蒙自市草坝东山岩溶发育特征研究

邢芳，李俊，徐世光,2

(1.昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093；2.云南地矿工程勘察集团公司，昆明 650041)

岩溶亦称喀斯特(Karst)[1]，是在以碳酸盐类为主的可溶性岩石分布区，由于水，其中特别是地下水，对岩石以溶蚀为主的作用所形成的诸现象的综合。南方岩溶区有3个流域面积在1 500 km2以上的超大型水源地，分别为六朗洞、南洞、地苏。蒙自市草坝东山位于南洞水源地补给区范围内，调查研究清楚草坝东山的岩溶发育、分布规律才能有助于进一步研究岩溶地下水，探明该区岩溶地下水的水文地质条件，使地下水得到充分利用的同时保护地下水环境。也能解决蒙自市水资源缺乏问题，并且有力的推动国民经济的发展，因此具有重要的政治意义和经济意义。

1 地质环境概况

1.1 地理概况

研究区属红河哈尼族彝族自治州的蒙自县和开远市所辖。研究区内交通较发达。研究区地处滇南低纬度高原山区，属亚热带季风气候区，气候垂直变化大，干雨季分明，山区比坝区降雨量大，蒸发量小。山区与坝区由于高差悬殊大，气候也具有随标高不同而呈垂直变化的特点，坝区气温高，炎热少雨，蒸发量大于降水量，山区气温低，潮湿且较寒冷，降水量大于坝区。

1.2 地形地貌

研究区位于云南高原南缘，属红河与南盘江两大水系的地表分水岭地带呈中等切割中-高山地貌。坝区地势南高北低，一般标高1 300 m上下，最低点为草坝村1 282 m。这一地貌基本轮廓主要受构造控制，其次为岩性条件。内外营力的综合作用的结果，塑造了不同的地貌景观。主要有平坦河湖积平原、岩溶洼地(漏斗)、岩溶丘陵、峰丛洼地(漏斗)、中山陡坡、岩溶中山、构造岩溶陡坡、构造侵蚀、剥蚀低中山、缓坡丘陵地貌、山前冲洪积平原、低中山。

1.3 地层岩性

研究区出露地层主要为第四系、三叠系、二叠系，尤以三叠系中统个旧组白云岩夹灰质白云岩、灰岩、白云岩、灰质白云岩为主。第四系主要分布于草坝盆地及其周围山麓边缘，山区低洼地带，由坡残积物、冲积物、湖积物组成，以下更新统至全新统均有堆积。盆地为湖泊相、湖沼相砂质粘土、粘土、沿铁矿沉积及部分冲洪积物沉积，累计最大厚度为282.66 m。第三系分布于草坝东山东边。二叠系在草坝东山东北部少有出露。

1.4 地质构造

研究区内褶皱不发育，发育5条主干断层有：大黑水洞-岩子头以西逆断层，老鹰窝-大龙树坡断层，草坝-蒙自东山断层，团山-倮枯断层和布沼-马桑菁断层。

1.5 水文地质环境

研究区属南洞暗河水文地质单元的补给区，水文地质单元的划分以隔水边界分布确定，是具完整的补径排规律的连续水动力区域。据此，区内可划分为南洞、平石板两个水文地质单元。另外，南洞单元由于具有反复补径排过程的特点，并发育了两条暗河。

2 岩溶形态及发育特征

2.1 地表岩溶形态发育特征

地表岩溶[2]，是被地表水溶解后的岩石在地表形成的溶蚀性地貌所构成，其溶解程度受地表水和地下水补给方式、岩性和岩石的结构和气候(温度、降水和植被)等因素影响。一般可分为凸起的正地形和凹下的负地形。研究区岩溶现象主要有岩溶洼地、落水洞、漏斗。本次研究中，共计调查岩溶洼地96个，落水洞7个，漏斗5个。

