云南高原碎屑巖區(qū)找水打井模式探討
——以云南省宣威市為例

易 瑞，江 峰，袁成飛，胡暑月

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000)

2009年秋季至2010年初夏，云南省遭受百年不遇的特大旱災(zāi)，受災(zāi)人數(shù)超過(guò)700萬(wàn)，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)170 億元。2010年3月，云南省國(guó)土資源廳啟動(dòng)了抗旱救災(zāi)地下找水突擊行動(dòng)，在嚴(yán)重干旱區(qū)開展應(yīng)急打井找水，取得了很多成功的案例，直接解決了當(dāng)?shù)厝罕婏嬎щy問題。同時(shí)，前人也對(duì)于探索云貴高原缺水區(qū)地下水賦存規(guī)律及找水打井模式取得了很多研究成果[1-6]。

宣威市位于云南省東北部，地處云貴高原中段，北盤江以西，是典型的“老、少、邊、山、窮”分布區(qū)，該區(qū)亦干旱缺水嚴(yán)重，干旱問題嚴(yán)重制約了該區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為解決宣威市嚴(yán)重干旱缺水區(qū)人畜飲水問題，助力宣威市脫貧攻堅(jiān)，2016-2020年，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所在宣威市部署了多項(xiàng)鉆探工程，取得了明顯的社會(huì)效應(yīng)與經(jīng)濟(jì)效益。其中，宣威市倘塘鎮(zhèn)、樂豐鄉(xiāng)、東山鎮(zhèn)等嚴(yán)重干旱缺水區(qū)連片碎屑巖分布，筆者結(jié)合“南北盤江流域水文地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目在上述地區(qū)成功實(shí)施的數(shù)口鉆孔，對(duì)云南高原碎屑巖區(qū)找水打井規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶地區(qū)、向斜蓄水構(gòu)造區(qū)、碎屑巖夾碳酸鹽巖區(qū)3類地區(qū)，巖層節(jié)理、裂隙發(fā)育，地下水具有良好的賦存空間，成井率高。在此基礎(chǔ)上，歸納出了斷層破碎帶賦水模式、向斜構(gòu)造賦水模式、碳酸鹽巖夾層賦水模式3種找水打井模式，以期為類似碎屑巖缺水地區(qū)抗旱找水打井提供借鑒與參考。

1 斷層破碎帶賦水模式

本節(jié)以宣威市東山鎮(zhèn)東山中學(xué)—瑞錦社區(qū)3口鉆孔為例，分析斷層破碎帶賦水模式。

1.1 地形地貌

鉆孔周邊地勢(shì)總體南高北低，地貌組合類型為侵蝕—溶蝕中山槽谷，槽谷向近東西方向展布，東山河自西向東流，地形起伏大，相對(duì)高差150～300 m。3個(gè)鉆孔位于槽谷底部，相距500 m之內(nèi)。

1.2 地層構(gòu)造

鉆孔周邊山體出露地層為三疊系下中統(tǒng)嘉陵江組(Tj)灰色中厚層狀灰?guī)r及泥灰?guī)r，山腳及槽谷一帶出露地層為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖及砂巖，地層傾向南南東，傾角10°～15°。構(gòu)造上位于摩戛逆斷層北西盤(圖1)，距離斷層帶約500～600 m，該斷層呈向西北凸的弧形，走向45°，傾向南東，傾角約50°～65°，斷面光滑平直常見角礫巖、糜棱巖，擠壓破碎帶寬數(shù)米，是一條以壓性為主兼扭性的沖斷層，斷層兩側(cè)節(jié)理裂隙較發(fā)育。

1-碎屑巖含水巖組 2-碳酸鹽巖含水巖組 3-鉆孔(左：編號(hào)) 4-斷層 5-地質(zhì)界線及地層代號(hào) 6-河流及流向

1.3 成井概況

宣威市東山鎮(zhèn)東山中學(xué)-瑞錦社區(qū)3個(gè)鉆孔(ZK1～ZK3)成井情況見表1，鉆孔揭露含水巖組均為飛仙關(guān)組(T1f)砂巖，孔深分別為102.0 m、102.0 m以及155.6 m，抽水試驗(yàn)結(jié)果顯示，三口井各自涌水量分別為654.9 m3/d、442.45 m3/d以及187.66 m3/d，總涌水量為1 285.01 m3/d，有效解決了宣威市東山鎮(zhèn)東山中學(xué)-瑞錦社區(qū)3 600余位居民的生活用水需求，成井經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

