中国北方岩溶地下水的研究进展

中国北方中上元古界和下古生界碳酸盐岩含水层连续沉积厚度大、分布面积广, 其中储存着丰富的岩溶地下水资源, 在国民经济建设中发挥着举足轻重的作用, 是国家战略性水资源。结合对北方岩溶水的调查研究经历, 就岩溶水系统及水文地质条件、环境问题发展演化趋势与成因、岩溶水开发利用与保护、生态修复以及调查研究的技术方法等方面的进展与不足, 做初步的总结, 致以中国地质大学建校70周年、《地质科技通报》创刊40周年的贺礼, 并为广大北方岩溶水水文地质同行提供参考。      

广西岩溶型矿床类型及其特征

本文首先简介了岩溶型矿床概念和广西岩溶型矿床研究现状之后，着重论述了广西岩溶型矿床类型的划分及其特征，共分为＂岩溶矿床＂、＂与岩溶有关的矿床＂两大类和沉积、堆积、淋积、充填交代型与洼地沉积、洼地洞穴堆积、洞穴储集型等七个亚类，并分述了各亚类矿床的特征，涉及矿种有铁、锰、铝、铅锌、锡、金、磷、滑石、重晶石、水晶、粘土和油气等矿产；还探讨了广西地史中岩溶发育不同阶段的成矿作用特征，指出：晚古生代阶段发育以与岩溶有关的矿床为主，中生代阶段以充填交代型岩溶矿床为主，而在新生代阶段则以沉积、堆积、淋积型岩溶矿床为主，并认为必须以岩溶成矿观点、以岩性、构造等诸因素为条件，可解释岩溶型矿床的成矿过程和成矿机理。     

贵州遵义铝土矿(带)成矿条件及成因分析

根据已取得的地质成果，应用现代沉积学的理论与方法，对贵州遵义铝土矿(带)成矿条件及成因进行了分析。认为铝土矿的形成，是在古生代碳酸盐岩所形成的古岩溶基底上，于有利的古构造、古地理、古气候等先决条件下，以白云岩和页岩为成矿原岩风化剥蚀的残坡积物，经钙红土化、红土化的成矿作用，脱硅去铁、脱钙去镁、脱钾富铝后，成为红土型铝土矿；随着早石炭世海侵的到来，不断发生水解作用，同时经水体短距离搬运再沉积在古岩溶坑洼内，形成三水型铝土矿；尔后盖层加厚，增温脱水，进而形成一水硬铝石型铝土矿床。矿床成因类型属古风化壳型岩溶坑洼异地沉积一水硬铝石铝土矿床；其成矿时代归属早石炭世大塘期旧司时。      

试论靖西岩溶堆积型铝土矿矿床成因及其控矿因素

靖西岩溶堆积型铝土矿是原生沉积铝土矿在强烈的岩溶发展过程中形成的一种次生沉积改造矿床,主要赋存于岩溶洼地的红土层中,具有矿床规模大、矿石质量优等特点。矿床成因与岩溶作用、红土化作用息息相关,成矿受矿源层、地层岩性、构造、气候、地貌等因素控制。     

华北铝土矿的物质来源及成矿模式探讨

华北石炭纪岩溶型铝土矿的主要物质来源为下伏的晚寒武世—中奥陶世碳酸盐岩。在长期的风化过程中，碳酸盐岩中活泼元素被带走，而残余的Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ等惰性元素得到富集，其依据为下伏基岩具有与铝土矿相近的Ａｌ／Ｔｉ值；两者的痕量元素分布和富集系数基本一致；重砂矿物的种类、标型特征具有明显的继承性；现代碳酸盐岩岩溶洼地上正在形成的铝土矿矿床可提供例证。华北铝土矿的成矿模式可概括为：在早古生代碳酸盐岩风化壳的物质基础上，由于中石炭世湿热气候对粘土物质的铝土化作用，生成三水型铝土矿，并在附近的泻湖和海湾环境中沉积，经多次再沉积和成岩、后生阶段形成现代的铝土矿矿床。     

