Pollution Status and Characteristics of Main Carbonate Aquifers in Guizhou Province
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摘要: 岩溶地区地下水环境脆弱，易受人类活动及区域环境变化影响.目前将岩溶水污染与污染点所在区域的地层岩性、水文地质条件等结合起来的研究较少.采用改进后的层级阶梯评价法开展贵州省区域地下水污染评价，并结合实地调查分析污染成因.结果显示二叠系栖霞-茅口组，三叠系下统嘉陵江组、夜郎组等，中统关岭组、杨柳井组等是全省污染程度最高的碳酸盐岩含水层，原因与含水层岩石类型和出露位置密切相关.含水层岩石类型与特点决定了含水介质组合类型、岩溶发育程度和污染途径污染距离，石灰岩地层天然防污能力差，以中远源径流型污染为主，白云岩地层天然防污能力较好，以近源入渗型污染为主.贵州产煤地层龙潭组上覆嘉陵江组、夜郎组，下伏栖霞-茅口组最易受煤矿开采及其化工影响，污染组分以铁、铝、锰为主；而三叠系碳酸盐岩分布区域与安顺、贵阳、遵义等大中型城市和磷化工、铝工业、锰系铁合金生产等工矿企业聚集区域重合度高，更容易受到生产生活影响，污染组分多为氨氮、重金属、耗氧量及有机污染组分.Abstract: Groundwater environment in karst areas is fragile and vulnerable to human activities and regional environmental changes. There are few studies on combining karst water pollution with stratigraphic lithology and hydrogeological conditions in the area where the pollution point is located. This Paper adopts the improved hierarchical ladder evaluation method to carry out regional groundwater pollution evaluation in Guizhou province, and analyzes the causes of pollution in combination with field investigation. The results show that the Permian Qixia Maokou Formation (22.28%), the Lower Triassic Jialingjiang Formation and Yelang Formation (14.08%), the Middle Triassic Guanling Formation and Yangliujing Formation (13.42%) are carbonate aquifers with the highest degree of pollution in the whole province. The causes are closely related to the rock types and outcropping locations of the aquifers. The types and characteristics of aquifer rocks determine the combination type of water-bearing medium, karst development degree and pollution path pollution distance. The natural pollution prevention capability of limestone formation is mainly medium-long source runoff type, while that of dolomite formation is mainly near source infiltration type. Longtan Formation, a coal-producing formation in Guizhou, is covered by Jialing River Formation and Yelang Formation, and the underlying Qixia Maokou Formation is most vulnerable to coal mining and its chemical industry. The major pollutants are iron, aluminum and manganese. However, the distribution area of Triassic carbonate rocks has a high coincidence with large and medium-sized cities such as Anshun, Guiyang and Zunyi, and industrial, mining and industrial enterprises such as phosphorus chemical industry, aluminum industry and manganese ferroalloy production, which are more susceptible to production and life impacts. Most of the pollutants are ammonia nitrogen, heavy metals, oxygen consumption and organic pollutants.
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Key words:
- Guizhou Province /
- carbonate aquifer /
- groundwater /
- pollution characteristics /
- hydrogeology
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0. 引言
贵州位于我国西南岩溶地区核心地带，是长江珠江上游重要的生态屏障，岩溶水既是贵州生产生活的重要水源（王明章，1999），又是生态环境的重要组成部分.岩溶山区特殊的地理位置及地表地下双层结构特征（袁道先，2000），使得地下水环境脆弱，岩溶生态系统敏感性强、恢复能力差（章程和袁道先，2004；张军以等，2014）.众多研究表明，受人类活动及区域环境变化影响，地下水污染已经成为西南岩溶地区面临的主要环境地质问题（郭芳等，2002；卢耀如等，2006；袁道先等，2007）.
