深部岩溶地下水系统径流路径示踪技术

一、引言

深部岩溶地下水系统是水资源的重要储备库，同时在矿产资源开发、地质灾害防治等领域具有重要影响。准确把握其径流路径，对于合理开发地下水资源、预防岩溶突水等地质灾害至关重要。然而，深部岩溶环境中，地下水运动受岩性、构造、裂隙发育等多重因素影响，径流路径呈现隐蔽性、复杂性和动态性特征，传统水文地质调查方法难以精准刻画。示踪技术作为研究地下水运动的有效手段，能够通过追踪示踪剂的迁移过程，反演地下水的径流方向、流速及连通性。近年来，随着技术的不断发展，示踪技术在深部岩溶地下水系统研究中的应用日益广泛。深入探究不同示踪技术的原理、适用条件及应用效果，对推动深部岩溶地下水系统的科学认知与高效利用具有重要意义。

二、深部岩溶地下水系统径流路径示踪技术的应用现状

当前，深部岩溶地下水系统径流路径示踪技术的应用仍面临诸多挑战，主要体现在三个方面：一是传统示踪方法适用性受限。传统的人工示踪法（如投放荧光素、食盐等）在深部岩溶环境中，常因地下水径流路径长、流速慢、示踪剂易被吸附或稀释，导致监测难度大、结果精度低。例如，在某些深部岩溶管道中，示踪剂可能需要数月甚至数年才能被监测到，且信号微弱，难以准确判断径流路径。二是现代技术融合度不足。虽然地球物理技术（如电磁法、地震波法）和同位素技术已被应用于示踪研究，但各技术之间缺乏有效融合。地球物理技术能反映地下介质的宏观特征，却难以直接关联地下水的动态运动；同位素技术可提供地下水的起源和演化信息，但对具体径流路径的空间分布刻画不够精准，导致综合解析能力有限 [1]。三是复杂地质条件干扰显著。深部岩溶发育不均，存在大量裂隙、溶洞、断层等构造，示踪剂在迁移过程中可能发生分流、滞留或绕流，使示踪结果出现多解性。此外，深部地下水的温度、压力、化学环境等与浅部差异较大，可能影响示踪剂的稳定性和迁移规律，进一步增加了示踪难度。

三、深部岩溶地下水系统径流路径示踪技术路径

（一）优化传统示踪方法，提升基础示踪能力

传统示踪方法仍是深部岩溶地下水示踪的基础手段，通过改进示踪剂选择和监测方式可提升其适用性。在示踪剂选择上，优先采用稳定性强、灵敏度高、不易被吸附的新型示踪剂，如荧光染料（罗丹明 B、荧光素钠）的改良剂型，或纳米颗粒示踪剂，减少深部环境对示踪剂的影响。例如，在某深部岩溶矿区，采用包裹型荧光纳米颗粒作为示踪剂，其抗吸附能力较传统荧光素钠提升 30% 以上，在长距离径流中仍能保持较强信号。在监测方式上，结合自动化监测技术，布设多节点监测网络，实现示踪剂浓度的实时动态监测 [2]。同时，利用数学模型（如溶质运移模型）对示踪剂迁移过程进行模拟，反演径流路径参数，提高示踪结果的解析精度。例如，通过建立三维溶质运移模型，可模拟示踪剂在复杂岩溶管道中的扩散过程，明确其分流点和汇合点，为径流路径识别提供量化依据。

（二）融合地球物理技术，构建宏观示踪框架

地球物理技术能够为深部岩溶地下水径流路径提供宏观空间框架，通过多种技术联用可提升示踪的空间分辨率。电磁法（如可控源音频大地电磁法）可探测地下低阻异常区，识别岩溶管道、裂隙带等富水构造，确定地下水可能的径流通道。在某深部岩溶盆地，利用电磁法圈定了 3 条主要岩溶管道分布带，为后续示踪剂投放点的选择提供了重要参考。地震波法（如反射地震法）可通过分析地震波的传播速度和反射特征，揭示地下溶洞、断层的空间分布，判断其对地下水径流的阻隔或连通作用。将电磁法与地震波法相结合，可形成 “电性 - 物性” 双重约束，更精准地定位深部岩溶通道的走向和规模，为示踪剂迁移路径的宏观解读奠定基础。

（三）应用同位素示踪技术，解析微观迁移特征

同位素示踪技术能从微观角度揭示地下水的来源和迁移过程，为径流路径提供 “化学指纹” 证据。环境同位素（如氕、氘、氧 - 18）可用于判断地下水的补给来源和循环深度，进而推断其可能的径流路径。例如，在深部岩溶含水层中，若地下水的氘和氧 - 18 同位素组成与浅部降水差异显著，且具有特定的放射性同位素（如碳 - 14）年龄，说明其经历了深部循环，径流路径可能与深大断裂相关。放射性同位素（如氚、碳 - 14）可通过测定其衰变程度，确定地下水的滞留时间和运动速度，辅助判断径流路径的长度和通畅性[3]。将环境同位素与放射性同位素联用，可构建地下水 “源 - 径 - 汇” 的完整同位素示踪链条，为解析复杂岩溶系统中的径流路径提供多维度证据。

（四）推动多技术协同，实现综合示踪解析

多技术协同是突破深部岩溶示踪难点的关键，通过传统示踪、地球物理、同位素技术的有机结合，形成 “微观 - 宏观”“动态 - 静态” 相结合的综合示踪体系。在实际应用中，首先利用地球物理技术圈定深部岩溶构造的宏观分布，确定示踪剂投放和监测的关键区域；然后投放合适的示踪剂，结合自动化监测网络获取动态迁移数据；同时采集地下水样品进行同位素分析，获取其化学和同位素特征；最后通过多源数据融合分析，综合判断径流路径的空间分布和运动特征。

例如，在某深部岩溶水电站工程中，通过电磁法确定了 2 条潜在岩溶管道，投放荧光纳米示踪剂后，利用自动监测站捕获其浓度变化，结合碳 - 14 同位素测定地下水年龄，最终明确其中 1 条管道为主要径流路径，为工程防渗设计提供了重要依据。

四、结论

深部岩溶地下水系统径流路径示踪技术的发展需要多方法协同、多技术融合。通过优化传统示踪方法、融合地球物理技术、应用同位素示踪技术及推动多技术协同，可有效提升深部岩溶地下水径流路径的识别精度。在实际应用中，需根据具体地质条件选择适宜的示踪技术组合，充分考虑深部环境对示踪过程的影响，不断完善示踪理论和方法。未来，随着智能化监测技术和大数据分析方法的引入，深部岩溶地下水示踪技术将向实时化、精准化、智能化方向发展，为深部岩溶水资源的科学开发、地质灾害防治和生态环境保护提供更有力的技术支撑。

参考文献

[1] 薛媛 , 徐光黎 , 魏文豪 . 基于示踪技术的隧道岩溶灾害危险性分析 [J]. 勘察科学技术 ,2021,(06):45-50.

[2] 蒋甫伟 , 宋金平 , 汪新健 , 范尧 . 地下水示踪技术在水库渗漏勘察中的应用研究 [J]. 工程技术研究 ,2019,4(21):79-80.

[3] 和烁荣 , 辛卫东 , 康志强 , 贝为昶 . 贺州市合宝地下河系统的定量示踪试验与分析 [J]. 中国地质调查 ,2019,6(01):81-85.