乌蒙山彝良县树林乡一带岩溶水文地质特征_蒲文斌.pdf

2020年第11期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-03-03修回日期 2020-04-10 基金项目 中国地质调查局乌蒙山连片贫困缺水区15万水文地质调查项目DD20160287。 第一作者简介 蒲文斌 （1989-） ， 男 （汉族） ， 四川巴中人， 工程师， 现从事水文地质及地质灾害的工作。 乌蒙山彝良县树林乡一带岩溶水文地质特征 蒲文斌*1， 陈鹏 1， 钱 康 1， 魏良帅2， 韩小刚1 （1.四川省地质工程勘察院集团有限公司， 四川 成都 610072; 2.中国地质科学院探矿工艺研究所， 四川 成都 611734） 摘要 在乌蒙山15万奎香幅水文地质调查的基础上， 选取岩溶最为发育的树林乡一带进行研究， 结合野外现场调查及室内水化学测试， 基本查明了区内岩溶地貌特征及水化学特征。区内水化学类 型以HCO3-Ca型水和HCO3SO4-Ca型水为主， 地下水质量为Ⅱ-Ⅴ类， 其中Ⅳ-Ⅴ类地下水约占 总水样的35， 主要是铁、 锰、 铝、 NO3-（以N计） 浓度超标； 通过同位素分析表明区内地下水多混入 现代水， 其滞留时间短， 地下水径流活动强， 水循环交替快， 沿地下水径流方向水氘过量参数d值规 律性降低。 关键词 奎香幅； 岩溶； 水化学特征； 树林乡 中图分类号 P64 文献标识码 A 文章编号 1004-5716 （2020） 11-0127-04 岩溶水文地质特征主要包括岩溶发育情况、 影响 因素、 边界性质、 补径排条件及水化学特征等[1-2]。彝良 县树林乡位于云南省东北部， 地质条件较为复杂， 岩溶 十分发育， 岩溶水分布极不均匀， 缺水较严重， 了解该 地区的水文地质特征， 对于认识岩溶水的埋藏、 分布、 补给来源以及资源量的多少， 指导合理开采利用岩溶 水和保护岩溶水资源及环境具有十分重要的理论与实 际意义[3-4]。本文以乌蒙山连片贫困缺水区1 ∶ 5万奎香 幅水文地质调查为依托， 选择岩溶最为发育的树林乡 一带研究区为研究对象， 研究区总面积48km2， 岩溶区 面积36km2， 结合现场调查及地下水取样测试， 分析该 地区的岩溶发育特征与岩溶水水化学特征和同位素特 征。 1研究区概况 研究区地处云贵高原北部， 彝良县东南边陲， 地处 彝良县、 镇雄县结合部。树林乡位子乌蒙山系的大黑 山系与燕子山之间， 最高海拔 2689m， 最低海拔 1867m， 平均海拔2303m， 地势平缓， 地貌为中部高， 分 别向东南和西北方向倾斜， 是一个集高寒、 边远、 贫困、 落后于一体的多民族杂居乡。多年平均气温13℃， 多 年平均降水量917.75mm， 无霜期180d， 土壤为酸性。 主产玉米、 洋芋。地下有丰富的石英砂、 无烟煤、 石灰 石等。 树林乡一带西北部出露碎屑岩地层， 主要有志留 系上统菜地湾组 （S3c） 、 泥盆系下统翠峰山组 （D1c） 、 泥 盆系下统边菁组坡脚组 （D1pb） 、 泥盆系中统缩头山 组 （D2s） 、 二叠系下统梁山组 （P1l） 地层， 东南部出露碳 酸盐岩地层， 主要二叠系下统茅口组 （P1m） 、 栖霞组 （P1q） 地层， 占研究区面积的75。 研究区地质构造较发育， 主要为碗厂树林断层， 为一条区域性逆断层， 北东南西向展布， 长约13km， 走向45， 断层面倾向北西， 倾角40。发育于泥盆系中 统箐门组至泥盆系下统翠峰山组地层中， 断层带上各 地层岩石普遍挤压破碎强烈， 断层破碎带宽8～15m， 两侧次级结构较发育， 岩石破碎， 方解石脉、 节理发育， 断层角砾岩呈棱角状， 断层泥可见。 研究区地下水主要为碳酸盐岩类岩溶水， 赋存于 P1q、 P1m等含水岩组中， 发现27处泉水、 2处暗河出口， 5处暗河入口， 流量从0.01～190L/s， 分布极不均匀 （表 1） 。 