滇南喀斯特地区岩溶水的特征及岩溶发育的控制因素

滇南喀斯特地区岩溶水的特征及岩溶发育的控制因素

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李欣强

中国冶金地质总局昆明地质勘查院，云南 昆明  650051

滇南地区可溶岩广泛分布，可溶岩面积上万平方公里。属覆盖埋藏型岩溶区，主要分布于盆地中，其它地区零星分布，面积上千公里。

可溶岩地层包括T2f、T2g、T1y、P1、C1_3、D2-3、∈2等，其中T2g、T1y、C1_3、∈2出露面积较大。岩性主要为隐晶、细晶石灰岩、生物灰岩、白云质灰岩夹泥质灰岩、白云岩、灰质白云岩及含锰灰岩、硅质灰岩等。

滇南地区可溶岩受地层岩相、构造、新构造运动影响，呈条带状和块状展布，致使岩溶发育与水动力条件较为复杂。其岩溶发育特征、岩溶水动力条件、富水性、均匀性及岩溶水的富集规律，均受岩性、构造与地貌因素及发展阶段的制约，尤其新生代以来的喜山运动和新构造运动，明显地控制和显现了岩溶发育的阶段性和方向性，而岩溶发育的多期性和后期岩溶发育的改造，导致现今不同的岩溶发育形态和组合类型，显示了云南高原岩溶发育特征和岩溶水富集特点。

1.岩溶水特征

滇南地区岩溶发育充分，岩溶现象比较典型(见照片1-1）。地表有峰林、溶斗、落水洞、竖井、溶蚀洼地等;地下多发育地下河系，岩溶介质及岩溶水空间分布极不均匀。滇南地区岩溶多分布巨厚或块状的纯碳酸盐岩岩:气候湿热，植被、土壤发育;强可溶性岩石及强烈的溶蚀营力，是岩溶充分发育的根源。滇南地区地质构造多凤较紧密的褶皱，因此，岩溶水流系统规模较小。

开远-蒙自地区岩溶地貌（照片1-1）

                蒙自-个旧地区典型的岩溶溶洞（照片1-3）

1.1岩溶含水介质特征

由于初始裂隙分布不均匀，以及后期水流经受优势通路及优势水流的自组织作用，不均匀性及各向异性是岩溶含水介质的固有特征。对此，袁道先(1978)进行了详细研究，对岩溶介质不均匀性及各向异性进行了分类，讨论了有关影响因素。我国南方地区岩溶水流系统，由细小裂隙、孔隙、较为宽大的溶隙，以及管道-洞穴构成。地下河系的流量衰减，初期迅速，中期较慢，后期缓慢。人们认为，这是水流从不同尺度空隙释出所致。对前南斯拉夫的雅德罗岩溶泉流量动态分析得出:由管道-洞穴释出的水量占17.4%，开扩溶蚀裂隙占7.3%，其余75.3%均储存于细小裂隙及空隙中。杨立铮(1982)对贵州普定后寨地下河出口流量衰减曲线分析后，得出:管道-洞穴释出的水量占3.21%，开扩溶蚀裂隙占9.6%，其余87.19%储存于细小裂隙孔隙中。导水性差而容积大的细小裂隙孔隙是储水空间，开扩溶蚀裂隙是储水一输水空间，管道-洞穴是输水空间。

岩溶管道-洞穴的规模十分可观。岩溶水是孤立的管道流的观点，曾经长期居于统治地位，大概在20世纪中期，才建立起多重岩溶介质的概念。

滇南地区岩容区厚层及块状碳酸盐岩，在构造应力作用下，形成稀疏而较宽大的裂院，经过后期强烈溶蚀作用，形成极不均匀的介质;成井率低，相距咫尺的井孔，二个水量很大，一个干涸无水，并不少见。

