王梅 許模 范辰辰 肖斌 趙瑞

摘要：巡司場位于四川南部宜賓市境內，區(qū)域上屬于四川盆地南緣山地與云貴高原過渡帶，巖溶發(fā)育強烈，地下水露頭密集分布。通過分析水文地質條件、各水點的水化學組分、氫氧同位素組成等資料，初步確定了研究區(qū)地下水徑流模式，進而采用水文地球化學模擬方法（Phreeqc反向模擬技術）對結果進行驗證分析，最終明確了小魚洞暗河、涼風洞暗河以及溫泉水的徑流路徑，發(fā)現(xiàn)三者相互獨立，不存在水力聯(lián)系，模擬結果與水化學、氫氧同位素分析結果基本一致。研究成果對巡司場地區(qū)的地下水開發(fā)利用以及工程建設具有重要參考意義。

關鍵詞：巡司場；涼風洞；徑流路徑；水化學組分；溫泉；Phreeqc；反向模擬

中圖分類號：P641文獻標識碼：A文章編號：

16721683（2014）02009705

Flow Path of Groundwater in Xunsichang of Yibin

WANG Mei，XU Mo，F(xiàn)AN Chenchen，XIAO Bin，ZHAO Rui

（State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment

Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Abstract：Xunsichang is located in Yibin City of south Sichuan，where belongs to the transition zone between the southern margin of Sichuan Basin and YunnanGuizhou Plateau with strongly developed karst and densely distributed groundwater outcrop.In this paper，the hydrogeological conditions，chemical composition of groundwater， and oxygen and hydrogen isotope data were analyzed to identify the groundwater flow path model in this area，and then the hydrogeochemical modeling method （Phreeqc reverse modeling technique） was used to verify the results.The runoff flow paths of Xiaoyudong ground river，Liangfengdong ground river，and hot spring were determined，which suggested there are no hydraulic connection between them.The simulation results were similar to those obtained from the hydrochemical and isotopic analysis.The results are of important significance for the groundwater exploitation and engineering construction in Xunsichang area.

Key words：Xunsichang；Liangfengdong；runoff path；water chemical composition；hot springs；Phreeqc；reverse simulation

地下水徑流路徑的研究不僅對區(qū)域內工程施工安全有非常大的影響，同時在水資源開發(fā)利用、保護以及溶洞旅游資源開發(fā)等方面都顯得十分必要。近年來，反向模擬技術在建武向斜地下水系統(tǒng)劃分[1]、重慶南北溫泉間水力聯(lián)系研究[2]、圓梁山隧道巖溶發(fā)育強度研究[3]、向斜型蓄水構造地下水徑流模式研究[4]等方面的研究應用取得了良好的成效。

在宜賓市巡司場不到1 km2的范圍內出露了小魚洞、大魚洞、涼風洞、冒水井等水點，以及巡司溫泉、鹽井溫泉等溫熱水泉點[5]，其中小魚洞和涼風洞為暗河出口，且涼風洞地下水為當?shù)匾患壉Ｗo飲用水源。區(qū)域內地下水露頭密集，類型多樣，而巡司場為宜賓市巖溶旅游開發(fā)重鎮(zhèn)，擬建的筠連-巡司快速通道線路將從該區(qū)域穿越，所以對該區(qū)域內的地下水研究尤為重要。本文將利用各泉點水化學組分、同位素等資料進行地下水動力的初步分析，同時運用水文地球化學反向模擬技術對分析結果進行驗證，以求準確查明地下水徑流路徑。

1區(qū)域地質概況

巡司場位于四川南部宜賓市境內，區(qū)域上屬于四川盆地南緣山地與云貴高原過渡帶。區(qū)域內地下水均在巡司場附近匯入巡司河內，屬長江支流南廣河水系。

研究區(qū)屬揚子準臺地、四川中坳陷區(qū)川東南褶皺束，北東向構造帶內。發(fā)育有多組大型褶皺及斷層構造，其中對本次研究有重要影響的為沐愛復式向斜、巡司場背斜以及巡司-天臺寺斷層，見圖1。

