萍-樂坳陷帶之巖溶發(fā)育規(guī)律及巖溶水富集特征*

張愛華

(江西省地質(zhì)調(diào)查研究院,江西南昌330030)

萍-樂坳陷帶之巖溶發(fā)育規(guī)律及巖溶水富集特征*

張愛華

(江西省地質(zhì)調(diào)查研究院,江西南昌330030)

萍—樂坳陷帶為江西省最主要的隱伏巖溶發(fā)育區(qū)帶之一,巖溶地層發(fā)育,地表水、地下水循環(huán)交替強烈,地質(zhì)構(gòu)造復雜,為巖溶的發(fā)育、巖溶地下水的富集提供了良好的條件。查明巖溶發(fā)育規(guī)律及巖溶水的富集特征,可為地下水資源合理開發(fā)與地質(zhì)環(huán)境保護提供科學依據(jù)。

巖溶;發(fā)育規(guī)律;巖溶水;富集特征;萍——樂坳陷帶

1 概況

萍-樂坳陷帶位于江西省中部偏北的萍鄉(xiāng)至樂平段,為北東-北東東向延伸的狹長地帶,橫貫整個江西省,面積約2萬km2。地理坐標:東經(jīng)113°33′-118°06′,北緯27°33′-29°33′。

帶內(nèi)丘陵起伏,盆嶺相間,為江南丘陵區(qū)的組成部分,氣候溫和,雨量充沛,屬中亞熱帶濕潤季風氣候,多年平均降水量1 600～1 900 mm,年均蒸發(fā)量1 366～1 475 mm。地表水系發(fā)育,有淥水、錦江、袁水、贛江下游、樂安河等水系,水系支流又延伸到各山間谷地,形成密集狀的樹枝狀水文網(wǎng)。

坳陷帶處在揚子與華南兩大古板塊構(gòu)造單元結(jié)合帶,在構(gòu)造上表現(xiàn)為兩側(cè)邊界均受斷裂切割限制的、軸向北東-北東東的大型復式向斜,北東-北東東向斷裂十分發(fā)育。出露的碳酸鹽巖有古生代石炭紀大埔組和馬平組,二疊紀棲霞組、小江邊組、茅口組、七寶山組及長興組,中生代早三疊世青龍組,累計總厚度約2 000m,分布面積占全區(qū)總面積33%左右,可溶巖地層與非可溶巖地層相間產(chǎn)出,區(qū)域上呈條帶狀展布,走向與區(qū)域構(gòu)造線方向一致。坳陷帶是江西省內(nèi)的一個最主要隱伏巖溶發(fā)育區(qū)帶之一,隱伏巖溶發(fā)育并成帶展布,地下河等地下徑流發(fā)育,巖溶化深度達50～200 m,斷裂復合部位可加深至500 m;地下水動力系統(tǒng)、水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件異常復雜。可劃分為五個巖溶水含水系統(tǒng):淥水(萍水河)流域、錦江流域、袁水流域、贛江下游(豐城河西)流域、樂安河流域。

2 巖溶發(fā)育形態(tài)及一般特征

坳陷帶內(nèi)巖溶非常發(fā)育,有地表巖溶和地下巖溶兩大類[1-2]。巖溶形態(tài)類型及特征詳見表1。

表1 萍-樂坳陷巖溶發(fā)育形態(tài)及一般特征Table 1 Development morphology and general characteristics of karsts in Pingxiang-Leping depression belt

3 巖溶發(fā)育規(guī)律

受巖性、構(gòu)造、地貌等因素影響,巖溶的強度、規(guī)律和形態(tài)各異。

3.1 巖性對巖溶發(fā)育的影響

區(qū)內(nèi)可溶性巖石均為海相碳酸鹽巖類巖石,在構(gòu)造、埋藏等條件相近的情況下,各地層單位的巖性和化學成分不同,它們的相對溶解度也各不相同,巖溶發(fā)育程度存在明顯差異。石炭紀灰?guī)r含較高的CaO(46.5%)和較少的SiO2(2%),巖溶率高;茅口灰?guī)rCaO(47.6%)、SiO2(6%),巖溶率較高;長興灰?guī)rCaO(47.7%)、SiO2(10.9%),巖溶率較高;棲霞等灰?guī)rCaO(一般小于45%)、SiO2(大于10%),巖溶率小。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造對巖溶發(fā)育的影響