试论桂林岩溶洞穴发育的古老性及形成时代探讨

中、晚三叠世是桂林热带岩溶、岩溶洞穴强烈发育的一个重要时期。早休罗世，气候条件仍然有利，热带岩溶继承发育，但因碳酸盐岩被晚三叠世内陆湖盆堆积物覆盖，一定程度上减低了热带岩溶发育的强度。中侏罗世至白垩世，气候干旱炎热，降雨王少，“三水”活动不强烈，岩溶、岩溶洞穴不发育。晚白垩世，广泛发育内陆湖盆，岩溶作用有一定改善，但因仍处于干旱、炎热环境，湖水浅，堆积迅速，不利于大型洞穴的形成。第三纪是本区热带岩溶、岩溶洞穴强烈继承发育时期。除了利用、改造以前形成的洞穴之外，相应地发育了一些新洞穴。古漓江在此时期形成并强烈深切，地下岩溶相应强烈发育。第四纪以来，主要是反复利用、改造以前形成的岩溶洞穴，使之发育得更加复杂、完善。     

山西西部严重缺水地区岩溶地下水形成特点及其富集规律

通过对山西西部严重缺水地区岩溶地下水形成特点及其富集规律的分析研究,总结出碳酸盐岩、岩溶水受构造等因素控制,形成具有独立补径、排条件的岩溶地下水系统,其富水性与地层岩性、岩溶发育程度及构造等因素有关.岩溶水是解决该地区人畜饮用水难题的最具供水意义和前景的地下水资源.     

广西靖西新圩岩溶堆积型铝土矿空间分布规律与成矿作用

文章阐述了广西靖西县新圩岩溶堆积型铝土矿含矿岩系、矿体特征及矿体空间分布特征的控制因素,分析了其形成机制,提出了第四纪发生的多次地壳周期性运动使成矿具有明显的多期性。     

从研究岩溶地下水角度分析评价岩溶塌陷的危险性——以南宁坛洛塌陷为例

南宁市是广西岩溶地面塌陷危害十分严重的城市之一。2012年6月2日突发的岩溶地面塌陷主要集中分布在坛洛镇南西方向,形成塌陷坑19个,地裂缝17条,威胁62户共232人,潜在经济损失约870万元。坛洛塌陷多形成于松散盖层厚度小于15m,地下水位埋深小于20m,地下岩溶强发育的区段。碳酸盐岩岩溶发育、松散盖层厚度较小和水动力条件(降水、地表水和地下水)复杂为岩溶塌陷产生的必要条件,尤以地下水的作用对岩溶塌陷的形成起至关重要的作用。通过对坛洛地下水动态观测与岩溶塌陷的调查研究确定地下水强径流带,分析评价岩溶地面塌陷的危险性,为岩溶地区的岩溶塌陷危险性勘察、评价工作提供一定指导意义。     

国内外岩溶塌陷监测方法综述

岩溶塌陷是全球广泛分布的地质灾害问题,严重影响和制约了岩溶地区社会、经济发展,因此,开展岩溶塌陷监测工作,对塌陷预测预报具有及其重要的作用。岩溶塌陷的监测技术与塌陷形成的机理关系密切。该文分析了岩溶塌陷的分布规律和形成的条件,系统总结了国内外岩溶塌陷的监测内容、技术方法、各自优缺点,如BOTDR监测、TDR监测、地质雷达监测、水动力条件监测及地-沉降等方法,为系统性地开展岩溶塌陷监测工作提供技术和方法参考,展望了未来的岩溶塌陷监测工作,认为岩溶塌陷监测需结合塌陷的形成机理、塌陷地区覆盖层特征及水动力条件,综合利用多种监测手段联合进行,并形成完善的监测网络。     

康定北部高原构造岩溶发育特征与地下水径流带识别

受自然环境和技术方法制约，青藏高原岩溶发育演化和岩溶地下水循环特征研究相对薄弱，制约了青藏高原碳酸盐岩区的经济发展、民生设施建设和地质灾害防治。通过野外地质测量，岩溶地下水、地表水和大气降水水化学和同位素特征分析，泉水流量动态，水均衡计算和物探等技术方法，系统分析了四川省康定市北郊碳酸盐岩分布区的岩溶发育特征，识别了岩溶径流通道和岩溶大泉主要补给来源。结果表明:康定市北郊碳酸盐岩分布于高山峡谷地貌类型区，可溶岩地层分布、岩溶发育程度和岩溶水补给、径流、排泄均受构造控制，可溶岩与非可溶岩接触带和活动断裂附近的岩溶发育程度较强。岩溶水呈管道流径流，主要以岩溶大泉形式集中排泄，泉流量约1.5×104 m3/d且动态较为稳定。通过水文地质条件分析，识别出研究区存在通化组岩溶水径流带和雅拉河断裂岩溶水径流带。水化学-同位素数据、岩溶泉流量动态和水均衡计算结果显示，雅拉河河水是岩溶大泉的主要补给源，岩溶地下水主要沿雅拉河断裂岩溶水径流带径流并集中排泄。      

