呂玉香，胡 偉，周 軍

（重慶市地勘局208水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，重慶 400700）

0 引言

重慶市巖溶分布區(qū)面積約3×104km2，主要分布在渝東北和渝東南地區(qū)。巖溶分布區(qū)干旱缺水嚴(yán)重，石漠化等生態(tài)環(huán)境問題突出，交通不便，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。本文選取了一個(gè)巖溶典型分布區(qū)——涪陵焦石片區(qū)，擬對(duì)其巖溶發(fā)育規(guī)律及控制因素進(jìn)行分析研究，為重慶市進(jìn)一步開展巖溶找水和石漠化綜合整治提供科學(xué)依據(jù)。

1 工作區(qū)概況

工作區(qū)位于重慶市東部，涪陵城區(qū)東南，行政區(qū)劃屬于涪陵區(qū)焦石、羅云、土地坡、卷洞、山窩、大木、武陵山、天臺(tái)、龍?zhí)?、白濤、梓里、酒店、江東、荔枝，豐都縣湛普、包鸞、三壩，武隆縣雙河、木根、白馬、興順、鴨江等鄉(xiāng)鎮(zhèn)一帶，面積約1318km2。地理坐標(biāo)：東經(jīng)107°18'45″～107°44'56″；北緯 29°23'28″～ 29°49'45″。該區(qū)地表徑流不易攔蓄，干旱缺水嚴(yán)重，水利工程甚少，為涪陵區(qū)的嚴(yán)重干旱缺水區(qū)之一，亦為重慶市東南部嚴(yán)重干旱缺水、生態(tài)環(huán)境脆弱的重點(diǎn)巖溶區(qū)之一。

2 巖溶發(fā)育規(guī)律

2.1 地表巖溶發(fā)育規(guī)律

按巖溶形態(tài)及其組合特征，可將本區(qū)巖溶組合形態(tài)為壟崗谷地中山、壟脊槽谷低—中山、巖溶峽谷中山、溶丘谷地低山（圖 1）四種類型［1］。

2.1.1 壟崗谷地中山（Ⅴ1）

主要由三疊系中統(tǒng)巴東組、下統(tǒng)嘉陵江組碳酸鹽巖構(gòu)成。其主要特征表現(xiàn)為沿構(gòu)造線方向發(fā)育條形巖溶谷地，谷地中有落水洞、漏斗等巖溶形態(tài)發(fā)育。地形標(biāo)高一般在1000～1700m，相對(duì)切割深度一般為200～500m。主要分布于白馬向斜一帶。

2.1.2 壟脊槽谷低—中山（Ⅴ2）

主要由三疊系中統(tǒng)巴東組、下統(tǒng)嘉陵江組、大冶組地層組成。在純質(zhì)碳酸鹽巖分布區(qū)，有洼地、溶蝕谷地、落水洞、溶洞等巖溶形態(tài)分布。地形標(biāo)高一般在600～900m，相對(duì)切割深度一般為200～400m。分布于西南部烏江沿岸一帶。

2.1.3 巖溶峽谷中山（Ⅵ1）

由三疊系下統(tǒng)大冶組、二疊系碳酸鹽巖組成。地面高程在700～1200m，相對(duì)切割深度一般為400～800m。垂直巖溶形態(tài)較發(fā)育，形成局部或區(qū)域分水嶺。分布于大耳山背斜、方斗山背斜。烏江及其支流麻溪河橫切形成巖溶峽谷中山。

2.1.4 溶丘谷地低山（Ⅶ1）

由三疊系下統(tǒng)嘉陵江組純質(zhì)碳酸鹽巖、三疊系中統(tǒng)巴東組不純碳酸鹽巖組成。地層較平緩，地表、地下巖溶形態(tài)發(fā)育，主要有溶丘、洼地、溶蝕谷地、落水洞、漏斗、天窗、地下河、溶洞等，是本區(qū)的主要巖溶層組。地面標(biāo)高一般在500～800m，相對(duì)切割深度一般為50～150m。分布于焦石、白濤、豐都縣包鸞一帶，面積最大。

2.2 地下巖溶發(fā)育規(guī)律

2.2.1 巖溶洞穴

巖溶洞穴在本區(qū)主要表現(xiàn)為水平溶洞、傾斜溶洞、落水洞、天窗、伏流入口及部分地下河出口等。以三疊系嘉陵江組、二疊系碳酸鹽巖地層中最發(fā)育。從流域來看，巖溶洞穴主要分布在卷洞河流域、包鸞河流域、烏江干流、長(zhǎng)江干流（圖2）。