圖1研究區(qū)構造綱要圖

Fig.1Schematic diagram of structure in the study area

區(qū)域內出露地層主要為志留系、二疊系、三疊系及第四系地層。其中第四系以全新統(tǒng)沖洪積、殘坡積為主。三疊系地層以雷口坡組、嘉陵江組、飛仙關組灰?guī)r、泥質灰?guī)r、砂泥巖等為主；二疊系地層以宣威組砂泥巖夾煤層、峨眉山玄武巖、陽新灰?guī)r及梁山組碳質頁巖夾煤線等為主，志留系以泥巖、泥質粉砂巖、鈣質頁巖為主。

區(qū)內碳酸鹽巖地層主要為二疊系下統(tǒng)陽新組（P1y）灰?guī)r，以巡司-天臺寺斷層為界，斷層以北，區(qū)內碳酸鹽巖大面積分布，其中古樓壩及巡司場部分有第四系地層覆蓋；斷層以南，碳酸鹽巖呈南北向條帶狀分布。陽新組為質純灰?guī)r，巖溶發(fā)育強烈，地表一般形成峰叢-洼地、峰叢-谷地、巖溶峽谷，并且洼地數(shù)量多，規(guī)模大，地下多發(fā)育有大型溶洞，并構成樹枝狀、放射狀的地下管道系統(tǒng)。

2研究區(qū)水文地質條件

區(qū)內共有巖溶水點14個，分布于河流、溪溝以及坡腳處陽新組（P1y）灰?guī)r條帶內，見見圖2。從平均出露高程來看，南部地下水約500 m；北部則約為470 m，主要出露于古樓壩洼地西側沿線坡腳地帶；巡司河為區(qū)域地下水排泄基準面，其平均高程為418 m。

圖2巡司場巖溶水點分布示意圖

Fig.2Distribution of Karst water in Xunsichang area

區(qū)內地下水流量差異較大，部分水點隨季節(jié)變化，水溫主要集中在16 ℃～18 ℃，熱水溫度最高52 ℃。黃金壩一帶為區(qū)域地下水集中排泄區(qū)，但各泉點礦化度各不相同，小魚洞礦化度為954 mg/L，涼風洞礦化度為175 mg/L，而巡司溫泉和鹽井溫泉的礦化度高達5 795～6 962 mg/L。可見地下水礦化度由灰?guī)r條帶南端和西側向北東方向逐漸增大。

研究區(qū)內主要巖溶水點出露特征以及各泉點水化學組分和礦物飽和指數(shù)情況見表1，表2。

3地下水徑流路徑分析

3.1水化學組分分析

由表2分析可知，排泄區(qū)各巖溶泉點水化學組分差異較大：S08、S10為熱水，其水化學組分與其余泉點水化學組分具有明顯差異，為一單獨水化學系統(tǒng)；S14、S05水化學組分近乎一致，推測兩者屬于同一地下水系統(tǒng)；S04中各項水化學組分含量均介于以上2個地下水系統(tǒng)之間，獨立成為一個地下水系統(tǒng)。可見，雖然黃金壩地區(qū)為研究區(qū)內地下水集中排泄區(qū)，但各排泄點屬不同地下水系統(tǒng)。

3.1.1溫泉水系統(tǒng)分析

黃金壩地區(qū)溫泉水主要來自于其南東面陽新組灰?guī)r中的巖溶水，通過沐愛向斜軸部向北運移形成，受控于沐愛復式向斜承壓的古巖溶水蓄水構造，為深循環(huán)水[6]。從表2可知，溫泉水S08、S10中 SIC、SID值>0，SIG值<0，表明水中方解石和白云石過飽和，但還可以繼續(xù)溶解石膏，說明地下水徑流作用時間較長，循環(huán)條件較弱，交替緩慢，地下水與巖石相對作用時間較長，并混有深部鹵水，這也是其礦化度表現(xiàn)較高的原因[7]。巡司場溫泉水文地質剖面示意圖見圖3[8]。

