刘声凯，周锦忠，卞兆津，刘 亮

(1.湖南省地勘局416队，湖南 株洲 412003;2.湖南省地质工程勘察院，湖南 株洲 412003)

湖南龙山洗洛地区岩溶地下水开发前景探讨

刘声凯1，周锦忠1，卞兆津2，刘 亮2

(1.湖南省地勘局416队，湖南 株洲 412003;2.湖南省地质工程勘察院，湖南 株洲 412003)

解决水资源紧缺、水资源持续开发利用的研究向来备受关注。本文在干旱缺水问题十分突出的湖南省龙山县，对其东侧约7 km的洗洛地区进行了综合水文地质勘查工作，以期探讨其岩溶地下水的开发前景。研究查明了该地区的水文地质条件及富水规律;认为洗洛岩溶槽谷发育区至少含两层岩溶地下水，地下水综合开采条件良好，最枯单孔涌水量1 889.57 m3/d。洗洛地区有望成为一岩溶地下水可采量3～5×104m3/d的中至大型水源地，可解决约10万人的饮水困难。

岩溶地下水;综合水文地质勘查;开发;龙山洗洛

随着城市化及工农业的迅速发展，需水量在不断增加，特别是干旱缺水地区急需解决供水水源问题。同时，随着"三废"的排放，农药化肥的不合理施用，多数地表水已受到了不同程度污染，也迫切要求解决新的供水水源问题［1－3］。岩溶地下水具有水质良好、分布广泛等特点。然而，也存在着缺乏合理规划、超量开采，水质污染与水质恶化日趋严重等问题［4］。因此，合理开发岩溶地下水，对缓解岩溶区日益严峻的水资源紧缺问题及可持续利用岩溶地下水具有重要意义。

已有不少有关水质源开发利用方面的研究［5－7］，主要集中于地下水资源评价内容、评价方法、可持续利用的研究。而有关岩溶地下水方面的研究主要关注岩溶地下水资源的评价［8－9］、可持续利用［10］，然而，有关合理开发利用及其前景探讨的研究不多［11］。湖南省龙山县碳酸盐岩分布广泛，虽岩溶地下水资源丰富，但地表水文网发育不均，虽然全区性的特大旱灾少有发生，但局部性的旱灾年年有，且存在明显的加密趋势［12］。为此，本文通过对龙山洗洛地区综合水文地质勘查，探讨了该区岩溶地下水的开发前景，旨在为解决该区当前的缺水问题、以及进一步研究岩溶石山地区水文地质、勘查和找水建井等提供一些参考。

1 研究区概况

1.1 自然地理及社会经济

研究区位于湖南省龙山县东侧约约7 km的洗洛镇，属亚热带季风气候区，四季分明，平均气温为 15.8℃，最高温度39.5℃，最低温度 －6℃。无霜期为270天至280天。多年平均年降雨量1 400 mm，年降水量的60% ～70%集中于4～9月间。

地貌属风丛洼地槽谷地带，山脊总体走向为北东，地势总体为两侧高，中部低，东部山脊最高达海拔1 353.9 m，槽谷内最低标高约520 m，最大相对高差达800 m。槽谷东侧地形陡峻，一般坡角35°～55°，最大近90°，西侧地形相对较缓，一般坡角15°～25°。区内仅有酉水上游支流龙山河上的洗洛河，洗洛河长约5 km，洗洛以上长约3 km，一般流量50～100 L/s，枯季流量 5 ～20 L/s。

龙山县城(民安镇)，为龙山县政治、经济、文化中心。现有常驻人口近15万人，流动人口2～3万人。目前供水水源为县城北约20 km处的溪沟径流，拦坝引水明渠。雨季，由于水土流失，引水渠道易淤塞，还存在着水质常被恶化、旱季严重缺水、重金属元素超标等问题。致使自来水的净化处理成本成倍增加，且年处理能力也大大降低，严重威胁县城及附近10多万人的饮水安全。

