岩溶水富集的地质构造因素

地质构造及新构造运动是岩溶发育的必要条件，也是岩溶发育的内在控制因素之一。断层、裂隙、接触带等构造，为地下水的初始径流和溶蚀作用提供了必需的通道，新构造运动为地下水的运动和溶蚀作用提供了动力条件，其特征控制了岩溶发育的分带和成层性，以及岩溶水系统的边界特征，引起了岩溶发育的均匀性、含水层富水性的差异，由此也决定了岩溶水的富集特征。

2.1.3.1 新构造运动特征

西南岩溶石山地区，新构造运动对岩溶发育的影响表现为强烈的断裂活动及差异上升、沉降所造成的岩体破裂、岩体结构的改变、巨大的地势起伏与地貌变化。断块隆升形成了岩溶断块山地，区域抬升造就了岩溶高原，断裂急剧活动形成了岩溶高原峡谷，断裂的拉分形成了岩溶断陷盆地，间歇性的差异上升则产生了多层岩溶台地和溶洞，大面积的沉降区发展成了宽阔的平原。同时，新构造运动中的断裂活动加剧了碳酸盐岩的破裂程度，不断扩充新的径流通道，促进了岩溶的发展和分异。断块差异上升导致地形高差加大，为地下水循环提供了动力，使得“三水”转换连续不断，溶蚀作用得以持续进行。因此，新构造运动是岩溶发育的内在动力条件，其特征决定了一定区域的岩溶及其水文地质面貌。

隆起上升区大都形成岩溶石山及台地。地表碳酸盐岩裸露，次级地貌峰丛、峰林、洼地、漏斗和落水洞发育，呈峰丛洼地、峰丛谷地等地貌形态组合。为适应强烈的地壳上升和侵蚀基准面的下降，垂向溶蚀强烈，持续向深部发展，形成规模巨大的溶洞管道系统，埋藏深度大，岩溶发育极不均匀。这样的地区多属于岩溶水的补给、径流区，以溶洞管道流为主，岩溶水力坡度大，水流速度快，动态变化剧烈。岩溶水深埋，含水层富水性极不均匀。

下降区常沿断裂带形成一系列的岩溶断陷盆地、深切河谷，多为岩溶水的汇集、排泄区。岩溶断陷盆地区，岩溶含水层组从山区至盆底由裸露转变为覆盖或埋藏型。裸露岩溶山区为岩溶水的主要补给径流区，岩溶发育极不均一，导储水空间以溶洞管道为主，岩溶水流快急，储存调节能力弱，水位流量季节变化剧烈，岩溶水部分以悬挂泉及下降泉、暗河出口的形式，在弱透水层(带)顶面和沟谷中排泄，大部分在山边土石分界线附近排泄，剩余部分继续向深部径流。覆盖或埋藏岩溶区岩溶发育较均一，储水空间以管隙为主，岩溶发育深度大，一般直至碳酸盐岩底板仍有发育。通常是岩溶水的储集区，但在部分处于区域深层径流过程中的盆地，同时也是岩溶水的径流区。这类地区岩溶水资源丰富，动态稳定。山间河谷区岩溶水汇集，水动力强，侵蚀溶蚀作用强烈，岩溶发育，岭坡地带岩溶发育极不均一，导储水空间主要为溶洞管道，岩溶水以溶洞管道流为主，岩溶水流顺坡向快速径流，动态变幅大，在坡上一些缓台地、弱透水层、阻水断层或岩溶弱发育带顶面上有部分悬挂泉流和暗河出露。在谷底常形成沿河带状分布的泉、暗河集中排泄点及富水块段，岩溶发育较均一，岩溶水资源丰富，动态较稳定。

2.1.3.2 岩溶水富集的构造特征

地质构造控制着岩溶发育的特征，最直接地表现为构造破裂对岩溶发育的控制作用。水对碳酸盐岩的溶蚀一般自裂隙开始，岩溶本身往往就是裂隙溶蚀扩展的结果，裂隙越多，岩溶水入渗条件越好，岩溶越发育。因此，一般在断层、断层交汇部位、背斜轴部、背斜和向斜的转折端、特别是倾伏背斜和向斜的倾伏端和仰起端、碳酸盐岩与非可溶岩断层接触带等构造应力集中的部位，岩体破碎，裂隙发育，岩溶发育较强烈，形成地下水径流和储存的良好空间，为岩溶水的富集创造了条件^[5]。