地下水污染很早就引起了相关部门和专家学者的关注，早在20世纪70年代就开展了上海、长春、沈阳等大中型城市地下水污染专项调查和全国主要城市地下水环境监测（黎青宁和焦华，1991），2005年原国土资源部启动了全国地下水污染调查评价（郭秀红等，2005；文冬光等，2012；费宇红等，2014），2011~2016年完成了西南岩溶地区地下水污染调查评价（夏日元等，2017），取得了大量成果.岩溶水污染分布方面，王中美（2013）、杨秀丽等（2017）、李华等（2017）利用地下水环境水质测试数据，开展了贵阳市岩溶水水质变化、主要离子分布及水化学特征分析；王喆等（2016）总结了广西城市近郊型地下河水中多环芳烃污染特征.污染成因方面，Leόn and Parise（2009）提出除土地利用造成岩溶水污染之外，城市生活、工业及农业生产是岩溶水污染的主要污染源；Schwarz et al.（2011）提出环芳烃、重金属离子的迁移主要通过强降水形成的悬浮颗粒进入地下水系统；蒋勇军等（2009）的研究指出，岩溶地下河中的Cl-、NO3-、SO4-、Na+、K+浓度变化主要受人类活动特别是农业和生活废水等因素控制；闫雅妮等（2017）研究了地下水地表水相互作用下硝态氮的迁移转化，薛肖斌等（2018）提出了富碘地下水系统中碘的迁移转化规律，为地下水中硝态氮和碘污染的防治提供了依据.污染途径方面，Einsiedl et al.（2010）提出污染物的稀释主要依靠岩溶裂隙系统的扩散效应，生物降解作用微弱；Baffaut and Benson（2009）利用分布式水文模型SWMM、SWAT对岩溶管道型水文系统污染物迁移的模拟取得了较好的效果；何愿等（2015）总结了桂江流域地下水污染途径的5种类型；卢丽等（2018）则通过实例分析，将岩溶水污染分为间歇型入渗、持续型入渗、灌入型和越流型入渗4种污染模式.
目前将岩溶水污染与污染点所在区域的地层岩性、水文地质条件等结合起来的研究较少.实际上，不同碳酸盐岩含水层地下水污染特征有较大差异，岩溶区碳酸盐岩类型很大程度决定了含水介质组合类型、区域岩溶发育程度等，是评价地下水系统天然自净能力的主要因素.本文采用“西南岩溶地区地下水污染调查评价（贵州）”项目（Nos. 1212011121166，1212011121164）获取的地下水水质数据，在区域水文地质调查和污染源调查成果基础上，开展地下水污染现状评价，逐个统计不同碳酸盐岩含水层的污染组分、污染成因、污染途径、污染距离等，结合碳酸盐岩含水层的水文地质条件分析其污染特征，其成果能为贵州省地下水污染防治和地下水环境保护提供科学依据.
1. 研究区
1.1 位置及概况
贵州位于中国西南腹地，地理位置在东经103°36′~109°35′、北纬24°37′~29°13′之间；全省东西长约595 km，南北相距约509 km，面积1.76× 105 km2；下辖6个地级市、3个自治州、1个国家级新区，省会贵阳市，总人口约3 580万人.地形上贵州隆起于四川盆地与桂中平原之间，整体西高东低，形成了“东西三个台阶、南北两大斜坡”的格局；全省山地分布面积占总面积的87%、丘陵占10%、盆地仅占3%（熊康宁等，2004），没有平原分布.面积较小的岩溶盆地，星罗棋布地分布在三大台阶相对平缓的台面区域，成为了贵州省贵阳、遵义、安顺等主要大中型城市和工矿企业的聚集区域（周晓芳等，2012），也是人类活动强度最大的区域.此外贵州是我国南方的矿产大省，矿业及相关产业长期以来都是全省经济发展的支柱产业，贵州是江南最大的煤炭输出基地，是全国重要的磷化工、铝工业、锰系铁合金生产基地，但矿业开发也带来了一系列地质环境问题.
1.2 岩溶水地质背景
贵州地层发育较齐全，自新元古界至第四系均有出露，特别是震旦纪至三叠纪海相地层连续发育.岩性上以碳酸盐岩为主，据统计碳酸盐岩地层厚度达2×104 m，分布面积为1.09×105 km2，约占全省总国土面积的61.9%（戴传固等，2017），碳酸盐岩的广泛分布是岩溶水环境的物质基础.贵州处于东亚中生代造山带与阿尔卑斯期-特提斯新生代造山带之间的上升地壳区，涵盖扬子准台地、华南褶皱带2个一级构造单元；全省多发育北西向、北东向、近南北向的区域断裂（戴传固等，2017），区域断裂控制着地形、水系发育，并拓展出地下水发育环境，对岩溶地貌发育、地下水赋存具有普遍影响.
贵州地下水以岩溶水赋存最丰富，最具开发利用价值，但不同区域岩溶水的分布与赋存差异较大（王明章等，2015）.黔东北、黔中、黔西南等区域，含水岩层以白云岩为主，地貌上多形成盆地谷地，盆地谷地内地下水丰富，含水相对均匀、埋深较浅；黔南区域含水岩层以较纯石灰岩为主，地貌多形成峰丛洼地，地下河发育且规模较大，是地下水赋存运移的主要通道；黔西、黔西北等区域地处斜坡地带，河谷深切，地形起伏大，地下水主要赋存在规模较小的单支状地下河中，同时也发育较多的地下水富水构造.
