四川天全县响水溪岩溶大泉成因模式研究

罗 敏,任 蕊,王 川

(四川省地质工程勘察院集团有限公司,四川 成都 610072)

0 引言

天全县响水溪岩溶大泉位于天全县小河镇响水溪村,泉口坐标为经度102°42′40.9″,纬度30°05′36.4″,高程894 m。作为天全县县城的集中式饮用水水源地,于1987年启用,水源地类型为地下水,占地面积23亩,划分有一级保护区、二级保护区和准保护区(图1)。设计供水能力20 000 m3/d,实际供水量为7 000 m3/d,承担着县城及城乡结合部约5万人,以及200家企业、事业单位的生产生活用水,供水意义重大。泉水主要从两个洞口流出,枯水期流量合计为20 000～24 000 m3/d,丰水期流量合计40 000～50 000 m3/d,为天全县境内水量最大的岩溶泉点(图2)。出露于苟家-双石断裂的断层破碎带上盘,该区域性断裂构造为龙门山逆冲推覆带和川西前陆盆地两大构造单元的边界断裂,构造复杂且作用强烈。泉口岩层破碎,出露条件差,且出露位置分别高于南侧天全河95 m,高于东侧支沟约20 m。区内的水文地质研究程度仅限于20万基础研究,从泉口出露的地形、构造、岩性条件,很难判断该岩溶大泉的成因。多年来,曾有多项工程规划从该区通过,碍于响水溪岩溶大泉的成因模式不清,一旦工程建设揭露岩溶管道,直接威胁天全县人民的生活饮用水源,同时对工程建设造成严重影响。因此,查清响水溪岩溶大泉的成因模式,对后期该地区的工程建设具有重要参考意义,促进地方经济建设与发展。

图1 响水溪出露地理位置图

图2 响水溪岩溶大泉出露洞口

1 响水溪泉域地质构造特征

1.1 自然地理概况

响水溪泉域南侧为天全河,西侧为拉塔河,东侧为小河子,北侧为小河子上游的黄沙河,其中拉塔河和小河子均为天全河的一级支流,同属于青衣江流域水系。区内为构造侵蚀剥蚀中山地貌,地形切割强烈,最高点为杉木山,海拔2 929 m,最低点为天全河与小河子河流交汇处,海拔760 m。山脊形态呈尖峭状,山坡和谷坡坡度一般在40°以上,河谷横剖面多呈“V”型,纵向坡度一般在1‰～5‰。区域内的支沟,纵剖面多呈阶梯状,水流多出形成小瀑布和跌水。

受地表水系和地貌控制,形成响水溪岩溶大泉相对独立的地下水单元,见图3。

图3 响水溪地形地貌图

1.2 地质条件

响水溪水文地质单元构造上位于龙门山逆冲推覆构造单元,东侧紧邻川西前陆盆地,构造作用强烈。构造单元内处于宝兴背斜南东翼,以“宝兴杂岩”的变质岩和侵入岩体为基地,其上为基岩盖层,呈南东、东向缓倾的单斜构造。基岩盖层的岩层倾角一般8°～20°,较为平缓,局部倾角可能变陡,达30°～50°,地层由老带新如同蛋糕一层层向上叠加,海拔越高,地层越新。

图4 响水溪地质图

龙门山逆冲推覆构造单元内断裂构造较为发育,主要有:城香岩断裂(FⅠ16)、火夹沟断裂(FⅡ31)、中坝断层(FⅠ17、FⅠ18)、响水溪断裂(FⅡ32)、苟家-双石断裂(FⅠ19)等,响水溪则出露于中坝断层的上盘。据钻孔ZK1揭露情况,孔深360 m,揭露地层岩性主要为白云岩,受构造影响,全孔裂隙发育,岩芯多呈碎块状、短柱状。钻孔多段揭露断层破碎带,约10%的断层泥和大量碎裂岩块,见图5。该孔终孔水位埋深为220 m,可见中坝断层虽然构造强烈、岩体破碎,但对于响水溪岩溶大泉,并不是主要径流通道。

图5 ZK1孔深203～209 m岩芯照片

1.3 水文地质特征

阳新组(P2y)灰岩地层主要分布于三王岗山山顶一带,形成缓坡槽谷地层,周边地形切割强烈,形成白矾岩-沉香岩“L”型陡崖,地形坡度陡变。山顶的溶蚀槽谷呈平行放射状列布,走向北西-南东,宽数十米,长600～1 500 m,使得地下水和地表径流向南东方向汇集,进入东西向的大槽谷,槽谷中发育一些岩溶洼地,见图6。岩溶槽谷和洼地是降雨及地表径流补给地下水的良好通道,其发育特征也反映出了地下水的径流特征。