表1 東山鎮(zhèn)ZK1-ZK3號(hào)鉆孔抽水情況一覽表

1.4 賦水模式分析

鉆孔巖芯編錄及測(cè)井成果分析認(rèn)為，東山鎮(zhèn)ZK1-ZK3號(hào)鉆孔出水段主要集中在26～55 m，且該段巖芯節(jié)理裂隙極為發(fā)育，含水巖組受摩戛逆斷層影響顯著，為研究區(qū)地下水提供了良好的賦存空間，形成了斷層破碎帶型地下水富集區(qū)。

區(qū)內(nèi)主要含水巖組為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)紫紅色中厚層砂巖及泥巖，含水介質(zhì)以裂隙為主，區(qū)內(nèi)地下水以大氣降水入滲補(bǔ)給為主，降雨沿較為發(fā)育的裂隙等通道入滲補(bǔ)給地下水后，自南、西兩側(cè)向槽谷徑流，在東山鎮(zhèn)槽谷一帶形成富水區(qū)域，地下水富集于摩戛逆斷層兩側(cè)節(jié)理裂隙中，具有良好的成井條件，斷層破碎帶賦水模式見圖2。

圖2 斷層破碎帶賦水模式圖

2 向斜構(gòu)造賦水模式

本節(jié)以宣威市樂豐鄉(xiāng)店子村大路邊ZK4號(hào)鉆孔為例，分析向斜構(gòu)造賦水模式。

2.1 地形地貌

鉆孔周邊地勢(shì)總體南高北低，地貌組合類型為侵蝕中山槽谷，有季節(jié)性溪溝沿槽谷向自南向北徑流，地形起伏大，相對(duì)高差150～250 m，鉆孔位于槽谷底部。

2.2 地層構(gòu)造

鉆孔周邊出露地層為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)灰綠、紫紅色泥巖、砂巖夾泥灰?guī)r及二疊系上統(tǒng)宣威組(P3x)灰綠、黃綠色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖夾煤層，巖層傾向南東，傾角15°～20°。構(gòu)造上，鉆孔位于田壩向斜北西翼(圖3)，距離核部約1 km，該向斜軸40°～60°走向，核部地層較為平緩，巖性為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)地層。受向斜控制，沿向斜軸方向節(jié)理裂隙發(fā)育，多順層發(fā)育。

1-碎屑巖含水巖組 2-碳酸鹽巖含水巖組 3-鉆孔(左：編號(hào)) 4-地質(zhì)界線及地層代號(hào) 5-斷層 6-向斜 7-河流及流向

2.3 成井概況

ZK4號(hào)鉆孔孔深195 m，抽水試驗(yàn)資料顯示：靜止水位6.15 m，降深31.44 m，實(shí)抽涌水量366.27 m3，有效解決了宣威市樂豐鄉(xiāng)店子村大路邊1 000余位居民的生活用水需求，成井經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

2.4 賦水模式分析

鉆孔巖芯編錄及測(cè)井成果分析認(rèn)為，ZK4號(hào)鉆孔在101 m揭穿飛仙關(guān)組(T1f)，進(jìn)入宣威組(P3x)，而出水段主要在92.4～93.8 m段泥巖中，且該段巖芯節(jié)理裂隙極為發(fā)育，含水巖組受田壩向斜控制，為研究區(qū)地下水提供了良好的賦存空間，形成了向斜構(gòu)造型地下水富集區(qū)。

主要含水巖組為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)灰綠、紫紅色中厚層砂巖及泥巖，含水介質(zhì)以裂隙為主，區(qū)內(nèi)地下水以大氣降水入滲補(bǔ)給為主，降雨沿較為發(fā)育的裂隙等通道入滲補(bǔ)給地下水后，地下水沿節(jié)理裂隙自向斜兩翼向核軸徑流，富集于向斜軸一帶節(jié)理裂隙中，形成地下水富集區(qū)，具有良好的成井條件，向斜構(gòu)造賦水模式見圖4。

