西南岩溶山地石漠化生态脆弱区水文地质工作方法——以贵州为例

杨光照



西南岩溶山地石漠化生态脆弱区水文地质工作方法——以贵州为例

杨光照

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局一总队，贵阳 550001）

我国是世界上生态脆弱区分布面积最大、脆弱生态类型最多、生态脆弱性表现最明显的国家之一。而贵州地处我国西南地区是西南岩溶山地石漠化生态脆弱区的核心区，地质环境脆弱，生态承载力低。在这样的区域内完成水文地质工作需依据水文地质模式，采取诸多特殊的均有针对性的工作方法，在对环境影响最小的情况下查清区内的水文地质条件。

水文地质；石漠化；工作方法；西南岩溶山地

1 生态脆弱区概述

生态脆弱区也称生态交错区(Ecotone)，是指两种不同类型的生态系统的交界过度区域，我国是世界上生态脆弱区分布面积最大、脆弱生态类型最多、生态脆弱性表现最明显的国家之一。

图1 中国生态环境脆弱区空间分布图[2]。

(1)古尔班通古特沙漠边缘; (2)塔克拉玛干沙漠边缘; (3)黑河流域中下游; (4)腾格里与乌兰布和沙漠边缘; (5)毛乌素沙地; (6)阴山北麓-浑善达克沙地; (7)科尔沁沙地; (8)呼伦贝尔沙地; (9)横断山; (10)黄土高原丘陵沟壑区; (11)三峡库区; (12)大别山; (13)罗霄山; (14)黄山; (15)仙霞岭-武夷山; (16)天山; (17)西南喀斯特地区; (18)羌塘高原西部。

1.1 我国生态脆弱区的划分

20世纪80年代, 国内开始出现生态环境脆弱区的基础判定研究[1]。直至近几十年受到全球气候变化的影响, 年降水量、地下水位、植被覆盖度等评价指标不断发生变化, 脆弱生态环境的定义及分布范围也相应发生一定程度的变化。近年根据自然生态系统开展的生态敏感性和脆弱性评价识别出生态脆弱区[2], 并进行统一区划。环境保护部2008年印发的《全国生态脆弱区保护规划纲要》以生态交错带为主体, 确定了8个生态脆弱区: 东北林草交错生态脆弱区、北方农牧交错生态脆弱区、西北荒漠绿洲交接生态脆弱区、南方红壤丘陵山地生态脆弱区、西南岩溶山地石漠化生态脆弱区、西南山地农牧交错生态脆弱区、青藏高原复合侵蚀生态脆弱区、沿海水陆交接带生态脆弱区。

刘军会等在2015《中国生态环境脆弱区范围界定》一文中将生态脆弱区划分为土地沙化区、土壤侵蚀区、石漠化区、冻融侵蚀区四个区

1.2 西南岩溶山地石漠化生态脆弱区水文地质特征

西南岩溶山地石漠化生态脆弱区，以贵州为典型代表，这一区域岩溶发育强烈，岩溶石山地区地下水资源丰富。但受到地质构造及可溶性岩层多的化学成分，岩性结构的影响，岩溶地下水具有一定的分布规律但又具有一定的各向异性表现出不同的水文地质特征。

贵州省内主要河流集中在西部地带，受到挽近构造运动的影响贵州高原呈西部向上抬升的形态，导致河流下切加速，溯源侵蚀强烈。贵州山区水文地质工作规律受地质构造的控制明显，从空间上可将水文地质特征分为裸露型（表层带岩溶），浅部构造控制覆盖型，深层埋藏型（古岩溶）。

1）裸露型（表层带岩溶）：裸露型岩溶即表层带岩溶，一般在地下水集中汇流的径流、排泄区或厚层石灰岩分布的峰丛洼地区域最常发育，其形态特征表现为溶沟、溶槽、溶孔溶隙等。水平方向具有连通性。产状组合一般较为平缓，水力联系强受到季节影响大。裸露型岩溶在水平方向表现出节理和层面相交形成交线控制的网格结构，在垂直方向表现为浅部开口深部尖灭的特征。石灰岩表现为X型节理网格，白云岩表现为连续的溶孔溶隙形态。

2）浅部构造控制覆盖型：此类型受到浅部控制的的岩溶其空间特征表现为岩地下水流方向延伸，溶蚀方向受到浅部地质构造影响相对明显。其中褶皱和断层对岩溶发育的控制尤为明显，褶皱控制其发育的平面分布规律，断裂和节理控制其发育的空间位置。在贵州山区产状较为平缓，石灰岩分布面积较大的地区岩溶较为发育，如黔南地区的王司背斜此类宽缓背斜地层均为石炭系和二叠系石灰岩多发育地下河系统。而白云岩分布区则表现为小型的溶孔裂隙组合，局部形成较大型的含水空间，如黔北的隆岗槽谷区。

