地下水系二维空间展布形式

如题所述

1.平面展布形式

由于地下河所构成的地下网络系统,能形成多种平面展布形式,主要有:

(1)树枝状水系:在分布面积广大,岩层比较水平的大厚度块状灰岩中,如宽缓的背斜、向斜褶皱轴部地带是发育树枝状地下水系的最有利岩性-构造条件,主干多沿一次纵张裂隙或沿二组扭裂追踪发育,支流常沿二次纵张或压扭结构面发育(图1-7)。

一个比较发育的树枝状地下河系有时支流可多达4~5级,分布也较均匀,密度较大。

(2)网格状水系:也以分布在宽阔的背、向斜区,地层平缓二组共轭裂隙组成棋盘格状或菱形线性构造地区发育最为典型。由于地貌常为峰林平原或峰林盆地、峰林谷地,地下水比降小,各管道水力联系密切,如贵州长顺乌麻河和普定后寨地下河属于这种水系类型,前者发育于背斜上,后者发育于普定向斜中(图1-8),所以网格状管道只有在地貌和构造能保持整个喀斯特岩体长期处于有利的汇水条件下才能产生(袁道先,1988)。

图1-7 树枝状水系与构造关系(据贵州工学院)

(3)羽状水系:在中常及紧密向斜或背斜翼部,岩层倾角由缓变陡,碳酸盐岩层与碎屑岩呈多层相间排列,地下河主干沿一次横张裂隙或二组扭裂隙追踪发育,支流顺层面走向发育,且会因隔水层的影响,支流呈平行或对称排列于主干道两侧(图1-9),有的仅一侧支流发育则形成单羽状地下水系,以单斜构造或背向斜一翼易见。

(4)单枝状水系:一般多出现于紧密褶皱构造、断层或陡倾角碳酸盐岩与碎屑岩互层分布区,干流多顺层发育于灰岩中,形成独立管道,两侧无支流或支流短而少,地下河坡降较大,常达10%。以上,沿地下河地表多见漏斗、洼地、落水洞成线状串连分布(图1-10),在深切河谷两侧的谷、岸坡地带分布普遍。

由此可见,地下河也如地表河一样,会发育成多种类型的展布形式,只是它的发育强烈地受到岩性和构造的制约。

图1-8 长顺弄热网格状地下河(据成都地质学院)

1—连通试验证实地下河;2—未作连通试验地下河;3—大型节理;4—地下河出入口;5—地质界线;6—河流;7—地下河天窗;8—摆佐组至黄龙群;9—岩关组至摆佐组;10—尧梭组

2.边界控制形式

由于水系的边界性质和控制形式不同,还能造成地下水系发育上的三种不同结构状态。

(1)扩张型水系:地下河系周围无隔水层,干支流全部发育于碳酸盐岩上,地下分水岭由地下水位高度决定,并会因水系的溯源伸长或袭夺而使分水岭迁移导致流域的扩大或缩小(图1-11),是导致产生盈、亏水流域的主要水系类型。

图1-9 喀斯特水系(大小井)图

①—地下河及出口;②—地表河;③—干谷;④—天窗;⑤—落水洞;⑥—有水落水洞;⑦—地表分水岭;⑧—地下分水岭

(2)半扩张型水系:流域的部分分水岭是非可溶岩层,地下河的自由扩张只在碳酸盐岩地区进行,而非可溶盐岩分布一侧,地下河发育受阻,可因地表分水岭的位置不同而有差别,当位于碳酸盐岩与非碳酸盐岩的交界处时,地下河的伸长发育受阻,而当位于非碳酸盐岩上时,则地表河在碳酸盐岩分布的喀斯特区伏流转入地下河(图1-11b),形成一种有外源水补给的外生型水系(C.Jakucs,1977)。

图1-10 单枝状地下河(遵义南坪)

图1-11 地下河发育受边界条件控制的三种形式

(3)封闭型水系:即发育地下水系的碳酸盐岩周围为非碳酸盐岩所圈闭(在碳酸盐岩夹碎屑岩经褶皱形成向斜或背斜又被剥蚀而出露地表后形成),地下分水岭与地表分水岭基本一致,这时地下河的扩张发育全方位受到限制,从而形成封闭型的地下水系,许多背斜盆地汇流型或向斜盆地汇流型水文地质结构,常具有这种性质(图1-12a及图1-12b)。

图1-12 封闭型水系发育与水文地质结构关系示意图

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