【摘要】：南洞地下河是云南規(guī)模最大、典型性突出的喀斯特高原地下河系統(tǒng),本文依據(jù)野外調查、勘探、試驗資料,以地球系統(tǒng)科學理論為指導,運用現(xiàn)代巖溶學、地質學及水文地質學的分析方法,對南洞地下河系統(tǒng)巖溶發(fā)育的物質基礎及形成條件、邊界位置和性質、地下河系統(tǒng)的結構進行了深入的研究,并從水動力場、水化學場、溫度場等方面研究了1號暗河子系統(tǒng)和2號暗河子系統(tǒng)之間的異同,以期為南洞地下河的開發(fā)利用提供科學依據(jù)。本文主要取得以下研究進展:1.南洞地下河系統(tǒng)巖溶地貌主要有溶丘洼地、峰叢洼地(漏斗)、巖溶中山、巖溶低中山、巖溶斷塊山、構造巖溶斷裂陡坡六種。其中,峰叢洼地和溶丘洼地是研究區(qū)最主要的地貌類型,主要分布在研究區(qū)東部巖溶化高原面上、盆地間巖溶淺丘及大莊盆地北部一帶,大部分地下河管道均發(fā)育于峰叢洼地和溶丘洼地區(qū)。研究表明,地層巖性、構造、地下水徑流、新構造運動控制了巖溶地下河的發(fā)育與分布。受到碳酸鹽巖成分和厚度的影響,個舊組(T2g)質純、層厚的灰中地下河最為發(fā)育,其它碳酸鹽巖層位中,碳酸鈣含量較低,巖溶化較弱,地下河管道弱發(fā)育或不發(fā)育;南洞地下河系統(tǒng)巖溶發(fā)育及地下河展布的方向受NW、NE兩組構造的控制,地下河大多追蹤斷裂發(fā)育而成,主要呈NW-SE展布和NE-SW展布;草壩東山高原區(qū)的水動力條件好,水交替迅速,巖溶發(fā)育程度較其它地段高,巖溶作用強烈,地下巖溶形態(tài)以溶洞、管道為主;盆地區(qū)地下水動力條件較差,水流循環(huán)交替緩慢,巖溶發(fā)育程度不高,大部分地段地下巖溶形態(tài)以溶孔、溶隙為主,只有沿巖石結構松散的斷裂破碎帶,有利于地下水的徑流,巖溶發(fā)育程度高,一般為巖溶洞穴或管道;新構造運動使研究區(qū)地貌具有臺階狀的特點,發(fā)育三層溶洞,形成了以大莊、草壩、蒙自盆地和開遠盆地為主的兩級排泄基準面,每一級基準面的形成都使巖溶的發(fā)育進入強烈時期,其中大莊、草壩、蒙自盆地基準面的形成為平石板、黑龍?zhí)丁⑹?大黑水洞(灰土地洞)巖溶管道的發(fā)育創(chuàng)造了條件;開遠盆地基準面的形成造就了 1號暗河管道的形成以及2號暗河管道出口段向上游溯源侵蝕并逐漸襲奪、歸并石洞-大黑水洞(灰土地洞)管道而形成2號暗河管道主流。2.對南洞地下河系統(tǒng)邊界進行了重新分析研究,查明研究區(qū)邊界類型主要有地表分水嶺、地下分水嶺、阻水斷裂構造巖帶、非可溶巖隔水層、埋藏型巖漿巖嶺脊分水嶺,碳酸鹽巖深埋滯留性邊界。其中,東北部邊界由原來的開遠-馬吊陡坡斷裂(F14)調整為這一帶的地表分水嶺邊界,修正了前人的認識;東南部邊界與前人的研究結果一致,即東段為地表分水嶺邊界,南段為阻水斷裂與碎屑巖組成的混合邊界;本文新率定的西南部邊界與前人的認識有較大差異,我們認為西南邊界分為兩段,盆地區(qū)為新近系泥灰?guī)r沉積深槽形成的隔水邊界,管家山-個舊市段為地表分水嶺與巖漿巖基底地下分水嶺組成的混合邊界;西部邊界為本文新厘定的邊界,主要以個舊-開遠阻水斷裂(F1)為邊界。1號暗河子系統(tǒng)與2號暗河子系統(tǒng)間的內部邊界為大莊盆地北部一帶地下分水嶺,應為碳酸鹽巖深埋滯留性邊界,推測與這一帶的地表分水嶺一致。對南洞地下河系統(tǒng)頂、底界的認識,本文認為在含水層裸露的巖溶區(qū),系統(tǒng)的頂界就是巖溶水面;在覆蓋區(qū),系統(tǒng)頂界為起伏變化較大的土石分界面。系統(tǒng)底界為巖溶發(fā)育下限,底界形態(tài)總體應較為平緩。3.