Recharge sources, model and development potential of typical tectonic karst groundwater in the eastern Qinghai−Xizang Plateau
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摘要:研究目的
青藏高原东部分布多处构造岩溶发育区，岩溶水文地质结构复杂，补给来源多样、水量丰富。开展岩溶水补给源的分析研究，总结高原构造岩溶循环规律，对指导岩溶水资源开发利用、生态保护和防灾减灾具有重要意义。
研究方法本文在现场调查、流量统测、水化学和稳定同位素分析的基础上，分析了青藏高原东部典型岩溶区地下水补给来源，探讨了补给来源和补给过程的影响因素，构建了构造岩溶地下水补给模式，并提出了开发利用建议。
研究结果青藏高原东部典型岩溶大泉主要补给源是大气降水，通过裂隙溶隙高位直接补给型、高位湖泊持续补给型、汇水洼地持续渗漏补给型、河水渗漏补给型等4种模式得到补给。
结论存在补给模式差异的原因在于青藏高原东部长期经受内外动力耦合作用，其中内动力控制因素包括岩溶形成演化历史、地质构造和岩性组合；外动力控制因素主要包括气象、地形地貌和冰川运动。根据岩溶大泉水质和水量特征，提出3种开发利用方式：第一种为水质为Ⅰ~Ⅲ类水的岩溶泉，可直接扩大开发利用程度；第二种为微咸水，可与其他水源混合后适当开发利用；第三种为咸水，可适当改造作为旅游开发使用。
创新点:（1）识别了青藏高原东部典型构造岩溶大泉的补给来源，总结了岩溶水补给模式。（2）揭示了影响岩溶水补给条件的内外动力因素。（3）提出了3种岩溶水开发利用方式。
Abstract:This paper is the result of hydrogeological survey engineering.
ObjectiveThere are many tectonic karst areas with complex karst hydrogeological structures, diverse recharge sources, and abundant groundwater in the eastern part of the Qinghai−Xizang Plateau. Analyses and research of the recharge sources and details about the controls on groundwater cycling in the tectonic karst on the plateau are important for guiding the development and utilization of karst water resources, protecting the ecology, and preventing and reducing disasters.
MethodsUsing information from field investigations, flow measurements, hydrochemistry and stable isotope analysis, we analyzed the groundwater recharge sources in the karst areas in the eastern part of the Qinghai−Xizang Plateau, considered the factors that influenced the recharge sources and recharge progress, and made recommendations for the development and utilization of the groundwater.
ResultsAtmospheric precipitation was the main recharge source of the main karst springs on the eastern Qinghai−Xizang Plateau. There were four main recharge modes, including direct recharge through high−level fissures, continuous recharge from high−level lakes, continuous seepage recharge in catchment depressions, and river seepage.
ConclusionsThe different recharge modes in the eastern Qinghai−Xizang Plateau developed over sustained time periods because of the coupling of internal factors, such as the history of the karst formation and its evolution, the geological structure, and the lithologic combination, and external factors, such as the meteorology, the landforms, and glacier movements. From our analysis of the characteristics of the water quality and quantity of the karst springs, we developed three categories for the development and utilization of the groundwater resource, namely karst springs with water quality in classes Ⅰ–Ⅲ, the development and utilization of which can be expanded; brackish water, which can be developed and utilized after mixing with other water; and salt water, which can be transformed and used for developing tourism.
Highlights:(1) The recharge source of typical karst spring in the eastern Qinghai−Xizang Plateau is summarized and the recharge mode is established. (2) The internal and external dynamic factors affecting karst water recharge are revealed. (3) Three development and utilization methods of karst water are put forward.