1.3 主要碳酸盐岩含水层
贵州碳酸盐岩以石灰岩和白云岩为主，二者之间的过渡性岩石也占相当比例.时代上以寒武纪、石炭纪、二叠纪和三叠纪碳酸盐岩发育最完整、分布最广泛.根据历史水文地质工作成果和近年来施工的地下水机井，王明章等（2015）对全省碳酸盐岩的富水特征进行了统计（表 1），显示富水性强的主要有寒武系第二统清虚洞组、石炭系上统黄龙-马平组、二叠系中统栖霞-茅口组等，岩性以石灰岩为主；富水性中等的包括寒武系第三统至芙蓉统的娄山关组，三叠系下统嘉陵江组、安顺组，中统关岭组、杨柳井组等，岩性以白云岩、白云岩石灰岩互层为主.表 1中所列是全省岩溶水赋存最丰富的碳酸盐岩含水层，是岩溶水天然露头开发和机井开采的主要目标层，也是地下水环境最优先保护的层位.
表 1 贵州省主要碳酸盐岩含水层富水性特征Table Supplementary Table Water yield property characteristics of main carbonate aquifers in Guizhou Province主要含水岩组 天然水点统计特征(枯季) 地下水机井统计特征 地下水富水性 点数 一般流量
(L/s)最大流量
(L/s)个数 最大涌水量
(m3/d)评价涌水量
(m3/d)枯季径流模数 富水性等级 三叠系中统 关岭组、杨柳井组等 1 786 15.46 2 318 737 2 548 303 2.54~6.6 中等 三叠系下统 嘉陵江组、夜郎组、安顺组等 3 334 5.87~23.14 1 065 758 2 148 296.25 3.1~6 中等 二叠系上统 长兴组、合山组等 1 001 8.79~24.18 1 829 44 401 192 3~6.0 中等 二叠系中统 栖霞‒茅口组 2 503 39.01 3 069 210 1 162.7 239.4 4.0~12.0 强 石炭系上统 黄龙‒马平组、摆佐组、威宁组等 1 375 11.29~29.34 1 744 94 737 264.68 3.1~9.1 中等‒强 石炭系下统 汤耙沟组、祥摆组 245 27.83 3 348 85 855 251 4.0~6.5 中等 泥盆中上统 独山组、尧梭组等 330 5.19~7.52 334 126 751 260 2.06~4.58 中等‒弱 奥陶系下统 桐梓组、红花园组 726 18.81 904 62 968.5 264.85 3.21~8.57 中等‒强 寒武系第三统至芙蓉统 娄山关组、车夫组等 1 791 10.85 3 094 1 220 1 430 312.25 3.0~5.0 中等 寒武系第二统 清虚洞组、乌训组 707 36.79 1 834 77 1 064 220.88 3.6~6.5 中等‒强 震旦系上统 灯影组 204 14.49 262.5 27 887 400 2~5.44 中等‒弱 注：据王明章等（2015）. 2. 数据与方法
2.1 数据来源
本次评价主要采用中国地质调查局在2011~2016年组织实施的“西南岩溶地区地下水污染调查评价（贵州）”项目获取的地下水水质数据，共计921组，基本覆盖了全省的主要地下水系统和主要地下水含水层.测试指标共计72项，包括水温、pH、EC、浊度等7项现场指标，溶解性总固体、总硬度、高锰酸盐指数、氨氮、硫酸盐、氯化物、铁、锰、锌、铝、铜、硝酸盐、亚硝酸盐、氟化物等27项无机指标，以及三氯甲烷、四氯化碳、1, 1, 1-三氯乙烷、三氯乙烯、溴仿、氯乙烯、氯苯、苯、六六六、滴滴涕等36项有机指标.
2.2 质量保证与控制
地下水采样点的选择直接关系到区域地下水污染评价结果，根据《地下水污染地质调查评价规范（DD2008-01）》和“西南岩溶地区地下水污染调查评价”项目要求，所有地下水样品点都是在区域水文地质调查、区域地下水污染源调查基础上筛选.筛选原则包括：优先考虑各级水文地质单元和主要含水层的控制点，重点选择地下水水源地、国家级省级地下水监测点、大泉（泉群）、地下河出口（包括上游天窗、伏流等）、大型工矿企业自备井等，并结合采样点周边潜在污染源最终确定（罗维等，2014）.本次参与评价的921处地下水水样点分布见图 1，基本覆盖了全省各级水文地质单元、主要地下水系统及含水岩组、矿产资源集中开采区、主要人类活动强烈区，具有较好的代表性.
图 1 贵州省地下水样品采集点分布Fig. 1. Distribution of groundwater sample collection sites in Guizhou Province921处地下水水样点有901处分布在表 1所列的主要碳酸盐岩含水层中，其中510处为岩溶泉水样点（含泉群、上升泉、下降泉等）、373处为地下河水样点（含地下河出口、伏流出口、天窗等）、18处为地下水机井水样点（地下水埋深0~50 m），本次水样点主要覆盖浅层岩溶水.