1.2岩溶水运动特征

岩溶含水介质的空院大小悬殊，因此，岩溶水流系统中通常是层流与亲流共存。滇南地区岩容区，在裂隙及溶蚀裂隙中，地下水做层流运动;在宽大的管道洞穴中，水力梯度可从0.1%到大于10%，流速可达1001000m/d,一般呈紊流运动。

不同大小空隙中的地下水运动非不同步。降雨时，通过地表的落水洞、游斗等，岩溶管道迅速大量吸收降水及地表水，水位抬升快，形成水位高脊，在向下游流动的同时还向周围裂隙及空隙散流(图1.2-1)。枯水期岩溶管道非水迅道，形成水位凹情，周围裘队及孔歌中的水，向管道流汇集(图）。山于岩溶管道断而沿流程变化很大，某些部分在某些时期局部的地下水是承压的，在另一些时间里又可变成无压的。

图1丰水季节及枯水季节岩溶水的流动(据史密斯等，转引自张倬元等，1981)；a-枯水季节;b-非水季节。

岩溶管道地下暗河（照片1.2-3）

1.3岩溶水补给、径流及排泄特征

滇南地区典型的岩溶区，深部洞穴崩塌在地表形成一系列溶斗、落水洞与竖井，岩溶水系统吸收降水的能力大为增强。通常条件下大气降水是而状补给地下水的，但在强烈岩溶化地区，降水汇集于低洼的溶斗、落水洞等直接灌人，短时间内即可顺畅地达到岩溶水水而。我国滇南地区岩溶发育的地区，降水人渗系数-般为0.2~0.7，最高可达0.8。

在岩溶发育过程中，岩溶水系统不断扩大其汇水范围，力求将尽可能大区域内的水纳人系统之中。随着岩溶发育，水力梯度变小，水位大幅度下降，于是，原来作为岩溶水排泄去路的某些河流，往往转变为地下河系的地上部分;整条河流转人地下，在岩溶地区是屡见不鲜的。例如，通过调查开远市-蒙自鸣就交界处的河流通过一个大落水洞全部注人地下，补给10km以外的南洞，然后汇人盘江。

地下河系化的结果，常常使数十、数百甚至上千平方千米范围构成一个统一岩溶水流系统，由岩溶大泉或泉群集中排泄，泉流量常常可达1m

3/s以上，个别情况下，洪水季节甚至可达数百m2/s,最大流量与最小流量的比值可超过100。

岩溶地区，降水容易人渗补给地下，地表水多不发育，水流集中汇聚于排泄区，因此，岩溶水系统水量空间分布很不均匀。排泄区常年泉水溢流，雨季甚至导致洪涝。补给区地势较高，水位埋藏深度达百米到数百米，因此，即使在潮湿气候下，岩溶山区常常是严重缺水区，成为贫穷的根源。地势高的山区往往缺水，成为连人畜饮水都有困难的贫困地带。研究岩溶地区地下水具有很重要和深远的意义。

2、岩溶发育的控制因素

2.1岩性因素

岩性是岩溶发育的基础。岩溶发育程度与岩石的物质成份、结构构造及物理性质有关，岩性不同，岩溶发育程度有所差异。可溶岩的化学成份主要由CaO、MgO及不溶物(SiO2+RO2)组成，从岩石成份加以比较，可溶岩中CaO含量不同，决定了不同的可溶岩岩溶发育程度。岩溶发育有别，其富水性纯灰岩强，不纯的泥质灰岩、硅质灰岩弱。见照片

T2g、C1、D2_3碳酸盐岩层，石灰岩为中厚层至厚层块状，隐晶至细晶结构、鲕粒、粒状及生物碎屑结构，质纯、致密、坚硬、性脆，地表岩溶洼地、漏斗、落水洞、溶井、溶洞及暗河等各种岩溶形态发育齐全。可溶岩层表面，溶孔、溶隙、溶沟均很发育。见(照片)。