2研究区岩溶发育特征 研究区的可溶岩为纯碳酸盐岩型， 主要岩性为灰 岩， 主要分布于P1q、 P1m地层中。可溶性岩层在岩溶作 用下可形成一系列独特的地貌， 沿石槽梁子一独木 127 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 树黑石头一带为峰丛地貌， 其北西测为峰丛洼地地 貌， 东南侧主要为岩溶槽谷、 溶蚀洼地地貌[5]。 2.1P1q灰岩区 岩溶强烈发育， 主要为岩溶水局部排泄区， 地下 河、 洼地、 落水洞、 漏斗等常见， 常形成峰丛洼地、 峰丛 槽谷等， 溶洞、 有水竖井、 溶潭、 地下河天窗及地下河等 各种岩溶水文现象发育， 富水性极丰富。 分布有老矿山、 茅坡、 下寨三大地下水系， 共同构成 树林管坝地下河系统， 地下河及支流频繁出没于广阔 的峰林洼地之间， 地下水丰富， 一般埋深多小于50m， 溶 潭、 暗河天窗、 消水洞、 地下河及岩溶大泉等常见。 地下暗河入口、 出口连续发育， 规模大小不等， 形态 各异， 展示出岩溶管道强烈发育区千疮百孔的生动景观， 表层地下河系统一般沿洼地间峰丛发育， 入口、 出口常位 于洼地两侧， 如A2地下河出口， A3地下河入口， 一般长 1～2km， 宽数米至数十米， 整体沿南西北东向径流。 沿二叠系下统梁山组 （P1l） 页岩、 粘土岩、 砂岩、 煤 系地层与二叠系下统栖霞组 （P1q） 底部灰岩接触带， 透 水性较弱的非碳酸盐岩层， 阻挡了岩溶水的运动， 并使 地下水顺其界面运动 （图1） ； 在灰岩一侧， 往往是岩溶 现象强烈发育地段， 沿途泉点密布， 地表岩溶现象密 布， 多有落水洞、 暗河入口、 消水洞、 洼地、 漏斗等， 多呈 长条形串珠状及带状发育， 其下多为地下暗河分布。 2.2P1m灰岩区 岩溶发育较强烈， 主要为岩溶水补给径流区， 主要 发育坡立谷、 洼地、 槽谷、 溶洞、 地下河、 落水洞、 岩溶漏 斗等， 常形成溶蚀洼地、 槽谷等地貌。地表发育串珠状 洼地， 整体沿南西北东向发育， 地下水极贫乏， 泉水 极少， 当地村民缺水严重， 常将雨水汇集于屋顶利用。 地下河不同于P1q地层， 在P1m地层中地下河埋深较 深， 多在地表150m以下， 区内主要为地下河入口， 地表 水流入地下暗河， 入口处岩溶发育， 溶洞口高5～20m， 宽2～10m， 常年有水， 枯季流量10～100L/s， 可供人通 行， 出口位于20km外的镇雄县牛场镇， 出口处流量达 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 调查点编号 A2 A5 A7 A10 A11 A13 A18 A32 A33 A34 A36 A39 A40 A41 流量L/s 190 6.984 0.091 1.519 46 14.234 12.2 0.186 0.644 3.173 0.349 2.9 11.607 122.8 调查点类型 暗河出口 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 暗河出口 序号 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 调查点编号 A42 A43 A45 A46 A50 A52 A53 A54 A55 A81 A82 B01 B02 B14 B17 流量L/s 0.427 26.8 1.513 1.578 3.428 0.169 0.374 0.01 0.25 0.062 0.75 5.121 7.89 0.018 0.24 调查点类型 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 下降泉 表1研究区水点统计表 128 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 5481L/s， 构成寸田九股水地下河系统[6]（图2） 。 