地下水样品采集过程严格按照《地下水污染地质调查评价规范（DD2008-01）》、《地下水质量标准（GB/T 14848-2017）》规定，每年均在平水期（10月）进行水样采集，采集过程同步开展现场指标测试；无机样品根据规范现场添加保护剂、蜡封，7日内送往贵州地矿中心实验室检测；有机样品使用专门采样器采集，根据规范现场添加保护剂，使用蓝冰和保温箱保存运输（全程恒温4 ℃），4日内送至国家地质实验测试中心（北京）进行测试.为控制样品测试质量，无机水样同步采集了15组平行样，有机水样同步采集了空白样、平行样和加标样各19组，均送样检测，平行样相对偏差、空白样检出率、加标样回收率等均符合相关规范要求.
2.3 评价方法参评指标
地下水污染评价方法采用改进的层级阶梯评价方法（刘凡等，2014；孙继朝等，2015），评价结果共分为五级，分别为未污染、轻微污染、中度污染、重度污染和极重污染.无机参评指标共18项，除规范规定的硝酸盐、亚硝酸盐、氟化物、碘化物、铅、镉、六价铬、汞、砷、硒等指标外，根据贵州岩溶水质特征增加了Al、Fe、Mn、硫酸根、总硬度、溶解性总固体、耗氧量、铵根8项指标.参评的有机指标包括：三氯甲烷（氯仿）、二氯甲烷、三氯乙烯、四氯乙烯、1, 1, 2-三氯乙烷、1, 2-二氯乙烯、苯、甲苯、γ-BHC、1, 1-二氯乙烯、氯苯、邻二氯苯、对二氯苯、三氯苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、总六六六、总滴滴涕等26项.完成地下水污染评价后，结合区域水文地质和污染源调查成果，部分污染点还进行了野外核实，用以分析污染物来源及参评数据情况.
3. 结果与分析
3.1 污染现状
根据《地下水质量标准（GB/T 14848-2017）》，采用改进的层级阶梯评价方法，贵州主要碳酸盐岩含水层中的901处采样点，有36处采样点中仅硫酸盐、总硬度、溶解性总固体浓度超三类水标准，实地调查未发现污染源，且采样点含水层中发育膏岩地层，为天然条件下背景值超标；有107处为人为影响污染，占参评点总数的11.87%，其中轻度污染点51处、中度污染点37处，重度与极重污染点分别为1处和18处.贵州岩溶水的污染程度较低，污染点所占比例小，以轻度与中度污染为主.在空间分布上，地下水污染点以贵阳遵义城市建成区、息烽-开阳、瓮安福泉磷化工区、威宁至水城煤矿开采冶炼区等区域分布最集中，重度与极重污染点也多分布在上述区域，其他区域污染点仅零星分布（图 2）.
图 2 贵州省岩溶水污染点分布Fig. 2. Distribution of karst water pollution points in Guizhou Province从岩溶含水层上看，以二叠系栖霞-茅口组污染点所占比例最高，213处地下水水样点中有41处污染点，所占比例高达22.28%；其次为三叠系，三叠系下统嘉陵江组、夜郎组、安顺组等含水层污染点比例为14.08%，三叠系中统关岭组、杨柳井组等含水层污染点比例为13.42%；震旦系至奥陶系的岩溶含水层污染点比例均在5%以下（表 2）.
表 2 贵州省主要碳酸盐岩含水层污染点Table Supplementary Table Statistics of pollution points of main carbonate aquifers in Guizhou Province主要碳酸盐岩含水岩组 采集水样数 污染水点类型(点) 污染程度(点) 污染点所占比例(%) 地层 岩性 地下河 岩溶泉/机井 轻度 中度 重度 极重 关岭组、杨柳井组等 白云岩石灰岩互层 149 9 11 7 7 1 5 13.42 嘉陵江组、夜郎组等 白云岩石灰岩互层 213 13 17 20 8 - 2 14.08 长兴组、合山组等 石灰岩 33 2 1 1 2 - - 9.10 栖霞－茅口组 石灰岩 184 28 13 19 15 - 7 22.28 黄龙－马平组、摆佐组等 石灰岩 53 4 3 1 3 - 3 13.20 汤耙沟组、祥摆组等 白云岩石灰岩互层 24 - - - - - - - 独山组、尧梭组等 白云岩石灰岩互层 31 - - - - - - - 桐梓组、红花园组 白云岩石灰岩互层 34 1 - 1 - - - 2.94 娄山关组、车夫组等 白云岩 99 - 4 2 1 - 1 4.04 清虚洞组、乌训组 石灰岩 72 1 - - 1 - - 1.39 灯影组 白云岩 9 - - - - - - - 小计 901 58 49 51 37 1 18 11.87 3.2 污染指标与污染源
一般化学指标对贵州岩溶水污染贡献最大（图 3）.其中又以铝、铁、锰的贡献度最高，含上述组分的地下水污染点占总污染点数的46.36%、44.55%和32.73%，氨氮、硫酸根、总硬度次之；毒理学指标包括无机、有机两类，毒理学指标无机类中以铅的贡献度最大，含铅的地下水污染点占总污染点数的10%，氟和砷次之.毒理学指标有机类检出则以三氯甲烷最常见，其次为二氯甲烷和三氯乙烯，但普遍浓度较小.
