云南丽江盆地地下水系统边界研究及系统划分

杨 帆，刘海峰，任世川

(云南省地质环境监测院，云南 昆明 650051)

丽江作为世界知名的自然遗产地与人文胜地，地下水资源在其人文自然资源中有着举足轻重的重要地位，2012年1月21日，黑龙潭断流事件引发各界广泛关注。笔者参与的“丽江盆地水文地质调查及地下水利用示范”项目，系统性、规范性地查明了丽江盆地及其周围地区水文地质情况，总结出适用于研究区地下水系统划分原则及方法。

1 丽江盆地地质环境概况

丽江盆地，北以金沙江支流黑白水河与大具河分水岭为界，东西两侧至金沙江边，南西以三股水泉群地下分水岭为边界，南东至鹤庆盆地观音峡一带。区内地形多变，地势整体西北高东南低，西北侧最高的玉龙雪山主峰海拔5596m，南东侧最低处金沙江河谷海拔约 1280m，最大高差 4316m。地表水系属金沙江水系，主干金沙江主要沿调查区东西两侧展布，其重要支流有漾弓江与黑白水河。

研究区位于青藏高原东南缘与云贵高原过渡区，处于羌塘-三江造山系与扬子陆块区西缘结合部位，形成了以断块为基本单元的构造格架，控制断块间以断裂构造为边界，断块内形成了与边界相对应的褶皱和次级断裂。沉积基底为一套早-中元古代变质岩系，之上为震旦纪至古生代二叠纪滨浅海相沉积，奥陶、泥盆、石炭系仅出露于玉龙雪山。二叠纪巨厚玄武岩呈条带状分布于研究区两侧。三叠系包含有海相及陆相沉积，是水文地质问题的主要研究对象之一。古近系为山麓相或河-湖相，分布于研究区东部；早更新世河湖相及沼泽相分布在南部和拉市盆地；中更新世之后冰期、间冰期交替出现，低洼区域发育河湖相、冰川相松散堆积物。

2 地下水系统划分原则和方法

2.1 划分原则

前人在研究北方岩溶系统及南方典型岩溶区地下水系统的基础上总结了地下水划分原则和依据[1-8]。要求系统个体是相对独立的，具有完整、统一的补径排区和完善的结构及层次，有能量和物质的输入输出，并且能量物质的流动具有稳定性、可持续性、周期性等[9]。通常把系统的基本组成单元按岩层储水介质特征及水流场特性(承压性、地热等)等存在状态划分，地下水系统一般分一到四级。学术上通常采用的系统边界包括地表流域界线、地貌边界、构造边界、岩相边界等。

2.2 岩溶地下水系统划分特性

岩溶地区地层岩性的复杂组合以及岩溶发育的周期性导致岩溶作用形成的岩溶地下水系统结构十分复杂，表现为地下地表水转换频繁，地表分水岭与地下分水岭一致性差，相对独立的系统间存在地下水袭夺现象，地下分水岭会产生运动变化。岩溶地下水系统结构不但包括独立的岩溶大泉泉域和地下河系统，还包括泉域和地下河系统共同存在的复合系统，根本上需要依据地下水的运动特征，补、径、排特征划定系统范围。

岩溶地区地下分水岭位置，含水层边界性质，岩溶发育范围、断裂水力性质是分析地下水系统结构的重要依据。地下水示踪试验是研究验证岩溶区水流系统结构的有利工具。实践表明，同位素测试结果可靠，可信度大，适用范围广；荧光素钠测试适用于岩溶地下水流域。

3 研究区地下水系统边界分析

研究区内地下水系统划分包括了地貌地形、含水层组、地质构造、代表性地下水露头等信息内容。图1。地下水系统的准确划分重点是水流场边界，包括隔水边界、排泄边界、补给边界等。还需综合地表分水岭地形特征、岩性组合特征、岩溶发育特征、地下水运动方向等确定地下分水岭位置，地下水系统边界以地下分水岭为准。

3.1 地貌的控制作用

研究区地貌由高寒山地、溶蚀高原、高山侵蚀峡谷几大部分组成，区域内山脉控制了地表水的流向，影响了地下水运动初始的方向，山脊两侧一般较难发生物质与能量的交换。而位于金沙江流域形成的河间地块，江面为区域排泄基准，构成地下水排泄边界。控制性山脊线把研究区分成了黑白水流域，金沙江岸坡流域带，文海小盆地，拉市盆地，丽江盆地、溶蚀高原面等几个部分，这是划分研究区一级地下水系统的基础框架。