1.2 地层及构造

研究区地层出露由老到新依次出露有古生界寒武系(∈)、奥陶系(O)、志留系(S)、中生界白垩系(K)(图 1)。其中寒武系下统牛蹄塘组(∈1n)、明心寺组(∈1m)及金顶山组(∈1j)以细砂岩、粉砂岩局部页岩为主;寒武系下统清虚洞组(∈1q)为白云质灰岩、灰岩夹钙质页岩;寒武系中统高台组(∈2g)以白云岩、白云质灰岩为主，局部夹灰岩及砂页岩;寒武系中统光竹岭组(∈2gn)为灰岩、白云岩，底部为钙质页岩;寒武系上统耗子沱群(∈3hz)为白云岩夹白云质灰岩、灰岩;奥陶系下统南津关组、分乡组、红花园组(O1n+f+h)为灰岩、白云岩;奥陶系下统大湾组(O1d)为瘤状灰岩夹钙质页岩;奥陶系中上统(O2+3)为泥质灰岩夹页岩;志留系中下统(S1－2)为页岩、砂质页岩及细砂岩;白垩系(K)为钙质粉砂岩、钙质砾岩夹白云质灰岩。

研究区位于洗洛不对称背斜北西翼近核部，背斜轴向北东，核部为下寒武系牛蹄塘组(∈1n)～金顶山组(∈1j)以细砂岩为主的地层分布区。区域大断裂洗洛压扭性断裂(F1)纵穿洗洛槽谷，破碎带宽一般300～500 m，上盘(南东盘)为寒武系下统可溶性碳酸盐岩，下盘(北西盘)为白垩系、志留系碎屑岩，断层上盘次生北西、北东向断裂发育(F1－1、F1－2)(图1);二坪压扭性断裂(F2)位于研究区南东侧，断裂带内基岩破碎。

图1 洗洛地区水文地质略图

2 岩溶水文地质特征

2.1 岩溶发育特征

研究区内岩溶发育强烈，区内岩溶形态主要有溶蚀槽谷、洼地、溶洞、漏斗等，主要发育于寒武系下统清虚洞组(∈1q)、寒武系中统高台组(∈2g)、寒武系中统光竹岭组(∈2gn)地层中，主要分布于洗洛槽谷内，如三塘村附近一带的溶蚀槽谷2.5 km2范围内，共发育溶洞 13个、漏斗17个，洼地面积达1.4 km2［13］。岩溶个体往往彼此组合成总体不规则的片状或条带状强岩溶化分布于地表附近，这也是我国南方古生代石灰岩中表层岩溶带最为发育的典型［14］。野外调查发现在槽谷内的寒武系中统高台组(∈2g)、寒武系中统光竹岭组(∈2gn)地层的灰岩、白云岩与志留系中统(S2)砂页岩接触带，受断层(F1)破碎裂隙发育影响，岩溶强烈发育。F1断裂带岩石破碎，是地下水贮存、运移的场所，溶洞、地下河在该有利条件下沿断裂发育，沿F1断层带泉水呈中珠状分布，岩溶水汇集。构造对岩溶发育控制作用主要表现在严格地控制区内的岩溶形态的展布及其组合排列方向与发育强度上。

2.2 水文地质特征

2.2.1 地下水类型及含水性岩组富水性划分

研究区地下水主要是岩溶水，主要含水岩组为:寒武系下统清虚洞组(∈1q)、寒武系中统寒武系中统高台组(∈2g)、光竹岭组(∈2gn)的白云岩、白云质灰岩、灰岩，其富水性强，为强富水岩组。寒武系上统耗子沱群(∈3hz)、奥陶系下统南津关组、分乡组、红花园组(O1n+f+h)为灰岩、白云岩亦为强富水岩组，但出露面积小;奥陶系下统大湾组(O1d)、奥陶系中上统(O2+3)的碳酸盐岩夹碎屑岩为中等富水岩组;寒武系下统牛蹄塘组(∈1n)、明心寺组(∈1m)及金顶山组(∈1j)、志留系中下统(S1－2)、白垩系(K)的碎屑岩为含水贫乏岩组。