地质构造控制了岩溶含水层与相对隔水层(带)在空间上的组合形式和特征，对岩溶水系统的边界、水文地质结构类型和特性往往起着决定性的作用，从而也决定了其水文地质及岩溶水富集的特征。对于一个透水的岩层(带)，即使有充分的地下水补给条件，也还需要在其周围和下面有相对隔水层(带)与之相互组合，把重力水封托住，使之不致完全流失，才能形成含水层。因此，要掌握岩溶水富集规律，找到可供开发的水源地，还必须研究透水层和隔水层(带)所组成的各种地质构造。储水构造就是透水层与隔水层(带)相互结合而构成的能够富集和储存地下水的地质构造形式。对于储水构造已经有许多研究成果^[6]，在此，作者仅将常见的几种储水构造和岩溶水富集特征归纳如下，以提供岩溶找水的地质构造标志。

2.1.3.2.1 水平储水构造

指岩溶含水层产状水平或近于水平，以地形分水岭为汇水边界，河谷为其排泄边界，隔水层或岩溶弱发育带顶面为隔水底板的储水构造。

在岩溶石山区，当水平隔水底板高于当地排泄基准时，就形成了滞水型岩溶水系统，赋存岩溶上层滞水。由于水平碳酸盐岩层构造变形小，破裂程度低，岩溶发育不均匀，以孤立的溶洞管道、溶隙带为主，加之含水层沿排泄边界暴露于谷坡上，岩溶水排泄通畅，这种水平储水构造的岩溶水储存量有限，动态变幅很大，允许开采量主要为径流量，开采方式主要是截引泉或暗河水流。一般可在低洼地带的含水层与下伏隔水层接触面上找到富含水段。因其多处在干旱缺水的岩溶山区，开发利用价值大，是解决岩溶山区农村生活和生产用水困难的重要水源。在岩溶盆地、宽谷底部平坝区等平坦开阔的区域，水平隔水底板通常低于当地排泄基准，水平碳酸盐岩层处于半淹没或淹没状态，岩溶发育程度高，也较为均匀，岩溶水水位面平缓，主要为水平扩散流，它的储水条件较之岩溶石山区要优越得多，侧向常常存在阻水边界，岩溶含水层往往储水丰富。

2.1.3.2.2 单斜储水构造

由均匀状岩溶含水层组或间互状岩溶含水层组构成的单斜构造，当岩溶含水层的倾伏端具备阻水条件时，在适宜的补给条件下即形成单斜储水构造。

单斜储水构造在均匀状岩溶含水层组条件下，形成潜水含水层；在间互状岩溶含水层组条件下，则形成潜水-承压含水层。前者岩溶一般顺层面发育强烈，且不均匀，地表发育落水洞、盲谷，地下发育岩溶溶洞、管道，以溶洞管道为主要储水空间；后者由于层间裂隙发育细而密集，在此基础上发育的岩溶裂隙较为均匀。岩溶水系统具明显的功能分带性，掀起端为岩溶水补给区，获得补给后，顺岩层层面径流，在倾伏端岩溶含水层与其他隔水层的接触带溢出或涌出，以暗河出口、泉、散流带的形式排泄或继续作深远程径流。单斜储水构造排泄区附近即为岩溶水富集带，溢出泉、上升泉发育普遍，流量大且稳定，常成为重要的水源地。

2.1.3.2.3 褶皱储水构造

由间互状岩溶含水层组构成的褶皱构造，不透水的非可溶岩层构成隔水边界，透水的碳酸盐岩层成为含水介质，在适宜的补给条件下，褶皱构造中储集岩溶水，形成褶皱储水构造。其中包括向斜储水构造和背斜储水构造。

从空间形态和地质结构来看，向斜储水构造通常都有利于岩溶水的聚集，是典型的汇水构造。向斜储水构造由翼部圈闭的非可溶岩层组成隔水边界，岩溶水从地形较高的岩溶透水层裸露区接受补给，向地形较低的核部或翼部汇集，溢流排泄，构成良好的岩溶水富集条件。一般在盆地边缘形成暗河、泉等天然出露的水源地。由于存在圈闭较好的隔水边界，在向斜储水构造背景上发育的暗河，最有利于通过暗河通道筑坝和灌浆防渗，建设地下水库。而向斜轴部和转折端等张应力集中带，因裂隙发育而溶蚀强烈，常常形成富水块段。

背斜储水构造由圈闭的非可溶岩层及地下分水岭组成岩溶水系统边界。岩溶水的补给、径流、排泄特征与向斜储水构造相似。往往沿核部张应力集中带发育断层和裂隙带，平行轴向溶洞管道发育，地表形成谷地、串珠状洼地和落水洞，常形成岩溶水集中径流带。一般背斜轴部和倾伏端，张裂隙发育，岩石破碎，岩溶发育强烈而不均匀，常常形成富水块段。