3.2 含水层组特征

含水层(组)是地下水水流系统存在的物质基础，决定地下水系统空间分布范围，连续的属性相同或近似的含水层分布是水系统具备统一水流结构系统或统一水流场的基本条件。

(1)山地基岩裂隙含水层：多分布在研究区东部、北部、西部，含水地层为泥盆系(D)、石炭系(C)、二叠系峨眉山组(Pe)、黑泥哨组(P2h)、三叠系青天堡组(T1q)、松桂组(T3sg)及古近系宝相寺组(E2b1-2)，分布于夷平高原面上岩溶不发育及弱发育区，以及冰川刨蚀高山区，地形由冲沟及陡坡组成，赋水介质为基岩裂隙及风化裂隙。地下水补给来源绝大部分为大气降水，包括大气降雪，冰川融水。整体含水层厚度不大，一般径流途径短，沿斜坡或受构造控制从高处向低处径流，多受地形阻碍溢出地表或在沟底汇集，向地表水系排泄，分布有季节泉。

(2)盆底孔隙含水层：含水层分为两类：①更新统中梁赣冰期含灰质角砾冰碛层(Qp)为溶蚀孔隙含水层，渗透系数大，渗流介质为溶隙或者孔隙，与基岩地层界线构成补给(排泄)边界；②蛇山组(Q1s)和全新统(Qh)为碎屑岩及冲积湖积层，渗透性差，径流缓慢，含多层相对隔水层，越流弱，与盆地边缘山麓地层接触形成滞流排泄边界。

(3)岩溶水补径排模式：岩溶水主要分布在个旧组(T2g)至中窝组(T3z)，大面积分布，内部断层、向斜背斜边界、岩溶发育差异分界(石灰岩与白云岩分界，碳酸盐岩与碎屑岩分界等)作为次一级岩溶水系统分析的要素。岩溶地下水补给来源、径流排泄形式多样化，地下水系统层次性强，地表地下水转化强烈频繁。岩溶发育的空间位置、地形特征、岩溶形态及地层相互关系决定了岩溶含水层补给形式有降水直补、玄武岩裂隙水越流补给、冰雪融水和雨季面流形成的地表流水入渗及灌入式补给(包括溶隙、溶孔、管道等入渗介质)。研究区径流介质结构层次丰富，包括溶隙网络，溶孔管道系统，管道溶洞地下河系统及它们复合形成的岩溶地下水流域体系。岩溶水地表排泄水点主要分两类，一类主要分布在金沙江峡谷底部或江岸斜坡上；一类分布在盆地底部边缘及盆地斜坡上。岩溶水整体的运动方向是从河间地块腹地向其周围的侵蚀峡谷底部径流(金沙江干流及漾弓江流域)，径流过程包含了多次地表-地下水相互转化。

依据落水洞，竖井，岩溶大泉、地下河分布与地貌单元、含水层组构造的关系，研究区岩溶水补径排模式划分为盆地浅径流型和峡谷深径流型。表1。青天堡组(T1q)与个旧组(T2g)，长兴组(P2ch)与黑泥哨组(P2h)，宝相寺组三段与二段(E2b3，E2b2)，黑泥哨组(P2h)与峨眉山组(Pe)边界处多形成地下水排泄带或岩溶地下水系统发育的底界。特别是三叠系多发育向斜，青天堡组(T1q)常成为向斜型或单斜型富水块段的基底，控制着此类系统的最大发育深度。

表1 研究区主要岩溶水点属性归类

3.3 断层与系统边界的关系

(1)断层作为碳酸盐岩与碎屑岩边界，或者碳酸盐岩与玄武岩边界，或者其他可岩溶地层与相对弱透水地层分界。控制了单个系统内水流运动范围，影响地下水在边界上的运动方向，控制排泄带的分布。滞流排泄边界及上升泉排泄带多由断层控制。

