徐一帆，蔡婷婷

(1.贵州地质工程勘察设计研究院，贵州 贵阳 550008；2.凯里学院 马克思主义学院，贵州 凯里 556011)

贵州喀斯特地下河分布特征及开发利用研究

徐一帆1，蔡婷婷2

(1.贵州地质工程勘察设计研究院，贵州 贵阳 550008；2.凯里学院 马克思主义学院，贵州 凯里 556011)

地下河为贵州省喀斯特地下水赋存的一种独特方式，是碳酸盐分布区的一种独特的喀斯特现象，是以溶蚀作用为主形成的地下廊道、溶洞和溶蚀组成的复杂的喀斯特地下水管道系统。是碳酸盐岩分布区重要饮用水资源及水电能源的重要组成部分，针对地下河发育的主要层位、分布与地质构造关系、地下河形态特征和发育强度以及开发利用状况进行分析研究，结果表明，地下河的储水空间和水量随季节变化，其开发利用主要以拦、堵、提、引、蓄、疏等为主，因地而宜地采取综合开发利用治理形式。充分利用地下水资源和空间，在有利地形和地质构造部位，修建地下水库或利用自然落差引水灌溉与发电，为同类研究提供参考。

开发利用；分布特征；喀斯特地下河；贵州

贵州省简称“黔”或“贵”，位于南岭举行复杂纬向构造带之北，川黔经向构造带之东，新华第三隆起带的西南段，处于我国东部与西部不同地质构造面貌的转换地带，贵州地壳经历了长期多次变化，形成了较为复杂的应变体系。全省国土面积176 167 km2，碳酸盐岩面积119 900 km2，沉积厚度6 200～8 500 m，可溶岩与非可溶岩相间分布，为喀斯特地下河的发育提供了丰富的物质基础。全省范围内有81%的城镇、90%的人口、90%的耕地、95%的矿山及96%的铁路均分布在喀斯特地区[1]。

1 喀斯特地下河概念

地下河亦称暗河，为碳酸盐岩分布区一种独特的喀斯特现象。是以溶蚀作用为主，形成的地下廊道、溶洞和溶蚀组成的一个复杂的喀斯特地下管道系统[2]。喀斯特地下河的个体形态类型，是地下水赋存和排泄的各种形式的表征。

2 喀斯特地下河发育的主要层位

贵州省境内各个时代发育的巨厚层碳酸盐岩系，由于不同时期、不同层位，因沉积环境不同，其化学成分、矿物成分、结构构造、沉积韵律各具特色，导致个时代碳酸盐岩喀斯特大泉发育程度明显差异。从沉积韵律而论，各时代碳酸盐岩与碎屑岩间互层，组成含水的多层性和带状发育的喀斯特地下河。可溶岩由老至新CaO增多，MgO减少，钙镁比增大，喀斯特作用随之增强，地下河也随之增多。在岩石性质上，开阔海地台相生物碎屑粗粒亮晶灰岩区，喀斯特地下河最为发育。而陆源物质较多的局限海台地碎屑泥晶灰岩、粉晶灰岩、层纹状灰岩、粗晶白云岩、白云岩石化的次生白云岩分布区，地下河发育较少或不发育[3-4]。全省喀斯特地下河1 130条，总长6 246 km，平常期总流量214.03亿 m3/a，多年枯季平均总流量71.35亿 m3/a。从碳酸盐岩石的成层条件、矿物及化学成分而论，其出露层位的发育程度如下：

2.1 以石灰岩为主的含水岩组

该类含水岩组主要包括寒武系清虚洞组(∈1q)、毛田组(∈1q)、奥陶系桐梓组至黄花园组(01t-h)，石炭系上司组至马平组(C1s-mp)，二叠系栖霞组至茅口组(P2q-m)，三叠系大冶组(T1d)、永宁镇组(T1yn)、茅草铺组(T1m)、关岭组(T2g)、坡段组(T2p)至改茶组(T2g)，该层共发育喀斯特地下河818条，占全省喀斯特地下河总数的72.39%。地下河总长4 778 km，占地下河总长度的76.50%。平常期总流量164.47亿 m3/a，占地下河平常期总流量的76.85%。多年枯季平均总流量55.41亿 m3/a，占地下河多年枯季平均总流量的77.66%。但由于各个时代层组的成层厚度、矿物及化学成分差异，则各个层组发育的泉点强度也有显著的差异(见表1)。