T2g、C1、D2_3层中局部有白云岩、灰质白云岩分布，为中厚层至厚层状，微晶至隐晶结构，岩性致密坚硬，其化学成份含量与纯灰岩不同，平均含量:CaO32.89%、MgO18.38%、(SiO2+RO2)1.79%，不溶物含量较高，不利于水的溶蚀，岩溶发育程度减弱，岩石表面多为溶蚀裂隙和刀砍状溶纹。见(照片IV-7、8)。如平远街地区T2g白云岩，滴酸不起泡，而沿节理裂隙有方解石脉充填，滴酸后起泡，溶蚀裂隙比较发育，钻孔中局部见溶隙和溶洞，钻孔岩溶率7.38%。

其次，在T2g、C1、D2_3层中均有泥质灰岩分布，薄至中厚层状，其化学成份平均含量:CaO36.55%、Mg00.00%,(SiO2+RO,)25.96%,不溶物的含量高，难以溶蚀，岩溶不发育。据小龙潭煤矿区资料,个旧组(T29H) 下部的薄至中厚层泥岩和泥质灰岩层，岩石中粘土等矿物成份占40-60%以上，岩溶及裂隙均不发育，透水性极弱，视为相对隔水层。

南东分布的古生代地层，D2P由硅质白云岩、硅质灰岩夹砂页岩组成，薄至中厚层状，微粒结构，致密硬脆，质地不纯，化学成份含量CaO17.45%、MgO14.24%、(SiO2+RO,)33.29%,不溶物成份含量很高，抗溶蚀能力强，地表微见溶蚀现象，节理裂隙较发育。

上述资料表明，岩性是岩溶发育的基础，而岩石的结构和构造对岩溶的发育也有一定的影响。厚层块状灰岩中，岩溶发育，有规模较大的岩溶形态，如南洞、大小黑水.洞、六郎洞、建水燕子洞伏流等。滇南地区可溶岩一-般呈隐晶至细晶结构，当其易溶的CaO组份含量高时，因有效渗流与灰岩表面接触面积大，易溶蚀，在同样水文地质条件下，就比结晶颗粒粗的岩石岩溶发育。

此外，在可溶岩与碎屑岩、火成岩接触带及附近部位，有利于岩溶发育。这是由于沿接触带风化裂隙比较发育，以及花岗岩、玄武岩的侵入，沿接触带受破坏及变质，节理裂隙较发育，致使水在这一带运动强烈，加快了可溶岩的溶解速度，有利于岩溶发育。如鸣就至老寨街以南的古生代地层中，D2d与D2p接触带的D2d灰岩一测溶洞、漏斗、洼地发育（见照片3、4），成为D2P层溪沟地表水转入地下的良好通道;平远街北落大邑、银子梁坡西的T2g2与T2f接触带灰岩中岩溶洼地、谷地及落水洞等呈串珠状分布，是地下暗河在地表标志:个旧花岗岩体北西缘的普雄一带，沿接触带T2g1灰岩一侧，漏斗、落水洞等呈串珠状分布。

               鸣就镇溪沟地表水转入地下暗河（照片3）

综合上述，说明岩性是岩溶发育的基础。由于可溶岩岩性不同，其岩溶发育程度亦不同。

2.2、构造因素

滇南地区构造较复杂，褶皱断裂较多，其空间分布与岩溶发育和岩溶水的富集有密切关系。构造改变了岩体的原生结构，形成岩溶发育空间和岩溶水运动的通道，或成为水流运动的边界条件。

2.2.1断裂构造的控制

滇南地区断裂构造发育，开远蒙自个旧地区控制岩溶发育较明显的断裂有北西、北东和南北向三组断裂。其表现特征如下:

1.在构造交汇部位，应力集中，挤压破碎强烈，有利于岩溶发育，控制了暗河、岩溶特大泉的出露及形成岩溶水富集带。

如南洞暗河等均发育于北西向与北东向压扭性(或张性)断裂与压性断裂交汇部位;纵贯滇南地区南北的南北向压性断裂与开远山字型构造西翼北西向弧形断裂在石岩寨交汇部位，石榴坝(7) 暗河、岩溶大泉和温泉集中出露，形成富水块段和地热异常带;位于开远山字型构造前弧东翼与北西向、南北向断裂截接复合部位的开远盆地，据钻孔揭露，在60-80米以上(标高960米以上)岩溶极为发育，钻孔涌水量508-3364吨/日，水量中等至丰富。见水文地质平面图1-1。