圖3巡司場溫泉水文地質剖面示意圖

Fig.3Crosssectional hydrogeology of hot springs in Xunsichang area

3.1.2冷水系統(tǒng)水化學分析

研究區(qū)內地下水補給區(qū)主要為可溶巖條帶南部以及古樓壩洼地，即地下水來自于排泄區(qū)以南和以西兩個方向。根據其他各泉點水化學組分含量資料，S02、S06中各水化學組分含量普遍高于S15、S09，分別與小魚洞暗河出口S04和涼風洞暗河出口S05間水化學組分含量關系相同，所以S02、S06屬于小魚洞暗河，S15、S09屬于涼風洞暗河。由此可推測小魚洞暗河走向為近東西向，其徑流路徑為：自S03進入地下，經S06到達S04排泄轉為地表水，匯入巡司河；涼風洞暗河走向為近南北向，其徑流路徑為：自S15進入地下，經S09到達S05、S14排泄轉為地表水，匯入巡司河。

3.2同位素分析

大氣降水氫氧穩(wěn)定同位素組成隨海拔高程的變化而有規(guī)律的變化，此即高程效應[9]。高程越高，δD、δ18O值則越低，而且高程與δD、δ18O之間存在很好的線性關系。利用這一特點，可計算地下水系統(tǒng)的平均入滲補給高程[10]。根據研究區(qū)巖溶水點18O的高度效應，推算其補給高程見表3。

根據表3可知，S10補給高程約為990 m，高于巡司河左岸可溶巖出露高程100～150 m，所以溫泉水補給區(qū)位于巡司河右岸，再次驗證了溫泉水來自于南東面沐愛向斜的深部循環(huán)水的觀點。S05、S14補給高程為570～600 m，S04、S06補給高程為480～530 m，前者補給高程范圍明顯高于后者，說明兩者補給來源不同，分別屬于不同暗河系統(tǒng)，與水化學組份分析結果一致。同時根據同位素富集程度δD、δ18O值的變化，S06至S04以及S05至S14過程中δ值均在減小，這與地下水徑流路徑一致。S04為小魚洞暗河水出口，由于其位置靠近溫泉水排泄位置，在出口處混合有溫泉水，故其δD、δ18O值在從S06徑流至該位置過程中發(fā)生較大變化。

4水文地球化學模擬

根據巡司場各巖溶水點水化學特征，本次研究采用了美國地質調查局開放式軟件Phreeqc（Interactive 2.8）分別對小魚洞暗河、涼風洞暗河地下水系統(tǒng)進行地球化學反向模擬，同時對巡司場溫泉水系統(tǒng)與兩暗河水間關系進行驗證，從而確定各地下水系統(tǒng)徑流路徑。

4.1模擬路徑選擇

如前文分析，涼風洞暗河、小魚洞暗河分別屬于不同地下水系統(tǒng)，各自獨立。模擬過程選取了小魚洞暗河系統(tǒng)中S02、S06、S04，和涼風洞暗河系統(tǒng)中S15、S09、S05、S14，以及溫泉水S08、S10作為此次模擬的代表性泉點。其中小魚洞暗河地下水系統(tǒng)模擬路徑為：S02→S06、S02→S04、S06→S04，涼風洞暗河地下水系統(tǒng)模擬路徑為：S15→S09、S09→S05、S15→S05、S15→S014、S09→S14，溫泉水系統(tǒng)模擬路徑為：S06→S08、S06→S10、S09→S08、S09→S10、S02→S08、S02→S10、S15→S08、S15→S10[11]。

4.2模擬參數(shù)選擇

根據研究區(qū)地層特征和不斷調試，最終選取的可能發(fā)生的礦物相有：石鹽、石膏、白云石、方解石、鉀長石、鈉長石、高嶺石和蒙脫石。由于陽新組碳酸鹽巖直接裸露于地表，為開放一半開放體系，地下水中有游離CO2存在，故將CO2（g）作為一個可用礦物相[12]。模擬的初始水溫和終止水溫以及pH值、水化學常量組分均以實測值為準，不確定度設置為0.08[4]。

