呂玉香，胡 偉，劉安云

(1.重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局208水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，重慶400700;2.重慶市重慶市地質(zhì)調(diào)查院，重慶401122)

巖溶地區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，開(kāi)發(fā)利用困難，長(zhǎng)期以來(lái)，巖溶水的運(yùn)移及富集規(guī)律一直是水文地質(zhì)學(xué)者研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。重慶市巖溶區(qū)面積近3萬(wàn) km2，占重慶國(guó)土面積的1/3，巖溶區(qū)主要集中分布在渝東北渝東南地區(qū)。由于尚無(wú)成熟的找水理論作指導(dǎo)，找水風(fēng)險(xiǎn)性較高，渝東南渝東北巖溶地區(qū)供水工程一直未大規(guī)模開(kāi)展。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)缺水人口近200萬(wàn)。渝東北地區(qū)是長(zhǎng)江上游重要的生態(tài)屏障，環(huán)境承載力較弱;渝東南地區(qū)則是重慶市絕對(duì)貧困人口高度集中、貧困發(fā)生率和返貧率最高的區(qū)域，干旱缺水已成為制約這些地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素，因此，發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)迫切需要解決缺水問(wèn)題。

2013年，重慶市政府將巖溶找水工作納入“民生二十二條”。自2013年起，重慶市國(guó)土局也開(kāi)始逐步安排巖溶找水示范工程，目前已取得了一定的成效。本文從渝東南渝東北巖溶地下水富集規(guī)律著手開(kāi)展研究，探索巖溶地區(qū)的找水方向，建立了一套巖溶找水理論體系，為采用多種方式開(kāi)發(fā)利用巖溶地下水、有效推動(dòng)重慶市巖溶找水工作提供了依據(jù)。

1 渝東南渝東北巖溶地下水富集規(guī)律

據(jù)以往1:20萬(wàn)區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告及近年來(lái)的1:5萬(wàn)區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目，渝東南渝東北地區(qū)巖溶地下水豐富，但由于其富水性極不均一，開(kāi)發(fā)利用難度大，開(kāi)發(fā)利用程度較低［1］

1.1 巖溶地下水富水特征

渝東南渝東北巖溶地下水富水程度主要取決于巖性條件、地形地貌、構(gòu)造部位、補(bǔ)徑排條件、人類活動(dòng)等多種因素。

從巖性條件來(lái)看，以灰?guī)r為主含水巖組最為富水，白云巖類次之，含泥質(zhì)、硅質(zhì)的不純碳酸鹽巖含水巖組富水性相對(duì)較差。

從地形地貌條件來(lái)看，低位巖溶槽谷、洼地區(qū)、溶蝕低山溝谷、槽谷區(qū)，地下水埋藏淺，富水性好;高位巖溶槽谷區(qū)，地下水埋藏深，富水性好;深切溝谷、峽谷，溝谷相交處，陡崖處均富水。

從構(gòu)造條件來(lái)看，向斜軸部富水性好，向斜兩翼富水性次于向斜軸部，其中陡翼更富水;背斜軸部富水性次于向斜軸部，背斜緩翼槽谷、洼地及背斜陡翼富水性好;褶皺轉(zhuǎn)折端以及張性斷裂帶，較為富水。

從補(bǔ)、徑、排條件來(lái)看，地下水徑流區(qū)、排泄區(qū)富水性好。

1.2 巖溶地下水富集的均一性研究

巖溶地下水富集的不均一性是巖溶發(fā)育不均一的反映，它與地層巖性、地貌、地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等多種因素有關(guān)，在同一含水層中大都同時(shí)并存著細(xì)微溶隙和巨大的洞穴管道［1］。下面從地層巖性、地貌、地質(zhì)構(gòu)造等方面論述分析，將巖溶地下水富集均一性分為極不均一、不均一、相對(duì)均一三類(見(jiàn)表1)。一般來(lái)講，地層巖性為灰?guī)r類，地形地貌部位為低、中山峽谷、嶺脊峰叢洼地、臺(tái)原峰叢洼地等，構(gòu)造部位上位于背、向斜軸部或陡翼者巖溶地下水富水性極不均一。

