本区包括湘西、鄂西、黔北地区,主要由巫山、武陵山、大娄山等平行山脉组成。地形自西南向北东逐渐降低,由高、中山过渡到中、低山区。武陵山脉自黔东北伸入湘鄂西,直达长江南岸,山脊海拔1000~2000m,成为乌江与沅水的分水岭。
长江切割本区东北部山地,形成著名的三峡,最大切割深度大1500m。清江、乌江等较大支流的深切峡谷一直延伸到山地或高原中心地带,汇集区内的地下水和地表水汇入长江。
一、岩溶地层
区内碳酸盐岩主要是古生代地层。主要地层分述如下:
上震旦统灯影组:以白云岩为主,硅质含量较高,达10%以上,多含燧石结核和燧石条带,鄂西厚200~600m,黔北为藻白云岩,厚约450m。
下寒武统:下部为一套以页岩为主的碎屑岩系,厚200~500m,构成区域隔水层;上部为泥质条带灰岩,逐渐向上变为白云岩,鄂西厚100~300m,湘西厚40~570m。
中寒武统:以白云岩类为主,夹页岩、泥质条带、燧石结核;鄂西地区下部为硅质白云岩夹页岩,中部为鲕粒灰岩;上部为白云岩类夹泥质页岩、细砂岩;总厚150~300m,湘西厚700~800m。
上寒武统:鄂西地区为白云岩与灰岩呈岩相过渡,具鲕粒结构与叠层藻,向上变为白云岩,总厚200~500m;黔北地区为白云岩,厚1000m左右;湘西地区,中下部为泥质灰岩和含碎屑白云岩。
志留系:为巨厚层的碎屑岩,厚度大于1000m,为区域隔水层。
二叠系:底部为含煤碎屑岩,厚度小于20m;栖霞灰岩,深灰色,富含燧石结核或燧石层;茅口灰岩,浅灰色,夹泥质页岩。
三叠系:下统大冶组为中厚—薄层微晶灰岩,底部为黄绿色页岩夹泥灰岩,下部为灰岩;中、下三叠统嘉陵江组灰岩厚度较大,富含白云质段,含数层石膏,总厚400~1000m以上。
二、构造
区内构造属大娄山-八面山褶皱束,延展于川、黔、鄂、湘边境,在贵州习水以东呈NNE走向,到湘鄂西转为NEE向。褶皱束宽疏,多为箱状和梳状,背斜较窄,核部为古生代地层,向斜较宽,其中常发育次一级构造,核部为中生代地层。
断裂构造与褶皱构造同向、配套,主要发育有NEE向、NE向、NNW向和近EW向4组断裂构造。
三、岩溶地貌特征
本区自中生代以来一直处于振荡性抬升阶段,发育多期岩溶剥蚀台面,约有5期之多。由于长江支流水系深切,直通高原中心地区的峡谷体系,将剥蚀面破坏得支离破碎,地貌景观与云贵高原大相径庭。
一级岩溶台面:形成于侏罗纪末或白垩纪初,分布在清江、长江、澧水分水岭地带,台面海拔1800~2000m,台面特征不甚明显,呈现溶丘、丘丛地貌。丘丛间发育溶蚀洼地和岩溶槽谷。
二级台面:形成于白垩纪晚期,主要分布在巴东野三关、建始花坪和杉木、利川腾龙洞和罗东一带,台面海拔1400~1600m。台面经后期溶蚀作用破坏,已支离破碎,台面上发育峰丛、丘丛、溶蚀洼地。
三级台面(山原期):形成于古近纪,主要分布在恩施盆地、利川盆地周围山地及野三河两岸,台面海拔1000~1300m。台面上呈峰丘地貌,丘间为溶蚀洼地,清江中上游一带溶洞海拔为1100~1300m,如左泉洞、燕子洞等。
四级台面(山盆期),形成于新近纪,分布于恩施白杨坪—吉心、天桥—甘溪等地,台面海拔800~950m,台面破碎,呈丘丛、峰丛地貌,有砾石堆积。
五级台面(云盆期):形成于早更新世,仅在恩施盆地东部七里坪、都镇麻池等地小面积分布,台面海拔600~700m,清江中上游地区溶洞海拔700~800m,形成众多的暗河系统。
中更新世以来,本区不断上升,在清江两岸形成多层溶洞层,在隔岩河分布有100~150m、80~100m和50~60m三层溶洞层。
四、岩溶含水系统
区内地形沿构造线发育,背斜轴部常形成分水岭山地,有时也能见到狭窄向斜构成的分水岭。向斜多形成负地形,河流常沿向斜轴部发育,地表水分水岭与地下水分水岭往往相一致。平行构造线沿各类碳酸盐岩层走向发育,溶洼、溶斗、石芽、溶沟等岩溶现象呈串珠状分布,往往形成封闭的岩溶负地形及暗河系统。
志留系为区域性隔水层,将下古生界岩溶含水层与二叠系、三叠系岩溶含水岩系分隔开。而二叠系、三叠系中的泥质碎屑岩隔水层,又将碳酸盐岩分割成多个岩溶含水层,使向斜构造形成具有多层含水结构的岩溶含水盆地。被志留系隔水地层形成外围封闭的向斜,构成完整的向斜集水构造,地下水向轴部汇集、径流,沿轴线往往发育溶洞或暗河。
褶皱构造核部和转折端常是岩溶发育部位。背斜核部张性裂隙发育,沿轴向岩溶作用强烈,易剥蚀成负地形,有利于地表水汇集,形成规模较大的洞穴和暗河。
区内溶蚀作用强烈,岩溶含水系统多由管道型暗河系统组成,大多数暗河系统都通过落水洞与地表相通,接受地表水和大气降水补给,各暗河系统相互独立,自成体系,向邻近河流排泄。
据统计,清江流域,流量大于500L/s的暗河系统就达40个以上,著名的有腾龙洞、七渡河龙洞、迷水洞、白马洞和三现水等暗河系统。暗河走向主要为NE向、NEE向以及NW向,沿褶皱核部、向斜两翼转折处及断裂带发育。暗河系统底部受隔水地层控制。