3）深层埋藏型（古岩溶）：深层埋藏型岩溶在空间上表现为地层埋深大，地表出露少，具有良好的覆盖层及上部隔水条件，为隐伏型岩溶。古侵蚀面保存良好，岩溶发育以较大的孔隙和通道为主，地下水动态特征较稳定，赋存量大。贵州古岩溶发育一般以二叠系中统茅口组（P2）及震旦系灯影组（Z）、寒武系中上统局部地层也有发育。而二叠系中统茅口组（P2）为在贵州分布最为广泛、特征最为明显的石灰岩地层，古茅口期地貌主要分布在贵州中西部以六盘水地区最为突出，埋深一般大于100m，东南部大部分剥蚀，局部埋深较浅。

图2 贵州山区茅口组古岩溶分布图[3]

Ⅰ. 岩溶台地 Ⅱ. 岩溶斜坡 Ⅲ.岩溶盆地

2 水文地质工作方法

贵州省在20世纪70年代至80年代初期已经基本完成了全省1∶20万水文地质普查，从区域上查明全省的水文地质条件，进入21世纪后完成了21个四级流域1∶5万地下水调查。2007~2016年施工机井3 000余口，机井总涌水量大于10×105m3/d取得了显著地社会效益，总结了诸多宝贵经验。

2.1 表层岩溶区

表层岩溶区水文地质工作以地表工作为主，收集已有资料综合研究为辅，在地表工作中遥感设备的应用起到了事半功倍的效果，遥感技术在水文地质环境地质工作中的应用作用巨大。

1）收集已有资料，按照中国地调局《空间数据工作指南》和《数字化地质图层及属性文件格式》要求收集整理相关资料。相关的水文地质资料应该以全省的1∶20万及部分1∶5万水文地质勘查成果为基础，结合专门性勘查的成果资料进行综合论证分析。

2）水文地质调绘，按1∶20万精度进行，局部区域按照实际需要可调整为1∶5万精度。区域调绘一般按照一般、重点、典型相结合的方式进行，目的在于查明地表岩溶形态的空间分布特征，地表水的空间分布特征，初步查清地表水和地下水系统的联系及转换关系。

3）岩土样分析，确定岩溶发育特征，了解岩溶石山地区“水、土、生、石”循环系统中起到重要作用。

岩、土样采取自对发育岩溶水文地质单元有控制作用的具有典型结构的石灰岩或互层地区，测试分析化学成分对表征结构进行鉴定，以配合水文地质调查评价岩溶发育程度和富水规律等。

4）遥感技术，在贵州山区岩溶调查中遥感技术的运用也是非常广泛，遥感技术应用内容主要包括对岩溶地下水发育相关的水文地质单元和系统的划分，岩溶地貌的划分，地下河和岩溶大泉流域的确定，白云岩和石灰岩的划分石漠化的分布和分级确定等方面。

2.2 覆盖型岩溶区

覆盖型岩溶由于其空间分布特征，地表及遥感调查无法将其直观的显示。在这样的条件下，钻探、地球物理勘查就成为了对覆盖型岩溶水文地质勘查的主要方法，而地下水循环系统勘查则最常应用示踪法配合地表水文调查进行。

1）示踪法，已有了百余年的历史，此法在解决岩溶水文地质问题方面具有独特的优势，并且简单易行。示踪法在定位地下水流和地下水系统终端、圈定地下水盆地，评价地下水的速度污染等方面运用广泛，示踪法分为人工示踪法和天然示踪法两种。

A、人工示踪法，是在流体中添加人工示踪剂的简单方法，示踪剂一般为染料、放射性物质，盐。上世纪60年代到上世纪末，贵州山区人工示踪采用的均为最简单有效且经济实用的投盐方式，将盐作为人工示踪剂，21世纪后应用较为广泛的示踪剂一般是荧光材料，这种方式可以直接用肉眼进行观测。还有一种有效的示踪方式是利用噬菌体作为地表水和地下水的人造示踪剂，这种示踪方式由来已久，这种法式通常用于对荧光示踪的结果比较。

B、天然示踪法：天然示踪包括了液体中的离子、环境同位素温度和导电率等。其中环境同位素是一个最为理想的示踪剂，可以用来确定岩溶地区地表水和地下水之间的关联，得出水流的平均运移时间和其运移时间分布。

2）地球物理法，服从于岩溶水文地质调查的需要，对地表调查难于确定的隐伏岩溶带，含水层和储水构造进行探查。尤其是可以有效的利用地下水开采资源潜力进行评价，对开采前景好的地下河、储水构造、带状水带等效果较好。