3地下水水化学和同位素特征 2017年10月22～27日在区内采集了23组常规地 下水化学组分分析样品和5组同位素分析样品。常规 组分测试在四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩矿 测试中心进行， 氢氧同位素在中国地质科学院岩溶地 质研究所测定， 所有水样测试均符合规范要求。 3.1常规组分水化学特征 区内主要为碳酸盐岩溶裂隙水， 主要分布于二叠 系碳酸盐地层中， 将地下水中常规组分投影到Piper三 线图中 （图3） ， 其特征如下。 图3研究区地下水piper三线图 pH值变化不大， 整体略偏碱性； 总溶解性固体小 于 1g/L， 为淡水； 总硬度 147.1～928mg/L； 阴离子以 HCO3-和SO42-为主， 而阳离子以Ca2为主； 个别组分浓 度不稳定， 变化较大。水化学类型以HCO3-Ca型水和 HCO3SO4-Ca型水为主。 根据 地下水质量标准 （GB/T14848-2017） [7]， 在 23组样品中， Ⅱ类地下水1组， Ⅲ类地下水14组， Ⅳ类 地下水3组， Ⅴ类地下水5组。Ⅳ-Ⅴ类地下水约占总 水样的35， 主要是铁、 锰、 铝、 NO3-（以N计） 浓度超 标， 其中NO3-（以N计） 浓度超标主要是由于农业污染 和生活污染造成， 铁、 锰、 铝浓度过高主要是采煤活动 污染地下水引起的。总体来讲， 区内地下水水质较好。 3.2地下水中同位素特征 氢氧同位素常用来示踪地下水的补给来源， 判断 地下水的径流交替强弱， 以及识别地下水径流过程中 与围岩发生的水岩相互作用过程[8]。 3H常用来定性地估算地下水年龄的范围， 氚浓度在 实验室检测精度下， 3H ＜2TU， 可认定该水样年龄老 化， 为1953年前补给； 3H 2～4TU， 为老水有新水混入； 3H 4～15TU， 为现代水 （小于 5～10a） ；3H 15～30TU， 水样中存在一些核爆 3H[9]。通过试验分析， 研究区2个 水样为老水混入新水， 3个水样为现代水， 主要是研究 区岩溶管道裂隙发育， 地下水补给途径短， 多为现代 水。 研究区地下水氘过量参数d（dδD- 8δ18O） 常反映 地下水运动速度[10]， 研究区d值为11.26‰～15.86‰， 说 明研究区地下水滞留时间短， 地下水径流活动强， 水循 环交替快； 沿地下水径流方向分别取样 KA043、 129 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 通过对树林乡一带岩溶特征及地下水水化学特 征、 同位素特征分析研究， 得出以下结论 （1） 研究区岩溶地貌发育， 主要有地下河、 落水洞、 岩溶漏斗、 坡立谷、 溶蚀洼地、 槽谷等； 地下水主要为碳 酸盐岩类岩溶水， 主要赋存于P1q含水岩组中， 沿P1l与 P1q接触带发育大量泉水； （2） 研究区地下水阴离子以HCO3-和SO42-为主， 阳离子以Ca2、 Mg2为主， 以HCO3-Ca型水和HCO3 SO4-Ca型水为主； Ⅱ类地下水1组， Ⅲ类地下水14组， Ⅳ类地下水3组， Ⅴ类地下水5组， Ⅳ-Ⅴ类地下水主要 是铁、 锰、 铝、 NO3-（以N计） 浓度超标。 （3） 通过同位素分析， 研究区地下水多混入现代 水， 其滞留时间短， 地下水径流活动强， 水循环交替快； 沿地下水径流方向水氘过量参数d值逐渐降低， 呈规律 性变化。 参考文献 [1]曾红彪,邵莲芬,余宏明,等.贵州修文县陶家龙潭水源地水文 地质特征[J].长江科学院院报,2016， 33 （8） . 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