重庆岩溶峡谷区水文地质调查服务地下水合理开发利用

来源:地调局岩溶地质研究所作者:中国地质调查成果快讯发布时间:2018-11-19

摘要：通过开展1∶5万水文地质环境地质调查，显著提高了重庆东南蒲河-藻渡河流域岩溶峡谷区水文地质工作程度，查明了区域水文地质环境地质条件、岩溶发育基本规律、相关生态环境地质问题、地下水系统特征、岩溶水资源及开发技术条件，编制地下水开发利用和地质环境综合治理区划，提出了地下水合理开发利用与保护方案，为解决调查区干旱缺水问题、经济发展规划和生态保护提供地质科学依据。

1.项目概况

重庆东南岩溶峡谷区山势崎岖、山川险峻、沟壑纵横、水流湍急，水文地质条件复杂，地下水资源开发利用程度较低。“川渝鄂岩溶峡谷区1∶5万水文地质环境地质调查”项目，由自然资源部中国地质调查局岩溶地质研究所承担，项目周期为2016—2018年。开展川渝鄂岩溶峡谷区1∶5万水文地质环境地质综合调查，旨在查明区域水文地质环境地质条件、岩溶发育基本规律、相关生态环境地质问题、岩溶水资源及开发技术条件，进而编制地下水开发利用和地质环境综合治理区划，提出地下水合理开发利用与保护方案，为解决调查区干旱缺水问题、经济发展规划和生态保护提供地质科学依据；同时建立水文地质数据库，为地下水资源合理开发利用和地质环境综合整治提供技术支撑。

2.成果简介

（1）查明了地下水资源形成条件和赋存分布规律，编制了富水性分区图，为水资源合理开发利用提供了依据。通过对水文地质条件的调查，基本查明了工作区的水资源形成条件和赋存分布规律，建立了峡谷岩溶区水文地质概念模型图（图1）。调查发现，峡谷区岩溶主要受控于地层岩性、地质构造（包括地层产状、构造线方向、近代地壳上升与停顿的幅度与频度），以水平发育为主，含水层多为层状结构，并受构造控制。调查显示，在与非碳酸盐岩接触面附近或者灰岩中含泥质或燧石夹层附近岩溶最为发育，较显著的层位包括飞仙关组（T₁f）顶部、栖霞组（P₂q）、宝塔组（O₂b）灰岩底部、石牛栏组（S₁s）泥质灰岩段等。这些岩溶发育层位也是地下水的主要资源赋存部位。

图1 岩溶峡谷区向斜台原水文地质概念模型

本次工作对地下水系统进行了现场圈定，结合示踪试验等对地下水系统进行了划分，修正了部分地下河管道位置与结构，掌握了区内地下河和岩溶大泉的分布与发育规律（图2）。根据含水介质类型、地下水赋存条件，并结合地下水补、径、排条件等，将工作区内地下水系统划分为地下河系统、岩溶泉系统、集中排泄带地下水系统、分散排泄地下水系统。以系统为单元，根据所获取的不同含水岩组的水文地质试验参数编制了富水性分区图，为水资源合理开发利用提供了依据。

图2 岩溶峡谷区地下河发育模式

（2）论证了不同类型区岩溶地下水开发利用条件，编制了典型地下河系统开发利用规划。工作区地下水利用率低，地下水开发利用的潜力较大。按照地下水开发利用规划分区原则，将流域规划分区分成3类，即岩溶地下水重点开发区、一般开发区和开发困难区。通过调查与系统监测，编制了3条大型地下河的开发利用规划。其中，白沙洞地下河的开发利用可归纳为：地下河出口筑坝引水建立后备水源地，引地下河水开展特色水产养殖，洞内小型旅游。

工作区内山高谷深，地表水资源匮乏，大部分为干旱缺水区。本次工作水文地质钻孔全部采用探采结合孔，已成井6口，总涌水量达1200m³/d，可为2万余人、5000头牲畜提供饮水保障，查明了测区毛田组（∈₃m）、宝塔组（O₂b）、栖霞组（P₂q）、嘉陵江组（T₁j）及须家河组（T₃xj）等各主要含水岩组水文地质条件、含水层介质结构的空间特征、岩溶地下水埋藏状况及水质水量，取得了水文地质相关参数，并结合缺水地区的社会需求，为当地村民生活及渔业用水提供了丰富的保障，社会效益显著。

（3）查明了区内主要的环境地质问题，提出了污染防控措施。工作区存在的环境地质问题较多，主要有地下水疏干、地面沉降、地裂缝、崩塌、滑坡、地下水污染、岩溶塌陷、内涝等。工作区内二叠系龙潭组（P₃l）煤炭资源丰富，侏罗系底部珍珠冲组也含有丰富的铁矿资源。调查发现，煤矿矿坑水外排导致地表、地下水污染严重，且由于煤矿开采导致附近地下水疏干，并引发岩溶塌陷等环境地质问题。

