淺談在西南巖溶地區尋找地下水的方法

摘 要 在闡述西南巖溶地區地質和水文特征的基礎上，分析在該類地區尋找地下水的必要性和可行性，對尋找地下水的國內外主要研究方法進行了綜述。并指出了這些方法存在的問題與未來研究的主要方向。

關鍵詞 巖溶 地下水 遙感 綜合物探技術

中圖分類號：P641.72 文獻標識碼：A

我國的西南巖溶地區總面積約78€?04km2，是世界上碳酸鹽巖連片分布面積最大的巖溶石山區，其中碳酸鹽巖分布面積約為40€?04km2，占總面積的50.689%。地下河和巖溶大泉發育，是西南巖溶地區巖溶水文地質最顯著的特點之一，該地區巖溶水天然資源量約為1856億m3/a，占地下水天然資源總量的81.75 %。但喀斯特地區地表異常缺水，對人們生活和工農業生產構成了嚴重威脅。這種缺水是由特殊的地質作用造成的，是一種地質現象，尋找巖溶裂隙帶或地下巖溶管道是解決巖溶山區缺水的關鍵問題。

1 西南巖溶地區地質、地下水特征

1.1 巖溶地區地質地貌特征

西南巖溶地區地層以碳酸鹽巖為主，總厚度可達3000~l0000m，以泥盆系、二疊系及三疊系中下統為主。由于氣候濕熱、降雨豐沛，巖溶作用強烈，溶孔、溶隙、溶洞及地下暗河十分發育，地表水常漏失為巖溶地下水。碳酸鹽巖地區以純性灰巖、白云質灰巖等為主，且純性灰巖屬脆性巖石，在構造應力的作用下，極易形成大量的裂隙帶，這些裂隙帶是地下水貯藏的最有利部位。

1.2 巖溶地區地下水特征

巖溶水是指賦存于可溶性巖層的溶蝕裂隙和洞穴中的地下水，其最明顯特點是分布極不均勻。大氣降水通過溶斗、落水洞、裂隙溶隙下滲補成為巖溶區地下水的主要補給來源。巖溶水的排泄受地形及構造條件控制，集中于地勢低洼處或阻水斷裂、巖層界面處漏泄。無論是巖溶潛水或巖溶承壓水都有相當大的接受地表水補給的能力，因此石灰巖裸露山區不僅缺乏地表水，而且地下水露頭也很少，常表現出嚴重的“缺水”景象。

2 西南巖溶地區尋找地下水的重要性和可行性

2.1 尋找地下水的重要性

在西南巖溶分布區，工農業需水和人畜生活缺水現象十分明顯。特別是近些年來西南地區持續的嚴重旱情，給人民生活生產和社會經濟造成了巨大的損失。鑒于西南巖溶石山地區地下水資源的豐富和地表水缺乏的現狀，有必要重視巖溶分布區地下水的勘查和開發利用。合理開發和利用地下水資源，將有效解決缺水地區飲水和缺水農田灌溉等群眾最迫切需要解決的問題。

2.2 尋找地下水的可行性

在西南巖溶山區，由于氣候濕熱、降雨豐沛，巖溶作用強烈，溶孔、溶隙、溶洞及地下暗河十分發育，大量的地下溶蝕空間吸收和流失了大部分大氣降水，地表水常漏失為巖溶地下水。地下水的開發是對地表水供水不足的有效補充，從社會效益、經濟效益、還是環境效益上，巖溶地下水的開發均有著顯著的優勢，可以解決西南山區分散性居住的廣大農村缺水問題。

3 在西南巖溶地區尋找地下水的常用方法

在西南巖溶地區的很多地方，地表水缺乏，巖溶水又埋得很深，雖然巖溶含水層的富水性總的來說是較強的，但是含水極不均勻。地下是否富集地下水，必須根據不同地層巖性、地形地貌、地質構造等特征提供依據。目前，在西南巖溶地區，常用的方法主要有三種：經驗法、遙感技術和綜合物探技術。

3.1 經驗法

大氣降水對碳酸鹽巖的溶蝕、侵蝕作用，塑造了巖溶地貌，不同運動方式的地下水產生了不同的巖溶景觀，因而，區域性巖溶地貌組合特征就必然在一定程度上反映了區域性巖溶潛水的運動特點，其中也包括了它的埋深。依據以往的經驗，巖溶區的地下水在垂直剖面上，強含水帶一般位于淺部巖溶，弱含水帶一般位于深部巖溶；在水平分布上，巖溶水的強含水帶一般呈條帶狀，沿褶皺的軸部、斷層破碎帶、可溶巖與非可溶巖接觸帶上分布。經驗法一般只適用于淺埋藏區尋找地下水。

（1）根據巖溶地貌標志尋找地下水。在溶丘谷地、峰林谷地、峰叢淺洼、峰叢谷地等組合類型分布區，巖溶水埋深一般小于50m。特別是埋藏淺區的富水區，巖溶泉、地下河較多，巖溶潛水埋深一般小于10m，并常以巖溶潭或地下河天窗等形式出露。在順地下暗河方向，地表有溶井、漏斗、落水洞、進水點、出水點、串珠狀分布的洼地、干谷以及出水遺跡。

（2）根據巖性組合特征，尋找巖溶水。發育強烈的巖溶一般位于可溶巖與非可溶巖的接觸帶上，在外來補給條件有利情況下往往能夠富集豐富的地下水。在無地下水出露地區，可在區域水文地質調查基礎上，在有較好補給條件的地區，根據地下河管道發育最佳途徑原則，配合洼地分析法尋找淺埋藏地下河。當可溶巖夾在非可溶巖巖層之中，一般就形成層間巖溶含水層。①