图 3 贵州省地下水污染点污染组分所占比例示意图毒理指标有机类为检出率，其他指标为超标率Fig. 3. Schematic diagram of proportion of pollution components in groundwater pollution sites in Guizhou Province根据污染评价结果，结合区域水文地质和污染源调查，分析了污染物来源，部分污染点还进行了野外核实.综合研究成果显示贵州岩溶水受矿产开发影响最大（70%），其次是生活工业农业污染（30%），且地下水中污染组分与污染源类型密切相关（表 3）.煤炭是贵州最重要的固体化石能源矿产，对岩溶水影响最大，共有50处污染点由煤矿及煤化工引起，污染指标以Fe、Al、Mn为主；铅锌化工引起的污染点集中在毕节西部，污染指标以Pb、Fe、Mn为主；磷矿及磷化工污染集中在黔中一带，常见污染指标包括F、硫酸根、总硬度、Mn等；生活农业污染带来的污染组分以氨氮、耗氧量为主；复合污染点是指同时存在多个污染源，在城乡结合部、工业园区等地较为常见，污染源包括加油站、化工厂、选矿冶炼厂、机械制造厂等，污染指标以有机组分、Mn、氨氮为主.
表 3 贵州省主要碳酸盐岩含水层污染源与污染组分Table Supplementary Table Statistics of pollution sources and pollution components of main carbonate aquifers in Guizhou Province主要含水岩组 磷矿及磷化工污染点 铅锌化工污染点 铝土矿及其化工污染 煤矿及其化工污染点 锰矿及其化工污染点 生活农业污染点 复合污染点 关岭组、杨柳井组等 3 - 1 5 1 3 7 嘉陵江组、夜郎组、安顺组等 2 - 1 13 1 4 9 长兴组、合山组等 - 1 - 2 - - - 栖霞－茅口组 - 6 1 27 1 1 5 黄龙－马平组、摆佐组、威宁组等 - 3 - 2 - 2 - 桐梓组、红花园组 - - - 1 - - - 娄山关组、车夫组等 3 1 - - - - - 清虚洞组、乌训组 - - - - - 1 - 主要超标组分(次) F(3)、硫酸根(3)、总硬度(3)、Mn(3)、Fe(2)等 Pb(10)、Fe(9)、Mn(4)等 Al(3) Fe(36)、Al(30)、Mn(12)、总硬度(3)等 Mn(3)、铵根、硫酸根 铵根(7)、耗氧量(3)、亚硝酸根(1)、检出有机组分(1)等 检出有机组分(13)、Mn(7)、铵根(4)、硫酸根(3)等 小计 8 11 3 50 3 11 21 3.3 污染途径及污染距离
污染途径是指污染物进入地下水含水层的路径，岩溶地区地下水污染途径主要有径流型（直接注入）和入渗型两大类（夏日元等，2017）.贵州岩溶水污染途径以径流型为主，约占所有污染点的70%，与岩溶地区土层浅薄、地表地下水力联系紧密的特点相吻合（袁道先等，2007）.污染物通过天窗、落水洞、伏流入口等途径进入含水层，并主要通过溶洞管道运移，具有快速补给、快速扩散和运移的特点.此外全省有47.6%的岩溶水污染点污染源与排泄口距离小于1 km（表 4），属近源污染；37处污染源与排泄口距离在1~5 km之间，19处污染源与排泄口距离大于5 km.
