南方的岩溶和岩溶水

如题所述

南方可溶岩主要包括震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系和三叠系的碳酸盐岩,主要分布在扬子地块和华南准地块,地处广西、广东、湖南、贵州、云南、四川、重庆、湖北、江西、江苏等省(区)。碳酸盐岩在广西、湖南、贵州、云南等省(区)有大面积裸露,在碳酸盐岩分布区存在小型褶皱和断层错动(图8.18),有些地方碳酸盐岩被非可溶岩分隔,在一些坳陷盆地(如四川盆地)和断陷盆地(如昆明盆地)深处也分布有碳酸盐岩。

图8.18 广西扶绥县东门岩溶储水构造剖面图

(据梁礼革,2006)

1—纯质碳酸盐岩;2—不纯碳酸盐岩;3—断层;4—储水构造界线。Q—第四系;P2,P2c,P2h—中二叠统;P1m—下二叠统;C3—上石炭统

南方地处热带亚热带湿润气候区,年降水量多大于1200mm,碳酸盐岩裸露区各种各样的岩溶形态极为发育,地表多见峰丛山区、峰林平原,有大量塔状山峰和岩溶洼地,并有红壤士和洞外钙华沉积,地下多发育各种规模的溶洞和地下河,位于地下水面以上的溶洞内有钟乳石、石笋等大量洞穴沉积物。在广西桂林-阳朔间漓江两侧以峰丛山区(洼地)和峰林平原为特征,在桂林市区附近150km2范围有220个塔状岩溶孤峰,平均高度74m,底部平均直径208m。在广西西部与云贵高原边缘接壤的斜坡地带,发育有绵延千里的峰丛山区和峰丛洼地,峰林平原零星分布其间。部分分布在盆地内和非可溶岩以下的埋藏型岩溶则以溶孔、溶隙和小型溶洞为主。

在南方大面积碳酸盐岩裸露区以溶洞型岩溶介质为主,埋藏型岩溶区则存在溶隙型岩溶介质。溶洞型岩溶介质多呈单层或多层非连续的溶隙-管道双重结构,其富水性极不均匀,揭露地下溶洞的钻孔和没有揭露溶洞的钻孔涌水量相差巨大。在岩溶平原区地下溶洞发育较多,地下水分布的均匀性和水力联系程度都好于峰丛山区。地下水的补给主要在碳酸盐岩裸露区通过垂向岩溶形态接受大气降水的入渗补给,补给集中而迅速,当地表河流转入地下后,也可以看成是地表水对地下水的补给。地下水的排泄方式通过地下河出口和泉排泄出地面后再汇入河流中,或者直接泄流到流经可溶岩的河流中。地下水的径流方向是自补给区向泉和地下河出口,其特点是水流比较集中而迅速。在洪水期还能见到部分岩溶水系统内存在多级泄洪或溢洪现象。在碳酸盐岩裸露区岩溶水系统以地下河流域和泉域为基本单元,在褶皱发育地区往往一个背斜或一个向斜构成一个岩溶水系统,而在被非可溶岩分隔的碳酸盐岩分布区常构成单独的岩溶水系统,非可溶岩分布区的部分区域有可能成为岩溶水系统的间接补给区。以表层岩溶泉排泄的表层岩溶带也以泉域构成岩溶水系统。

图8.19 广西地苏地下河系略图(平面图)

(据陈文俊,1988,转引自袁道先,1994)

1—地下河出口;2—地下河;3—地下河编号;4—地下河汇水区界线

我国南方岩溶水分布区有众多泉水和地下河。由于泉域岩溶水系统范围不大,所以泉流量一般不大,平均流量多数为每秒数十升至数百升,少数达数千升。泉域岩溶水系统进一步演化成为地下河岩溶水系统。南方地下暗河发育,据统计,仅在广西、贵州、云南、四川、湖南五省(区),枯季流量大于50L/s的地下河或伏流有2836条,又以云贵高原向广西峰林平原过渡的斜坡地带地下河数量多、流量也大(杨立铮,1985)。分布在广西中西部都安县的地苏地下河系(图8.19),汇水面积1004km2,有12 条支流,总长度241.1km,其中主河道长57.2km。地下河系发育于强岩溶化的中泥盆统东岗岭组、上泥盆统及二叠系纯质灰岩中,受多期构造运动及挽近期间歇性上升的影响,岩层发生褶皱和断裂;长期季节性短时间集中的降水通过峰丛洼地和落水洞注入地下(有效降水入渗系数0.5~0.8,区内年均降水量1739mm、年内平均气温21.3℃),沿断裂带和向斜轴部裂隙带逐渐溶蚀发育形成岩溶管道,并导致多层状和纵剖面阶梯状复杂地下河系的形成。地下河系在上游埋深近100m,为较简单的裂隙状岩溶管道,一般宽数米至20~30m,高十余米至数十米,中游多为脉状水系,河道宽度和高度为十余米至数十米,下游河道宽度数十米,高度为十余米至数十米。地下河系剖面上为多层结构,最多为4 层,常见为2层,支流常以跌水或瀑布形式汇入主流地下河道中。地苏地下河出口流量动态与降水关系密切,最大流量为544.9m3/s,枯季最小流量为4.03m3/s(袁道先,1994)。

南方岩溶水、大气降水、地表水“三水”之间转化迅速,地下水动态变幅大、变化迅速,滞后时间短,岩溶水系统的调节性能差。由于地下水获得大气降水的集中迅速补给,使地下水位迅速抬高,通过迅速径流以泉或地下河排泄,使地下水位又迅速下降。岩溶水流速每天数百米,在洪水期可达每天数千米。无论是泉排泄还是地下河排泄,流量都极不稳定,不稳定系数大。特别是在峰丛山区,每当较大的降水发生后,地下水位、泉流量及地下河出口流量迅速升高,降水结束后不久,地下水位、泉流量及地下河出口流量迅速下降,滞后时间最短只有几小时,最长仅数天。例如,广西乐业县百郎地下河系由主流和11条支流组成,流域面积835.5km2,主流长64.1km,地下河出口总流量总体上随降水量变化而具有季节性变化,也受每场较大的降雨影响,变幅大且变化迅速(图8.20),最小流量为2.04m3/s,最大流量为121m3/s,最长滞后时间为4 d(易求芳,1983)。

图8.20 广西乐业县百郎地下河流量过程线与降水量关系

(据易求芳,1983)

此外,在四川盆地中西部埋深1000~3500m处的碳酸盐岩中分布有热卤水,成为储卤层,并与石油、天然气的分布有密切关系,埋深200~1000m处的碳酸盐岩中分布有地下热水(刘俊贤等,2003)。在云南省昆明盆地的碳酸盐岩中也分布有地下热水。只有分布在盆地内的埋藏型岩溶水系统中的地下水动态才是比较稳定的。

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