圖4 向斜構(gòu)造賦水模式圖

3 碳酸鹽巖夾層賦水模式

部分地區(qū)出露地層巖性并非完全是碎屑巖，而是碎屑巖夾不純碳酸鹽巖，巖組內(nèi)出露的地下水天然露頭點(diǎn)十分稀少，巖溶發(fā)育弱，含水介質(zhì)組合以各種成因的細(xì)小裂隙、孔隙為主，在區(qū)域上其隔水性往往更勝于含水性[7]，因此本文亦該類地區(qū)將其歸類為碎屑巖區(qū)。

本節(jié)以宣威市熱水鎮(zhèn)阿浪村大洼子ZK5號(hào)鉆孔為例，分析碳酸鹽巖夾層賦水模式。

3.1 地形地貌

鉆孔周邊地勢(shì)總體南高北低，地貌組合類型為侵蝕—溶蝕低中山溝谷，溝谷向南展布，地形起伏較大，相對(duì)高差100～200 m，鉆孔位于溝谷西側(cè)。山體植被以松林為主，覆蓋程度較高。

3.2 地層構(gòu)造

鉆孔周邊出露地層為志留系上統(tǒng)妙高組(S3m)及關(guān)底組(S3g)，其中S3m為深灰色中厚層泥灰?guī)r夾頁(yè)巖，S3g為深灰色、灰黑色薄層鈣質(zhì)頁(yè)巖、泥巖、粉砂巖夾灰色灰?guī)r、泥灰?guī)r。鉆孔北西側(cè)發(fā)育一條斷層，該斷層走向約30°，傾向南東，為逆斷層性質(zhì)。鉆孔位于斷層上盤(圖5)，距離斷層帶約500 m。

1-碎屑巖含水巖組 2-碳酸鹽巖含水巖組 3-碳酸鹽巖夾碎屑巖含水巖組4-鉆孔(左：編號(hào))5-地質(zhì)界線及地層代號(hào) 6-斷層 7-河流及流向

3.3 成井概況

ZK5號(hào)鉆孔孔深204 m，抽水試驗(yàn)資料顯示：靜止水位68.5 m，降深8.82 m，實(shí)抽涌水量71.54 m3。在ZK5號(hào)鉆孔成功實(shí)施前，大洼子200位村民在枯水季需從幾公里外水源地取水供給生活用水，本鉆孔有效的保障了大洼子村民生活用水需求，社會(huì)效益顯著。

3.4 賦水模式分析

鉆孔巖芯編錄及測(cè)井成果分析認(rèn)為，ZK5號(hào)鉆孔出水段主要集中在77～81 m段灰?guī)r中。該鉆孔主要含水巖組為S3g夾層灰?guī)r。區(qū)內(nèi)地下水以大氣降水入滲補(bǔ)給為主，降雨沿較為發(fā)育的裂隙、溶隙等通道入滲補(bǔ)給地下水后，自北西向南東徑流。鉆孔位于徑流區(qū)，在鉆孔處關(guān)底組(S3g)夾層灰?guī)r受上覆及下伏泥巖、頁(yè)巖阻水，形成良好的夾層含水層，適合于機(jī)井開采地下水，含水介質(zhì)以細(xì)小裂隙為主、溶隙次之，含水性不均勻，碳酸鹽巖夾層賦水模式如圖6。

圖6 碳酸鹽巖夾層賦水模式圖

4 結(jié)語(yǔ)

(1)云南高原碎屑巖區(qū)整體上地下水貧乏，但是在斷層破碎帶地區(qū)、向斜蓄水構(gòu)造區(qū)、碎屑巖夾碳酸鹽巖區(qū)地下水具有良好的賦存空間，成井率相對(duì)較高。

(2)斷層破碎帶賦水模式原理為含水巖組受斷層影響，沿?cái)鄬訋Ч?jié)理裂隙發(fā)育，地下水提供了良好的賦存空間，形成了斷層破碎帶型地下水富集區(qū)。

(3)向斜構(gòu)造賦水模式原理為含水巖組受向斜控制，局部節(jié)理、裂隙發(fā)育，地下水沿節(jié)理裂隙自向斜兩翼向核軸徑流，富集于向斜軸一帶節(jié)理裂隙中，形成地下水富集區(qū)。

(4)碳酸鹽巖夾層賦水模式原理為碳酸鹽巖夾層受上覆及下伏碎屑巖隔水控制，形成一個(gè)相對(duì)封閉的巖溶地下水系統(tǒng)，為夾層巖溶水的儲(chǔ)存提供了一個(gè)良好的環(huán)境，形成了局部的富水空間。