地下水污染是工作区主要的环境地质问题之一，污染途径主要包括畜禽养殖废水不加处理直接排放，通过落水洞进入地下污染地下水；生活、生产垃圾直接倾倒进入落水洞进入地下污染地下水；农业生产过程中农药、化肥进入地下水对地下水体的污染（图3）。

图3 岩溶峡谷区煤矿、农业复合污染概化模式图

在调查区内发现有含石油类岩溶泉，该泉点出露地层为中二叠统栖霞组，初步查明岩性为中厚层灰岩，局部夹泥灰岩、炭质泥岩。经调查，主要是由于20世纪80年代石油勘探时进行钻探时揭穿含水层，使得深部石油类物质沿钻孔向上运移并沿裂隙扩散到含水层，沿泉口出露地表，导致地下水受到污染，该污染水体散发浓烈臭味，且排入地表河中，污染地表水。针对岩溶含水层的污染，开展了泉水油水自动分离和受污泉水原位处理试验研究，取得了良好效果，所开发的实验工艺与处理装置获得了实用新型专利（专利号：ZL201820016804.4）。

（4）揭示了金佛山水文地貌系统发育演化规律。通过洞穴碳酸盐碳氧同位素分析、母岩碳氧同位素分析、土壤U含量分析、母岩U含量分析、¹⁴C测年，对金佛山水文地貌系统发育演化规律进行了研究。研究表明，金佛山喀斯特台原地貌发育主要经历了以下4个主要阶段：古汇水盆地阶段、古夷平面发育阶段、古洞穴地下河系统形成阶段和切割型喀斯特台原发育阶段。研究认为，金佛山洞穴系统自新近纪(23Ma)中晚期开始发育，其顶部一级夷平面为形成于中新世（大娄山期），早期高大廊道状通道、中期迷宫状洞道和后期贯穿洞体的筒状竖井交织一起，展现了新构造运动间歇性抬升和古地理、古水文环境巨大的变迁过程。金佛山洞穴具继承性发育，有潜流带阶段、地下水位阶段、垂向发育的竖井将多层近水平洞道相互贯通、洞穴末端的峡谷状迷宫型洞穴形成、现今仍在继续发育小型地下河和岩溶泉等阶段（图4）。

图4 金佛山水文地貌系统发育演化模式
a—古汇水盆地阶段；b—古夷平面发育阶段；c—古洞穴系统形成阶段；d—切割型喀斯特台原发育阶段

（5）隧道工程对地下水环境的影响分析。本区隧道工程密布，开展了重庆南川黄泥垭隧道施工对地下水环境的影响分析。黄泥垭隧道工程施工前，地下水主要向背斜两翼分流，以密集分布的泉为主要排泄方式。隧道形成初期，隧道顶部形成线形展布的漏斗状地下水径流区。工程后，隧道顶部地下水垂直向下渗流，由于隧道工程使很多分支岩溶管道及一些细小的岩溶裂隙相通，地下水改变原有径流方向与途径（由两翼分流型转变为近垂直入渗型）（图5），沿最畅的通道、最短的途径直接流入隧道之中。

隧道形成后期，影响范围不断扩大，隧道顶部形成平面为椭圆形、剖面呈树冠状的地下水径流区（图5）。由于区域内的岩溶化程度加速，地下水径流通道逐渐加宽加大，裂隙流逐渐演化为岩溶管道流。地下水发生袭夺，原来背斜侧翼的地下水逐渐转向，集中汇集于隧道。

图5 黄泥垭隧道建设前后地下水流场变化平面与剖面图

3.成果意义

本次调查工作，查明了区域水文地质环境地质条件、岩溶发育基本规律、相关生态环境地质问题、地下水系统特征、岩溶水资源及开发技术条件，编制地下水开发利用和地质环境综合治理区划，提出地下水合理开发利用与保护方案，为解决调查区干旱缺水问题、经济发展规划和生态保护提供地质科学依据。成功实施的探采孔，总涌水量达1200m³/d，可为2万余人、5000头牲畜提供饮水保障，有效解决了地方用水需求。查清了隧道工程对水文地质环境地质影响特征，对以后开展类似工程活动时有关水文地质条件分析提供了科学依据。相关研究成果为世界自然遗产地-金佛山的旅游开发和保护提供科学依据。

（自然资源部中国地质科学院岩溶地质研究所樊连杰裴建国邹胜章供稿）