4.3模擬結果分析

模擬結果顯示，在設定的礦物相和不確定度條件下，小魚洞暗河地下水系統(tǒng)和涼風洞暗河地下水系統(tǒng)初始溶液及終止溶液的混合比為1∶1，說明其路徑成立。在涼風洞暗河路徑上，初始溶液中方解石未達到飽和狀態(tài)，在地下水流動過程中，溶解了CO2，使方解石繼續(xù)溶解，在涼風洞暗河出口處地下水中達到飽和[13]。小魚洞暗河系統(tǒng)和涼風的暗河系統(tǒng)各模擬路徑礦物轉化量見表4。（表中“+”表示溶解，“-”表示沉淀）：

由模擬結果可知，沿小魚洞暗河地下水系統(tǒng)路徑，方解石、鈉長石和蒙脫石發(fā)生了沉淀，石鹽、石膏、白云石和CO2發(fā)生了溶解。而涼風洞暗河地下水系統(tǒng)中，沿水流路徑S15→S09和S15→S05，發(fā)生了蒙脫石的沉淀，同時發(fā)生了方解石、石膏、CO2等的溶解；沿水流路徑S15→S14和S09→S14，發(fā)生了方解石、鈉長石、高嶺石和CO2的沉淀，同時發(fā)生了白云石和蒙脫石的溶解；沿路徑S09→S05發(fā)生了高嶺石的溶解[14]。

小魚洞暗河地下水系統(tǒng)路徑的水-巖反應模型可以寫為：

Ca2+ + HCO3-=CaCO3+H+

CO2+H2O=H2CO3

H2CO3= H++ HCO3-

CaSO4=Ca2++ SO42-

CaMg（CO3）2+2H+=Ca2++Mg2++2HCO3-

方解石的沉淀和CO2的溶解產生H+，雖然白云石溶解消耗了一部分的H+，但其消耗量小于產生的H+，故體系中H+總量在增加，pH值降低[15]，同時石膏和白云石的溶解使得系統(tǒng)中Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42- 含量在增加，模擬結果與實際檢測結果（表2）一致。

涼風洞暗河地下水系統(tǒng)路徑的水-巖反應模型可以簡單寫為：

CO2+H2O=H2CO3

H2CO3=H++HCO3-

CaSO4=Ca2++SO42-

CaCO3+H+=Ca2++ HCO3-

CO2的溶解產生H+，方解石的溶解雖然消耗了一部分的H+，但通過表4可知，方解石的溶解量小于CO2的溶解量，故整個系統(tǒng)中H+總量在增加，PH值降低，同時方解石、石膏的溶解使得系統(tǒng)中Ca2+、HCO3-、SO42- 含量在增加，模擬結果與實際檢測結果（表2）一致。

在巡司場溫泉地下水系統(tǒng)的路徑模擬中，在給定的“可能礦物相”和不確定度條件下，經過Phreeqc模擬計算，各路徑混合比平均約為0.9∶1，顯示其路徑成立。但根據水化學組分以及同位素分析，巡司場溫泉水主要來自于其南東面威信大背斜北翼鎮(zhèn)州一帶之陽新組灰?guī)r中的巖溶水，通過沐愛向斜軸部向北運移形成，所以溫泉水與兩暗河系統(tǒng)互為獨立系統(tǒng)。通過Phreeqc模擬的結果顯示其路徑成立，是由于溫泉水的補給源來自于陽新組灰?guī)r中，其初始水化學成分與模型中所給出的初始溶液類似。因此，雖然能夠計算出成立的模擬路徑，但實際上溫泉水與兩暗河間不存在直接聯(lián)系。

5結論

（1）根據研究區(qū)內各巖溶水點水化學組分資料，可以初步確定研究區(qū)內地下水徑流路徑，分別為：小魚洞暗河起點為古樓壩大洞灣，徑流路徑為自西向東；涼風洞暗河起點為龍碗消洞，徑流路徑為自南向北；而溫泉水補給區(qū)位于巡司河右岸東南面鎮(zhèn)州一帶，沿沐愛向斜徑流至巡司河順斷層出露。

（2）利用地下水的化學反應路徑模擬方法，對巡司場暗河路徑進行了驗證，模擬結果與利用水化學以及同位素資料分析所得結果近乎一致，表明涼風洞暗河系統(tǒng)與小魚洞暗河系統(tǒng)路徑成立。

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