Utilizing high-precision tracer technology and high-powered mise-a-la-masse method to determine the pipeline distribution characteristics of underground river system: A case study in Maocun underground river system
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摘要:
由于岩溶发育的非均一性和复杂性，确定岩溶地下河流域范围及地下河管道的位置是非常困难的。高精度示踪技术可用来确定地下河管道的连通性及地下河流域大致范围；大功率充电法能够准确定位岩溶地下河管道的平面分布特征并追踪地下河系统的管道展布方向。综合高精度示踪技术和大功率充电法等成果，并结合地下河的地表出露特征和钻探等信息进行验证，查明毛村地下河系统的地下河管网分布特征及大致流域范围，探测技术方法组合成效显著。主要成果体现：在毛村地下河系统上游，存在多个地下河管道分支，且还存在一个未被发现的地下河管道，连通各地下河分支；在地下河系统中游径流区，地下河主管道接受周围山体的补给并与次级管道、岩溶裂隙带形成复杂的地下河网状系统；在地下河系统下游排泄区，地下河管道分支呈扇形向排泄点聚集。另外，大功率充电法探测结果显示灯明泉可能是毛村地下河系统的一个分支，但是两者之间的连通性较差，在雨季或水位上涨时，两者之间的联通性可能会有所改善。 Abstract:Because of the heterogeneity and complexity of karst development， it is quite difficult to determine the watershed area of karst underground river basin and the location of underground river pipeline. High-precision tracer technology can be utilized to determine the connectivity of underground river pipeline and the rough watershed boundary of underground river basin. Besides， high-powered mise-a-la-masse method is able to accurately locate the planar distribution characteristics， and to track the spread direction of underground river pipeline. Based on the high-precision tracer technology and high-powered mise-a-la-masse method， the distribution characteristics of underground river network of Maocun underground river system and its approximate watershed boundary are obtained with the verification of outcrop characteristics of underground river and drilling data. The combination of these two methods has achieved remarkable resultsmainly reflected in the following aspects，in the upstream of Maocun underground river system， there exist multiple underground river pipeline branches and an undiscovered underground river pipeline， connecting each branch of underground river； in the midstream runoff area， the main pipeline of underground river receives supply of surrounding mountains and forms a complex underground river network with secondary pipelines and karst fissure zone； in the downstream discharge area， branches of underground river pipeline converge towards the discharge point in fan shape. In addition， the detection result of high-powered mise-a-la-masse method shows that Dengming Spring may be a branch of Maocun underground river system； however， the connectivity between them is poor and may be improved during the rainy season or when the water level rises. -
图 1 毛村地下河系统水文地质图及地下河分布图
Figure 1. Hydrogeological map and underground river distribution map of Maocun underground river system
图 2 大功率充电法工作布置图及地下河管道分布图
Figure 2. Working layout of high-powered mise-a-la-masse method and distribution map of underground river pipelines
图 3 电位及电位梯度曲线Fraser滤波前（a）后（b）对比图
Figure 3. Comparison of Fraser filtering of potential and potential gradient curves before (a) and after (b)
图 4 1号测区大功率表充电法电位曲线(a)及电位梯度Fraser滤波曲线(b)图
Figure 4. Potential curves (a) and Fraser filtered potential gradient curves (b) in No.1 surveying area
图 5 2号测区大功率表充电法电位曲线(a)及电位梯度Fraser滤波曲线(b)图
Figure 5. Potential curves (a) and Fraser filtered potential gradient curves (b) in No.2 surveying area
图 6 3号测区大功率表充电法电位曲线(a)及电位梯度Fraser滤波曲线(b)图（1#充电点充电）
Figure 6. Potential curves (a) and Fraser filtered potential gradient curves (b) in No.3 surveying area (charging at 1# charging point)
图 7 3号测区大功率表充电法电位曲线(a)及电位梯度Fraser滤波曲线(b)图（3#充电点充电）
Figure 7. Potential curves (a) and Fraser filtered potential gradient curves (b) in No.3 surveying area (charging at 3# charging point)
表 1 毛村地下河流域出露地层岩性表
Table 1.
Outcrop lithology in Maocun underground river system 地层时代 地层组 符号 岩性 第四系 全新统 Qh 黏土、亚黏土、卵石和砾石 石炭系下统 岩关阶 C1y 白云质灰岩、泥晶灰岩 泥盆系上统 榴江组 D3l 硅质岩、灰岩 泥盆系上统 融县组 D3r 厚层块状灰岩、夹泥晶灰岩及白云质灰岩 泥盆系中统 东岗岭组上段 D2d2 灰岩、白云岩 东岗岭组下段 D2d1 页岩、沙岩 泥盆系中统 应堂组 D2i 粉砂岩、页岩 
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表 2 丰水期示踪试验部署情况及试验结果
Table 2.
Deployment and result of tracing experiments in wet season 示踪路线 示踪剂 投放量/g 接收点流量/L 回收率（P）/% 平均滞留时间（T）/h 平均运移速度（V）/m 示踪结果 A—B 荧光素钠 80 29~35 21.3 23.4 48.0 连通 C—D 荧光素钠 100 40~86 58.8 11.6 142.2 连通 E—F 荧光素钠 500 25~300 43.5 14.5 95.9 连通 D—G 荧光素钠 500 237~249 22.8 6.7 395.7 连通 F—G 罗丹明B 600 237~249 14.3 5.9 403.0 连通 G—K 荧光素钠 1 500 —— 0 —— —— 未收到示踪剂 H—I 荧光素钠 1 500 900~1 050 68.3 13.7 229.0 连通 H—J 荧光素钠 1 500 —— 0 —— —— 未收到示踪剂
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表 3 枯水期示踪试验部署情况及试验结果
Table 3.
Deployment and result of tracing experiments in dry season 示踪路线 示踪剂 投放量/g 接收点流量/L 回收率（P）/% 平均滞留时间（T）/h 平均运移速度（V）/m 示踪结果 A—B 荧光素钠 35 1~7.5 2.6 76.8 14.6 连通 C—D 荧光素钠 40 3.2~7.6 26.0 86.1 19.2 连通 D—G 罗丹明B 60 22~54 0 —— —— 未收到示踪剂 F—G 荧光素钠 50 22~54 0 —— —— 未收到示踪剂 G—K 荧光素钠 140 —— 0 —— —— 未收到示踪剂 H—I 荧光素钠 140 72~93 33.0 198.0 18.2 连通
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表 4 ZK1~ZK4钻孔资料表
Table 4.
Drilling data of ZK1~ZK4 钻孔编号 孔口高程 水位高程 钻孔深度/m 地层 岩性 ZK1 219.3 203.2 0~5 Qh 黏土 5~35 D3r 裂隙灰岩 35~50 D3r 破碎灰岩 ZK2 225.0 203.5 0~1.2 Qh 黏土 1.2~21.2 D3r 裂隙灰岩 21.2~21.9 —— 地下河管道 21.9~50.0 D3r 裂隙灰岩 ZK3 225.4 203.4 0~1.2 Qh 黏土 1.2~20.8 D3r 裂隙灰岩 20.8~22.2 —— 地下河管道 22.2~50.0 D3r 裂隙灰岩 ZK4 226.2 203.4 0~0.9 Qh 黏土 0.9~50.0 D3r 角砾岩
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