3.2 遙感技術

遙感技術作為宏觀、綜合、動態、快速監測和評價自然資源的有效手段，在快速、大面積調查地下水資源中發揮著重要作用，為地下水資源調查和監測提供新的探測手段。目前，遙感應用于西南巖溶地區找地下水主要有兩種做法：第一種方法一般用于找碳酸鹽巖和基底巖區的含水層。在這些部位，地下水運移的特點是水沿裂隙流動，圖像上能反映地下水信息的一般就是斷裂對應的一些線性體，地下水的高產部位與線性斷裂或兩組斷裂交匯部位呈正線性相關；第二種方法是將遙感影像的信息與其它信息綜合起來，制作成水文地質專題圖，為尋找地下水提供依據。

3.2.1 遙感線性構造分析

遙感線性構造是地質構造場在地球表面和光譜特征上的反映，線性體量化分析可以為地質構造分析和地下水預測提供許多有用的信息和佐證。②在西南巖溶區，研究線性體的實際意義較大，這類巖區中的地下水主要存于斷裂產生的次生透水空間。碳酸鹽巖區的節理和斷層與原生裂隙易遭受溶蝕作用，經過一定的時間后，含水層的導水性就增大。在成熟的塊狀灰巖中的裂隙可增大到其足以使地下水發生湍流，斷裂密集發育的巖區，由溶蝕作用產生的空間大小變化較小、也比較均勻。斷裂含承層的特點取決于斷裂的強度和其分布，張開和閉合特點、兩個裂隙之間的相互連通及貯水帶特點。通過這些斷裂發育區在地表特征上的線性體反映，利用遙感影像進行解譯、分析，找到富水區的可能位置。③

3.2.2 水文地質專題圖分析

水文地質編圖是水文地質工作中一項經常的、大量的科學研究實踐活動。它是總結對地下水的大量調查研究成果，反映地下水的特征及其在空間上的分布、埋藏、形成和發展的規律性，從而為地下水的興利除害提供依據的一項重要手段。國內對地下水資源的遙感研究始于二十世紀八十年代初，使用地球資源衛星Landsat MSS、TM和ETM+，合成孔徑雷達SAR等遙感數據，在西部干旱、半干旱地區提取與地下水富集密切相關的地表裂隙、含水斷層、線性構造及地面溫度、濕度等信息作為研究對象。繪制水文地質專題圖，是通過衛星圖像進行景觀解譯和地貌解譯，參照指示植被初步判斷流出帶和地下水補給來源，提取與地下水密切相關的地質條件的解譯分析和與地下水有關的地表植被、溫度、土壤水分等環境因素信息來完成的。通過水文地質專題圖查明潛水賦存環境與分布特征，圈出可供進一步勘探的供水源地，為供水勘探提供依據。

3.3 綜合物探技術

在尋找地下水的應用中，地球物理勘查可探查隱蔽的地質構造和地層、含水層的空間分布、取得巖土物理力學及動力學參數的原位測試數據等，為水文地質勘查找水工作提供了有力的科學依據。針對不同的地質構造特征和地下水賦存條件，可采取不同的物探技術。在西南巖溶地區，由于深埋的古生界碳酸鹽巖中的巖溶地下水主要受構造控制，分布極不均勻，所以，勘查這類地下水具有相當的難度。地面物探工作需要解決的問題是了解灰巖的埋深界面和構造破碎富水帶的準確位置。常規的電阻率測深法可以確定石灰巖巖體的分布及較大的斷層構造位置，對于找水工作而言，大型構造一般意義不大，有意義的為中小型構造。這是由于中小型構造帶富水性較強，分布較為密集，供水意義大。目前巖溶地下水勘查中物探組合方法主要有：以EH-4 電導率成像系統為主，瞬變電磁法、地震法和 杯法為輔的技術手段，能夠準確地確定斷層位置和產狀。

4 巖溶地區尋找地下水的問題和展望

目前，應用經驗法、遙感技術和綜合物探技術，在一定條件下可快速、精確和經濟地研究地下水，但是這樣所取得的效果并不都很好：（1）在實際應用中，僅依靠經驗往往得不到宏觀和全面的地質、地貌特征信息，很難成功找到富水帶位置；（2）遙感線性體用于找地下水的效果取決于它是否代表深部構造特征及它對水文地質特征影響，由于在很多地質條件下垂直構造特征不存在，線性體并不總是代表隱伏構造的地表顯示，因此并不能完全作為尋找巖溶水的依據；（3）利用物探方法尋找巖溶水，存在接地條件不好、干擾多、地形復雜等諸多不利因素，并且對深部的構造難以準確分辨。因此，僅僅應用這些方法不是解決尋找地下水問題的最好途徑。綜合運用3S技術，配合綜合物探技術，建立與地下水有密切關系的水文因素和地下水位的定量評價模型，可靠和高效地解決地下水遙感監測信息快速處理、分析與提取，提高地下水遙感監測水平，是未來尋找地下水的發展趨勢。

注釋

① 陳紹桔.淺談山區尋找地下水的方法[J].福建地質，2004.23(2):73-76.

② 廖崇高，楊武年，徐陵，濮國梁.成礦預測中遙感與地質異常的綜合分析—以蘭坪盆地為例[J].中國地質，2002.29(4):416-420.

③ 劉聚海.遙感用于找地下水[J].國外遙感地質通訊，1991(1):57-62.