南洞地下河系統(tǒng)由輸入系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)組成,輸入系統(tǒng)主要執(zhí)行物質和能量的輸入功能,主要由中山巖溶洼地子系統(tǒng)、峰叢(溶丘)洼地子系統(tǒng)、斜坡丘陵落水洞子系統(tǒng)、盆地區(qū)洼地落水洞子系統(tǒng)構成;輸出系統(tǒng)執(zhí)行物質和能量的輸出功能,主要由管道系統(tǒng)組成,并將管道子系統(tǒng)進一步劃分為1號暗河子系統(tǒng)和2號暗河子系統(tǒng),它們在平面上為平行的枝狀結構。2號暗河子系統(tǒng)是南洞地下河系統(tǒng)的主要輸出系統(tǒng),結構復雜,既有平列又有疊置關系的巖溶管道,如主流上的大黑水洞一帶,上部管道間有平行并列關系,形成多個出水口,與深部徑流帶間,又有迂回疊置關系。平石板暗河、小黑水洞大泉、黑龍?zhí)栋岛訛榀B置在2號暗河主流之上的全排型暗河。4.1號暗河子系統(tǒng)與2號暗河子系統(tǒng)在水力坡度上差異較大。1號暗河縱剖面為均衡剖面,上游水力坡度較大,下游水力坡度較小或平緩,形成一條凹形曲線,出口段水力坡度僅在2-7‰左右;上游開遠東山頂-清塘子水力坡度46.78‰,受地殼的間歇性升降運動影響,地下河在剖面上呈多層結構。2號暗河主流縱剖面形態(tài)變化較為復雜,平均水力坡度10.9-14.5‰,洪水期較枯水期明顯增大,其中石洞-大黑水洞(灰土地洞)段平均水力坡度23.38-28.16‰,近草壩東山坡一帶水力坡度83.24‰。在盆地和丘陵徑流區(qū)水力坡度較為平緩,灰土地至草壩一村段僅4.32-4.89‰左右,出口段水力坡度僅2‰。造成上述縱剖面上水力坡度階梯狀變化的原因,主要是構造運動階段性抬升,不同排泄基準面的形成造成的。5.對南洞地下河系統(tǒng)巖溶含水介質結構特征進行了深入的分析。1號暗河子系統(tǒng),巖溶含水介質主要為管道介質,旁側兼具蜂窩狀溶孔、溶洞及溶蝕裂隙,管道介質起輸水作用,窩狀溶孔、溶洞及溶蝕裂隙主要起儲水作用。2號暗河子系統(tǒng)巖溶含水介質結構在空間上差異較大:上游為寬大、暢通、導水迅速、排泄快捷的地下管道空間結構系統(tǒng),以順直單管道為主,地下水流速快,水流運動通道暢通,巖溶管道、裂隙介質發(fā)育完整;下游巖溶含水介質以管道-寬裂隙構成的網(wǎng)狀結構為主,導排水較好;中游為覆蓋型斷陷巖溶盆地,巖溶含水介質以溶隙、裂隙等網(wǎng)狀裂隙為主,管道介質發(fā)育不完善,地下水流速緩慢,水流運移通道不暢通。南洞口泉流量衰減分析表明,溶隙和管道是地下河系統(tǒng)的兩種貯水空間,它們組成溶隙-管道雙重含水介質。在衰減初期,巖溶水貯水體積共為115.17×106m3,管道水為11.75×106m3(只占總體積的10.20%),溶隙水貯水體積為103.42×106m3(占89.80%),后者顯著大于前者,說明溶隙是南洞地下河系統(tǒng)的主要貯水空間,這也是南洞地下河系統(tǒng)在近半年基本無降雨補給的情況下,仍可保持2-3m3/s似上基流量的重要原因。6.地下河系統(tǒng)“三場”研究表明:在化學場方面,1號暗河子系統(tǒng)與2號暗河子系統(tǒng)的“三場”特征存在明顯差異。1號暗河子系統(tǒng)暫時硬度,礦化度相對較低,出口水SIC和SID值為較低的負值,3H含量高于2號暗河子系統(tǒng)3-4TU,δD和δ18O值較小,表明1號暗河子系統(tǒng)巖溶含水介質空間規(guī)模大,地下水在巖溶空隙中逗留時間短,地下水循環(huán)交替較快,至出口地下水還具有較強的溶蝕性,地下水年齡較新,具有當年補給當年排泄的特點。2號暗河子系統(tǒng)暫時硬度,礦化度比1號暗河子系統(tǒng)稍高,從補給區(qū)至排泄區(qū),管道水的礦化度不斷增加,盆地徑流區(qū)地下水的礦化度明顯小于管道水礦化度,出口 SIC為正值,SID雖為負值,但較2號暗河子系統(tǒng)的負值高,3H含量低于1號暗河子系統(tǒng)3-4TU,但比降水含量高0.6TU,豐水期暗河水與當年降雨的同位素相比,暗河水的3H含量、δD和δ 180分別高高-14.17‰、-0.342‰和2.6±1TU,表明2號暗河子系統(tǒng)巖溶含水介質空間復雜,地下水在巖溶空隙中逗留的時間長,地下水循環(huán)交替沒有1號暗河子系統(tǒng)快,出口地下水SIC已經(jīng)達到飽和,對白云石還有一定的溶蝕能力,暗河管道水在豐水期也并不完全是當年雨季降水補給,地下水年齡相對較老。