2.2.2 地下水赋存条件及富集规律

区内地下水的补给来源主要为大气降水及地表径流，岩溶水的排泄方式以天然排泄为主。地下发育规模不一、分布不均的溶蚀裂隙、岩溶管道，这些细小溶隙和巨大岩溶管道成为地下水赋存的空间。地下水运移受地质构造及地形地貌共同控制，当地下水运移到洗洛槽谷区时，受西部志留系中统(S2)砂页岩的阻水作用及地形因素影响，使地下水以泉或地下河的形式集中排泄，在洗洛槽谷带形成以断裂构造为主体的富水走廊。据野外水文地质调查沿F1及其支断裂带出露各类岩溶泉59处(呈串珠状排列)，发育与断层密切相关的地下河 7条。地下河(岩溶大泉)一般流量 25.0～100.0 L/s，最大为位于龙山县兴隆乡三塘村岩溶大泉流量达102.685 L/s(2007年10月4日)，流量最大的地下河为龙山县兴隆乡三塘村地下河为909.764 L/s(2007年10月4日)。

研究区内的可溶岩中含有非可溶岩夹层，使得区内岩溶发育具有多层状，多层状碳酸盐岩岩组内岩溶主要发育在可溶性相对较好的碳酸盐岩岩层中［15］，就区内而言，受地形地貌、地层岩性等因素影响，表层碳酸盐岩溶发育程度较下部岩溶发育程度要高。由于寒武系中统高台组(∈2g)、光竹岭组(∈2gn)底部为砂页岩、钙质页岩，具有相对隔水作用，使得区内至少含两层岩溶地下水，其中洗洛槽谷地区内寒武系中统的灰岩、白云岩中广为出露的岩溶大泉、地下河为上层溶蚀孔隙的岩溶水，该层岩溶水区内十分丰富，但其流量受大气降水影响明显，大多具有暴涨暴落的特点;隔水层以下的地下水为下部的承压水，其含水层为寒武系下统清虚洞组(∈1q)的白云岩、灰岩，该层地下水受气候的影响较小，流量稳定，不易受污染，水质较好。据物探高密度电法资料(见图2)，ρs等值线440～550点电阻率呈相对低值异常特征，ρs等值线梯度大，490点左右视电阻率呈“V”字型异常特征。经ZK2孔验证，0～23.5 m段为寒武系中统高台组(∈2g)白云质灰岩、砂页岩，其中孔深15.7～17 m为白云质灰岩，溶洞半充填，地下水静位埋深1.0 m;孔深 17～23.5 m为砂页岩(∈2g);下为寒武系下统清虚洞组(∈1q)，孔深23.5～80 m为白云岩夹砂质或泥质白云岩泥灰岩、少量页岩，岩溶不发育，钻探至68.6 m时，孔口开始涌水;孔深 80～151.6 m为深灰色灰岩，方解石脉发育并穿插，岩溶发育，岩心多为蜂窝状，溶管(孔)孔径一般1～2 cm，该段含丰富的承压岩溶地下水，地下水水位埋深68.6 m。2007年12月8日对 ZK2进行抽水试验时将 φ127 mm套管下至孔深22 m，地下水稳定静水位高出地面2.52 m，自流量为810 m3/d;降深于地面以下 3.32 m(S=5.82 m)时，钻孔涌水量 1 889.57 m3/d。时值湘西地区严重秋冬干旱年的干旱季节，许多溪涧和泉井已干枯或断流，此时钻孔涌水量可视为最枯流量。按多年平均推算该区(段)成井可采水量近10 000 m3/d。

图2 洗洛地区高密度电法视电阻率剖面图

3 岩溶地下水开发前景

洗洛水文地质单元面积约100 km2，补给面积较大，岩溶地下水富集和分布严格受岩溶发育、断裂构造控制。区内断裂构造的错综复杂，地下岩溶管道相互导通，为区内岩溶地下水的补给、贮存奠定了空间基础。区内雨量较为充沛，地下水主要受大气降水及地表径流补给，这为地下水以丰补欠，丰枯调蓄提供了有利条件［16］，洗洛地区槽谷内为低洼地带，两侧地势较高，尤其是南东侧地势陡峻，大气降水、地表水流向槽谷，非常有利于地下水的富集。ZK2抽水试验表明，洗洛槽谷为区内承压水的承压区，其补给区主要位于东侧的地势较高地带，地下水补给位置高，地下水埋藏较浅，且至少要有2层岩溶水，其中下部含水层顶板较厚，单孔最枯涌水量达1 889.57 m3/d，其安全系数较大。以上说明区内岩溶地下水资源丰富、资源保障量是可靠的。