滇中高原岩溶关键带典型含水系统水化学特征及成因分析

岩溶关键带水文地球化学过程的研究对于科学认识其内部的演化环境与结构特征具有重要意义。岩溶水是水-岩作用后主要的信息载体, 定量分析其水化学特征及成因是揭示岩溶关键带含水系统介质环境与水动力条件的有效手段。以滇中高原岩溶关键带3个典型岩溶含水系统为研究对象, 通过对不同含水系统出露的岩溶泉进行野外采样与室内测试, 综合采用数理统计分析、水化学图解、离子比例系数与水文地球化学模拟等方法, 深入剖析了各含水系统岩溶水水化学组分特征、成因作用和含水层介质特性, 并对关键带中水循环与水化学的内在联系及规律进行了探讨。结果表明: ①HCO₃-、Ca2+是各含水系统岩溶水中含量最高且来源稳定的离子组分, Mg2+是控制各含水系统水化学类型异化的关键因素; ②碳酸盐岩类的岩石风化、矿物溶解是各含水系统内岩溶水化学组分特征的主要成因作用, 岩溶水对华宁水系统含水层的溶蚀作用仍在发生, 阳离子吸附交替与硅酸盐岩类的风化溶解是区域岩溶水中Na+、K+的重要来源; ③区域岩溶的发育强度、岩溶含水层的出露条件及含水介质岩性与连通性共同塑造了滇中高原岩溶关键带不同含水系统地下水化学特性。研究成果丰富了对滇中高原岩溶关键带水文地球化学过程的认识, 为区域岩溶水资源的开发、利用与保护提供基于水化学的证据支撑。      

大武湖田水源地岩溶地下水污染现状及防治对策

主要阐述了大武湖田水源地岩溶地下水污染现状,地下水污染呈现：岩溶地下水无机组分含量普遍增长,其中硫酸根、硝酸盐、矿化度有明显增高;地下水有机污染则主要表现为卤代烃类检出率偏高。依据水源地污染现状从地下水污染特征入手,提出了防治措施。     

黄陵背斜东北翼岩溶水系统特征及其对引调水隧洞工程的影响

陵背斜东北翼地层以碳酸盐岩和碎屑岩相间的组合形式出现,碳酸盐岩分布区岩溶发育强烈,岩溶突涌水是该区地下工程建设的重要影响因素。以某重大引调水工程黄陵背斜段为研究对象,综合采用岩溶水文地质调查、示踪试验、水文地球化学等多种方法对研究区岩溶水系统特征及隧洞突涌水条件进行了识别和分析。结果表明:区内存在4个子含水系统,垂向上构成了透水性强-弱相间的结构,发育了浅部快速循环、中间快速循环和深部慢速循环的多级水流系统,断裂构成各子含水系统间发生水力交换的垂向通道。工程输水隧洞主体在深部灯影组(Z₂dn)和天河板组-石龙洞组(∈₁t+sl)子含水系统中穿越,岩溶发育总体较弱,但在穿越店垭断裂时存在导通上部娄山关组-南津关组(∈₃l-O₁n)强岩溶子含水系统而发生较大规模高压突涌水的可能。施工支洞穿越∈₃l-O₁n子含水系统中白龙洞水流系统的排泄区,遭遇管道式突涌水事故的风险高。多种水文地质方法的联合解译可提高识别岩溶水系统特征和突涌水条件的精度。      

