邢芳，李俊，徐世光,2

(1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，昆明 650093；2.云南地礦工程勘察集團(tuán)公司，昆明 650041)

巖溶亦稱喀斯特(Karst)[1]，是在以碳酸鹽類為主的可溶性巖石分布區(qū)，由于水，其中特別是地下水，對巖石以溶蝕為主的作用所形成的諸現(xiàn)象的綜合。南方巖溶區(qū)有3個流域面積在1 500 km2以上的超大型水源地，分別為六朗洞、南洞、地蘇。蒙自市草壩東山位于南洞水源地補(bǔ)給區(qū)范圍內(nèi)，調(diào)查研究清楚草壩東山的巖溶發(fā)育、分布規(guī)律才能有助于進(jìn)一步研究巖溶地下水，探明該區(qū)巖溶地下水的水文地質(zhì)條件，使地下水得到充分利用的同時保護(hù)地下水環(huán)境。也能解決蒙自市水資源缺乏問題，并且有力的推動國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此具有重要的政治意義和經(jīng)濟(jì)意義。

1 地質(zhì)環(huán)境概況

1.1 地理概況

研究區(qū)屬紅河哈尼族彝族自治州的蒙自縣和開遠(yuǎn)市所轄。研究區(qū)內(nèi)交通較發(fā)達(dá)。研究區(qū)地處滇南低緯度高原山區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候垂直變化大，干雨季分明，山區(qū)比壩區(qū)降雨量大，蒸發(fā)量小。山區(qū)與壩區(qū)由于高差懸殊大，氣候也具有隨標(biāo)高不同而呈垂直變化的特點，壩區(qū)氣溫高，炎熱少雨，蒸發(fā)量大于降水量，山區(qū)氣溫低，潮濕且較寒冷，降水量大于壩區(qū)。

1.2 地形地貌

研究區(qū)位于云南高原南緣，屬紅河與南盤江兩大水系的地表分水嶺地帶呈中等切割中-高山地貌。壩區(qū)地勢南高北低，一般標(biāo)高1 300 m上下，最低點為草壩村1 282 m。這一地貌基本輪廓主要受構(gòu)造控制，其次為巖性條件。內(nèi)外營力的綜合作用的結(jié)果，塑造了不同的地貌景觀。主要有平坦河湖積平原、巖溶洼地(漏斗)、巖溶丘陵、峰叢洼地(漏斗)、中山陡坡、巖溶中山、構(gòu)造巖溶陡坡、構(gòu)造侵蝕、剝蝕低中山、緩坡丘陵地貌、山前沖洪積平原、低中山。

1.3 地層巖性

研究區(qū)出露地層主要為第四系、三疊系、二疊系，尤以三疊系中統(tǒng)個舊組白云巖夾灰質(zhì)白云巖、灰?guī)r、白云巖、灰質(zhì)白云巖為主。第四系主要分布于草壩盆地及其周圍山麓邊緣，山區(qū)低洼地帶，由坡殘積物、沖積物、湖積物組成，以下更新統(tǒng)至全新統(tǒng)均有堆積。盆地為湖泊相、湖沼相砂質(zhì)粘土、粘土、沿鐵礦沉積及部分沖洪積物沉積，累計最大厚度為282.66 m。第三系分布于草壩東山東邊。二疊系在草壩東山東北部少有出露。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)內(nèi)褶皺不發(fā)育，發(fā)育5條主干斷層有：大黑水洞-巖子頭以西逆斷層，老鷹窩-大龍樹坡斷層，草壩-蒙自東山斷層，團(tuán)山-倮枯斷層和布沼-馬桑菁斷層。

1.5 水文地質(zhì)環(huán)境

研究區(qū)屬南洞暗河水文地質(zhì)單元的補(bǔ)給區(qū)，水文地質(zhì)單元的劃分以隔水邊界分布確定，是具完整的補(bǔ)徑排規(guī)律的連續(xù)水動力區(qū)域。據(jù)此，區(qū)內(nèi)可劃分為南洞、平石板兩個水文地質(zhì)單元。另外，南洞單元由于具有反復(fù)補(bǔ)徑排過程的特點，并發(fā)育了兩條暗河。

2 巖溶形態(tài)及發(fā)育特征

2.1 地表巖溶形態(tài)發(fā)育特征

地表巖溶[2]，是被地表水溶解后的巖石在地表形成的溶蝕性地貌所構(gòu)成，其溶解程度受地表水和地下水補(bǔ)給方式、巖性和巖石的結(jié)構(gòu)和氣候(溫度、降水和植被)等因素影響。一般可分為凸起的正地形和凹下的負(fù)地形。研究區(qū)巖溶現(xiàn)象主要有巖溶洼地、落水洞、漏斗。本次研究中，共計調(diào)查巖溶洼地96個，落水洞7個，漏斗5個。