表1 巖溶地下水富集均一性一覽表

2 巖溶地下水開(kāi)采利用方式

國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)利用巖溶地下水的主要方式有:鉆探取水、開(kāi)鑿隧洞取水、暗河天窗提水、引泉、暗河出口引水、蓄水、淺鉆井開(kāi)發(fā)表層巖溶水等，重慶市地區(qū)目前主要采用的是鉆探取水，引、蓄泉水或暗河水。

2.1 鉆探取水工程

對(duì)于地下水埋藏較淺、富水性好且相對(duì)均一的區(qū)域，優(yōu)選選用鉆探取水。采用機(jī)井方式開(kāi)采地下水具有出水量保證程度高、開(kāi)采量穩(wěn)定、水質(zhì)不易受污染、地下水資源量調(diào)節(jié)好的特點(diǎn)。若進(jìn)行鉆探取水，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行鉆井設(shè)計(jì)、施工，其鉆井深度宜控制250 m以內(nèi);鉆井開(kāi)孔口徑宜大于200 mm;準(zhǔn)確設(shè)置套管、過(guò)濾管。

2.2 隧洞取水工程

對(duì)于不適宜鉆探開(kāi)采且暗河水量較大的區(qū)域，可根據(jù)暗河管道在地表的顯示標(biāo)志如豎井、天窗等，在查明暗河管道空間分布的前提下，在適宜部位開(kāi)鑿隧洞截引暗河水，首先要明確取水段標(biāo)高，合理選擇不同的位置，并根據(jù)可取水量設(shè)計(jì)引水隧洞長(zhǎng)度、斷面規(guī)格及襯砌方式。施工中還應(yīng)防止突水事故的發(fā)生，確保施工安全。采用這種方式成本較高，同時(shí)技術(shù)難度也較大。

2.3 巖溶潭、暗河天窗提水

在巖溶盆地、洼地內(nèi)的巖溶潭等地下水天然露頭處及暗河天窗可直接安裝水泵開(kāi)采地下水，這種方法簡(jiǎn)單易行，若天窗深度較大，其運(yùn)行成本較高。

2.4 引泉、暗河出口引水

若巖溶泉或暗河出口位置相對(duì)較高，可通過(guò)修建引水渠或修建蓄水池、安裝引水管道的方式開(kāi)采利用泉水或暗河水，這種方式簡(jiǎn)單易行，且成本較低。

2.5 蓄水

對(duì)出露于谷地中或?qū)捑徯屯莸氐撞康膸r溶泉，因其位置較低，宜在巖溶泉泉口或其下游附近采取攔蓄措施蓄積地下水，然后輔以“抬、挑、引”等手段利用地下水，這種方式簡(jiǎn)單易行，成本較低。

2.6 淺鉆井開(kāi)發(fā)表層巖溶水

表層巖溶帶巖溶發(fā)育相對(duì)較弱，泉點(diǎn)水量小，且動(dòng)態(tài)變化大，枯季常常斷流，可選擇地下水富水性相對(duì)均一的地段實(shí)施淺鉆井開(kāi)采地下水，解決部分分散人口的飲水問(wèn)題。

另外，在水量貧乏區(qū)，可采用暗河天窗提水、平硐截引暗河水、堵大泉水等方式解決高處居民用水，這些方式在廣西、貴州、云南等地已被成功應(yīng)用。

3 渝東南渝東北巖溶區(qū)找水方向

3.1 找準(zhǔn)特定地層

(1)三疊系下統(tǒng)嘉陵江組一、三段(T1j1、T1j3)，三疊系下統(tǒng)大冶組二段(T1d2)，巖性以灰?guī)r為主，層厚質(zhì)純，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，地下水以管道型為主，暗河、大泉數(shù)量多且水量大，但極不均一，可采用引、提、堵的方式開(kāi)發(fā)利用暗河水;若構(gòu)造、地形條件適宜，地下水埋藏淺，也可在適當(dāng)部位布井，以這些地層為目的層鉆井取水。

(2)奧陶系下統(tǒng)紅花園組(O1h)，寒武系上統(tǒng)耿家店組(∈3g)、毛田組(∈3m)、中統(tǒng)高臺(tái)組(∈2p)、平井組(∈2g)地層中，巖性以白云巖為主，層厚質(zhì)純，巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈，巖溶地下水富水性好但不均一，若構(gòu)造、地形條件適宜，地下水埋藏淺，可以這些地層為目的層鉆井取水;也可通過(guò)引、提、堵的方式開(kāi)發(fā)利用泉、暗河出口等天然出露的巖溶水。