2.沿断裂带岩溶发育，形成岩溶通道。

如六郎洞(2) 暗河，沿腻革龙一落大邑四北西向压扭性断裂带发育。地表岩溶洼地、谷地、溶井及落水洞等个体形态成带状分布，且洼地、谷地的长轴与断裂面一-致或平行，是暗河发育在地表显示。该断裂切穿了北东向和东西向断裂，六郎洞暗河支流管道沿新寨至腻革龙东西向和架木革东西向压性断裂的下盘330°方向的张性裂隙发育，地表显示为长条形洼地、塌陷和溶井。主暗河管道和支流管道构成了六郎洞地下河系，见(图IV-42)，老腊底暗河(17) 紧紧沿鸣就一马鹿塘北西向断裂的张裂面发育，见(图NV-1) ;石榴坝暗河(7)受普雄一藤子寨张扭性断裂控制而发育;蒙自一草坝东山断裂围，为压扭性断裂，倾角陡，断距大。据草坝钻孔揭露，由以灰岩为主的角砾岩组成，溶洞、溶孔发育，被粘土充填，沿断裂带附近有落水洞分布，雨期消泄地表水能力强。如蒙自北东碧色寨落水洞，48小时左右消水量达160万方，说明沿断裂带可能有较大岩溶通道发育，同时该断裂带制约了季节性暗河的出露,大小黑水洞沿东西向短轴向(背)斜轴部发育，受断层切割而出露，而灰土地黑水洞位于构造转折处，在此因张扭性裂隙发育而使暗河出露。从大黑水洞通道发育情况所见，主要是受层面控制，由于断裂的破坏作用，致使暗河通道从洞口至543米一段沿层面倾斜向下，而后从543米开始折转又沿着受断层破坏了的层面倾斜向上发育，改变了发育方向，见(V-5)。开远一朋普南北向断裂⑤，由于受多期构造活动影响，在朋普--带，断裂带由角砾岩和碎裂岩等组成，裂隙发育，局部见有溶蚀现象，1号孔在断裂带抽水涌水量765.68吨/日，富水性中等。在断裂带边缘T29'灰岩中溶蚀强烈，蜂窝状溶孔发育，钻孔岩溶率达22.9%，地表沿断裂带出露许多岩溶大泉、温泉和虹吸泉。

          蒙自草坝-开远羊街北西向断裂附近角砾岩（照片4）

蒙自草坝-开远羊街北西向断裂附近泉点（照片5）

3.断裂的阻水(隔水)，往往成为岩溶水运动的边界。

如平远街盆地东侧的烟屯坡一平坝寨@北西向压性断裂;断层角砾岩胶结紧密，岩溶及裂隙均不发育。含水微弱，透水性差，起到相对隔水作用，成为红河水系盘龙河支流与南盘江水系地下分水岭。控制了盆地区岩溶水向北方向运动，致使落水洞、漏斗等底部向300°方向延伸发育，见(图V-17) ，在乍甸地段由于南北向断的阻水，成为岩溶含水层中的隔水边界，在断层两侧出露岩溶特大泉，其下盘乍甸大泉(107)，流量951升/秒，上盘水龙井大泉(912) ，流量38.12升/秒，两泉出露

2.2.2褶皱构造的控制

滇南地区褶皱构造比较发育，规模小，对岩溶发育和岩溶水的富集有一定的控制作用。位于开远山字型构造内弧的小龙潭盆地，地处文笔山向斜核部，沿T2g1灰岩层面及与层面斜交的张性裂隙、溶洞和蜂窝状溶孔极为发育，溶洞已被粘土充填，溶孔富集岩溶水，水量丰富，见(图1.2.2-1) ;平石板暗河发育于受北西向大庄断裂破坏了的平石板一秧草塘背斜翼部，岩层平缓，两组张性裂隙发育，沿向斜轴部发育暗河.