表 4 贵州省主要碳酸盐岩含水层污染途径与污染距离Table Supplementary Table Statistics of pollution paths and pollution distance of main carbonate aquifers in Guizhou Province地层组 污染点数量 污染途径 污染源与采样点距离(km) 径流型 入渗型 近源污染(≤1) 中远源污染(1~5) 远源污染(≥5) 关岭组、杨柳井组等 20 12 8 12 5 3 嘉陵江组、夜郎组、安顺组等 30 18 12 18 12 长兴组、合山组等 3 3 0 1 2 栖霞－茅口组 41 32 9 11 16 14 黄龙－马平组、摆佐组、威宁组等 7 4 3 3 2 2 桐梓组、红花园组 1 1 1 娄山关组、车夫组等 4 4 4 清虚洞组、乌训组 1 1 1 小计 107 70 37 51 37 19 4. 讨论
4.1 二叠系碳酸盐岩含水岩组
二叠系中统栖霞组为含生物碎屑粉晶灰岩，茅口组为粉晶生物碎屑灰岩，均为纯度较高的石灰岩组，CaO含量大于50%，使得岩溶非常发育，含水介质以溶洞管道为主，地表地下水水力联系紧密，栖霞-茅口组中岩溶大泉和地下河发育数量均居所有岩层之首，是全省天然防污性能最差的岩层.天然条件下栖霞-茅口组中岩溶水多为低矿化度的HCO3-Ca型，水质较好，水量丰富，是主要供水岩层之一.但栖霞-茅口组上部龙潭组是贵州最重要的产煤层，尤其在中西部地区龙潭组往往与茅口组直接接触，煤炭开采与洗选使用产生的煤矸石、灰场、采空区等对区域地下水质影响很大.评价结果显示栖霞-茅口组是全省岩溶水污染程度最高的含水层，有67.7%的污染点受煤炭开发影响，污染组分以Fe、Al、Mn、总硬度为主，78%的污染点为中远距离径流型污染.二叠系上统长兴组、合山组主要为石灰岩，合山组未见污染点，长兴组中3处地下水污染点为煤炭开采引起，污染途径为径流型.
花渔洞地下河系统是二叠系碳酸盐岩含水岩组中的污染典型，位于威宁板底乡至水城东凤镇，发育于栖霞-茅口组.板底乡有若干煤矿，矿井疏干排水，采空区积水溢流，煤矸石淋滤液等就近排入地表溪流，并在板底村处落水洞直接进入地下河系统，混合运移14.6 km后在水城县东凤镇花渔洞流出，出口处Al、Fe含量仍超标，且丰季污染程度远大于枯季.
4.2 三叠系碳酸盐岩含水岩组
早三叠世晚期至晚三叠世早期发育的碳酸盐岩是贵州省最重要的一套碳酸盐岩地层，大面积出露于黔中、黔西南及黔北西部地区，底部（大冶组、夜郎组）和顶部（法郎组）为较纯的石灰岩，中部岩性变化较大，含水介质组合类型以“孔隙-溶孔-溶隙”为主，部分地区溶洞管道发育.天然条件下三叠系碳酸盐岩含水岩组中地下水多为低矿化度的HCO3-Ca·Mg型和HCO3-Ca型，水质较好，地下水埋深浅，是全省地下水机井开采的主要层位，但受封闭-半封闭沉积环境影响，局部地区发育石膏层，常出现地下水背景值超标.评价结果显示三叠系碳酸盐岩含水岩组的地下水污染程度在全省位居第二.三叠系下统嘉陵江组、夜郎组与龙潭组出露位置较近，其地下水水质受煤炭开发影响较大，污染组分以Fe、Al、Mn、总硬度为主；而三叠系其他碳酸盐岩含水岩组主要是受城镇化影响，安顺、贵阳、遵义、兴义等城市区均大面积出露三叠系碳酸盐岩，全省32处生活及复合地下水污染点中有23处位于三叠系碳酸盐岩含水层内，污染组分以氨氮、耗氧量、亚硝酸根、有机组分等为主.三叠系碳酸盐岩含水岩组中径流型污染（30处）略高于入渗型污染（20处），60%的污染点为近源污染，污染源与排泄口距离大于5 km的仅3处.
贵阳市西北部的上寨地下河较为典型，发育在三叠系中统关岭组二段石灰岩中，区内岩溶十分发育，尤其是中部烂坝一带落水洞众多.因该区未纳入城市排污管网，其农业、养殖、生活乃至部分工业废水均直接排放至地表，然后通过落水洞直接进入地下河系统；从1996年起该地下河就被严重污染，锰、氨-氮、氟化物和亚硝酸氮大幅超标，并有多项有机污染组分检出，苯系物（主要有苯、甲苯、乙苯及二甲苯）尤为常见.因系统内烂坝以南已建成贵阳国际金融中心，有效减少了地表污水的流入，2015年后水质开始好转.
4.3 石炭系碳酸盐岩含水岩组
石炭系上统黄龙-马平组的岩性多为泥晶灰岩和微晶灰岩，CaO含量在50%以上，含水介质以溶洞管道为主，天然防污性能较差.天然条件下黄龙-马平组中岩溶水多为低矿化度的HCO3-Ca型水，水质较好.本次评价出4处污染点，2处位于黔南受煤矿开采影响，污染组分以Fe、Al、Mn为主；2处位于毕节威宁受土法炼锌影响，污染组分以Pb、Fe、Mn为主.4处污染点的污染源均距离排泄点3 km之外，属于中远源径流型.石炭系摆佐组岩性以细至粗晶白云岩为主，含水介质多为溶孔溶隙，含水相对均匀.本次评价出污染点3处，1处位于毕节织金，受铅锌矿渣场淋滤液入渗污染；2处位于六盘水市水城盆地内，由生活废水入渗引起；污染源距离排泄点均在1 km内，是典型的近源入渗污染.石炭系下统的碳酸盐岩含水岩组本次未发现污染现象.