丽江盆地南部西侧山地黄山哨-马鞍山-康读然一线，峨眉山组(P2e)玄武岩区构成地表分水岭，与东侧个旧组(T2g)呈断层接触关系，断裂带位于地表分水岭东侧，玄武岩体于丽江盆地西部地下延伸(图2)。玄武岩内发育的含水层主要为基岩裂隙和风化裂隙含水层，发育深度有限，不会形成深部径流，分水岭两侧裂隙水各自向低处盆地径流，两盆地底部地下水发生能量、物质概率极低。黄山哨一线分水岭作为丽江盆地与拉市盆地两个地下水系统的分界。丽江盆地北部白沙乡与文海间的玄武岩分水岭也构成地下水系统边界。调查区内峨眉山组(P2e)与个旧组(T2g)，松桂组(T3sg)与个旧组(T2g)常以断层形式接触，峨眉山组玄武岩，松桂组碎屑岩构成地下水系统的框架性隔水结构。

图2 丽江盆地边界划分条件图

研究区北部东侧大东乡至金安一线黑泥哨组(P2h)与个旧组(T2g)断层接触，峨眉山组玄武岩下伏于黑泥哨组且沿南北向与地下有较大深度延伸，断层构成峨眉山组玄武岩基岩裂隙含水层、黑泥哨组碳酸岩夹碎屑岩裂隙溶隙含水层与个旧组岩溶含水层的界线，形成溶蚀高原与金沙江右岸坡带间的阻水界线，控制了个旧组内地下水沿南北向运动。受此控制，九子海以东地区大量地下水并未直接向金沙江这一排泄基准排泄，而是向北运移至白浪花地下河出口排入黑白水。

3.4 示踪试验对地下水流场的测定

2012-2013年“丽江市黑龙潭保泉黑白水河引水补源工程”，2018年韩啸等人[11]，2020年笔者所在项目组对丽江盆地底部岩溶水进行了示踪试验。试验表明，九子海地区为清溪泉、黑龙潭泉群的主要补给区，黑龙潭与白马龙潭存在水力联系，丽江盆地底部松散孔隙水流向从北向南。九子海洼地汇聚地表水不会补给白浪花泉，溶蚀高原上地下分水岭分割了黑龙潭泉域及白浪花泉域。表明丽江盆地底部松散含水层与下伏基岩岩溶含水层间水力联系弱，且相互独立性强，物质交换概率较小或越流过程较为漫长，可作为独立的含水层系统研究。

4 研究区地下水系统划分

研究区及其周围划分5个一级系统，其系统边界及地下水径流方向见图3。

图3 研究区地下水系统划分图

5 丽江盆地系统水循环特征

此次研究重点关注丽江盆地系统，其水循环路径分析见表2。丽江盆地地下水补给来源以大气降水、冰川融水为主，以河流、灌溉水补给和侧向补给为补充，补给方式以面状入渗为主，集中灌入式补给为辅，整体由北、东、西三面向盆地汇集，汇入盆地后向南部径流；地下水主要以泉水和蒸发的形式排泄。系统内可溶岩地层内分布的断层，控制岩溶发育，主导岩溶管道等发育方向，在一定程度上控制地下水流向及径流路径。丽江盆地东部溶蚀高原上，以个旧组(T2g)为主体的岩溶水系统内，断层十分发育，这些断层附近为岩溶易发带，红水塘、九子海、上古都塘等洼地的形成与断裂密切相关，其地下岩溶管道或管洞发育的方向受断层控制，地表多表现为落水洞、漏斗以构造线方向线性分布。

表2 丽江盆地地区地下水二级系统特征

盆地周边岩溶山地分布较多表层岩溶泉；多数岩溶大泉(九鼎龙潭等)属浅循环径流模式，分布于盆地边缘，流量动态变化大；少数岩溶大泉(观音峡泉等)属峡谷深循环模式，径流穿越了地表分水岭，泉流量较为稳定。

6 结论

丽江盆地为径流型盆地，主要汇集了玉龙雪山冰雪融水和大气降水以及东部岩溶高原面上大气降水，地表水汇聚成漾弓江由北向南流出盆地排泄，地下水向东南方向深入径流，穿越地表分水岭以大泉形式排泄。大气降雨向盆地汇聚过程曲折复杂，地表水和地下水转化频繁，不同径流层次并存。黑龙潭补给来源单一，径流过程受气候影响严重；黑龙潭泉域补给丽江古城地下水，后者区域内地下水开发对黑龙潭泉域水位有较大影响。