3.2.1 褶皺構(gòu)造對巖溶發(fā)育的影響

復式向斜的次級褶皺呈短軸狀的雁行排列,可溶巖與非可溶巖相間展布,使得可溶巖中地下水的運動在垂直巖層走向上受到了限制,而在平行巖層走向上卻得到了加強。因此,沿地層走向發(fā)育了一系列規(guī)模較大的溶洞和暗河。分宜湖澤及石虎尾一帶,處于一系列規(guī)模不大的褶皺軸部的茅口灰?guī)r中段,在地形上組成地表分水嶺,而在地下由于底墊有下段的泥頁巖限制,巖溶水沿垂直向斜軸的張裂隙順灰?guī)r與泥頁巖接觸面,由向斜北側(cè)地勢較高的沙江坪洼地(標高190 m)入口形成暗河,暗河長500 m,流至向斜南側(cè)成為穿山式暗河,并以巖溶泉形成暗河出口(標高160 m)(圖1)①1:20萬宜春幅水文地質(zhì)報告。

圖1 分宜中村石虎尾暗河示意圖Fig.1 Sketch map of underground river in Shihuwei,Zhongchun,Fenyi

3.2.2 斷裂構(gòu)造對巖溶發(fā)育的影響

斷裂與巖溶發(fā)育的關系極為密切,沿斷裂發(fā)育的溶洞和暗河,數(shù)量多,規(guī)模大。斷裂是地下水運移的通道,是巖溶發(fā)育的條件之一。距斷裂構(gòu)造的遠近,控制了巖溶發(fā)育的強度和深度。研究表明,斷裂構(gòu)造附近巖溶發(fā)育較強,線巖溶率19.7%,巖溶發(fā)育的深度也較大,巖溶發(fā)育深達100多米;而距斷裂較遠則巖溶發(fā)育強度相對較弱,線巖溶率9.4%,巖溶發(fā)育深度相對較淺,巖溶發(fā)育深度僅20 m。

北東、北西組斷裂的交切復合部位巖溶發(fā)育極為普遍。隨網(wǎng)格狀斷裂追蹤溶蝕,使巖溶發(fā)育的均勻性相對提高(圖2)。

沿裂隙發(fā)育的巖溶往往成為大型溶洞、暗河的分支,其特點是:規(guī)模小、洞體形態(tài)不規(guī)則、分支拐折多、洞底高低不平、洞的高度變化大。

3.3 地形地貌和新構(gòu)造運動對巖溶發(fā)育的影響

3.3.1 地形地貌對巖溶發(fā)育的影響

地貌與巖溶發(fā)育關系密切[3],在巖溶丘陵-洼地組合的分水嶺地帶,處于當?shù)厍治g基準面以上,地形高差大、坡度陡,差異性溶蝕強烈,地下水沿洞穴通道及溶蝕裂隙以垂直運動為主,巖溶形態(tài)多為漏斗、落水洞及小型巖溶洼地,分布標高多在420～290m之間;靠近山谷、洼地部位,地形低洼,坡度較平緩,地下水的水動力特征轉(zhuǎn)為以水平運動為主,且水流逐漸集中,流量增大,巖溶作用也相應增強,地下水的侵蝕作用也伴隨溶蝕作用而同時發(fā)生,因而在標高200～260 m坡腳和溝谷部位,往往形成大型的水平溶洞、地下暗河和巖溶洼地,其長度數(shù)米至數(shù)百米;在標高50～115 m的各水系河谷及其支流谷地中,以地下洞穴系統(tǒng)為主,出露有眾多的巖溶大泉,流量由每秒10升至數(shù)百升。

