论岩溶水的不均匀性[M]. 北京: 地质出版社.

袁道先. 1982. 岩溶研究的当前任务[J]. 中国岩溶, 1: 4-9.

袁道先, 章程. 2008. 岩溶动力学的理论探索与实践[J]. 地球学报, 29(3): 355-365.

章程. 2000. 南方典型溶蚀丘陵系统现代岩溶作用强度研究[J].地球学报, 21(1): 86-91.

张强. 2012. 青木关岩溶槽谷地下水水源地固有脆弱性评[J]. 中国岩溶, 31(1): 67-73.

张之淦, 陈伟海. 2000. 岩溶蓄水构造与找水[J]. 水文地质工程地质, 6: 1-5.

朱庆俊, 李伟, 李凤哲, 孙银行, 李戍. 2011. 广西隆安县地下水储水构造的地质-地球物理模型及其地球物理响应特征分析[J]. 中国岩溶, 30(1): 34-40.

References:

CHEN Wen-jun, HUANG Xian-qiang, SONG Huai-ze, DONG Bing-wei. 1981. Karst Groundwater in South China[J]. Acta Geologica Sinica, 2: 149-160(in Chinese with English abstract).

GAN Fu-ping, YU Li-ping, LU Cheng-jie, WEI Ji-yi, ZHAO Wei. 2011. Geophysical Prospecting and Analyzing on Different Karst Water-Bearing Structures[J]. Geology and Exploration, 4: 663-672(in Chinese with English abstract).

HAN Xing-rui, LU Rong-an, LI Qing-song. 1993. Karst Groundwater System-Resarch on big springs in Shanxi[M]. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

HU Kuan-rong, CAO Yu-qing, HU Zhong-yi, LIU Xing. Hydrological Impounded Structure Classification and Its Zone Division[J]. Journal Of Changchun University Of Science and Technology, 30(3): 246-250(in Chinese).

JIANG Zhong-cheng, CAO Jian-hua, YANG De-sheng, LUO Wei-qun. 2008. Current status and comprehensive countermeasures of soil erosion for Karst rocky desertification areas in the Southwestern China[J]. Science of Soil and Water Conservation, 6(1): 37-42(in Chinese with English abstract).

JIANG Zhong-cheng, XIA Ri-yuan, SHI Jian, PEI Jian-guo, HE Shi-yi, LIANG Bin. 2006. The Application Effects and Exploitation Capacity of Karst Underground Water Resources in Southwest China[J]. Acta Geoscientica Sinica, 31(6): 860-868(in Chinese with English abstract).

LI Jing-yang, JI Chuan-mao, YAN Gui-quan, LIU Kang-xiang, LIANG Feng. 1998. An Investigation of the Huanghou Subterranean Drainage in Dushan County, Southern Guizhou and Proposals to Utilization of the Groundwater Resources[J]. Guizhou Geology, 15(4): 355-367(in Chinese with English abstract).

LI Zhao-lin, LUO Wei-quan, LAO Wen-ke, LIANG Bin. 2001. Water Resource Exploitation,Utilization and Protection of Dakualadong Underground River in Luota, Hunan[J]. Carsologica Sinica, 20(2): 149-154(in Chinese with English abstract).

LIANG Yong-ping, HAN Xing-rui, SHI Jian, YIN Li-he. 2005. The Karst Groundwater System in the Peripheral Area of Ordos Basin: Its Patterns and Characteristics[J]. Acta Geoscientica Sinica, 26(4): 365-369(in Chinese with English abstract).

LIANG Yong-ping, WANG Wei-tai. 2010. The Division and characteristics of karst water systems in Northern China[J]. Earth Science-Journal of China University of Geosciences, 31(6): 860-868(in Chinese with English abstract).

LIAO Zi-sheng. 1978. The Main Characteristics of karst groundwater and Its Primary Storage Structure Types in Northern China[M]. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

LIU Guang-ya. 1979. Bedrock Groundwater[M]. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

LU Yao-ru, ZHANG Feng-e, LIU Chang-li, TONG Guo-bang, ZHANG Yun. 2006. Karst water resources in typical areas of China and Their Eco-hydrological characteristics[J]. Earth Science-Journal of China University of Geosciences, 27(5): 393-402(in Chinese with English abstract).

PU Jun-bing. 2013. Development and Distribution of Karst Subterranean Streams In Chongqing, China[J]. Carsologica Sinica, 32(3): 266-279(in Chinese with English abstract).

QU Wei, DING Jian-ping, ZOU Shi-xiao, CAO Xing-min. 2009. Fold Structure’s Control Funtion on the Karst Stephen Development[J]. Ground Water, 31(141): 131-133(in Chinese with English abstract).

WANG Yu. 2002. Classification, features of karst water system and key point for the evaluation to karst water exploration in southwest China karst area[J]. Carsologica Sinica, 21(2): 115-119(in Chinese with English abstract).

WANG Yu. 2006. The research of drilling wells and exploit in karst area[M]. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

XIA Ri-yuan, TANG Jian-sheng, ZHU Yuan-feng. 2003. Sustainable Utilization Measures of Groundwater Resources in Karsta Areas of Southwest China[J]. China Population, Resources and Environment, 13(1): 81-85(in Chinese with English abstract).

XIE Yun-qiu, YUAN Dao-xian. 2002. Relationship Between Land Resources and Water Resouces in Underground River System[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 16(6): 50-53(in Chinese with English abstract).