A、电法：电法勘探已经广泛的运用于水文地质工程地质工作中，电法涵盖了自然电位法以及电阻率和地面电导率法等，通常几种方法是可以交叉使用，可以用来确定基岩走向、地下水通道，确定流量和流速。

自然电位法是一种对流体运动而不是对流体运动本身产生响应的物探方法，是由环境直流地面形成的天然电压，流体通过土壤和岩性界面的扩散，地下化学和温度梯度、水流过孔隙、裂隙和岩溶洞穴时形成的动电效应，对导水性识别效果明显，可示踪法提供可靠的监测点。

电磁法常用做查明构造发育情况和含水层分布形态，常有的方法有CSAMT声控音频大地电测测探和大地电场岩性探测两种。

CSAMT声控音频大地电测测探（V8）：原理是将大地看作水平介质，大地电磁场是垂直投射到地下的平面电磁波，在地面可观测到相互正交的电磁场分量，通过测量正交电场和磁场分量可以确定介质的卡尼亚电阻率值。在水工环地质工作中初步确定的靶区内，垂直于断裂构造布置探测剖面，不同的岩层、断层破碎带、地下水富集带因岩性组合和物性差异具有不同的电阻率，能大致确定断裂构造的形态分布和地下水富集区位置。

大地电场岩性探测是基于太阳辐射的质子和电子形成的离子流于大地电场碰撞，垂直方向穿越地层反射回地表，带回不同地层的异性电磁波，通过电磁波判断岩性界面、断层、含水层等，通过探测结合CSAMT声控音频大地电测测探进一步确定含水层岩性组合和富水区位置。

以上两种方法在西南岩溶山区应用广泛，主要应用于深部地热水的勘查，在确定含水层、储层、导水空间上经过了诸多验证，成果可靠。

B、地震法：地震法在岩溶山区的应用多种多样，如管液地震测量、平行波地震测量、层面波地震法测量，多层地震测量、PSV法测量等，如塌陷或溶解作用产生的地下空间探测和圈定含水和饱水区及地下河道应用中如盖层厚度在10m内应用地震法效果最优。

C、测井法：测井法分为常规测井、混合测井和特定测井方法，在探测硬质岩裂隙方面一般认为测井法效果最优，但如测井法和其他方法结合使用可大大提高可靠性。

3 水文地质工作中的问题探讨

3.1 水文地质单元边界确定

贵州喀斯特区范围经历了多次的构造抬升，岩溶形态多种多样，受构造影响强烈，无论是平面范围的边界还是垂直分带的边界都存在很多不确定性。岩溶水系统无法确定边界对整个系统的径流、排泄、补给单元确定造成较大影响，对岩溶水水资源计算的结果和精度均会带来影响，这些问题都应通过详实多样的水文地质工作补充查明，也是本区水文地质工作的重点。

3.2 地下岩溶空间的探测

由于岩溶介质在空间上的各向异性，在岩溶区水文地质工作中，查明地下岩溶空间是投入工作最大，耗费人力、物力最多的一项工作，但效果并不理想。未来岩溶空间的探测应该是多种方法结合，联合公关的方向，通过整体到局部的战略依次查清。

[1] Niu WY (牛文元) (1989) The discriminatory index with regard to the weakness, overlapness, and breadth of ecotone. Acta Ecologica Sinica(生态学报), 9, 97-105. (in Chinese with English abstract)

[2] 刘军会, 邹长新, 高吉喜, 马苏, 王文杰, 吴坤, 刘洋. 中国生态环境脆弱区范围界定[J]. 生物多样性，2015，23(6): 725-732

[3] 王明章，等.. 贵州省岩溶区地下水与地质环境［M］. 地质出版社，2015.

[4] 郑万模, 魏伦武. 西南岩溶石山地区地下水资源勘查于生态环境地质调查技术方法探讨[J]. 水文地质工程地质, 2001

Methodology of Hydrogeological Work in Rocky Desertification Ecologically Vulnerable Area, Karst Mountains in Southwest China

YANG Guang-zhao

(The First General Party, Guizhou Bureau of Nonferrous Metals and Uranium Geology, Guiyang 550001)

China is one of the countries with the largest ecologically vulnerable area, most vulnerable ecosystems and the most visible manifestations of ecological vulnerability in the world. And Guizhou lie in the core of rocky desertification ecologically vulnerable area in southwest China karst mountains and is characterized byvulnerable geological environment and low ecological carrying capacity. This paper proposes some specialized working methods to find out hydrogeological condition based on the hydrogeological model of the rocky desertification ecologically vulnerable area.

hydrogeology; rocky desertification; working method; southwest China karst mountains

2018-05-28

杨光照（1981-），男，河北人，工程师，主要从事水文地质，工程地质、环境地质工作

[P641.69]

A

1006-0995（2019）01-0113-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.01.027