从统计资料中得出:岩溶洼地海拔最高2 131 m、最低1 379 m，发育地层岩性主要为白云岩、泥质灰岩，地层代号T2g2，平面形态主要为椭圆形、圆形，发育方向主要为北西、北东方向，洼地周围石芽发育，石芽上见溶痕、溶孔发育，洼地底部主要为第四系冲洪积物；漏斗最大面积为17 662.5 m2、最小为314 m2，漏斗形态为圆形，剖面形态为“V”形，中型漏斗有3个，小型漏斗有两个，漏斗周围有岩层出露，具有轻微石漠化，岩石表面见雨痕，溶沟、溶孔发育，漏斗底部为第四系冲洪积物，少数为耕地；落水洞洞口面积最小1.5 m2、最大50.24 m2，大型落水洞有1个，中型落水洞有3个，小型落水洞有2个，洞口形状以圆形为主，出露地层主要为灰岩和白云岩，可见深度最深16 m、最浅1.5 m，大部分都在4～5 m之间，主要沿北西方向发育。

根据上述资料，结合岩溶发育现象和发育程度分析，研究区的地表岩溶发育特征可以概括为以下几个方面：

(1) 岩溶发育与裂隙的关系。从统计的研究区内裂隙走向及岩溶洼地走向作出的玫瑰花图(图1、图2)可以看出，其总体发育方向明显受向裂隙发育的优势方向大体一致。

(2) 岩溶发育与构造的关系。塌陷的排列、落水洞的展布和倾斜方向、漏斗、洼地的长轴方向多与构造线方向一致(图3)。从图3可以看出岩溶洼地有沿断裂成串珠状发育的特点，且在T1y3、T2g1、T2g2地层广泛发育。

图1 节理走向玫瑰花图

图2 岩溶洼地走向玫瑰花图

1.岩溶洼地；2.干枯岩溶漏斗；3.岩溶塌陷；4.干枯溶洞；5.下降泉图3 岩溶分布图

(3) 岩溶发育具有成层性。受构造运动的影响，区内岩溶洞穴具有成层发育的特点，成层发育的岩溶洞穴[3]也间接的反映了新构造运动抬升的速率(图4)。

图4 溶洞分层图

2.2 地下岩溶形态及发育特征

地下岩溶形态[4]主要表现为裂隙型溶洞及溶蚀带，研究区内地下岩溶宏观表现形式以管道和溶洞为主，小规模岩溶现象以溶隙为主。

结合岩溶发育现象和发育程度分析，研究区的地下岩溶发育特征可以概括为以下几个方面：

2.2.1 岩溶发育的分带性

由于地层岩性的差异以及地形、构造和水动力条件不同，使坝区岩溶发育强度具有很不均一的特点。将区内岩溶发育划分为以下3个带：

(1) 垂直入渗带

此带指最高地下水位以上的全部空间，它处于包气带的上部，包括表层岩溶带，是岩溶水的主要补给区，分布在高山、斜坡区，地形地貌以峰丛洼地、岩溶洼地为主。直接接受大气降水及溪河水的补给，地下水在此带主要做垂直运动。其厚度极不均匀，主要依其所处地貌位置而定。下左美一带，据已知竖井深达208.50 m，加上峰丘高度推测，厚约500～700 m；盆地边缘及盆间丘陵地带厚度较小，一般数十米。此带洼地、落水洞、竖井、大溶隙等发育。

(2) 季节变动带

水流自垂直深入带至此带时，水循环交替强烈，当地下水位较高时，以水平运动为主。反之，当地下水位较低时则以垂直运动为主。岩溶形态垂直与水平并存。由于所处地貌位置、水动力条件及岩溶化程度的差异，其厚度变化也较大。

(3) 水平径流带

此带指最低地下水位以下的空间，其厚度取决于含水层厚度、裸露面积、降雨补给特征及排泄基准面等因素，地下水在此带做水平运动。此带是水平岩溶管道系统的主要发育部位，此带溶孔、溶洞发育，且无充填。在此带中，具有管道-溶隙双重介质特点，其中管道主要起排泄作用，裂隙溶孔起储水、调节作用。