表1 喀斯特地下河石灰岩类含水岩组分层统计表

2.2 以白云岩为主的含水岩组

该类含水岩组主要包括震旦系灯影组(Zbdy)、寒武系高台组至娄山关群(∈2g-ls)、泥盆系独山组至尧梭组(D2d-D3y)、三叠系安顺组至法郎组(T1a-f)等，主要为交代较完全的晶粒结构纯白云岩及交代不完全的具有灰岩残余结构的灰质白云岩、含灰质白云岩及同生白云岩组成。MgCO3占80%以上，CaO/MgO的比值一般为1.39～2.76，酸不溶物(SiO2+R2O3)0.95%～9.00%，比溶蚀度0.5.溶蚀裂隙较发育，由于受到多次构造运动挤压破碎，层间裂隙发育较均匀，为地下水赋存创造良好空间。地下径流丰富，多形成喀斯特地下河。但由于不同成因白云岩结构及化学组分不同，地下河发育程度也不尽一致。该类含水层组出露喀斯特地下河143条，占全省地下河总条数的12.66%，干支流长度666 km，占省地下河总长度的10.66%。平常期总流量21.23亿 m3/a，占省平常期总流量的9.92%。多年枯季平均总流量6.32亿 m3/a，占省多年枯季平均总流量的8.35%(见表2)。

表2 喀斯特地下河白云岩类含水岩组分层统计表

2.3 碳酸盐岩夹碎屑岩类含水岩组

该类含水岩组主要包括寒武系敖溪组至花桥组(∈2a-h)、石炭系者王组至汤粑沟组(C1z-t)、二叠系吴家坪组至大隆组(P3w-d)及三叠系夜郎组至青岩组(T1y-T2q)等，主要为碳酸盐岩与碎屑岩互层或碳酸盐岩层组中含有大量燧石结核。CaO的含量42.56%～55.60%，MgO的含量0.06%～1.80%，CaO/MgO的比值一般为45～230.17，酸不溶物(SiO2+R203)0.4%～2.54%至9.00%，比溶蚀度0.85～1.05.含水地层夺分布于背斜之翼部，地下水多顺碳酸盐岩与碎屑岩接触界面的层间裂隙径流，当受阻力而排出地表。该类含水层组出露喀斯特地下河118条，占全省总个数的10.44%。干流长570 km，占省地下河总长度的9.13%。平常期总流量17.62亿 m3/a，占省平常期总流量的8.23%。多年枯季平均总流量6.49亿 m3/a，占省多年枯季平均总流量的9.09%。因上述层组多分布于背斜之翼部，地下河多顺碳酸盐岩与碎屑岩接触界面的层间裂隙迳流，当受阻后排出地表。地下河一般流量为50～100 L/s，个别大于300 L/s，其中，二叠系吴家坪组至大隆组(P3w-d)、三叠系夜郎组(T1y)含水岩组地下河较为发育，且流量较大(见表3)。

表3 喀斯特地下河碳酸盐岩及碎屑岩类含水岩组分层统计表

2.4 碎屑岩夹碳酸盐岩类含水岩组

该类含水岩组主要包括寒武系明心寺组至乌训组(∈1m-w)、奥陶系湄潭组至韩家店组(O1m-h)、石炭系祥摆组至旧司组(C1x-j)、二叠系四大寨组(P1sd)、三叠系飞仙关组(T1f)等，主要为碎屑岩夹碳酸盐岩类，其碳酸盐岩占岩性层组之20%～40%。该类含水层组出露喀斯特地下河仅有51条，占全省总个数的4.51%。干流长232 km，占省地下河总长度的3.71%。平常期总流量10.70亿 m3/a，占省平常期总流量的5%。多年枯季平均总流量3.13亿 m3/a，占省多年枯季平均总流量的4.39%。地下河短，流量也相对较小，一般流量多小于100 L/s(见表4)。

表4 喀斯特大泉碎屑岩夹碳酸盐岩含水岩组分层统计表

3 喀斯特地下河分布与地质构造的关系

贵州地壳经历多次构造运动，特别是中生代强烈的燕山运动和新生代的喜山运动，使岩层褶皱、破裂、块断上升，形成具有成生关系的构造体系，控制地下河水系总的发育迳流方向。而卷入省镜内的各构造体系的褶皱和破裂结构面的组合规律和活动状况，为地下河提供运移通道，并制约着地下河出露特征、规模、展布格局及结构形态类型。

