中国南方岩溶石山地区不同岩溶类型的地下水与环境地质问题

Cl -
SO
2 4
-
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HCO3- 总碱度 总酸度 总硬度 硬度
硬度
质量浓度/ ( mg ·L - 1) 高出本底值倍数
8. 45 4
19. 19 171. 24 5. 04
35
3
3
76. 25 28. 89 377. 59 309. 68 24. 79 448. 39 138. 71 309. 68
26
13
2
2
5
3
61
2
2. 1. 2 环境地质特征 内涝是该区主要的环境地质问题 。在峰丛洼地
区洪峰流量特别大 ,地下水排泄不畅是形成内涝的 主要原因 ;地下水顺着洼地或谷地边的落水洞涌出也 是形成内涝的重要原因 。地下河蕴藏着丰富的水资 源 ,对其进行开发不仅可以解决饮水和农田灌溉问 题 ,而且可以发展旅游业 ,促进经济发展 ,但在地下河 上修建水库可能会加剧上游内涝 。如在木美地下河 流域 ,由于流域面积大 (308 km2 ) ,中下游地下水水位 埋深浅 ,几乎年年都有内涝 ,且内涝范围较广。
中国南方岩溶面积约 54 万 km2 ,由于强烈的岩 溶作用和特殊的地质背景 ,南方岩溶石山地区的环 境系统非常脆弱 ,在自然状态或人类活动影响下常 产生诸如石漠化 、水土流失 、干旱 、洪涝等各种的地 下水和环境地质问题 。南方岩溶区由于碳酸盐岩的 出露形式 、岩性和岩层层组类型 、大地构造等的不 同 ,岩溶环境地质特征具有差异性 ,因此应该根据其 不同特征划分为不同类型的岩溶区划 ,才能有针对 性地提出相应的治理措施 。
连续性岩溶区在环境治理方面取得了一些经 验 。对比广西弄拉 、贵州荔波茂兰 、云南木美 3 个典 型点的情况 (表 2) 可以发现 ,植被对泉水的水文动 态有直接的影响 ,植被恢复后调蓄能力增强 ,水源增 多 ,减少了暴涨 、暴落的情况 ;反之 ,水源就减少 。因 此保护水源 ,解决人蓄饮水问题应从恢复植被开始 。 要研究各地的地球化学背景 ,考虑名特优品种的地 质生态适宜性 。而对于像云南木美地下河流域表层 岩溶泉出露少的地方 ,可以通过减少水土流失 、修建 水窖 、封山育林等措施来缓解缺水和治理石漠化 。
表 2 不同地区地下水和环境治理经验 Table 2 Treat ment s for underground water and
enviro nment in different areas
地 点 土地类型 广西弄拉 次生林
灌木林和 广西弄拉
石漠化区
水 源 表层岩溶泉
季节性泉
(1. 国土资源部岩溶地质研究所岩溶动力学重点实验室 ,广西 桂林 541004 ;2. 西南大学资源环境科学学院 ,重庆 400715)
摘 要 :依据碳酸盐岩的出露形式、岩性和层组类型、大地构造等 ,将南方岩溶环境系统划分为裸露型、埋藏型、覆盖型和断陷盆地 型 ,其中裸露型又可分为连续型和间互型。简要叙述了连续性、间互型、埋藏型和覆盖型岩溶区的大地构造、岩性和岩层组合方面的 特征 ,结合多个典型点最新的研究成果 ,重点介绍了连续型岩溶区的地表水缺乏、污染、内涝和石漠化问题 ,提出修建水窖、封山育林 等措施缓解缺水和治理石漠化 ;同时介绍了间互型岩溶区的地表、地下水污染、缺水、石漠化问题 ,提出依托高位隔水层溶洼成库、寻 找蓄水构造打井、封山育林等治理措施 ;最后介绍了埋藏型岩溶区的缺水、石漠化和塌陷问题 ,指出打井、恢复植被等治理措施。 关键词 :岩溶区划 ;地下水 ;环境地质 中图分类号 : P641 ;X141 文献标识码 :A 文章编号 :100027849 (2006) 0120083205
第 20
25 06
卷 年
第 1 1
期 月
Geological
地质科技情报
Science and Technology
Info
r
matio
n
Vol. 25 Jan.