(3)在三疊系中統(tǒng)巴東組/雷口坡組(T2b/T2l)、二疊系上統(tǒng)吳家坪組(P3w)和中統(tǒng)棲霞組(P2q)、奧陶系中、上統(tǒng)(O3+2)及奧陶系下統(tǒng)大灣組(O1d)等地層中，巖溶發(fā)育相對(duì)較弱，在部分緩坡、平原地帶形成表層巖溶帶，可通過(guò)引泉、打淺井等方式開(kāi)發(fā)利用表層巖溶水。

(4)在含水層、隔水層的接觸地帶，泉點(diǎn)分布較多，可通過(guò)引、蓄等方式開(kāi)發(fā)利用地下水。

3.2 尋找地形地貌有利位置

(1)低位巖溶槽谷、洼地區(qū)，地下水埋藏淺，富水性好，相對(duì)均一，可以采用鉆探取水。如2013年實(shí)施的酉陽(yáng)龍?zhí)逗恿饔驇r溶供水示范、酉陽(yáng)丁市巖溶供水示范項(xiàng)目，目前出水效果均較好。

(2)溶蝕低山溝谷、洼地、槽谷區(qū)地下水埋藏淺，富水性好，但不均一，優(yōu)先采用鉆探取水，其次考慮引、蓄泉水。

(3)高位巖溶槽谷區(qū)，地下水埋藏深，富水性好，但不均一，開(kāi)發(fā)利用該類地下水可在儲(chǔ)水構(gòu)造翼部隔水層以上的適當(dāng)位置打平硐、斜井;或選擇其間寬度較大、地勢(shì)平緩的溶蝕槽谷或大型溶蝕洼地，且人居集中、暗河管道埋藏較淺的地段布置鉆井。

(4)深切溝谷、峽谷，溝谷相交處，陡崖處均富水，但極不均一，開(kāi)發(fā)利用此類地下水，一般通過(guò)在暗河出口提水、暗河天窗提水或在適當(dāng)部位攔截暗河水，用平硐引出地表。

(5)地表串珠狀的漏斗、落水洞的發(fā)育及雨后表層泉的出露情況可以更好的尋找暗河的軌跡確定富水地段。

3.3 選擇有利構(gòu)造部位

1)向斜軸部

向斜軸部一般富水性好且極不均一，可通過(guò)暗河通道筑壩和灌漿防滲，建設(shè)地下水庫(kù)或在暗河天窗提水及在暗河出口引水;若向斜海拔較高，可在隔水層露頭以上的適當(dāng)位置打平硐至含水層與隔水層的接觸面上進(jìn)行開(kāi)采，有望獲得較大流量;也可通過(guò)暗河天窗提取地下水;若能準(zhǔn)確探明暗河軌跡，地下水埋藏淺，也可在地形條件適宜的地段鉆井開(kāi)發(fā)地下水。渝東南渝東北地區(qū)低位向斜主要有桑拓坪向斜、平陽(yáng)蓋向斜、毛壩向斜等，高位向斜主要有銅西向斜、普子向斜、青杠向斜、毛壩向斜、官渡向斜、巫山向斜、旗桿山向斜、梆梆梁—貓兒背復(fù)向斜、尖山—巫溪向斜及八臺(tái)山—大寧廠向斜等。

2)向斜轉(zhuǎn)折端

向斜轉(zhuǎn)折端為張應(yīng)力集中帶，常常形成富水塊段，泉點(diǎn)較多，可以通過(guò)蓄、引等方式開(kāi)發(fā)利用巖溶泉，或在適當(dāng)部位布置鉆井。

3)背斜軸部

在背斜軸部往往沿核部張應(yīng)力集中帶發(fā)育斷層和裂隙帶，平行于軸向溶洞管道發(fā)育，常形成巖溶水集中徑流帶，富水性極不均一，不宜進(jìn)行鉆探取水，背斜軸部一般位置較高，可以通過(guò)蓄、引的方式開(kāi)發(fā)利用巖溶泉，通過(guò)提水、賭洞成庫(kù)的方式開(kāi)發(fā)利用暗河。渝東南渝東北地區(qū)軸部寬緩、富水條件好的背斜主要有秀山背斜、酉酬背斜、宜居背斜、雞公嶺背斜、天館背斜、郁山背斜、老廠坪背斜、朝陽(yáng)—起陽(yáng)背斜等。