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1. 研究目的（Objective）
近年来，新疆阿尔金西段萤石找矿取得的重大突破。萤石矿主要分布于卡尔恰尔—阔什区域性大断裂（阿中断裂）以南的晚奥陶世碱长花岗岩侵入体内及其外接触带附近的富钙质岩系中，圈定了卡尔恰尔—小白河沟、盖吉克—亚干布阳、布拉克北—皮亚孜达坂、托盖里克东南—阿其克南4条沿北东向断裂分布的萤石矿带，整个远景区CaF2资源量已达3500万t以上。中国地质调查局西安矿产资源调查中心于2021—2023年对阿尔金西段小白河沟—克鲁求干道班一带开展了矿产调查评价，在小白河沟地区新发现热液充填型萤石矿产地1处，估算萤石的潜在资源达大型规模，对于拓展阿尔金地区萤石矿床具有借鉴意义。
2. 研究方法（Methods）
在对小白河沟地区以往地物化遥成果资料综合研究基础上，结合本次遥感蚀变异常提取和构造解译圈定了重点工作区，通过开展1∶10000地质草测、1∶10000岩石地球化学剖面测量、1∶500地质剖面测量、槽探及钻探等工作，在小白河沟共圈定萤石矿体21条，实现了找矿突破。通过典型矿床对比，总结了区内萤石矿成矿规律，初步建立了找矿模式，分析了区域萤石成矿潜力及找矿前景。
3. 研究结果（Results）
研究区出露地层基底主要为古元古界阿尔金岩群a岩组和b岩组，二者呈构造面理接触关系。阿尔金岩群a岩组为萤石主要赋矿地层，该岩组出露的岩石类型主要为黑云斜长片麻岩、黑云二长片麻岩、斜长变粒岩、石英岩、大理岩，局部夹有角闪斜长片麻岩（图1b）。区内断裂较为发育，期次较多，主要呈北北东向、北东向、南东东向，南东东向断裂主要与区内的萤石矿化关系密切。地层中岩脉极为发育，在接触带可见岩石具萤石化、钾长石化、碳酸盐化、绿帘石化、硅化等围岩蚀变。
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图 1 区域构造位置图（a）、矿区地质简图（b）、勘探线剖面图（c）及萤石矿岩心（d）Figure 1. Regional structure location map (a), brief geological diagram of ore district (b), prospecting line profile map (c) and cores specimen of fluorite deposit (d)在小白河沟共圈定萤石矿体21条（图1c），长100~1130 m，厚度0.7~4.68 m，矿体沿走向延续性较好，沿倾向呈透镜体状，断续产出，斜切岩体和变质岩，有“膨大缩小”变化，部分呈“透镜体”、“扁豆体”断续分布，主矿体旁侧发育少数分枝。矿体品位23.2%~82.4%，平均品位32.2%，钻孔深部验证效果良好。矿石主要以块状、纹层状为主，主要矿物为萤石，局部发育方解石、带云母和少量石英。萤石以紫色、紫黑色为主，少量呈白色或绿色，具粗晶结构、自形—半自形及他形粒状结构。矿石工业类型主要是CaF2型、CaF2–CaCO3型。围岩蚀变以碳酸盐化、带云母化、钾化、黄铁矿化、绿帘石化、角闪石化等为主。初步估算CaF2资源量117.42万t，具大型萤石矿床远景。
4. 结论（Conclusions）
（1）小白河沟萤石矿是阿尔金西段萤石找矿新发现，这一发现拓展了区内萤石矿向西延伸的空间，同时本次工作区内多数矿体走向和深部延伸均未封边，仍具有较大找矿潜力。
（2）本工作发现了品位较富的大型萤石矿，拓宽了区域找矿思路，具有重要借鉴意义，同时为阿尔金瓦石峡南—卡尔恰尔萤石锂大型资源基地建设提供了有力支撑。
5. 基金项目（Fund support）
本文为中国地质调查局项目（DD20190143、DD20211551、DD20243309）、陕西省自然科学基础研究计划项目（2023−JC−YB−241）、中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心科技创新基金项目（KC20230011）联合资助的成果。
1 ❶中国人民解放军〇〇九三一部队. 1980. 康定—宝兴地区区域水文地质普查报告（比例尺1∶500 000）[R]. -
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图 1 青藏高原东部构造岩溶分布图
Figure 1. Distribution map of tectonic karst in eastern Qinghai−Xizang Plateau
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图 2 岩溶泉δD与δ18O关系（GMWL—全球大气降水线；EQMWL—青藏高原东部大气降水线，引自李维杰等, 2018）
Figure 2. Relationship between δD and δ18O (GMWL– Global Meteoric Water Line; EQMWL–Eastern Qinghai−Xizang Plateau Meteoric Water Line, after Li Weijie et al., 2018)
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图 3 鱼洞子泉（a）及补给循环过程概化示意图（b）