3.1 黔东华夏、早期新华夏构造地区

主要为北北东向带状褶皱和断裂带组成，轴向北东10°～30°，背斜较宽缓而向斜较狭窄，地貌上背斜多呈低凹区而向斜多呈高凸区。从元古代梵净山期以来，地层厚度达二万多米，其碳酸盐岩组在复式背斜区多为寒武系清虚洞组至奥陶系红花园组含水地层，复式向斜区多为二叠系、三叠系含水层组组成。在线状构造上以北北东向和北东东向断裂最为显著，并具有平行轴向之或冲断层，呈压性或压扭性特征。在一些北北东向褶皱轴部或核部，还发育一些北西向或近东西向之二序次纵张断裂，使褶皱遭到破坏，为地下水运移创造通道。而北北东和北东东向扭压性断裂，与早期新华夏系的同向同性结构面为迭加及归并复合关系致使该构造带地下河的发育与分布产生二种情况。

3.1.1 复式背斜展布区

主要为受多次构造运动破坏的寒武系清虚洞至奥陶系红花园组的灰岩、白云岩类含水层组，断裂和大型节理密集交错，至少有北北东、北东东、北西及近东西向四组断裂构造互相交织，形成多组方向的地表水网，频繁交错、宽缓波状的断裂、喀斯特谷底与密集的直线状沟谷共生，形成独特的斜方网状景观。所有中上寒武统的溶蚀裂隙水，大量补给下寒武统清虚洞石灰岩含水层组，由于受下伏碎屑岩类的阻隔，地下水多顺层面裂隙及溶洞迳流，形成主流带；而北西向及近东西向二序次纵张断裂形成导水网络，而非可溶岩层形成阻水界面，遇当地最低侵蚀基准面，成地下河的形式排于河谷或喀斯特洼地、谷地中。由于北北东与北东东向扭压性断裂相伴交织，断裂面受力时挤压形成糜棱岩化并胶结致密，常起着阻水作用。因此地下河发育受到限制，它只能在特定区段的地质环境条件下运移。

3.1.2 复式向斜展布区

在复式向斜核部，对保存着二叠系至三叠系石灰岩含水岩组，其两侧褶皱紧密，地层倾角达40°以上。地下水顺层面裂隙沿构造轴线方向形成主流带，常常是地表河和地下河交替频繁地带，多发育形态单一、管道长、流量较大的地下河。在一些宽缓向斜中，地下河多沿向斜核部层面裂隙及二次纵张裂隙发育，形成人字形。一般管道长，流量也较大。地下水顺岩层走向侧面裂隙形成主流带，二次纵张裂隙形成导水通道向核部对流，遇纵横向深切之河谷，由于下伏之碎屑岩衬托，致使地下河的发育受到限制，其出水口悬于谷坡之上，高出河水面数十米至几百米不等。以悬瀑式形态出露，这种主要由高台向斜构造及下伏之碎屑岩阻水作用所致。

3.2 中部经向构造区

在这一区内多为南北向的隔槽式构造，一般背斜宽缓，向斜狭窄。由于卷入沉积盖层和褶皱断裂组合规律之差异，因此导致地下河的发育和特别也不尽相同。

3.2.1 经向构造体系北段

一般宽缓背斜分布区在地貌上多呈山地，碳酸盐岩多分布在近轴部的翼部，如寒武系清虚洞组至奥陶系红花园组白云岩、灰岩含水层组，复式向斜分布多成谷地，其核部及两翼多为二叠系至三叠系灰岩、泥质灰岩含水层组。在宽缓背斜区域，在构造应力的作用下，层间裂隙为地下水活动提供了有利条件。又由于碎屑岩相对隔水作用，地下水在其接触面附近易于富集，更加速了地下河的发育。在向斜槽谷区域，由于碳酸盐岩与碎屑岩相间分布，地下河顺构造线层面裂隙形成主流带，而碎屑岩类多形成阻水界面，以地下河形式排泄于横向河谷。

3.2.2 经向构造体系中段

该区主要为龙里复式背斜带及贵阳至安顺复式向斜布置、露地区。主要地层为三叠系大冶组、安顺组至杨柳井组、法郎组、垄头组至改茶组灰岩、白云岩组成之平缓褶皱，地层倾角一般在10°～20°，由于此间区内北东、北北东、北西及南北向断裂发育，因此地下河发育受其线状构造的控制。