图1.2.2-12小龙潭盆地岩溶发育与构造关系剖面图

发育于东南部的老寨大黑山向斜，核部为碎屑岩或玄武岩覆盖，被溶蚀侵蚀成中山，仅在翼部岩溶较发育。如白沙洞暗河发育于向斜北端北翼T1y灰岩层中(轴部为T2f砂页岩)，沿270°左右的一组张性断裂发育;期不底以T1f砂页岩为底部的沿张性裂隙集中发育有溶洞、溶井、漏斗及落水洞，干季无水，雨季充水，形成地下水季节排泄带。可见，岩性控制了岩溶发育，褶皱构造对岩溶发育有一定影响。

大黑山顶的溶井、漏斗及落水洞（照片1、2）

大黑山下部灰岩与页岩接触部位的泉点（照片）

综上所述，褶皱、断裂构造与岩溶发育有较为密切关系。滇南地区以压性断裂为主，在断裂的不同部位，岩溶发育程度有较大差异，主要是受多期构造活动的影响，或受力不均匀而产生的结构面性质不同，致使岩溶发育程度有所差异。

2.3、地貌因素

岩溶发育与分布不仅受岩性、构造因素控制，而地貌因素也是岩溶发育的重要条件。岩溶地貌的发展变化又受新构造运动的影响。滇南地区岩溶发育经历了从高原期(S1)、石林期(S2)到南盘江期(S3)漫长的岩溶发育历史，从以溶蚀作用为主逐渐变为以侵蚀溶蚀作用到以侵蚀作用为主的转化发育过程。岩溶发育的多期性以及后期岩溶改造，构成了多种岩溶地貌类型，导致了现今地貌景观。

滇南地区岩溶发育与地形地貌、水文网及当地侵蚀基准面，有比较密切的关系。岩溶发育情况，基本以蒙自一开远一朋普为界，以东地区，在石林期、高原期剥蚀面上，岩溶组合地貌形态，主要为溶丘漏斗(洼地)、峰丛洼地、残丘波地，地形比较平缓，以垂向岩溶形态为主，岩溶个体形态以漏斗、落水洞、溶井、洼地及溶洞最为发育。岩溶密度10-26个/公里”。以西地区，以泸江、南盘江为主干流的地表水系较为发育，由于新构造运动使地壳急剧抬升，河谷溪沟切割深达200-500米，谷坡陡峭，以岩溶中山、侵蚀剥蚀低中山地貌类型为主，局部有岩溶洼地分布，除白家坟高原剥蚀面.上垂向岩溶发育外，一般岩溶发育程度不如东部地区。

水文网的分布和侵蚀基准面的下降，对岩溶的发生、发展和演变有一定的控制作用。滇南地区的新构造运动强烈，地壳不断的抬升，侵蚀基准面逐渐下降，暗河与岩溶大泉沿着河谷和溪沟分布，据资料，有多条暗河随当地侵蚀基准面的下降而追随河谷不断下切，受侵蚀基准面所控制，表明河谷仍在下切。

从南盘江油鱼洞大泉、矣厦大泉，以及得厚河谷中出露的一系列大泉等，排泄地下水集中，流量大，可能有岩溶管道的发育，受侵蚀基准面控制。此外，建水燕子洞伏流，沿泸江河谷发育;滇南地区东南部的羊皮寨伏流(15) ，沿D2d与C1接触带，进口以上为溪沟，出口为得厚河发源地，基本是沿河谷发育的岩溶通道。

上述说明岩溶发有较明显的受当地侵蚀基准面控制。

滇南地区新构造运动强烈，各地升降幅度不一。总观滇南地区掀升隆起幅度是从西向东减小，至今在不同地区，不同地貌单元，形成了不同的岩溶地貌景观。其岩溶发育特征与地貌发育阶段基本一致。