圖1 涪陵焦石片區(qū)地貌及地表巖溶分區(qū)圖Fig.1 Zoning of geomorphological map in Jiaoshi area of Fuling County

（1）巖溶洞穴成層分布

本區(qū)巖溶洞穴分布呈層較明顯，并大致與各期夷平面及階地相對(duì)應(yīng)。在較高一級(jí)夷平面，以傾斜、垂直的洞穴為主，亦有少量水平巖洞穴。如大耳山背斜；在600～800m左右夷平面發(fā)育有垂直巖溶洞穴及水平巖溶洞穴，如焦石一帶，分布有大量落水洞、天窗、伏流；在烏江期夷平面附近以水平溶洞為主。

（2）巖溶洞穴發(fā)育與地貌相適應(yīng)

在壟脊槽谷、壟崗谷地區(qū)主要以垂直洞穴為主，發(fā)育有較大型的天窗、落水洞，如大木峽谷地中的地下河天窗；在溶丘谷地，巖溶洞穴較發(fā)育，有垂直的地下河天窗、落水洞、伏流，地表、地下水轉(zhuǎn)化頻繁，如羅云壩洞口灣地下河，地表水在干龍壩進(jìn)入地下補(bǔ)給地下水，于羅云壩洼地邊緣洞口灣出露地表；在巖溶峽谷，以水平溶洞為主。

（3）巖溶洞穴發(fā)育與碳酸鹽巖巖性

三疊系下統(tǒng)嘉陵江組灰?guī)r質(zhì)純，分布面積大，地表地下溶蝕強(qiáng)烈，巖溶形態(tài)發(fā)育，有較多的落水洞、地下河、伏流分布，本區(qū)的巖溶洞穴絕大部分分布在該地層中；二疊系碳酸鹽巖質(zhì)較純，巖溶亦較發(fā)育，有被遺棄的地下河故道；而在三疊系中統(tǒng)巴東組、下統(tǒng)大冶組，因其巖性組合為碳酸鹽巖、碎屑巖相間，其溶蝕強(qiáng)度較低，巖溶洞穴不發(fā)育。

圖2 涪陵焦石片區(qū)巖溶洞穴分布圖Fig.2 Sink hole distribution in Jiaoshi area of Fu ling county

（4）巖溶洞穴與構(gòu)造

在背斜軸部及各構(gòu)造復(fù)合轉(zhuǎn)折部位，巖溶洞穴發(fā)育，其規(guī)模亦較大，如羅云壩洞口灣地下河，發(fā)育于大耳山背斜轉(zhuǎn)折部位。另外，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)巖溶洞穴的發(fā)育影響亦較明顯，如卷洞河、烏江兩岸間歇性抬升較強(qiáng)，發(fā)育較多的水平溶洞洞穴。

2.2.2 表層巖溶帶及表層巖溶泉

（1）表層巖溶帶

“表層巖溶帶”是由于強(qiáng)烈的巖溶化過程，在表層碳酸鹽巖形成各種犬牙交錯(cuò)的巖溶個(gè)體形態(tài)和微形態(tài)并組合構(gòu)成不規(guī)則帶狀的強(qiáng)巖溶化層［1］。它是巖溶水動(dòng)力帶中包氣帶中上部相對(duì)含水比較豐富的部分。本區(qū)出露的碳酸鹽巖主要為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖，二疊系的灰?guī)r、含泥質(zhì)硅質(zhì)灰?guī)r。

據(jù)調(diào)查，本區(qū)表層巖溶帶的發(fā)育不但受巖性組合的控制，還因地形地貌部位不同，其發(fā)育分布特征各異。就巖性來說，以嘉陵江組灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖表層巖溶帶最發(fā)育，其厚度一般在12～15m。主要分布于焦石壩至山窩一帶。二疊系灰?guī)r，由于分布在長(zhǎng)條狀背斜部位，地層產(chǎn)狀較陡，一般表層巖溶帶不發(fā)育，在有條形巖溶槽谷分布的局部地帶可發(fā)育表層巖溶帶，由于所處地形地貌部位較高，地表地下水運(yùn)動(dòng)快，巖溶地下水埋藏深，表層巖溶泉不發(fā)育。在不純碳酸鹽巖組中，由于巖溶作用受到限制，表層巖溶帶不發(fā)育，其厚度一般在數(shù)十厘米，局部緩坡地帶或谷地邊緣表層巖溶帶相對(duì)發(fā)育較好。表層巖溶帶主要分布于卷洞河流域、包鸞河流域、長(zhǎng)江干流等。