随着龙山县经济的快速发展，县城面积的不断扩大，尤其是即将开工建设的"黔张常快速铁路"的修建，将从根本上改善龙山县落后的交通状况，对区域的生产力布局、产业结构优化、加快资源开发利用、促进两湖及重庆的经济技术合作，实现优势互补、加快对外贸易，促进经济快速发展。到2015年龙山县城人口将达20万人，目前城市日供水能力为3万吨，供水普及率为69.5%，旱季缺水严重，2010年春的西南大旱，正值春播期，农业生产用水量大，许多地方面临无水可用的困境。为缓解县城供水紧张矛盾，促进县城经济发展，在地质环境稳定安全系数相对较大，供水水文地质条件较好的洗洛地区进行水文地质和岩溶水开采条件综合评价，采用钻探成井、调压蓄水、管引的方案对岩溶地下水综合开发，洗洛地区可成为一岩溶地下水可采资源3～5×104m3/d的中～大型供水水源地，可解决约10万人的饮水困难。

4 结语

湖南省龙山县洗洛地区岩溶地下水资源丰富，具有地下水埋藏浅、补给面积大、水量充足、水头高的特点，最枯单孔涌水量1 889.57 m3/d，地下水综合开采条件良好。采用钻探成井、调压蓄水、管引的方案对岩溶地下水综合开发，洗洛地区可成为一岩溶地下水可采资源3～5×104m3/d的中～大型供水水源地，可解决约10万人的饮水困难，为确保龙山县城及附近居民的饮水安全、保持社会和谐稳定，促进社会经济发展和改善生态环境意义重大。

通过洗洛地区岩溶水的综合水文地质勘查，取得了一些在岩溶石山区水文地质勘查的经验:

(1)岩溶地下水的开发必须遵循科学认识的基本规律，通过水文地质单元的调查研究，综合物探、钻探工作查明水文地质条件及富水规律，明确水源靶区。

(2)按照区域差异性、实用性、自然条件与人类活动因素有机结合的原则结合岩溶生态环境条件，因地制宜采用实用性较强的岩溶水开发利用工程方案。

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Study on Exploring Prospects of the Karst Groundwater in Xiluo Area of Longshan in Hunan Province

LIU Sheng － kai1，ZHOU Jin － zhong1，BIAN Zhao － jin2，LIU Liang2
(1.Hunan Geological Survey，Zhuzhou，Hunan 412003，China;2.Hunan Institute Of Geological Engineering Investigation ，Zhuzhou，Hunan 412003，China)

Sustained and most attention has been paid to how to solve the shortage of water sources and study sustainable development and utilization it. Therefore，in order to explore the prospects for karst groundwater development，integrated hydrogeological exploration was conducted in the about 7 km east of Xiluo area of Longshan country which was severely lack of water resource，in Hunan province. we identified It＇s hydrogeological conditions and water － rich law，and considered karst valley development district containing at least two stratum of karst groundwater in Xiluo.There had integrated exploration conditions of groundwater，further，the flowrate of groundwater of the most dry hole was 1889.57 m3/d. An medium to large － scale water supply source which could supply 3～5×104m3/d groundwater may exist in Xiluo area，as could be solved the drinking water problem of about 10 million people.

Karst groundwater;integrated hydrogeological exploration;explore and LongshanXiluo

TV211.1+2

B

1004－1184(2012)01－0058－03

2011－10－14

国土资源大调查项目“湖南省重点岩溶流域水文地质及环境地质调查”(200700804)

刘声凯(1979－)，男，贵州天柱人，工程师，主要从事水文地质、工程地质、环境地质工作。