在溫度場方面,1號暗河子系統(tǒng)水溫始終高于2號暗河子系統(tǒng)0.5℃左右,說明二者具不同的熱場特點。1號暗河子系統(tǒng)從補給區(qū)至排泄區(qū)水溫變化不大;2號暗河子系統(tǒng)水溫自上游高原山區(qū)(平石板)至盆地東部邊緣(大黑水洞等),再到最終出口水溫呈逐步升高的趨勢。在徑流場方面,1號暗河子系統(tǒng)匯水范圍較小,徑流場較簡單,地下水總體由北東流向北西,其中瓦白白-阿德邑一段追蹤開遠-馬吊陡坡斷裂(F14)呈近東西向徑流。2號暗河子系統(tǒng)地下水總體由南東向北西徑流,由于匯水范圍較大,各地段徑流方向存在差異。2號暗河子系統(tǒng)上層平石板、黑龍?zhí)栋岛佑捎谑軜嬙斓挠绊?地下水流向呈南東-北西方向徑流,石洞-大黑水洞(灰土地洞)地下水由東向西徑流;草壩東山巖溶水運移至灰土地段后,通過盆地基底斷裂灰土地-大郭西斷裂(F31)、老燕子-雨過鋪斷裂(F28)、大紅地-城紅寨斷裂(F4)的溝通于城紅寨落水洞與下游管道連通,也即盆地區(qū)主管道徑流路徑為灰土地洞→永寧落水洞北→草壩一村32號孔東→雷公哨-老燕子-城紅寨一線;大莊盆地東部邊緣巖溶水向丫口村方向徑流,小黑水洞以北巖溶水向波黑丫 口村一帶徑流,之后兩巖溶水匯集沿小芭蕉-波黑斷裂(F,)斷裂帶徑流至雷公哨與2號暗河主流匯合。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P641;P931.5
【圖文】：

邐云南南洞地下河系統(tǒng)邊界及結構特征研究逡逑２．研究區(qū)環(huán)境概況逡逑２．邋１自然地理概況逡逑２．１．１研究區(qū)位置逡逑研究區(qū)位于個舊市、開遠市和蒙自市三市交界處（圖２．邋１），大部分位于蒙自市境內，逡逑地處西南邊陲，地理坐標：東經(jīng)１０３°邋１１＇邋－１０３°邋４４＇，北緯２３°邋１５＇邋－２３°邋４４＇。逡逑１０３ＴＴ０７１０３°｜４５＇逡逑°

圖２．邋４邐南洞地下河系統(tǒng)水文地質圖（據(jù)個舊幅２０萬水文地質圖修改）ｌｕａ逡逑１．富水性強的巖溶含水層；２．富水性中等的巖溶含水層；３．富水性中等弱的碎屑巖裂隙水；４．新近系裂隙水：５．逡逑巖漿巖裂隙水；６．第四系孔隙水；７．地表分水嶺；８．地下分水嶺；９．不整合地質界線：１０．地質界線：１１．１號喑河逡逑管道；１２．正斷層；１３．逆斷層；１４．性質不明斷層：１５．地表水及流向；１６．邋２號暗河管道；１７．巖溶豎井；１８．吹吸風逡逑洞；１９．地下水流向；２０．充水落水洞；２１．干枯落水洞；２２．地下河出口；邋２３．地下河入口邋：邋２４．巖溶漏斗；２４．季節(jié)性逡逑大泉；２６．巖溶泉，左為編號，右為流量（１／ｓ）：邋２７．水文鉆孔，左為編號，右為水位；逡逑從表２．邋３和圖２．邋４可看出，研究區(qū)個舊組（Ｔ２ｇ）碳酸鹽巖厚度最大，分布最廣，巖溶發(fā)育逡逑最強烈，是研宄區(qū)巖溶發(fā)育最重要的一個層位，研究區(qū)大部分地下河管道均發(fā)育于該地層逡逑中�；鶐r裂隙水在系統(tǒng)內分布十分有限，且含量微弱，大氣降水降至地表后，大部分以地逡逑表徑流的方式流走，有部分滲入補給了巖溶含水層。盆地邊緣局部地段孔隙水對巖溶水有逡逑微弱的越流補給現(xiàn)象，但總體孔隙水、裂隙水與巖溶水間的水力聯(lián)系較差，巖溶水為區(qū)內逡逑主要的地下水類型，為本次研究的重點。逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2722958