No . 2 0 0
1 6
中国南方岩溶石山地区不同岩溶类型的 地下水与环境地质问题 ①
郭 芳1 ,2 ,姜光辉1 ,蒋忠诚1
表 1 木美地下河流域潘家塘水窖的水质污染情况
Table 1 Stat us of water quality pollutio n of Panjiatang water cellar in Mumei undergro und river basin
指标参数
永久 暂时
K+
Na +
Ca2 + Mg2 +
主要沉积类型是碳酸盐岩建造 ,间夹一些砂页岩 ;震 旦系下部是碎屑岩建造 ;震旦系上部至奥陶系为碳 酸盐岩建造 ;志留系是页岩建造 。在区内大部分地 区缺失或只有很薄的泥盆系 、石炭系 。二叠系 、三叠 系是一个成分复杂的 、主要由碳酸盐岩建造组成的 建造群 ,晚三叠纪以后是陆相沉积阶段 ,碳酸盐岩沉 积较少 。中国可溶岩分布图[5] 上显示该区的岩层组 合与岩性变化较大 ,岩层层组类型在鄂西清江流域 主要是连续型 、连续型与间夹层型的复合型 ,岩性以 灰岩为主 。如火烧坪地区的地层为三叠系嘉陵江 组 、大冶组灰岩偶夹薄层状含泥质灰岩 、泥质灰岩或 泥灰岩 ;上二叠统长兴组为含燧石团块或条带灰岩 , 龙潭组是黏土岩 、页岩 、硅质岩和煤层 ;下二叠统茅 口组为含燧石团块灰岩 ,厚度约 80 m ,栖霞组是灰 岩与泥石碳质灰岩互层 。梵净山周围至贵阳一带 , 寒武系的连续型白云岩出露比较集中 ,涪陵 、沿河 、 湄潭 、遵义一带岩层层组类型为连续型 、间夹层型 、 互层型 ,岩性以灰岩为主 ,部分为白云岩 、白云质灰 岩 。保靖白岩洞地下河流域的地层为寒武系 ,下寒 武统牛蹄塘组 、杷榔组以页岩为主 ,清虚洞组以灰岩 为主 ,不属连续型沉积 ,中寒武统敖溪组为白云岩和 页岩 ,花桥组为灰岩 ,中上寒武统娄山关组为白云 岩 ,上寒武统以灰岩为主 。总体上 ,保靖寒武系岩性 变化频繁 ,连续型的碳酸盐岩沉积很少 。湄潭、遵义 往西至昭通连续型灰岩沉积增多 。这个地区的后寨 地下河流域出露中三叠统关岭组 。关岭组下段以泥 页岩为主 ;中段以灰岩为主 ;夹有薄层状泥页岩 ;上段 以白云岩为主 ,关岭组岩层层组类型属间互型 。六盘 水水城盆地的地层主要是石炭系和二叠系 ,石炭系以 灰岩为主 ,岩层层组类型属连续型与间夹层型的复合 型 ,石炭系底部为页岩 ; 二叠系灰岩连续厚度大于 200 m ,属连续型 ,二叠系底部为泥页岩与砂岩互层。 2. 2. 1 地下水特征
治理经验 封山育林 封山育林 ,种植 经济作物
贵州荔波 森 林
常年性泉
保护森林
灌木林和 云南木美
石漠化区
水窖 、地下河
修建水窖 ,开发 地下河
2. 2 间互型岩溶区 间互型岩溶区分布在黔 、湘 、渝 、鄂交界处 ,与袁
道先等[1] 划分的贵州 、湘西 、鄂西岩溶区相当 ,与中 国科学院地质研究所岩溶研究组[7] 划分的黔西溶 洼2丘峰山地亚区和鄂黔溶洼2丘峰山地亚区也大致 相当 。在大地构造上属扬子准地台西部的二级构造 单元 :滇黔褶断带 、八面山褶皱带和江南地轴 。在该 区内地台沉积基底属于江南式 , 且基底岩石出露面 积较大 。盖层从震旦纪至三叠纪是海相沉积阶段 ,
图 1 中国南方岩溶及其主要类型分布图[1] Fig. 1 Distribution of karst and its main types in South China
1. 裸露型岩溶 ;2. 覆盖型岩溶 ;3. 埋藏型岩溶 ;4. 非可溶岩 ; 5. 详 查和监测点 ;6. 岩溶分区 ;7. Ⅰ型分区 ; Ⅰ1 新华夏系一级隆起区 (裸露型岩溶) ; Ⅰ11 黔南桂西纯碳酸盐岩区 , Ⅰ21 黔 、渝 、湘西 、 鄂西碳酸盐岩区与非可溶岩交互成层区 ; Ⅱ1 湘桂沉降带覆盖型 岩溶区 ; Ⅲ1 川南 、重庆沉降带埋藏型岩溶区 ; Ⅳ1 滇东断陷盆地 及山地岩溶区