（2）表層巖溶泉

表層巖溶泉賦存于表層巖溶帶中，據(jù)調(diào)查資料，表層巖溶泉流量一般在0.1～1.0L/s，其流量受降水影響較大，隨季節(jié)變動(dòng)，在干旱季節(jié)，甚至流量干枯，但在雨季，其流量可增大數(shù)倍。表層巖溶帶及表層巖溶泉所處地形地貌部位主要為各巖溶洼地及地形較平緩的斜坡地帶。

2.2.3 地下巖溶管道、裂隙、孔隙

地下巖溶管道主要分布在卷洞河流域、包鸞河流域、長(zhǎng)江干流等流域。巖溶管道是巖溶地下水的集中排泄帶，主要分布于三疊系下統(tǒng)嘉陵江組質(zhì)純灰?guī)r中，位于巖溶水水平循環(huán)帶，如焦石壩一帶發(fā)育的地下河。溶蝕裂隙主要分布于碳酸鹽巖地表，為構(gòu)造裂隙溶蝕加寬而形成，與下部巖溶管道有一定聯(lián)系，是地表水、降水入滲補(bǔ)給地下水的主要通道，面上分布較廣泛，以三疊系下統(tǒng)嘉陵江組、二疊系碳酸鹽巖組最發(fā)育。據(jù)以往鉆探資料，孔隙、溶孔等巖溶微形態(tài)一般分布在較深部位，在150m左右較發(fā)育，基本上位于區(qū)域巖溶發(fā)育深度下限，地表淺層孔隙且一般分布在巖溶宏觀形態(tài)不發(fā)育的地層中，如巴東組、大冶組等地層，以及地形上為斜坡的坡體部位。

3 巖溶發(fā)育影響因素分析

3.1 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巖溶發(fā)育起到了控制性作用。

背斜軸部：一般是地下水和地表水分水嶺，巖溶發(fā)育程度相對(duì)較差，地表巖溶主要為落水洞、漏斗、小型條形溶蝕谷地，沿構(gòu)造線方向排列。如大耳山背斜、銅麻灣背斜。

背斜翼部：巖溶發(fā)育受地層傾角影響較大：陡翼部位巖溶往往沿層面裂隙及縱張裂隙發(fā)育，形成順層徑流的地下河管道，由于露頭狹窄，地形陡峻，不易形成槽谷，地下水補(bǔ)給條件相對(duì)較差；緩翼部位露頭寬闊，除走向裂隙外，一般發(fā)育一組“X”扭裂隙，地下水沿走向、傾向運(yùn)動(dòng)，巖溶作用強(qiáng)烈，在背斜翼部發(fā)育大型巖溶谷地，如焦石壩谷地、山窩谷地等。

向斜軸部：一般地層傾角較緩，匯水面積大，給巖溶發(fā)育創(chuàng)造了良好條件，有利于地表巖溶發(fā)育。如本區(qū)的焦石壩一帶的老場(chǎng)褶曲組、金子山向斜。

褶皺轉(zhuǎn)折端（背斜傾末端和向斜翹起端）：由于這些部位地層走向和傾向發(fā)生改變，巖體較破碎，有利于巖溶的發(fā)育。

斷裂帶：由于斷層影響，地層破碎，加速了巖溶化作用，在斷裂帶附近巖溶發(fā)育，巖溶洼地、落水洞、漏斗及地下河沿?cái)嗔褞С蚀闋罘植肌Ｈ缃故瘔螖嗔选?/p>

3.2 巖性及其組合特征

本區(qū)碳酸鹽巖分布面積大，以三疊系下統(tǒng)嘉陵江組質(zhì)純碳酸鹽巖為主。其巖性的組合特征，是巖溶發(fā)育程度的基礎(chǔ)因素，以純碳酸鹽巖巖溶最為發(fā)育，不純碳酸鹽巖組巖溶發(fā)育程度次之。據(jù)本次采取的巖樣分析資料（表1），灰?guī)r質(zhì)純，地表地下水易對(duì)其產(chǎn)生溶蝕作用，且強(qiáng)度大，巖溶化最強(qiáng)，大多數(shù)的巖溶洼地、谷地、落水洞、漏斗、天窗、溶洞發(fā)育在灰?guī)r巖組中。泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖巖溶發(fā)育中等。白云巖發(fā)育最差。