4)背斜傾伏端

背斜傾伏端張裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈而不均勻，常形成富水塊段?？山Y(jié)合地形地貌條件、周邊需水狀況、成本大小等選擇引泉、引暗河水、鉆探方式開(kāi)發(fā)利用地下水。

5)背、向斜翼部

背、向斜翼部地下水富水性較好，但不均一，緩翼部位若存在大、中型巖溶槽谷、洼地，可采用鉆探方式開(kāi)發(fā)利用地下水;陡翼部位富水性好，但極不均一，可采用截、引暗河水或引泉的方式開(kāi)發(fā)利用地下水。

6)張性斷裂帶

張性斷裂帶富水性好，地下水埋藏淺，富水性不均一，可采用鉆孔方式開(kāi)發(fā)利用地下水。

3.4 盡量在地下水排泄區(qū)和徑流區(qū)找水

地下水補(bǔ)給區(qū)往往海拔較高，地下水下滲快，地下水埋藏較深，找水風(fēng)險(xiǎn)較高，以往在背斜軸部或高位向斜軸部實(shí)施的供水井成井率較低。

地下水徑流區(qū)和排泄區(qū)富水性相對(duì)較好，動(dòng)態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，富水性也相對(duì)均一，適宜采用多種方式開(kāi)發(fā)利用地下水。

3.5 選擇適合的物探方法，正確解譯

要解決巖溶地區(qū)普遍存在的缺水難題，提高巖溶找水的成功率，一要靠提高水文地質(zhì)測(cè)繪研究程度;二要充分利用巖溶水勘查技術(shù)的進(jìn)步，而地球物理探測(cè)無(wú)疑是最為經(jīng)濟(jì)適用的勘查技術(shù)，是勘查技術(shù)發(fā)展的主要領(lǐng)域［2］。在利于巖溶地下水富集的部位，合理選擇組合地球物理方法和分析其地球物理特征，可快速獲得儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)的延伸方向、發(fā)育寬度及下延深度等參數(shù)，為定位、開(kāi)采地下水提供依據(jù)。

重慶近年來(lái)實(shí)施的巖溶供水示范項(xiàng)目主要采用了高密度電法、可控源音頻大地電磁法、聯(lián)合剖面法、瞬變電磁法等，經(jīng)驗(yàn)證，行之有效的方法多數(shù)為高密度電法。

4 巖溶地區(qū)找水標(biāo)志

為便于記憶，在總結(jié)分析渝東南渝東北巖溶地下水富集規(guī)律的基礎(chǔ)上，從地層巖性、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造三個(gè)方面提煉出了找水標(biāo)志。

4.1 地層巖性標(biāo)志

1)灰?guī)r之中，水量頗豐

灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r類地層巖溶發(fā)育強(qiáng)烈而不均勻，富水性好，常發(fā)育大型或特大型暗河或巖溶大泉，若在野外的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)碳酸鹽巖較純、層厚、溶蝕作用強(qiáng)烈且規(guī)模較大，且地形地貌、補(bǔ)徑排條件優(yōu)越，其間定能找到水量較大的巖溶泉或暗河。由于其地下水富水性極不均一，在布置鉆井時(shí)需謹(jǐn)慎。

2)分界之處 泉水遍布

在碳酸鹽巖地層和非碳酸鹽巖地層分界部位，常有泉點(diǎn)出露，尤其是可溶巖下伏為隔水性巖層時(shí)，由于巖溶水受隔水層的阻隔，在接觸面上巖溶泉常以懸掛泉或上升泉的形式出露。碳酸鹽巖分布完整，且下部有阻水層，這也是巖溶找水的必備條件。

4.2 地形地貌標(biāo)志

1)槽谷洼地，找水有利

在大型的巖溶洼地、槽谷底部，往往有利于巖溶水的匯集，通常是巖溶水的富集區(qū)，巖溶含水層的富水性一般比較均勻，水資源量較大。無(wú)論是在向斜軸部的大規(guī)模巖溶槽谷、盆地，還是在寬緩背斜軸部沿構(gòu)造線分布的條帶狀巖溶槽谷、洼地，或是背(向)斜翼部的小型洼地，一般均可找到水源。近年來(lái)在涪陵焦石大型洼地區(qū)、酉陽(yáng)龍?zhí)恫酃葏^(qū)實(shí)施的巖溶供水示范工作，均取得了不錯(cuò)的效果。巖溶槽谷、洼地，尤其是低位巖溶槽谷，是將來(lái)進(jìn)行巖溶找水的主要靶區(qū)。