從統(tǒng)計資料中得出:巖溶洼地海拔最高2 131 m、最低1 379 m，發(fā)育地層巖性主要為白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r，地層代號T2g2，平面形態(tài)主要為橢圓形、圓形，發(fā)育方向主要為北西、北東方向，洼地周圍石芽發(fā)育，石芽上見溶痕、溶孔發(fā)育，洼地底部主要為第四系沖洪積物；漏斗最大面積為17 662.5 m2、最小為314 m2，漏斗形態(tài)為圓形，剖面形態(tài)為“V”形，中型漏斗有3個，小型漏斗有兩個，漏斗周圍有巖層出露，具有輕微石漠化，巖石表面見雨痕，溶溝、溶孔發(fā)育，漏斗底部為第四系沖洪積物，少數(shù)為耕地；落水洞洞口面積最小1.5 m2、最大50.24 m2，大型落水洞有1個，中型落水洞有3個，小型落水洞有2個，洞口形狀以圓形為主，出露地層主要為灰?guī)r和白云巖，可見深度最深16 m、最淺1.5 m，大部分都在4～5 m之間，主要沿北西方向發(fā)育。

根據(jù)上述資料，結(jié)合巖溶發(fā)育現(xiàn)象和發(fā)育程度分析，研究區(qū)的地表巖溶發(fā)育特征可以概括為以下幾個方面：

(1) 巖溶發(fā)育與裂隙的關(guān)系。從統(tǒng)計的研究區(qū)內(nèi)裂隙走向及巖溶洼地走向作出的玫瑰花圖(圖1、圖2)可以看出，其總體發(fā)育方向明顯受向裂隙發(fā)育的優(yōu)勢方向大體一致。

(2) 巖溶發(fā)育與構(gòu)造的關(guān)系。塌陷的排列、落水洞的展布和傾斜方向、漏斗、洼地的長軸方向多與構(gòu)造線方向一致(圖3)。從圖3可以看出巖溶洼地有沿斷裂成串珠狀發(fā)育的特點，且在T1y3、T2g1、T2g2地層廣泛發(fā)育。

圖1 節(jié)理走向玫瑰花圖

圖2 巖溶洼地走向玫瑰花圖

1.巖溶洼地；2.干枯巖溶漏斗；3.巖溶塌陷；4.干枯溶洞；5.下降泉圖3 巖溶分布圖

(3) 巖溶發(fā)育具有成層性。受構(gòu)造運動的影響，區(qū)內(nèi)巖溶洞穴具有成層發(fā)育的特點，成層發(fā)育的巖溶洞穴[3]也間接的反映了新構(gòu)造運動抬升的速率(圖4)。

圖4 溶洞分層圖

2.2 地下巖溶形態(tài)及發(fā)育特征

地下巖溶形態(tài)[4]主要表現(xiàn)為裂隙型溶洞及溶蝕帶，研究區(qū)內(nèi)地下巖溶宏觀表現(xiàn)形式以管道和溶洞為主，小規(guī)模巖溶現(xiàn)象以溶隙為主。

結(jié)合巖溶發(fā)育現(xiàn)象和發(fā)育程度分析，研究區(qū)的地下巖溶發(fā)育特征可以概括為以下幾個方面：

2.2.1 巖溶發(fā)育的分帶性

由于地層巖性的差異以及地形、構(gòu)造和水動力條件不同，使壩區(qū)巖溶發(fā)育強(qiáng)度具有很不均一的特點。將區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育劃分為以下3個帶：

(1) 垂直入滲帶

此帶指最高地下水位以上的全部空間，它處于包氣帶的上部，包括表層巖溶帶，是巖溶水的主要補(bǔ)給區(qū)，分布在高山、斜坡區(qū)，地形地貌以峰叢洼地、巖溶洼地為主。直接接受大氣降水及溪河水的補(bǔ)給，地下水在此帶主要做垂直運動。其厚度極不均勻，主要依其所處地貌位置而定。下左美一帶，據(jù)已知豎井深達(dá)208.50 m，加上峰丘高度推測，厚約500～700 m；盆地邊緣及盆間丘陵地帶厚度較小，一般數(shù)十米。此帶洼地、落水洞、豎井、大溶隙等發(fā)育。

(2) 季節(jié)變動帶

水流自垂直深入帶至此帶時，水循環(huán)交替強(qiáng)烈，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，以水平運動為主。反之，當(dāng)?shù)叵滤惠^低時則以垂直運動為主。巖溶形態(tài)垂直與水平并存。由于所處地貌位置、水動力條件及巖溶化程度的差異，其厚度變化也較大。

(3) 水平徑流帶

此帶指最低地下水位以下的空間，其厚度取決于含水層厚度、裸露面積、降雨補(bǔ)給特征及排泄基準(zhǔn)面等因素，地下水在此帶做水平運動。此帶是水平巖溶管道系統(tǒng)的主要發(fā)育部位，此帶溶孔、溶洞發(fā)育，且無充填。在此帶中，具有管道-溶隙雙重介質(zhì)特點，其中管道主要起排泄作用，裂隙溶孔起儲水、調(diào)節(jié)作用。

