1. 引言
重庆市位于我国西南部，全市碳酸盐岩出露面积约3.91万km2，约占幅员总面积(8.24万km2)的50％ [1] [2] ，岩溶十分发育，加之强烈的构造运动作用，致使不同时代的地层被切割断裂成为不同的断块，分布在不同时期的构造面上各自形成含水层，同时受相应的隔水层垂向分布特点的限制，形成了独立的岩溶水系统 [3] ，因此在对碳酸盐岩地区的岩溶地下水进行研究时，须进行岩溶水系统划分，才能深入研究岩溶与工程的相互影响。本文以重庆东南山区一拟建仰头山隧道区岩溶水为例，进行系统划分并详细研究了各系统特征，为周边地区的岩溶水研究提供一定的参考价值。
2. 工程概况
仰头山隧道是黔恩高速公路的重要工程之一，隧址区位于构造侵蚀低中山–构造侵蚀溶蚀低中山地貌，属亚热带温润季风区，该区内气候较温和，湿度较大，四季分明，年平均气温13.4℃，年平均降水量1261mm。区内出露地层主要以海相沉积的碳酸盐岩为主，间夹少量陆相沉积碎屑岩类，主要岩性为：三叠系中统巴东组(T2b1+2)、下统嘉陵江组(T1j1-3)、下统大冶组(T1d1-4)灰岩、白云岩及互层；二叠系上统长兴组(P2c)灰岩；二叠系上统吴家坪组(P2w)粘土岩；二叠系下统茅口组(P1m)、栖霞组(P1q)、梁山组(P1l)灰岩；泥盆系上统水车坪组(D3s)石英砂岩夹页岩；志留系罗惹坪组(S2lr)页岩。隧道区位于扬子准地台上扬子台坳武陵陷褶束内的黔江背斜，构造体系归属于川东弧形构造带。构造形迹以北北东向褶皱为主，伴有少量断裂构造。区内主要的褶皱有：黔江背斜、龙泉洞向斜、秦家湾背斜；仅见一条规模较大的F1断层，以及在黔江背斜北西翼近核部沈家坳一带由西向东发育有四条北东向小断层。隧址经过区，经过多道岩溶水含水层与隔水层，根据各岩溶水含水层和隔水层的关系，再结合其与构造的关系，可将隧址经过区的岩溶水分为四个地下岩溶水系统。
3. 隧址区地下岩溶水系统 [4] [5]
将隧址经过区的岩溶水分为四个地下岩溶水系统即：仰头岭向斜二叠系下统栖霞与茅口组灰岩岩溶水系统；黔江背斜二叠系下统栖霞与茅口组灰岩岩溶水系统；黔江背斜二叠系上统长兴灰岩与三叠系下统大冶灰岩岩溶水系统，以及紧邻隧道出口处外侧的黔江背斜三叠系下统嘉陵江灰岩岩溶水系统(图1)。
3.1. 仰头岭向斜二叠系下统栖霞与茅口组灰岩岩溶水系统
该岩溶水系统地处黔江向斜核部地段，其含水岩组由二叠系下统栖霞组(P1q)和二叠系下统茅口组(P1m)碳酸盐岩组成，岩溶水系统底板隔水层为泥盆系上统水车坪组(D3s)和志留系上统罗惹坪组(S2lr)的砂
Figure 1. Relationship between karst system and tunnel
图1. 岩溶系统与隧道相对关系
岩及页岩。该岩溶水系统岩溶较发育，主要有岩溶槽谷和岩溶洼地、溶洞、岩溶漏斗和落水洞、岩层溶孔溶隙等溶蚀现象较常见。
(1) 岩溶槽谷
主要有后槽、黄瓜槽、峡谷槽、羊屎槽，众槽谷呈北30˚东方向串珠状分布。槽谷宽一般150~250 m，最宽处可达500 m，谷底堆积物以碎石土为主，厚2~5 m，土石比:7:3 - 6:4，结构松散，槽谷内，岩溶洼地，落水洞发育。
(2) 溶洞
该岩溶水系统内发育的较大溶洞有老虎洞、龙泉洞、西瓜洞、雷打洞，其中最大的溶洞为老虎洞，洞口朝向20˚，高约10 m，宽7~8 m，呈半圆状，可见长30 m，洞顶见1 m长的石钟乳，洞底碎块石堆积。
(3) 岩溶水
该岩溶水系统内，发育的岩溶大泉有4个，分别是：大水井泉(s62)泉流量1.50 L/s(图2)，雨季大于10.0 L/s；龙泉洞泉(s02)泉流量4.50 L/s；双泉(s25)泉流量16.30 L/s；槽土村泉(S30)：泉流量2.50 L/s。
(4) 隧址区隧道与该岩溶水系统的关系
该岩溶水系统位于隧道K9 + 350 - K10 + 140段，近南北向出露，出露宽度为790 m，分布面积15.43 km2，分布高程790~1113.6 m，隧道近东西向在其下方通过，与其距离65~488.6 m。虽然隧道与其不直接发生水力联系，但是由于断裂构造发育，断裂裂隙带提供突水途径，使该岩溶水系统成为隧道的突水水源。