Figure 3. Yudongzi spring (a) and schematic diagram of supply process (b)
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图 4 清泉村岩溶泉（a）与补给循环过程概化示意图（b）（据马剑飞等，2022改）
Figure 4. Karst spring in Qingquan village (a) and schematic diagram of supply process (b) (modified from Ma Jianfei et al., 2022)
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图 5 火龙沟岩溶泉（a）与补给循环过程概化示意图（b）（据李向全等，2021修改）
Figure 5. Huolonggou karst spring (a) and schematic diagram of supply process (b) (modified from Li Xiangquan et al., 2021)
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图 6 根久泉（a）与亚日贡泉（b）
Figure 6. Photograph of Genjiu karst spring (a) and Yarigong karst spring (b)
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图 7 娘曲泉（a）及补给循环过程概化示意图（b）（据张春潮等，2021修改）
Figure 7. Niangqu karst spring (a) and schematic diagram of supply process (b) (modified from Zhang Chunchao et al., 2021)
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图 8 容贡泉（a）及补给循环过程概化示意图（b）
Figure 8. Ronggong karst spring (a) and schematic diagram of supply process (b)
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图 9 夏里温泉（a）及补给循环过程概化示意图（b）
Figure 9. Xiali thermal spring (a) and schematic diagram of supply process (b)
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图 10 瓢打泉（a）及补给循环过程概化示意图（b）
Figure 10. Piaoda karst spring (a) and schematic diagram of supply process (b)
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图 11 主要岩溶发育段年均降水量
Figure 11. Average annual precipitation of main karst development sections
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图 12 高原构造岩溶水补给模式示意图
a—裂隙溶隙高位直接补给型；b—高位湖泊持续补给型；c—汇水洼地持续渗漏补给型；d—河水渗漏补给型（①大角度相交，②平行或小角度相交）
Figure 12. Schematic diagram of recharge model of tectonic structure karst water
a–Direct recharge through fissure in high−level elevation; b–Continuous recharge by high-level-elevation lake; c–Continuous seepage recharge in catchment depression; d–River seepage recharge (①Intersectedon large angle, ②Parallel or intersectedon small angle)
表 1 青藏高原东部主要碳酸盐岩地层
Table 1 Main carbonate strata in the eastern Qinghai−Xizang Plateau