2.1.3.2.4 断层储水构造

断层储水构造是由构造岩带及其影响带中的裂隙构成含水介质，以两侧较完整的岩石构成相对隔水边界，在适宜的补给条件下形成的带状储水构造。断层并非都含水，有些断层因为其构造岩带被完全胶结，不但不含水，反而起隔水作用。有些断层虽然是含水的，但其各个部位的富水性很不均一，有的部位含水丰富，有的部位贫水，甚至不含水。断层的富水性是很复杂的。而断层储水构造仅指那些具备了储水条件的断层构造。

形成于碳酸盐岩中的断层，其构造岩带及其影响带裂隙发育，岩石破碎，岩溶作用强烈，常沿走向发育溶洞、管道，地表相应的形成谷地、串珠状洼地和落水洞，只要地形条件适宜，往往成为集水廊道，汇集广大范围内岩溶含水层中的地下水，形成岩溶水富集带。

2.1.3.2.5 接触带储水构造

主要是侵入岩与可溶的碳酸盐岩地层接触而形成储水条件的储水构造。由于侵入岩不可溶蚀，完整性好，构成了隔水底板；侵入岩体与周围碳酸盐岩的接触带裂隙特别发育，加之地下水易于聚集在这一界面上，并常伴有地热高异常的影响，溶蚀作用强烈，岩溶储水空间很发育，因而形成了侵入岩体悬托式的储水构造。常沿接触带形成带状的岩溶富含水段。在侵入岩顶面呈盆、槽状的地段，常常富集了丰富的岩溶水。

2.1.3.2.6 表层带储水构造

表层带储水构造是以表层岩溶带为含水介质，以其下弱岩溶化的碳酸盐岩层或其他非可溶岩层为隔水底板而构成的储水构造。

“表层岩溶带”(epikarst zone)一词，最先由法国地学家Mangin A.于20世纪70年代使用于岩溶水文学方面，目的是为了区分出岩溶水动力带的包气带中上部相对含水比较丰富的部分，使岩溶水垂向分带更加完善。20世纪80年代Williams P.A.在分析新几内亚等地的岩溶漏斗和洼地的成因时，又提出了“浅表层”(subcutaneous layer)的概念，以说明表层岩溶的集中溶蚀过程。实际上，“浅表层”的含义与“表层岩溶带”相似，但更强调岩溶区植被和表层土壤的存在及岩溶动力意义。在我国，袁道先首先使用岩溶表层带的术语，并自20世纪80年代后期以来，带领国土资源部岩溶动力学开放实验室的研究人员，以桂林试验场为基地，对表层岩溶带的结构、动力条件、岩溶特征、水文地质特征以及对岩溶水的调蓄进行了系统研究，并以此为基础，创立了岩溶动力学^[7]。概括成一般概念，“表层岩溶带”是由强烈的溶蚀作用在碳酸盐岩表层形成的密集而不规则的岩溶微空隙形态构成的岩溶化带。一般厚度为2～30m，在地形相对平缓的地段，如：碳酸盐岩浅埋的岩溶盆地边缘、谷地和夷平面、溶蚀台面，峰丛山区的垭口、洼地、峰顶均是表层岩溶带发育较好的部位。

表层岩溶带发育密集的溶沟、溶槽、溶隙、溶孔等岩溶空隙，成为岩溶水的赋存空间，构成含水层。当其底部存在弱岩溶化的碳酸盐岩或其他非可溶岩隔水层，并且岩层倾角较小、地形低洼或较为平缓时，就形成了表层带储水构造。表层岩溶水主要来自大气降水的渗入补给，受地形限制，汇水面积一般较小，岩溶水主要顺斜坡径流，往往在地形转折的地段呈分散的渗流或小泉点的形式排泄。通常在宽缓的洼地、槽谷、盆地边缘等汇水和蓄水条件较好的地段表层含水层的富水性较强。若加上断层的影响，以及下伏存在分布较广、产状平缓的不纯碳酸盐岩或非可溶岩隔水层，则可形成流量较大的表层泉或表层带富水块段。

通过上述分析研究，作者结合自身的实际经验，归纳总结了地貌、含水层组、地质构造等岩溶水富集的控制因素及其富水特征，提炼出了相应的找水标志。但在岩溶水的勘查和开发实践中，我们必须认识到，岩溶水的富集并不是仅仅由某一因素单独决定的，而是各种因素共同作用的结果，仅只有在特定的条件下，其中的某一、二个因素可能成为相对主导的因素，这一点即使是在以上的分述内容中也可以感受到。因此，只有进行系统的水文地质测绘，对控制岩溶水富集的各种因素进行深入的分析和综合研究，才能准确地找到可供开发利用的岩溶水源地。