故断裂部位可能会成为突水、突泥地段，此外，该岩溶水可通过志留系地层中的裂隙向隧道中入渗，但因该地层渗透性较差而入渗水量有限。
3.2. 黔江背斜二叠系栖霞与茅口灰岩岩溶水系统
该岩溶水含水系统含水层为二叠系下统栖霞组(P1q)和二叠系下统茅口组(P1m)组成，主要岩性为灰岩层夹粘土质、钙质页岩，该岩溶水系统西北侧隔水层为二叠系下统梁山组(P1L)石英砂岩页岩，；泥盆系上统水车坪组(D3s)石英砂岩夹页岩、志留系上统罗惹坪组(S2lr)页岩粉砂质页岩；南东侧隔水层为二叠系上统吴家坪组(P2w)，岩性为黑色薄层状硅质页岩与炭质页岩互层，局部因采煤而遭到破坏。该水文地质单元，岩溶较发育，主要表现为岩溶槽谷和岩溶洼地，岩溶漏斗和落水洞，溶洞。
(1) 岩溶槽谷
区内主要有新开田槽谷，槽谷基本顺岩层走向发育，呈不规则条带状，宽一般在80~200 m，谷底高程763.8 m，谷底被第四系碎石土覆盖，碎石土厚3~5 m。在谷地中部最低处发育地下河入口。
(2) 岩溶洼地
岩溶洼地主要有廖家坑洼地、山王洞南洼地、石堡堡洼地、清枫坪洼地。洼地底部均堆积第四系碎石土，其厚3~5 m，并发育有消水坑或落水洞。其中洼地面积最大的为廖家坑洼地，呈似三角状，两头高，中间低，洼地深10余米，洼地面积58940.89 m2，洼地高程780~790 m，中间发育一消水洞，洞口高程767.1 m。
(3) 溶洞
溶洞主要发育于茅口组灰岩地层中，较大的溶洞主要有凉风洞、山王洞、水泥厂采石场洞。其中凉风洞还有暗河发育。
(4) 大山–凉风洞暗河系统
该暗河出口位于阿蓬江县坝段支流南岸约20 m高处，排泄口凉风洞高程为468 m，呈上窄下宽不规则型，上宽约1~2 m，下宽最宽处3 m，高17余米，排泄方向为30˚，发育管道长约4350 m，主管道发育于P1m灰岩中，该系统为层控–接触型暗河系统。根据地表岩溶洼地、落水洞的分布发育特征及地形地貌特点，考虑岩溶发育的向深性特点综合分析认为，整个岩溶水系统的地下水均往凉风洞方向运移，系统补给面积约24.22 km2，补给范围内发育洼地，落水洞10个，以点状注入式补给为主，面状入渗为辅，系统内的地下水较为丰富，据现场调查测得该暗河出口处流量为55.6 L/s (图3)。
(5)该岩溶水系统与隧道的关系
该岩溶水系统分布于隧道K12 + 000 - K12 + 750段处，近南北向出露，出露宽度为750 m，分布面积4.90 km2，隧道近东西向从该岩溶水系统含水层中贯穿，隧道与岩溶水系统夹角为60˚。该岩溶水系统隧址处地下水位埋深19.53 m，水位高程794.94 m。隧址高程635 m左右，该段隧址处于全充水饱水状态，且水压大，水头压力差高达近160 m。
3.3. 黔江背斜二叠系长兴灰岩和三叠系大冶灰岩岩溶水系统
该岩溶水系统含水岩组有二叠系上统长兴组(P2c)和三叠系下统大冶组第二(T1d2)、第三段(T1d3)，两段之间夹三叠系下统大冶组第一段(T1d1)，含水层岩性为灰岩、泥质灰岩及白云质灰岩，中间夹的三叠系下统大冶组第一段地层为页岩和泥质灰岩，由于夹层中的泥质灰岩易溶蚀，两侧的岩溶水介质局部岩溶发育，至使左右两侧含水岩段贯通，构成统一的岩溶水系统。该岩溶水系统西北侧隔水层为二叠系上统吴家坪组(P2w)，岩性为硅质页岩与炭质页岩互层，东南侧隔水层为三叠系下统大冶组第四段(T1d4)，岩性为钙质泥岩、泥岩。该岩溶水系统岩溶以岩溶槽谷为主，其次是溶洞和地下暗河系统。
(1) 岩溶槽谷、溶洞
岩溶槽谷主要为王家槽，宽50~200 m，顺N350E方向发育，面积91 km2。谷底呈两头高中间低的
Figure 3. Liang Feng-dong underground river
图3. 凉风洞暗河
下凹形，北头高程750~760 m；南头地面高程800~850 m。中间高程700~725 m，并于中部低洼处向南东开口，属开放形槽谷。故该槽谷内未见明显的落水洞。
该区域内见溶洞洞径一般0.8~1.5 m，深3~5 m，最大洞为Y57号洞，洞口高7 m，宽8 m，可见深约25 m。
(2) 地下暗河系统