2)兩溝相交，水流滔滔

在兩溝交匯之處，往往巖溶水匯水面積較大，也常是斷裂交匯處，地下水補(bǔ)給充足，徑流量較大，并常有有泉水流露，故在兩溝相交部位，特別是源頭較遠(yuǎn)且穿過(guò)主要含水巖組的溝谷交匯部位，地下水較為豐富。

溝谷相交現(xiàn)象在研究區(qū)也較為常見(jiàn)，需要說(shuō)明的是，并不是每個(gè)部分都有豐富的地下水，需同時(shí)滿足處在區(qū)域地下水排泄區(qū)、碳酸鹽巖厚度大且完整、下部有隔水層等條件，才有可能找到豐富的地下水源。

3)山間溝谷，有水出露

在碳酸鹽巖分布區(qū)的山間溝谷(河谷)特別是橫切溝谷底部，往往是巖溶地下水的集中排泄區(qū)，常見(jiàn)暗河出口、巖溶大泉，可根據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行提、引開(kāi)發(fā)地下水。

4)陡崖之下，水量較大

巖溶山區(qū)線狀分布的陡崖，往往是可溶巖與非可溶巖接觸部位或斷層破碎帶，其巖體較破碎，巖溶管道也較發(fā)育，通常是巖溶地下水的匯集排泄帶，常常出露巖溶大泉和暗河，宜直接引用或追索暗河軌跡，在適當(dāng)部位進(jìn)行攔截。

4.3 地質(zhì)構(gòu)造標(biāo)志

1)向斜軸部?jī)?chǔ)水好，找水成功效率高

低位向斜軸部?jī)?chǔ)水構(gòu)造完整，為地下水匯集區(qū)，埋藏淺，水量豐富，可根據(jù)實(shí)際情況采用多種模式開(kāi)發(fā)利用地下水;而某些高位向斜軸部區(qū)，地下水往往埋藏深，加之巖溶發(fā)育的不均一性，需根據(jù)實(shí)際情況，采用打平硐截引暗河水或暗河出口引水等方式取水。

2)寬緩背斜軸，巖溶水集中徑流

背斜儲(chǔ)水構(gòu)造，封閉條件良好，尤其是寬緩背斜軸區(qū)，巖溶地下水多沿巖溶管網(wǎng)作縱向運(yùn)移。地表溶蝕谷地、串珠狀洼地和落水洞等密集，其間巖溶管網(wǎng)十分發(fā)育，多見(jiàn)巖溶大泉和暗河出露，可以通過(guò)蓄、引的方式開(kāi)發(fā)利用巖溶泉，通過(guò)提水、賭洞成庫(kù)的方式開(kāi)發(fā)利用暗河。

3)構(gòu)造傾伏端、仰起端，常常就是富水段

在背(向)斜構(gòu)造的轉(zhuǎn)折段、傾伏端和仰起端等構(gòu)造應(yīng)力集中的部位，巖體破碎，裂隙發(fā)育，巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈，常形成地下水徑流和儲(chǔ)存的良好空間，為巖溶水的富集創(chuàng)造了有利條件，在地形地貌條件有利部位常形成富水塊段。

4)張性斷裂破碎帶，有水富水易開(kāi)采。

張性斷裂破碎帶溶蝕作用強(qiáng)烈，是地下水良好的匯集場(chǎng)所，一般埋藏比較淺，出露泉點(diǎn)較多，特別是可溶巖與非可溶巖接觸的斷層破碎帶，更利于巖溶地下水的儲(chǔ)存和富集，在地貌條件適宜且補(bǔ)給較好的地段，找到巖溶地下水的可能性大。

［1］劉紅延，陳保立，溫東升.鄂西南巖溶水的基本特征及分布規(guī)律［J］.資源環(huán)境與工程.2007，21(2):160 －162.

［2］王宇，張貴，李麗輝，等.巖溶找水與開(kāi)發(fā)技術(shù)研究［M］.地質(zhì)出版社.北京:2007，50.