圖2 宜春柏木溶洞發(fā)育與裂隙關系圖Fig.2 Chart show ing relationship development of karst caves to karst fissures at Bomu,Yichum

3.3.2 新構(gòu)造運動對巖溶發(fā)育的控制作用

區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動以上升為主,在上升過程中有相對穩(wěn)定階段,因而呈現(xiàn)水平的強巖溶帶與垂直的弱巖溶帶相間發(fā)育的規(guī)律,溶洞具層狀分布特點。比較明顯的有四個發(fā)育層,自上而下,第一、二層空高25～40 m,溶洞個數(shù)少,為干溶洞,第三層空高3～10 m,溶洞密集,規(guī)模較大,為還在發(fā)育的有水溶洞,但已到晚期;第四層多與第三層共生,為雙層洞的下層,為正在發(fā)育形成與河床同高的有水溶洞,反映了四個相對穩(wěn)定的巖溶發(fā)育階段,為地面階段性抬升的結(jié)果。

3.4 隱伏溶巖的發(fā)育特征

坳陷帶的中東部地區(qū)為巖溶準平原區(qū),巖溶向深部發(fā)展,大多為隱伏巖溶。可溶巖區(qū)的第四系覆蓋層厚度一般5～35m①。鉆探工作顯示,淺部巖溶相對較為發(fā)育,常見巖溶形態(tài)為溶洞、溶隙,埋深80m以下巖溶發(fā)育程度相對較弱,巖溶形態(tài)以溶隙為主,溶洞次之。詳見表2。

①1:20萬南昌幅水文地質(zhì)報告

表2 鉆孔線巖溶率統(tǒng)計表Table 2 Statistics of karstif ication shown in drilling holes

4 巖溶地下水的富集特征

巖溶水的富集特征,與可溶巖的分布、巖溶發(fā)育強度及地質(zhì)構(gòu)造均有十分密切的關系。

4.1 富集于強、弱巖溶接觸帶

中、上石炭統(tǒng)壺天群灰?guī)r巖溶裂隙十分發(fā)育,是含水豐富的巖溶含水層;而下二疊統(tǒng)棲霞組灰?guī)r,由于巖性含炭質(zhì)、瀝青質(zhì),巖溶不甚發(fā)育,與壺天群灰?guī)r相比則含水貧乏,二者呈整合或假整合接觸。在巖溶地下水運移過程中,往往在強弱含水層的接觸帶形成排泄帶,出露較大的上升泉群,如宜春西村(圖3)。

圖3 西村強弱含水層接觸帶地下水富集剖面圖Fig.3 Profile show ing enrichment of groundwater in contact between intensive water-bearing and weak water-bearing strata in Xicun

4.2 富集于褶皺軸部

褶皺軸部受張應力影響,張性裂隙發(fā)育,經(jīng)長期的剝蝕風化,多形成負地形,因而在褶皺軸部常成為地下水儲存活動的場所。如天柱崗背斜:位于萍鄉(xiāng)市河下鄉(xiāng)天柱崗村南東,軸部為巖溶發(fā)育的下二疊統(tǒng)茅口組中段灰?guī)r,兩翼為上二疊統(tǒng)龍?zhí)睹合邓樾?含水性弱,地貌上呈現(xiàn)兩翼高中間低平的洼地(圖4),泉群在背斜軸部呈上升狀態(tài)出露,伴有大量氣泡溢出,枯季實測流量達8252.32噸/日[4]。