该岩溶水系统发育桐子幼–中塘电站河谷中段高杆泉暗河系统。其排泄口位于阿蓬江县坝段右岸中塘电站河谷西南侧崖壁下部，呈三角形，上宽0.5 m，下宽1.5 m，高8 m，排泄方向为60˚，主管道发育于T1d灰岩层中，受岩层层面和纵张裂隙控制发育，暗河管道长度推测约为4050 m。由于在桐子幼–中塘米汤泉一线发育密集的槽谷、洼地、落水洞，且受地层走向的控制近南北向展布，自南向北高程由881 m降到465 m，根据岩溶发育的继承性、向深性，暗河管道在其下发育，受岩层倾向的控制，管道向核部偏移，该暗河补给面积为11.24 km2，是层控–接触型暗河系统，实测暗河流量为72.5 L/s (图4)。
(3) 岩溶水系统与隧道的关系
含水岩组二叠系上统长兴组(P2c)，分布于隧道K12 + 800 - K13 + 100段处，近南北向出露，出露宽度为300 m，分布面积2.34km2，隧道近东西向贯穿该岩溶水系统，隧道与其夹角为61˚；含水岩组上段三叠系下统大冶组第二段(T1d2)与第三段(T1d3)，分布于隧道K13 + 124 - K13 + 490段处，近南北向出露，出露宽度为366 m，分布面积2.72 km2，隧道近东西向贯穿该岩溶水系统，隧道与岩溶水系统夹角为70˚。
Figure 4. Gao Xuan-quan underground river of the middle valley in Zhongtang power plant
图4. 中塘电站河谷中段高杆泉暗河
该岩溶水系统地下水位埋深48.5 m，水位高程771.1 m，而隧址高程630 m左右，隧址处于全充水饱水状态，且水压差高达近140 m。
3.4. 黔江背斜三叠系嘉陵江灰岩岩溶水系统
该系统含水岩组为三叠系下统嘉陵江组(T1j1)，岩性为灰岩，偶夹白云质灰岩，该岩溶水系统西及西北隔水层为三叠系下统大冶组第四段(T1d4)，岩性为钙质泥岩、泥质灰岩偶夹灰岩；东及东南侧隔水层为三叠系中统巴东组(T2b2)，岩性为泥质、钙质及白云质胶结的粉砂岩。该岩溶水系统岩溶十分发育，形成较大规模的岩溶槽谷，谷内峰林与洼地、岩溶漏斗与落水洞十分发育，并形成地下暗河系统。
(1) 岩溶槽谷
主要发育有舟白谷地，其宽300~500 m，谷地沿岩层走向发育，长近3945 m，面积3.532 km2，谷底高程567~631.9 m，由北向南渐低。谷内由若干个次级的“岩溶洼地”和“孤峰”组成。
(2) 地下暗河系统
地下暗河系统为路东村四组–中塘米汤泉暗河。该暗河系统的排泄口位于阿蓬江县坝段右岸中塘电站河谷西南侧崖壁下部江面以上20 cm处，呈三角形，上宽0.3 m，下宽1.2 m，高1.6 m，排泄方向为20˚，高程437 m，主管道发育于T1j灰岩中，该暗河受岩层层面和纵张裂隙控制发育，暗河管道长度推测约为2950 m，分析暗河管道发育在路东村四组–中塘米汤泉一线下方，因受岩层倾向的控制，管道向核部偏移，该暗河补给面积为17 km2，系统排泄口因受其下部泥岩隔水排泄，所以形成了层控–接触型暗河系统，实测流量为57.5 L/s (图5)。
(3)该岩溶水系统与隧道的关系
Figure 5. Mi Tang-quan underground river in Zhongtang
图5. 中塘米汤泉暗河
该岩溶水系统分布于隧道出口段平缓地带，近南北向出露，出露宽度为198 m，分布面积8.32 km2，隧道近东西向贯穿该岩溶水系统西北局部，隧道与岩溶水系统夹角为66˚，该岩溶水系统地下水位埋深15.0 m，水位高程631.35 m，而隧址高程622 m左右，隧址出口处，处于半充水饱水状态，水压差不足10 m。
4. 结语
通过对仰头山隧道岩溶水系统划分和特征研究，得出如下结论。
(1) 根据拟建隧道区的工程地质条件，将仰头山隧道区的岩溶水系统划分为四个地下岩溶水系统：仰头岭向斜二叠系下统栖霞与茅口组灰岩岩溶水系统、黔江背斜二叠系下统栖霞与茅口组灰岩岩溶水系统、黔江背斜二叠系上统长兴灰岩与三叠系下统大冶灰岩岩溶水系统、黔江背斜三叠系下统嘉陵江灰岩岩溶水系统。共计发育3个地下河系统、4个岩溶大泉、7个岩溶槽谷、8个溶洞、4个岩溶洼地，上述岩溶水系统均会对隧道施工产生一定的影响，结果可以为隧道的后续施工设计提供科学依据。
(2) 该隧道区岩溶水系统在渝东南山区具有很强的代表性，但若要全面掌握重庆地区岩溶水系统发育规律仍需进行深入调查研究。