4.4 其他时代的碳酸盐岩含水岩组
其他时代的碳酸盐岩含水岩组污染程度均较低.泥盆系中上统、震旦系上统本次未评价出污染点，一是其岩性主要为白云岩，地下水系统的天然防污性能相对较好；二是出露面积较小，发育的天然水点较少（表 1）.奥陶系下统调查出污染点1处，位于铜仁思南六道乡，发育在桐梓组粉晶白云岩中，受煤矸石堆淋滤液入渗影响，污染源距排泄点仅0.1 km.寒武系第三统至芙蓉统以娄山关组粉晶白云岩分布最广，本次评价出的4处污染点均在娄山关组内；其中3处分布在开阳双流，受磷化工废水及废渣淋滤液入渗污染, 1处在金沙长石，受铅锌矿渣淋滤液入渗污染；4处污染点的污染距离均小于1 km，属于近源入渗型污染.寒武系第二统仅调查出1处污染点，为开阳县城以西的响水洞地下河系统，发育在寒武系清虚洞组石灰岩中，污水处理厂、垃圾填埋场以及分散型污水均排入地表，在县城西谷光处进入地下河系统，地下河出口处锰、耗氧量等超标，丰季尤其是暴雨期间地下水污染程度高.
5. 结论
贵州地下水赋存最丰富的碳酸盐岩含水层主要分布在寒武系、石炭系、二叠系和三叠系，其中二叠系栖霞-茅口组，三叠系下统嘉陵江组、夜郎组等，中统关岭组、杨柳井组等的污染程度最高，原因与含水层岩石类型和出露位置密切相关.含水层的岩石类型与特点决定了含水介质组合类型和岩溶发育程度，是评价天然防污性能的重要因素，并影响了污染途径和污染距离.石灰岩地层天然防污能力差，以中远源径流型污染为主；白云岩地层天然防污能力较好，以近源入渗型污染为主；因大部分碳酸盐岩含水层之间发育有富水性较差的碎屑岩，碳酸盐岩含水层与相邻其他含水层之间水力联系较差，越流污染的可能性小.
区域水文地质和污染源调查成果显示：煤矿开采及其化工是贵州省岩溶水最主要的污染来源，煤矿开采及其化工引起的污染点占总污染点数的一半，其中84%分布在产煤层龙潭组上覆嘉陵江组、夜郎组和下伏栖霞-茅口组中，污染组分以铁、铝、锰为主，尤其以黔西北的威宁至水城、黔北的习水桐梓等地区最为典型.三叠系碳酸盐岩广泛分布在黔中、黔西南和遵义西部的地形相对平缓的台面区，与贵州省安顺、贵阳、遵义等大中型城市和磷化工、铝工业、锰系铁合金生产等工矿企业聚集区域重合度高，容易受到生产生活影响；本次调查的32处生活农业及复合污染点，有23处分布在三叠系碳酸盐岩中，污染组分多为氨氮、重金属、耗氧量及有机污染组.
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图 1 贵州省地下水样品采集点分布
Fig. 1. Distribution of groundwater sample collection sites in Guizhou Province
图 2 贵州省岩溶水污染点分布
Fig. 2. Distribution of karst water pollution points in Guizhou Province
图 3 贵州省地下水污染点污染组分所占比例示意图
毒理指标有机类为检出率，其他指标为超标率
Fig. 3. Schematic diagram of proportion of pollution components in groundwater pollution sites in Guizhou Province
表 1 贵州省主要碳酸盐岩含水层富水性特征
Table 1. Water yield property characteristics of main carbonate aquifers in Guizhou Province
主要含水岩组 天然水点统计特征(枯季) 地下水机井统计特征 地下水富水性 点数 一般流量
(L/s)最大流量
(L/s)个数 最大涌水量
(m3/d)评价涌水量
(m3/d)枯季径流模数 富水性等级 三叠系中统 关岭组、杨柳井组等 1 786 15.46 2 318 737 2 548 303 2.54~6.6 中等 三叠系下统 嘉陵江组、夜郎组、安顺组等 3 334 5.87~23.14 1 065 758 2 148 296.25 3.1~6 中等 二叠系上统 长兴组、合山组等 1 001 8.79~24.18 1 829 44 401 192 3~6.0 中等 二叠系中统 栖霞‒茅口组 2 503 39.01 3 069 210 1 162.7 239.4 4.0~12.0 强 石炭系上统 黄龙‒马平组、摆佐组、威宁组等 1 375 11.29~29.34 1 744 94 737 264.68 3.1~9.1 中等‒强 石炭系下统 汤耙沟组、祥摆组 245 27.83 3 348 85 855 251 4.0~6.5 中等 泥盆中上统 独山组、尧梭组等 330 5.19~7.52 334 126 751 260 2.06~4.58 中等‒弱 奥陶系下统 桐梓组、红花园组 726 18.81 904 62 968.5 264.85 3.21~8.57 中等‒强 寒武系第三统至芙蓉统 娄山关组、车夫组等 1 791 10.85 3 094 1 220 1 430 312.25 3.0~5.0 中等 寒武系第二统 清虚洞组、乌训组 707 36.79 1 834 77 1 064 220.88 3.6~6.5 中等‒强 震旦系上统 灯影组 204 14.49 262.5 27 887 400 2~5.44 中等‒弱 注：据王明章等（2015）. 