图6 三王岗山山顶缓坡岩溶槽谷地形

泥盆系(D2y、D3gw)地层环山分布于阳新组(P2y)之下。岩溶发育主要为溶蚀裂隙和溶孔,溶隙宽30～100 mm,溶孔直径20～120 mm,关家村小河子左岸,顺观雾山组(D3gw)层间溶蚀裂隙,有多股泉水排泄出露,合计流量约80 L/s。

图7 响水溪水文地质简图

区内地下水的主要排泄方式为岩溶大泉,及呈线性排泄于地表支沟,除响水溪岩溶大泉外,区内还发育多个岩溶大泉,如表1。综合分析,该水文地质单元内存在裸露型、埋藏型两套岩溶地下水系统,构造作用下,两套地下水系统的含水层有相互连通,地下水相互转换。

表1 区内主要大泉出露信息

2 响水溪大泉成因模式综合分析

结合调查及分析,响水溪岩溶大泉的形成是一个跨流域、多来源的复杂成因模式,分析主要有以下四种水源组成:

2.1 山顶阳新组(P2y)+泥盆(D2-3)灰岩岩溶水

图8 响水溪水文地质剖面图

采用地下水枯期径流模数法进行地下水资源量估算,见表2。枯期径流模数利用调查泉点的流量和泉域面积计算所得。

表2 枯期径流模数法参数取值

可见山顶P2y+D2-3含水岩组可形成地下水资源量为225.18 L/s,而调查泉流量排泄为57.5 L/s,测流估算地表支沟排泄量约40 L/s,故剩余地下水水量约127.68 L/s形成深部径流,向响水溪径流排泄,约占响水溪排泄量的53.8%。

结合水化学特征分析,响水溪地下水化学类型为HCO3-Ca·Mg型,pH 7.9,矿化度278 mg/L,总硬度167 mg/L,地下水质量可达Ⅲ类水标准。对响水溪岩溶大泉及降雨采集同位素,结果见表3。

表3 响水溪同位素检测结果

按照H、O稳定同位素的高程效应原理,δD和δ18O随地下水补给高程的增大而减小。据此可以确定地下水补给高度,确定补给区,计算公式如下:

H=Hs+(δs-δp)/k

(1)

式中:H为地下水补给区高程,m;Hs为地下水取样点含水层高程,取值894 m;δs为地下水的δ18O值,取值-9.38‰;δp为大气降雨的δ18O值,本次取雪水和雨水的两组样的平均值,为-5.16‰;k为随高程的递减梯度,‰/100m;参考温带西南地区δ18O值高程效应典型值为-0.2.6‰/100m。

计算出响水溪补给高程为2 517 m,山顶阳新组出露区高程为2 200～2 700 m,基本一致,推测泉点的主要补给来源于杉木山一带的阳新组出露区。

2.2 环山灯影组白云岩岩溶水

图9 南侧灯影组地层顶板切割地形

2.3 岩溶水-地表水-岩溶水的转换来源

野外调查响水溪西侧的小干子沟在进入灯影组地层之前溪沟是有水的,合计流量约5.5 L/s,在流经灯影组地层后逐渐消失,推测地表水消失后转为地下水,进入了响水溪岩溶大泉的管道系统。采用地下水枯期径流模数法估算,见表4。该流域内灯影组及上游地下水资源量为26 L/s,假设全部通过灯影组下渗后,向响水溪径流排泄,则水量贡献约11%。

表4 小干子沟地下水资源量估算

2.4 小河子地表水补给

北侧的震旦系灯影组地层在龙门电站段出露于小河子河床两岸,河床高程920～980 m,响水溪出露高程是894 m,北高南低,水力坡度0.33%～1.1%。综合考虑地层岩性、产状、地势、岩溶发育情况,本次调查判断该段地表水是存在对地下水的补给的,但是径流量不大,采用侧向径流法对补给量进行估算,见表5。该模式对响水溪泉的补给量为45.97 L/s,对响水溪的水量贡献约19.4%。

表5 小河子侧向补给量估算

3 结语

响水溪岩溶大泉出露特征异于常规的岩溶大泉,为多含水层、多种径流途径最终汇集形成,水量大、影响范围广。工程规划建设时,应合理规避,特别是泉口附近的灯影组含水岩组,该处为多途径地下水径流汇集之处,希望本文的分析可为后期该区的工程建设提供参考依据。