表1 巖樣分析成果一覽表Table 1 Chemical com positions of limestone samples

3.3 水動(dòng)力條件

在較高部位，降水入滲后，主要表現(xiàn)為垂直運(yùn)動(dòng)補(bǔ)給巖溶地下水，對(duì)可溶巖層進(jìn)行溶蝕，以發(fā)育垂直巖溶形態(tài)為主，形成落水洞、漏斗，地下水徑流深度大，為垂直循環(huán)帶。在背斜兩翼，地層產(chǎn)狀較陡，地下水主要以橫向徑流為主，在兩翼的溶蝕谷地、洼地邊緣形成巖溶泉，排泄于地表，其巖溶發(fā)育主要以橫向裂隙控制為主，在地表表現(xiàn)為橫向溶蝕溝谷，地下則表現(xiàn)為地下水橫向徑流形成巖溶泉，如山窩一帶谷地邊緣出露的巖溶泉。

由于地表水系的強(qiáng)烈切割，使得在河流邊緣，巖溶水水力坡度加大，有垂直巖溶形態(tài)（如漏斗等）發(fā)育，麻溪河（卷洞河）邊緣發(fā)育的漏斗。而在遠(yuǎn)離河流的地帶，在純質(zhì)碳酸鹽巖分布區(qū)，有利于巖溶的發(fā)育，特別是在巖溶洼地、谷地中以發(fā)育地下河為主，巖溶地下水以水平運(yùn)動(dòng)為主，垂直巖溶形態(tài)，如漏斗、落水洞、天窗等在其徑流途徑上呈線型分布，與地下河徑流方向一致，相應(yīng)的地下水水力坡度較小，地下河出露于洼地、谷地的邊緣。如在下焦石地下河、綠蔭洞地下河等，其主要補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)的高差僅數(shù)十米。

3.4 巖溶發(fā)育期

喜馬拉雅山運(yùn)動(dòng)后，本區(qū)地貌骨架基本形成，地殼處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，白堊紀(jì)末，Ⅰ級(jí)夷平面基本形成。Ⅰ級(jí)夷平面標(biāo)高2000～2200m，分布窄小，在該期，以發(fā)育垂直巖溶形態(tài)為主要特征，具體以漏斗、堅(jiān)井、洼地、谷地形態(tài)。早第三紀(jì)末期，上升運(yùn)動(dòng)又處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，形成了Ⅱ級(jí)夷平面。這一階段相當(dāng)于鄂西期。Ⅱ級(jí)夷平面標(biāo)高1600～1700m，分布于各背斜山頂，該期仍以發(fā)育垂直巖溶形態(tài)為主，兼有少量水平巖溶溶洞發(fā)育。

晚第三紀(jì)至早更新世初期，可分為二個(gè)亞期，第一亞期在東、東南部形成Ⅲ級(jí)夷平面，屬于山原期。以發(fā)育大型巖溶谷地，洼地、天窗、漏斗、落水洞及地下河為主，巖溶水動(dòng)力特征以水平運(yùn)動(dòng)為主，兼有垂直運(yùn)動(dòng)。不同標(biāo)高的溶洞層位置大致與當(dāng)?shù)匾钠矫鏄?biāo)高相當(dāng)。

早更新世初，山原期（盆地期）第二亞期夷平面形成后，地殼仍有間歇性抬升，長(zhǎng)江及其支流急劇下切，造成了雄偉壯觀的深切峽谷，以烏江為代表，稱烏江期。河谷兩岸形成的Ⅰ～Ⅲ級(jí)階地亦在此期形成。

4 結(jié)語

本區(qū)巖溶組合形態(tài)分為壟崗谷地中山、壟脊槽谷低—中山、巖溶峽谷中山、溶丘谷地低山四種類型。巖溶洞穴主要分布在卷洞河流域、包鸞河流域、烏江干流、長(zhǎng)江干流。

本區(qū)巖溶發(fā)育分布特征受到多個(gè)因素的影響，碳酸鹽巖巖性組合是其物質(zhì)基礎(chǔ)，區(qū)域構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是其影響因素。地表水系深切，降水較為豐沛，地表溶蝕強(qiáng)烈，不同的巖性組合、構(gòu)造部位，發(fā)育了不同的巖溶地貌形態(tài)?？傮w上，巖溶發(fā)育受控于巖性、構(gòu)造及地表水系的切割情況。

［1］重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局208水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，重慶重點(diǎn)地區(qū)——涪陵焦石片區(qū)巖溶地下水與環(huán)境地質(zhì)調(diào)查報(bào)告［R］.重慶：2008.208

Hydrogeological Team Under the Chongqing Geological Bureau of Geology and Minerals Exp loration.Chongqing key areas：survey report of karst groundwater and the environment geology at Jiaoshi area of Fuling［R］.Chongqing：2008.