岩溶水流系统识别方法及其在引调水工程隧洞选线中的应用

某国家重大引调水工程引水隧洞将穿越聚龙山向斜可溶岩地层，可能面临严重岩溶涌突水问题。为了查明隧洞突涌水条件，选择岩溶水害风险较低的引水方案，综合采用岩溶水文地质调查、水化学与同位素分析等方法对聚龙山向斜岩溶水流系统特征进行了识别。结果表明:聚龙山向斜含水系统具有"两含夹一隔"的多层结构，下部二叠系主要为埋藏型岩溶弱发育区，而上部三叠系裸露型岩溶区中发育了具有多级水流系统的巨型岩溶汇水盆地。穿聚龙山向斜段工程论证的3个方案中，A线方案从向斜西段岩溶水系统的补给区穿越，隧洞穿可溶岩段长度短、且全部为埋藏型岩溶，剖面上绕避了三叠系岩溶汇水盆地，发生岩溶涌突水的风险低；而B线方案和C线方案均进入了三叠系岩溶汇水盆地，穿越裸露型可溶岩段的长度大，遭遇高压岩溶突水的风险高，故推荐A线引水方案。研究成果可为引水隧洞线路比选提供科学依据，对类似深埋长隧洞工程建设也具有参考价值。      

淄博市淄川区饮用天然矿泉水赋存条件与形成机理研究

淄博市淄川区饮用天然矿泉水按照含水层性质可划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和岩浆岩类构造裂隙水3大类。区内29眼井泉监测点饮用天然矿泉水检测结果显示,研究区存在锶型、锂型和锶锂复合型3种类型矿泉水。从水岩作用角度分析了矿泉水中锶和锂的来源,认为研究区广泛分布寒武纪碳酸盐岩,石灰岩尤其是鲕状灰岩中丰富的锶元素,是锶矿泉水形成主要的物源条件之一;地下水沿灰岩裂隙岩溶运动为矿泉水的形成创造了重要的水动力条件;研究区腐殖质经低矿化近中性的大气降水淋滤后,形成富含腐殖酸的偏酸性溶液入渗地下,对地下岩层产生溶解、溶滤作用,随着溶解过程的进行,岩石中的锶元素大量进入地下水中。     

泰安市城区岩溶地下水水化学特征及成因分析

岩溶地下水是泰安市城区重要供水水源,近年来随着气候环境变化和人为活动的影响,岩溶地下水水化学特征日趋复杂,但其水化学特征及成因尚不明晰。为识别研究区地下水水化学特征、成因机制,本文采用数理统计方法、离子比值、水化学图解等方法,研究了该区岩溶地下水的水文地球化学特征。结果表明：研究区内岩溶地下水水化学类型主要为HCO3Ca型、HCO3·SO4Ca 型、HCO3·SO4·ClCa型。地下水水化学成分主要受水岩相互作用控制,以溶滤作用为主,地下水中的Ca2+、Na+、HCO-3、SO2-4主要来源于方解石、白云石的碳酸盐岩及石膏、盐岩等蒸发岩的溶解,且存在逆向的阳离子交替吸附作用,导致Ca2+含量增加,Na+含量减少,人为活动影响导致地下水中Cl-、NO-3浓度增加。研究成果为研究区内岩溶地下水的合理开发与保护提供了依据。     

基于水化学的沂源盆地地热田成热模式探讨

沂源盆地地热田为低温水热型岩溶热储地热系统,盖层为古近系、白垩系、石炭系,热储层为寒武纪、奥陶纪碳酸盐岩,区内发育的深大断裂如上五井断裂、韩旺断裂、傅家庄断裂等为沟通深部热源的良好通道。为掌握地热田热水的补给来源、热源、地热水年龄,进一步分析其形成机理,采集地热水样品进行了地热水水文地球化学分析、气体及其同位素分析。结果表明,该地热田地热水水化学类型为HCO3·Cl·SO4Na·Ca型、HCO3Ca·Mg型,矿化度小于1g/L;地热水补给来源为大气降水,具深循环特征;热源以壳源为主;地热水年龄10.51ka B.P.,为古地下水。结合地下水循环机理,将其地热水形成机理总结为小型断陷盆地深循环承压型。     

鲁中南岩溶发育的控制因素

地质构造、气候、水动力条件对鲁中南地区丰富多彩的岩溶形成起着控制作用。下古生界特别是中寒武统上部及中、下奥陶统的碳酸盐岩是该区岩溶发育的基础,新生代继续活动的断裂构造把被非可溶岩分割的碳酸盐岩岩层串通成统一的水文系统。新生代多期的上升运动,使该区持续保持较大的地形高差和积极的水文交替条件,特别是该区的泰山、鲁山、沂山、蒙山等均由前寒武系变质岩及岩浆岩组成,它们在新生代的漫长地质历史时期,直至今日均高于周围的可溶岩分布区,造成了该区岩溶发育可经常受到强大的外源水影响的基本格局。