3.2.3 经向构造体系南段

主要为南北向构造的王司、黄丝、龙里、长顺复式背斜带锁组成，一般背斜宽缓呈箱状，向斜紧密呈槽形。不同类型的褶皱，不仅可以制约可溶性碳酸盐岩产出状态，而且还控制它在平面上的展布特征。该区从褶皱形态方面看，可分为舒缓型(地层倾角小于15°)和紧密型(地层倾角大于45°)两种，其地下河发育于展布不尽一致。断裂对地下河的发育提供了运移通道，原因是由于断裂可作为地下水垂直下渗透和横向运移，创造了有利条件，使岩溶作用得以充分发挥，从而沿断裂形成地下河系管道。

3.3 西部扭动构造区

主要包括早期新华夏系、黔西“山“字型、北西向构造带、普安“山“字型及黔西南涡轮状构造区。从构造体系而论，系为碳酸盐岩与碎屑岩相间分布的紧密褶皱带，但区内地下河的发育于展布却随各构造体系褶皱及断裂构造面的组合规律之差异而有不同。

3.4 构造体系交接复合区

在构造体系之复合部位，由于应力比较集中，岩体易破碎，从而为地下水运移、储存创造了有利条件。

3.5 大型节理的制约作用

大型节理是在地面由于视野的局限性难以感受其存在的构造节理，多呈直线状或近于直线状，它们总是按一定方向延伸，同一方位者多互相平行并成组成批出现，与不同方位常以一定角度相交，构造规则的几何格局，并在舒缓的褶皱中特别发育，为此区域大型节理是喀斯特发育的重要构造因素，是大气降水渗入，地下水与地表水联系的通道，也是地下水运移和储集的空间，一些大型的地下河的形成，常常与大型节理有关。

4 喀斯特地下河的形态特征和发育强度

4.1 地下河系的形态特征

地下河是在碳酸盐岩地层中所发育的，错综复杂的地下管道系统组成的。它的结构形态类型不但影响着地下河的组成形态，而且也影响着地下河的发育规模。特别是喀斯特地下水，它遵循一定结构形式的地下导水管道进行运移、活动与演化。不同形式的地下河有着不同的运移和富集规律。

地下河是由地下数条并由复杂的喀斯特管道系统所构成的地下河流，据其在平面上的分布形态及发育的模式图形，可分为单管型、人字型、树枝型、网络型等地下河类型。喀斯特在水平发育方向上的分带性，从而也导致了喀斯特水平运动过程中的波折现象。特别是浅层喀斯特水以地下河形式存在时，这种现象尤为明显。地下河类型产生的重要因素包括地层岩性、构造条件、新构造运动等，随着时间的推移和演化，在不同的空间部位演变成形状不同的地下河类型。

4.2 地下河系的发育强度

地下河发育强度，主要取决于条数与长度，条数在概念上不包括长度，长度有不涉及到面积。因而都难以反映地下河发育强度。为了便于进行对比，考虑用长度、面积二因素作为衡量地下河发育强度指标。它的定义为碳酸盐岩单位面积上地下河的发育长度，如某个一流域区段，地下河总长度L(m)，碳酸盐岩出露面积为S(km2)，则地下河发育强度以公式I=L/S计算求得。依据我省地下河系发育的分布规律，其发育强度可分为三级：强发育区(I>80 m/km2<)、中等发育区(40 m/km2≤I≤80 m/km2)不发育区(I<40 m/km2)。其中，强发育区主要分布在大面积灰岩出露之斜坡地带与大河谷和支流两岸，中等发育区分布面积约占碳酸盐岩分布面积的62.20%，不发育区主要分布在长江流域及珠江流域主干支流的分水岭地带(表5)。