区段 主要地质年代 主要碳酸盐岩地层 天全—宝兴（Ⅰ） P、K 栖霞组（P1q）、茅口组（P1m）、大溪砾岩（K2E1d)、夹关组（K2j） 康定（Ⅱ） Z、S、D 水晶组（Z2s）、宝塔组（O3b）、大箐组（OSd）、石牛栏组（S1s）、通化组（St）、捧达组（D1-2pd）、养马坝组（D2y）、观雾山组（D2gw）、河心组（D2-3h）、雪宝顶组（DCx） 巴塘—白玉（Ⅲ） Є、S、D、P 小坝冲组（Є1-2xb）、额顶组（Є3e）、物洛吃普组（O2-3w）、格扎底组（S1g）、散责组（S2-3s）、雍忍组（S4y）、格绒组（D1g）、穷错组（D2q）、苍纳组（D2c）、塔利坡组（D3t）、赤丹潭组（P3c） 贡觉（Ⅳ） D、P、T 丁宗龙组（D2d）、卓戈洞组（D3z）、交嘎组（P2j）、波里拉组（T3b） 察雅（Ⅴ） D、T 卓戈洞组（D3z）、波里拉组（T3b） 夏里（Ⅵ） T、J 东达村组（T3ddc）、古竹同组（T3gz）、桑卡拉雍组（J2s）、甲丕拉组（T3j）、波里拉组（T3b） 波密（Ⅶ） Pt、D、C 唐古拉岩群（Pt2-3Nq）、松宗组（D2-3s）、诺错组（C1n） 
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表 2 清泉村岩溶泉补给量计算
Table 2 Calculation of karst spring recharge in Qingquan village
计算端元 类型 ρ(Cl−)/(mg/L) 计算结果 积雪 积雪 6.01 P积雪=21.6% PM20 河水 1.05 P河水=78.4% PM02 泉水 2.12
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表 3 根久岩溶泉补给来源占比计算
Table 3 Calculation of recharge source proportion of Genjo karst spring
计算端元 类型 δD/‰ δ18O/‰ 计算结果 YRA40 湖水 −127 −16.6 P湖水=56.0% BTT42 泉水 −142 −18.9 波密雪 积雪 −177 −24.1 P积雪=36.9% 巴塘雨水 雨水 −79 −10.1 P雨水=7.1%
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表 4 青藏高原东部典型岩溶大泉补给模式与影响因素
Table 4 Recharge model and influencing factors of typical karst springs in the eastern Qinghai-Xizang Plateau
名称 补给模式 影响因素 岩溶演化历史 地质构造 地层岩性 地形地貌 气象 冰川 鱼洞子泉 c ～ 非主要 ～ 主要 非主要 ～ 清泉村岩溶泉 a，d② 非主要 主要 非主要 ～ 非主要 非主要 火龙沟岩溶泉 b 主要 主要 ～ 非主要 非主要 主要 根久泉 d②，b 主要 主要 ～ 非主要 非主要 主要 亚日贡泉 d②，b ～ 主要 非主要 ～ ～ ～ 纳曲排泄带 d① 主要 主要 非主要 非主要 非主要 ～ 娘曲泉 d①，a 非主要 主要 非主要 ～ ～ ～ 恩达泉 d①，a 非主要 主要 非主要 ～ 非主要 ～ 容贡泉 b ～ 主要 ～ 非主要 非主要 非主要 夏里温泉 c, a 非主要 非主要 ～ 主要 ～ ～ 瓢打泉 a，d② 非主要 主要 ～ 主要 非主要 主要 注：①—大角度相交；②—平行或小角度相交；～—非影响因素或成因不确定；a、b、c、d补给模式见图12。
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表 5 岩溶水资源量与水质评价结果
Table 5 Resources and water quality evaluation results of main karst springs
泉水名称 岩溶区段 岩溶大泉资源量/
108 m3/a岩溶水总资源量/
108 m3/a资源模数/
104 m3·km−2·a−1水质评价结果 超标项 突出项 鱼洞子泉 天全—宝兴 0.292 0.420 1.348 Ⅲ类水 / 亚硝酸盐 清泉村岩溶泉 康定 0.053 0.050 0.680 Ⅱ类水 / / 火龙沟岩溶泉 巴塘—白玉 0.341 0.650 0.311 Ⅴ类水 TDS、硫酸盐 / 亚日贡泉 0.123 Ⅰ类水 / / 根久泉 0.050 Ⅱ类水 / / 纳曲排泄带 贡觉 0.118 0.140 0.274 Ⅰ类水 / / 恩达泉 察雅 0.109 0.220 0.258 Ⅴ类水 TDS、硫酸盐 / 娘曲泉 0.085 Ⅴ类水 TDS、硫酸盐 / 容贡泉 夏里 0.033 * * Ⅰ类水 / / 瓢打泉 波密 0.086 * * Ⅴ类水 TDS、硫酸盐 / 注：*为不掌握准确数据。
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表 6 主要岩溶大泉开发利用现状
Table 6 Utilization status of major karst springs
泉水名称 应用门类 备注 鱼洞子泉 工业生产 部分作为厂矿生产用水，大部分汇入河流 清泉村岩溶泉 生活用水 农户生活用水 火龙沟岩溶泉 生活用水 泉水未直接开发利用，汇入河流后下游建立水源地 亚日贡泉 未利用 具有一定宗教属性 根久泉 生活用水 修建水车使用 纳曲排泄带 生活用水 泉水未直接开发利用，汇入河流后下游建立水源地。 恩达泉 农业用水 部分引出供果园灌溉使用 娘曲泉 农业用水 少部分由水渠引出作为娘曲村农业用水 容贡泉 未利用 具有一定宗教属性 瓢打泉 未利用 ——
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