YAN Chang-hong, WANG Yu-ying, LUO Guo-li, CHEN Ming-zhu, ZHAN Qi-wei, CHEN Xi, GUO Jun-hui, ZHENG Jun. 2008. Compressive Structurecs Control on the Karst Development[J]. Geological Review, 54(3): 343-347(in Chinese with English abstract).

YANG Jian-mign, ZHANG Zhao-gan, WANG Xiang, SHEN Ping. 1996. The Featrue of Aquifer Spatial Structure of Houahai Underground watershed, Puding, Guizhou[J]. Carsologica Sinica, 15(3): 246-252(in Chinese with English abstract).

YI Lian-xing. 1996. The Study on Karst Groundwater System Grey Features and Grey Parameters Model——Case of Eastern Guilin Karst Fissure Conduit and Kaili Karst Fissure Groundwater Systems[J]. Carsologica Sinica, 15(1-2): 117-123(in Chinese with English abstract).

YUAN Bing-hua. 2007. The Research of Groundwater Resources and the Ecological Environment Geology in Southwest China Karst Area[M]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China Publishing House(in Chinese).

YUAN Dao-xian. 1977. Discussion of Karst Groundwater’s Unevenness[M]. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

YUAN Dao-xian. 1982. Current Task of Karst Research[J]. Carsologica Sinica, 1: 4-9(in Chinese with English abstract).

YUAN Dao-xian, ZHANG Cheng. 2008. Karst Dynamics Theory in China and its Practice[J]. Earth Science-Journal of China University of Geosciences, 29(3): 355-365.

ZHANG Cheng. 2000. A Study on Modern Karstification Intensity of Typical Corrosional Hill System in South China[J]. Acta Geoscientica Sinica, 21(1): 86-91(in Chinese with English abstract).

ZHANG Qiang. 2012. Assessment on the Intrinsic Vulnerability of Karst Groundwater source in the Qingmuguan Karst valley[J]. Carsologica Sinica, 31(1): 67-73(in Chinese with English abstract).

ZHANG Zhi-gan, CHEN Wei-hai. 2000. Karst reservoir structure and groundwater[J]. Hydrogeology ＆ Engineering Geology, 6: 1-5(in Chinese with English abstract).

ZHU Qing-jun, LI Wei, LI Feng-zhe, SUN Yin-hang, LI Shu. 2011. Analysis on geologic-geophysical model and geophysical response of groundwater reservoir in Longan County, Guangxi[J]. Carsologica Sinica, 30(1): 34-40(in Chinese with English abstract).

The Patterns and Characteristics of Four Karst Groundwater Systems in Northeast Guizhou Slope Zone Based on the Landscape and Reservoir Structure

PAN Xiao-dong1, 2, 3), LIANG Xing1), TANG Jian-sheng2, 3)*, SU Chun-tian2, 3), MENG Xiao-jun2, 3)

1) China University of Geosciences(Wuhan), Wuhan, Hubei 430074; 2) Karst Dynamics Laboratory, Ministry of Land and Resources, Institute of Karst Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Guilin, Guangxi 541004; 3) International Research Center on Karst under the Auspices of UNESCO, Guilin, Guangxi 541004

Controlled by deep valleys, karst groundwater level is very deep in most places and the groundwater is excreted along river shore in northeast Guizhou area. The groundwater mainly flows rapidly in pipeline and crack forms, and hence the exploration of groundwater resources is rather difficult; nevertheless, there are also some groundwater enrichment zones controlled by water storage structure. Based on geomorphologic characteristics and geological structure of groundwater storage, the authors summed up the karst groundwater system into four patterns, namely deep valley, syncline mountain land, monoclinic interlayer, and anticlinal aulacogen. For deep valley type, groundwater hydraulic slope is mostly rather steep, and the groundwater is mostly flows rapidly inpipeline form with low level discharge, and hence the exploration should adopt the method of pumping from underground driver outlet and skylight; in large economic benefit area, a reservoir could be built by plugging the hole. For syncline mountain land type, many karst springs and underground river outlets are usually formed in higher position with high level discharge and therefore directly diverting water is the best way. For monoclinic interlayer type, many springs are formed along lithologic boundaries, so we can pump karst springs for direct utilization and can also drill water in local area affected by the roof and bottom of the intercalated bed. For anticlinal aulacogen, a lot of dolomites are distributed near the anticline and aquifer is thick and, therefore, the aquifer has great uniform thickness; in addition, there exist a lot of non all-discharge springs in the karst groundwater system; therefore pumping and drilling seem to be the suitable ways to exploit and develop groundwater.

karst water; patterns of groundwater system; groundwater exploitation and development; northeast Guizhou slope zone

P641.134; P641.8

A

10.3975/cagsb.2015.01.10

本文由中国地质调查局国土资源大调查项目“西南典型岩溶流域水文地质环境地质调查”(编号: 1212011220950)和“乌蒙山区水文地质环境地质调查”(编号: 12120113052500)联合资助。

2014-04-30; 改回日期: 2014-08-07。责任编辑: 魏乐军。

潘晓东, 男, 1984年生。博士研究生, 助理研究员。长期从事岩溶水文地质方面的研究。通讯地址: 541004, 广西壮族自治区桂林市七星路50号。电话: 0773-5813042。E-mail: panxiaodong@karst.ac.cn。

*通讯作者: 唐建生, 男, 1957年生。博士, 研究员。主要从事岩溶水文地质、岩溶地球化学方面的研究。通讯地址: 541004, 广西壮族自治区桂林市七星路50号。电话: 0773-5837279。E-mail: tangjiansheng@karst.ac.cn。