表5 喀斯特大泉碎屑岩夹碳酸盐岩含水岩组分层统计表

5 喀斯特地下河的开发利用形式分析

贵州地处地形与构造复杂的山区，地下河的开发利用形式因地制宜，形式多样，综合利用，概括起来基本分为引、提、拦、蓄等几种[5-9]。

5.1 长江流域褶皱山地区

喀斯特地下河多分布在主干支流的近横向支流河谷内，并以主流河为侵蚀排泄基准面，地下河类型多为伏流型，少数为盲谷型及悬托型。为此，开发利用形式有：

(1) 在黔北、黔东北由二叠系、三叠系组成的高台向斜地区，地下河多以平流式排泄于地表。为此多在碳酸盐岩类伏流段前，筑坝拦蓄地下水。然后引水作供水水源或发电。

(2) 在背斜汇流区，地下河多以平流为主。为此，其开发利用方式多在地下河上游或出水口堵洞，筑坝形成封闭式或半封闭式地下水库，以蓄—提—引形式作供水与发电。

(3)在河谷深切地带，地下河水动力类型呈阶梯式或折线型，为此在其出口处堵洞蓄水或者采用半封闭筑坝，控制较低水位高度蓄引地下水作为供水或发电。

(4)在台地向斜区，地下河多顺喀斯特层走向发育，由于河谷深切，地下河受下伏碎屑岩衬托，地下水多形成悬托或排泄带。其开发利用途径多在地下河出口直接引水下山，在有利非喀斯特岩组筑坝蓄水作供水水源，或利用天然落差发电。

5.2 珠江流域褶皱山地区

该区褶皱宽阔，地层平缓，峰丛、峰林与洼地、谷底相间分布。地下河常在碎屑岩区、洼地、谷底形成出口或明流，在峰丛、峰林地区便又形成伏流，构成明暗相间的地下河系或呈只有出口的地下河。由于河谷深切，往往形成较大的或多层洞穴出口。为此，开发利用形式有：

(1)在宽缓褶皱峰林洼地、峰林槽谷地、溶丘地区，地貌上多处于分水岭地带，喀斯特地下河以平流式排泄，地下河以溶潭形式连通或出露，为此开发利用方式多以提引为主；其二是在排泄口堵洞或筑坝，形成半地表、半地下水库，储引地下河水作供水或发电。

(2)在宽缓褶皱分水岭至斜坡地带，地下水多呈阶梯式或悬托式排泄地表。为此多在出水口拦坝修库，堵死洞口，留一闸门放水形成封闭地下水库；另一种在洞口抬高水位，拦坝阻水形成半封闭水库，设置开敞式防水渠道，以储引形式供水与发电。

(3)紧密褶皱向斜地带或深切河谷地带，地下河水多形成阶梯式或悬瀑式排泄带。其开发利用方式是在出口拦蓄地下水形成封闭式或半封闭式地下水库，提、引地下水作供水水源，或构成一定落差发电。

(4)在一些地区，由于地下水位低于地下河出口，地下河无明显进出口，地下水以地下溶潭的形式储存于洞内，则此类型以抽引地下水至一定高度排出洞口，作供水水源或发电。

6 结语

地下河为贵州省喀斯特地下水赋存的一种独特方式，多发育在以石灰岩为主的含水层组，其构造部分多在背、向斜轴部或转折端，断裂及区域性裂隙发育地带及构造体系之复合交接部位。地下河的储水空间和水量随季节变化而变化。其开发利用主要以拦、堵、提、引、蓄、疏等为主，因地而宜地采取综合开发利用治理形式，充分利用地下水资源和空间，在有利地形和地质构造部位，修建地下水库或利用自然落差引水灌溉与发电。

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The research of Guizhou Karst underground river distribution characteristics and utilization

XU Yi-fan1，CAI Ting-ting2

(1.Guizhou Geological Engineering Survey Design and Research Institute，Guizhou Guiyang 550008;2.Marx School of philosophy, Caili University，Guizhou Kaili 556011)

Underground river as a unique way of Guizhou province Karst groundwater, is a unique phenomenon of Karst on carbonate distribution area, is formed by dissolution formed underground corridor, karst and corrosion complex of Karst underground pipeline system. The underground river is an important component of the important drinking water resources and hydropower energy resources in the carbonate rock distribution area, Based on the analysis of the main stratum, distribution, geological structure, morphological characteristics and development intensity of underground river and its exploitation and utilization, the results show that the storage space and water quantity of underground river changes with the seasons, and the development and utilization of groundwater mainly depend on blocking, plugging, lifting, guiding, storing and dredging, In order to make full use of underground water resources and space, we should adopt comprehensive development and utilization forms of governance for the sake of land use, and underground reservoirs can be built on favorable terrain and geological structure or water diversion and power generation by using natural drops can be used as reference for similar studies.

development and utilization; distribution characteristics; karst subterranean river; Guizhou

2017-03-14

徐一帆(1981-)，男，贵州纳雍人，高级工程师，主要从事水文工程及环境地质方面的生产实践和技术研究。

P641.25

A

1004-1184(2017)04-0026-04