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表 2 贵州省主要碳酸盐岩含水层污染点
Table 2. Statistics of pollution points of main carbonate aquifers in Guizhou Province
主要碳酸盐岩含水岩组 采集水样数 污染水点类型(点) 污染程度(点) 污染点所占比例(%) 地层 岩性 地下河 岩溶泉/机井 轻度 中度 重度 极重 关岭组、杨柳井组等 白云岩石灰岩互层 149 9 11 7 7 1 5 13.42 嘉陵江组、夜郎组等 白云岩石灰岩互层 213 13 17 20 8 - 2 14.08 长兴组、合山组等 石灰岩 33 2 1 1 2 - - 9.10 栖霞－茅口组 石灰岩 184 28 13 19 15 - 7 22.28 黄龙－马平组、摆佐组等 石灰岩 53 4 3 1 3 - 3 13.20 汤耙沟组、祥摆组等 白云岩石灰岩互层 24 - - - - - - - 独山组、尧梭组等 白云岩石灰岩互层 31 - - - - - - - 桐梓组、红花园组 白云岩石灰岩互层 34 1 - 1 - - - 2.94 娄山关组、车夫组等 白云岩 99 - 4 2 1 - 1 4.04 清虚洞组、乌训组 石灰岩 72 1 - - 1 - - 1.39 灯影组 白云岩 9 - - - - - - - 小计 901 58 49 51 37 1 18 11.87
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表 3 贵州省主要碳酸盐岩含水层污染源与污染组分
Table 3. Statistics of pollution sources and pollution components of main carbonate aquifers in Guizhou Province
主要含水岩组 磷矿及磷化工污染点 铅锌化工污染点 铝土矿及其化工污染 煤矿及其化工污染点 锰矿及其化工污染点 生活农业污染点 复合污染点 关岭组、杨柳井组等 3 - 1 5 1 3 7 嘉陵江组、夜郎组、安顺组等 2 - 1 13 1 4 9 长兴组、合山组等 - 1 - 2 - - - 栖霞－茅口组 - 6 1 27 1 1 5 黄龙－马平组、摆佐组、威宁组等 - 3 - 2 - 2 - 桐梓组、红花园组 - - - 1 - - - 娄山关组、车夫组等 3 1 - - - - - 清虚洞组、乌训组 - - - - - 1 - 主要超标组分(次) F(3)、硫酸根(3)、总硬度(3)、Mn(3)、Fe(2)等 Pb(10)、Fe(9)、Mn(4)等 Al(3) Fe(36)、Al(30)、Mn(12)、总硬度(3)等 Mn(3)、铵根、硫酸根 铵根(7)、耗氧量(3)、亚硝酸根(1)、检出有机组分(1)等 检出有机组分(13)、Mn(7)、铵根(4)、硫酸根(3)等 小计 8 11 3 50 3 11 21
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表 4 贵州省主要碳酸盐岩含水层污染途径与污染距离
Table 4. Statistics of pollution paths and pollution distance of main carbonate aquifers in Guizhou Province
地层组 污染点数量 污染途径 污染源与采样点距离(km) 径流型 入渗型 近源污染(≤1) 中远源污染(1~5) 远源污染(≥5) 关岭组、杨柳井组等 20 12 8 12 5 3 嘉陵江组、夜郎组、安顺组等 30 18 12 18 12 长兴组、合山组等 3 3 0 1 2 栖霞－茅口组 41 32 9 11 16 14 黄龙－马平组、摆佐组、威宁组等 7 4 3 3 2 2 桐梓组、红花园组 1 1 1 娄山关组、车夫组等 4 4 4 清虚洞组、乌训组 1 1 1 小计 107 70 37 51 37 19
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