4.3 富集于扇形褶皺背斜傾伏端

長興灰?guī)r呈帶狀扇形褶皺展布。在傾伏背斜軸部,因受張力作用影響,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖石破碎,在長期風化、剝蝕和巖溶作用過程中,山丘被夷平,逐漸變?yōu)闇瞎韧莸?有利于地下水的循環(huán)交替。長興灰?guī)r巖溶裂隙水受頂板大冶組頁巖及底板龍?zhí)睹合瞪?、頁巖的限制,沿著灰?guī)r走向運動,當褶皺傾伏端頂板受大冶組頁巖的阻隔,地下水就泄出地表,成為上升泉。①1:20萬景德鎮(zhèn)幅水文地質(zhì)報告。

圖4 背斜軸部泉群地質(zhì)條件剖面圖Fig.4 Profile show ing geological conditions of fountains group in anticlinal axis

4.4 富集于兩向斜仰起端的交會處

在兩向斜仰起端的交會處,灰?guī)r巖溶及放射狀裂隙十分發(fā)育,地勢低洼,有益于巖溶水的富集。分宜縣雙林位于西部狀元橋向斜與東部皇化向斜兩者的收斂仰起端的交會處,發(fā)育由大小八個泉眼組成的巖溶大泉群,枯季實測總流量達51753.6噸/日,最大單個流量達17376.77噸/日,形成地下水富集帶。

4.5 富集于斷裂帶

斷裂的發(fā)生,改變了巖溶地層和非巖溶地層間原有的間隔關系,從而擴大儲水空間,促使巖溶水富集。例如下布斷裂,位于新余市界首鄉(xiāng)以北,為走向北北東、同時切割東西向三條斷裂的壓扭性斷裂,切穿溝通了上石炭統(tǒng)船山組灰?guī)r、下二疊統(tǒng)棲霞組、茅口組灰?guī)r及上二疊統(tǒng)龍?zhí)峨A碎屑巖等地層,斷裂通過處為長條形巖溶洼地,面積約4 km2,周圍均為相對隔水層環(huán)繞,泉群出露于斷層帶兩側(cè),呈沸騰狀涌出地表,并伴隨大量氣泡溢出,枯季實測流量達10053.50噸/日。

5 結(jié)語

本區(qū)充沛的降水給巖溶水提供了豐富的補給源,巖溶水通過地下巖溶空間進行地下調(diào)蓄,在有利地段富集,成為城市或鄉(xiāng)鎮(zhèn)較好的集中(應急)或分散供水水源地,有重要的社會效益和經(jīng)濟效益。

衷心感謝樓法生教授級高級工程師、魏源教授級高級工程師為提高本文質(zhì)量所作的技術(shù)性指導。

[1] 袁道先.中國巖溶學[M].北京:地質(zhì)出版社,1993.

[2] 中國科學院地質(zhì)研究所巖溶研究組.中國巖溶研究[M].北京:科學出版社,1979.

[3] 何宇彬等譯.喀斯特水文學[M].北京:地質(zhì)出版社,1982.

[4] 王權(quán).贛西袁水流域石炭系-三疊系灰?guī)r巖溶發(fā)育規(guī)律及巖溶水的富集特征[J].中國巖溶,1985,3 (3):215-229.

Development pattern of karst and enrichment characteristics of karst water in Pingxiang-Leping depression belt

ZHAN G A i-hua
(Geolog ical R esearch Institute of J iangx i P rovince,N anchang,J iangx i330030)

Pingxiang-L eping depression belt is one of the main development zones of blind karst in Jiangxi Province,where karst strata are well-developed,cycling and alternating of surface water and groundwater are strong and geological structures are complicated, providingfavorableconditions fordevelopment ofkarstandenrichment ofkarst groundwater.To investigate development pattern of karst and enrichment characteristics of karst water may provide scientific basis for rational exploitation of groundwater resources and geological environmental protection.

karst;development pattern;karst water;enrichment characteristics; Pingxiang-L eping depression belt

book=149,ebook=53

P641.134

A

1671-4814(2010)02-149-08

2009-09-29

中國地質(zhì)調(diào)查局“萍樂坳陷帶水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查”(項目編碼:1212020733905)資助。

張愛華(1959～),女,湖南株洲人,工程師,從事水工環(huán)工作。