地下河 、百郎地下河 ,这种发达的地下排水网是干旱 缺水和内涝的根源 。地表形成的峰丛地貌地形陡 峭 ,土地稀少分散 ,是导致石漠化的重要内因 。 2. 1. 1 地下水特征
该区地下水存在污染问题 。连续型岩溶区工业 比较落后 ,地下水或地表水的污染类型以农药 、化肥 和生活垃圾污染为主 。污染离子主要是 K+ 、Na + 、 Cl - 、SO24 - 。水窖能够缓解该地区因地表水缺乏而 导致的人畜饮水困难 ,但一些水窖由于选址不当 ,不 能长久蓄水 ,并且水质很差 。如云南木美地下河流 域的一个水窖建在村庄中央 ,下雨时周围的污水流 入水窖 ,而且水窖没有排泄口 ,导致水窖被污染 ,水 窖中的电导率出现异常 , K+ 、Na + 、Cl - 、SO24 - 的浓 度都明显高于其他水窖 (表 1) 。地下河污染也是该 区的一个普遍趋势 ,广西境内 30 多条地下河 20 a 来的水质对比显示 ,虽然地下河水质总体情况良好 , 但 SO24 - 、NO3- 和总溶解固体质量浓度显著上升 , HCO3- 、Ca2 + 、Mg2 + 、K+ 、总硬度和永久硬度质量浓 度有所升高 ,水质有恶化的趋势[6] 。
1 中国南方地区岩溶类型
根据碳酸盐岩的出露形式 、岩性和大地构造等 将中国南方岩溶区划分为裸露型 、埋藏型 、覆盖型以 及断陷盆地型 4 个大类 ,其中裸露型可分为连续型 和间互型[1] (图 1) 。按照这个划分方案 ,并针对不 同的岩溶环境地质问题选择了 10 个典型的代表点 进行研究[2] (图 1) ,它们分别是 :代表连续型岩溶区 的广西马山县弄拉 、云南广南县木美地下河流域 、贵 州荔波县茂兰 ;代表间互型岩溶区的贵州六盘水 、贵 州普定县的后寨地下 河 、湖南 保靖 县白岩 洞 地 下 河 、湖北 长阳县 火烧 坪 ; 代表 覆盖型 岩溶 区的 广 西来 宾小 平阳 、广西 桂林 丫吉 试验 场 、湖 南郴 州 万华岩地下河流域 ;埋藏型和断陷盆地型岩溶区 没有设点 。
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第 1 期 郭 芳等 :中国南方岩溶石山地区不同岩溶类型的地下水与环境地质问题 8 5
2 不同岩溶区环境地质特征
2. 1 连续型岩溶区 连续型岩溶区位于滇 、黔 、桂三省交界处 ,据曹
建 华等[3] 的统计 ,包括云南省2个县 ,贵州省49个
① 收稿日期 :2005202216 编辑 :杨 勇 基金项目 :国土资源部新一轮地质大调查项目 (20031040004304 ;D KD2002008) 作者简介 :郭 芳 (1978 — ) ,女 ,助理研究员 ,主要从事岩溶学的研究工作 。
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地 质 科 技 情 报
2006 年
县 ,广西省 48 个县 。地表通常是典型的峰丛2洼地2 谷地地貌 ,地下河特别发育 。干旱 、内涝 、石漠化是 该区主要的环境地质问题 。连续型岩溶区的地下水 和环境地质特征的形成与当地的气候 、地质构造和 岩溶发育规律有着密切的联系 。南方岩溶地区基本 上属于亚热带岩溶[1] ,以峰林地形为标志 ,发育在典 型的季风气候区 ,但由于地层岩性和岩溶层组类型 以及构造运动的差异 ,其岩溶形态 、水循环和资源环 境问题各不相同 。连续型岩溶区在大地构造单元上 属于华南准地台西部的三级构造单元 :越北隆起北 缘褶断束 、红水河褶皱束和雪峰隆起南缘褶断束[4] 。 在加里东褶皱基底上沉积泥盆纪 —三叠纪的以碳酸 盐岩为主的地层 。这个区域的碳酸盐岩多是很纯的 连续沉积型的灰岩[5] 。如木美地下河流域分布的就 是泥盆纪 —晚二叠世的灰岩 ,泥盆系底部是砂页岩 、 白云岩 、白云质灰岩 ,中泥盆统是灰岩夹硅质 、泥质 条带 ,上泥盆统 —下二叠统是连续沉积的纯灰岩 ,偶 夹硅质 、白云质结核或条带 。碳酸盐岩连续型含水 层中发育众多的地下河 ,比较著名的有广西的地苏