2.2.2 地下暗河的发育规律

平石板暗河出口标高1 490 m，暗河推测长约18 km，补给面积80 km2以上，最大流量6 737 l/s，最小流量216.9 l/s，为一独立的地下河系统，其出口附近有上层干洞及早期暗河出口，在秧草塘附近地表出露有T1y2隔水层。上层洞穴有7个逐渐下降的洞口，均沿同一岩层面发育，最下面一个洞口通道平缓，洞底有厚20～30 cm的淤泥层，洪水期具一定排泄功能。该暗河在中游径流地段，地表基本上见不到相应的岩溶形态，但在宗舍-期不底一段，则反映出一条明显的古河道，暗河的发育基本上是沿古河道进行的，并且在地表有大量呈串珠状的落水洞、漏斗和洼地显示。平石板出露的地层、地形、构造条件，认为平石板暗河完全受构造、地层控制，其形成之时，也就是古河道消亡之日，若没有下伏地层P2l-T1y2等碎屑岩的阻隔，平石板暗河管道必定与南洞Ⅱ号暗河直接沟通。

3 草坝东山岩溶发育规律

草坝东山岩溶发育在区内的展布特征，均具有一定的规律性，这主要表现在以下几个方面：

(1) T1y3中厚层灰岩最为发育，T2g1、T2g2白云岩及白云质灰岩岩溶发育较弱。由于白云石的易溶程度较方解石低，故碳酸钙含量高的灰岩类比镁质含量高的白云岩类岩石岩溶发育强烈，泥质灰岩类的酸不溶物质高达34.41%～55. 95%，岩溶[5]发育微弱，一般仅在裂隙两侧有溶蚀现象，总体上岩溶发育呈现出分区性。

(2) 研究区地上、地下岩溶垂向上具有成层状分布的特点。从图5～7中可以看出：漏斗以1 800～1 900 m高程范围内岩溶最为发育；岩溶洼地以2 000～2 100 m高程范围内最为发育；落水洞成层性较为明显在2 400～1 500 m、1 800～1 900 m、1 400～1 500 m高程范围内岩溶最为发育。

图5 漏斗各高程个数统计表

图6 岩溶洼地各高程个数统计表

图7 落水洞各高程个数统计表

4 结论

通过对研究区域地形地貌、区域地层岩性、区域地质构造、区域水文地质背景、新构造运动，对草坝东山地区岩溶表现形式、空间展布特征、岩溶发育特征的研究，总结岩溶发育规律，得如下结论：

(1) 本地区岩溶地貌十分发育，地表岩溶以岩溶洼地为主，并发育有落水洞和漏斗分别有7个和5个；地下岩溶以管道溶洞为主，研究区内调查大型溶洞有3个，小规模岩溶现象以溶隙为主。

(2) 岩溶发育与节理裂隙息息相关，岩溶的总体发育方向受优势节理裂隙面控制。研究区内塌陷的排列、落水洞的展布和倾斜方向、漏斗、洼地的长轴方向与构造线方向一致。

(3) 研究区内溶洞的发育具有成层性，主要分布在1 470～1 500 m高程间。

(4) 岩溶发育具有分带性，分为垂直入渗带、水平径流带、季节变动带。

[1] 张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社，1994.

[2] 任美锷，刘振中.岩溶学概论[M].北京,商务印书馆,1983.

[3] 许来香,黄叶峰,唐已华.基于GIS地理信息系统的岩溶发育规律分析[J].西部探矿工程,2008,(2):97-99.

[4] 李顺，王运生，吴俊峰，等.云南普洱某机场岩溶发育规律研究[J].甘肃水利水电技术，2012,48(2)：28-37.

[5] 辜明清.四川江油武都水库工程枢纽区岩溶发育规律的研究[J].水利水电技术报道，1998,(1):47-55.