2.2.2 地下暗河的發(fā)育規(guī)律

平石板暗河出口標(biāo)高1 490 m，暗河推測長約18 km，補(bǔ)給面積80 km2以上，最大流量6 737 l/s，最小流量216.9 l/s，為一獨立的地下河系統(tǒng)，其出口附近有上層干洞及早期暗河出口，在秧草塘附近地表出露有T1y2隔水層。上層洞穴有7個逐漸下降的洞口，均沿同一巖層面發(fā)育，最下面一個洞口通道平緩，洞底有厚20～30 cm的淤泥層，洪水期具一定排泄功能。該暗河在中游徑流地段，地表基本上見不到相應(yīng)的巖溶形態(tài)，但在宗舍-期不底一段，則反映出一條明顯的古河道，暗河的發(fā)育基本上是沿古河道進(jìn)行的，并且在地表有大量呈串珠狀的落水洞、漏斗和洼地顯示。平石板出露的地層、地形、構(gòu)造條件，認(rèn)為平石板暗河完全受構(gòu)造、地層控制，其形成之時，也就是古河道消亡之日，若沒有下伏地層P2l-T1y2等碎屑巖的阻隔，平石板暗河管道必定與南洞Ⅱ號暗河直接溝通。

3 草壩東山巖溶發(fā)育規(guī)律

草壩東山巖溶發(fā)育在區(qū)內(nèi)的展布特征，均具有一定的規(guī)律性，這主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) T1y3中厚層灰?guī)r最為發(fā)育，T2g1、T2g2白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r巖溶發(fā)育較弱。由于白云石的易溶程度較方解石低，故碳酸鈣含量高的灰?guī)r類比鎂質(zhì)含量高的白云巖類巖石巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，泥質(zhì)灰?guī)r類的酸不溶物質(zhì)高達(dá)34.41%～55. 95%，巖溶[5]發(fā)育微弱，一般僅在裂隙兩側(cè)有溶蝕現(xiàn)象，總體上巖溶發(fā)育呈現(xiàn)出分區(qū)性。

(2) 研究區(qū)地上、地下巖溶垂向上具有成層狀分布的特點。從圖5～7中可以看出：漏斗以1 800～1 900 m高程范圍內(nèi)巖溶最為發(fā)育；巖溶洼地以2 000～2 100 m高程范圍內(nèi)最為發(fā)育；落水洞成層性較為明顯在2 400～1 500 m、1 800～1 900 m、1 400～1 500 m高程范圍內(nèi)巖溶最為發(fā)育。

圖5 漏斗各高程個數(shù)統(tǒng)計表

圖6 巖溶洼地各高程個數(shù)統(tǒng)計表

圖7 落水洞各高程個數(shù)統(tǒng)計表

4 結(jié)論

通過對研究區(qū)域地形地貌、區(qū)域地層巖性、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、區(qū)域水文地質(zhì)背景、新構(gòu)造運動，對草壩東山地區(qū)巖溶表現(xiàn)形式、空間展布特征、巖溶發(fā)育特征的研究，總結(jié)巖溶發(fā)育規(guī)律，得如下結(jié)論：

(1) 本地區(qū)巖溶地貌十分發(fā)育，地表巖溶以巖溶洼地為主，并發(fā)育有落水洞和漏斗分別有7個和5個；地下巖溶以管道溶洞為主，研究區(qū)內(nèi)調(diào)查大型溶洞有3個，小規(guī)模巖溶現(xiàn)象以溶隙為主。

(2) 巖溶發(fā)育與節(jié)理裂隙息息相關(guān)，巖溶的總體發(fā)育方向受優(yōu)勢節(jié)理裂隙面控制。研究區(qū)內(nèi)塌陷的排列、落水洞的展布和傾斜方向、漏斗、洼地的長軸方向與構(gòu)造線方向一致。

(3) 研究區(qū)內(nèi)溶洞的發(fā)育具有成層性，主要分布在1 470～1 500 m高程間。

(4) 巖溶發(fā)育具有分帶性，分為垂直入滲帶、水平徑流帶、季節(jié)變動帶。

[1] 張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京:地質(zhì)出版社，1994.

[2] 任美鍔，劉振中.巖溶學(xué)概論[M].北京,商務(wù)印書館,1983.

[3] 許來香,黃葉峰,唐已華.基于GIS地理信息系統(tǒng)的巖溶發(fā)育規(guī)律分析[J].西部探礦工程,2008,(2):97-99.

[4] 李順，王運生，吳俊峰，等.云南普洱某機(jī)場巖溶發(fā)育規(guī)律研究[J].甘肅水利水電技術(shù)，2012,48(2)：28-37.

[5] 辜明清.四川江油武都水庫工程樞紐區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律的研究[J].水利水電技術(shù)報道，1998,(1):47-55.