据滇南地区岩溶发育特征、时期及地貌发育特点，结合水文地质条件，大致分成以下四个区:

2.3.1溶丘漏斗(洼地)、峰丛洼地区

地处掀升强隆高原面上，标高在1800米以上，位于地下水分水岭地带，成为岩溶地下水的主要补给区。如草坝东山、个旧莲花山、开远西部的白家坟、朋普西山、大铁猪头山等地。基岩裸露，组合地貌形态以溶丘漏斗(洼地)、峰丛洼地为主，局部为岩溶中山山地;岩溶个体形态以落水洞、漏斗、溶井、洼地最为发育，并有倾斜或阶梯状溶洞分布。此带以垂向岩溶形态为突出特点，有利于大气降水的渗入，反映出补给区的特点。

2.3.2.残丘波地区

以东部地区最为典型。标高1400-2200米左右，位于地下水的补给迳流区或迳流区。如平远街一中和营、腻革龙等地，基岩半裸露，岩溶组合地貌形态以残丘坡地、溶丘漏斗洼地等为主，岩溶个体形态以落水洞、溶井、漏斗、溶洞等发育-般深8-30米，最深达80米。岩溶密度10-26个/公里。在标高1400-2000米之间，溶洞、暗河多见，暗河多以石林期剥蚀面为排泄基准;而标高1500-1600米之间发育有季节性溶洞、暗河及干溶洞，可进深度20-100米，最长805米，近似水平发育。由此可见，在这一区垂直岩溶与水平岩溶形态均很发育，具有补给迳流区的岩溶发育特征。

滇南地区残丘波地带地貌（照片2.3.2-1）

2.3.3.溶蚀谷地区

主要指河谷地带，标高1040-1350米。如南盘江、泸江、得厚河以及滇南地区南部的红河水系支流河谷地区。组合地貌形态以岩溶中山峡谷、溶丘谷地、峰丛谷地地貌为主，沿河谷分布有暗河、岩溶大泉和水平溶洞。由于地壳间歇性上升、隆起，河谷深切达200--500米，谷坡陡峭。在泸江河谷坡上48泉(流量93.16升/秒)高出河床90米出流，得厚河谷坡上溶洞高出河床120米等等。该区以水平岩溶形态发育为主，发育的溶洞主要有两层:第一层溶洞出露标高1070-1150米，如南洞、六郎洞等，已发育成地下河系，高于当地侵蚀基准面50-120米;第二层溶洞出露标高1280-1350米，如草坝大、小黑水洞(11、12)、小龙潭南洞(3)、蒙自黑龙潭(16)等暗河，由于滇南地区新构造运动强烈，地壳不断抬升，基本失去了长年排泄地下水作用，因此，形成季节性暗河，或暗河流量很小。

2.3.4.盆地覆盖埋藏溶蚀区

主要指分布在滇南地区西部的盆地(谷地)底部的碳酸盐岩地区。位于当地侵蚀基准面以下，基岩被覆盖。

上第三纪以来，掀升隆起与下陷的新构造运动幅度大，尤其是蒙自、草坝、大庄、开远、小龙潭及朋普等盆地，下陷幅度达500-700米左右，上覆上第三、第四系地层，岩溶以覆盖、埋藏式形态为主。据盆地中钻孔揭露资料，-般在覆盖层下60-100米以上岩溶发育，以下溶蚀少见。草坝大黑水洞口136号孔在孔深391米尚见有2.78米的溶洞(标高994米)，被半充填;小龙潭盆地据钻孔揭穿的上第三系沉积厚320-370米，其下灰岩80--100米(标高650-800米间)，溶孔和溶洞均发育，但溶洞已被充填，为古岩溶。此带溶隙、蜂窝状溶孔发育均匀，与溶洞构成独特的岩溶类型。

参考文献:1.水文地质学基础第六版

        2.1:20万区域水文地质普查报告