對北票市山間河谷區(qū)潛水含水層富水規(guī)律及開采方案的分析與探討

裴立斌,蔣向東,付 華,葛國志

(1.遼寧省觀音閣水庫管理局,遼寧 本溪 117100;2.遼寧省北票市地質打井隊,遼寧北票 122100)

北票市山間河谷在漫長的內外動力作用下,沿河谷兩岸呈條帶狀廣泛分布著潛水含水層。由于構造動動的控制,山間河谷縱向基底起伏大,橫向含水層厚度極不均一。地下水富存隨含水層厚度的變化而產生差異。為合理開發(fā)利用山間河谷區(qū)的地下水,必須運用潛水含水層的富水規(guī)律尋找地下水,確定正確的開采方案,更好的為工農業(yè)生產服務。

1 山間河谷區(qū)潛水含水層的分布特征

1.1 地形地貌控制了山間河谷發(fā)育走向

北票市山間河谷發(fā)育走向有其獨特性和規(guī)律性。區(qū)內干流為大凌河,走向北東,南西向,在北票市南部穿過。大凌河北部有八條支流匯入。一級支流為忙牛河、東官河、西官河、龍?zhí)逗?二級支流有黑城子河,寶國老河、十八臺河、蒙古營河,走向都為北西,南東向。支流都有序成平行排列。其規(guī)律性完全受其地形,地貌的控制。

區(qū)內地貌為中低山與丘陵。基巖大部分裸露地表。地形西北高,東南底,分水嶺呈北西,南東走向。境內河谷發(fā)育都是由北西流向東南,所以地形,地貌控制了山間河谷的平行排列與發(fā)育走向。河谷分布見圖 1。

圖1 北票市河流分布圖

1.2 構造控制了山間河谷的縱向基底起伏

大凌河北部八條支流,橫跨兩個大地構造單元。以斷親山一東官營子逆斷層為界,北側為內蒙地軸,南側為燕遼沉降帶。

內蒙地軸是穩(wěn)定的地臺區(qū),出露的地層為太古界深變質或淺變質的片麻巖,板巖和花崗巖侵入體。

燕遼沉降帶出露的是薊縣系霧迷山組和揚莊組,硅質白云灰?guī)r,紫紅色白云巖與白云質泥灰?guī)r。

中性代侏羅系時期發(fā)生了強烈的燕山運動。內蒙地軸處于相對上升,地層遭受剝蝕,河谷下切強烈,兩岸堆積物較厚。斷親山一東官營子逆斷層以此,是七條支流的發(fā)源地,源頭受構造影響,河谷基底深,第四紀堆積物厚。

燕遼沉降帶在中生代時期由于強烈的燕山運動,沉積了巨厚的陸相碎屑巖系和廣泛的煤系地層,同時伴隨火山噴發(fā),使地形高低起伏,形成大大小小的盆地。北票地區(qū)以上奈林皋—雙廟逆斷層(既南天門斷層)為界,北部發(fā)育了北票—哈爾腦盆地。南部發(fā)育了金嶺寺—羊山盆地。南天門斷裂沿震旦系石灰?guī)r地層南部邊界穿過。

由于構造控制,區(qū)內支流由內蒙地軸,流入燕遼沉降帶,河谷基底發(fā)生了起伏。中生代沉積了巨厚的地層,硬結成巖,使河谷變淺,第四紀松散沉積物的厚度變薄。內蒙地軸河谷第四紀松散堆積物由 20 m以上,到燕遼沉降帶河谷第四紀松散堆積物變成 5到 10 m。但接近北票盆地南部邊緣,南天門斷裂處,第四紀松散堆積物變厚,由 10m左右增加到30至 60m。河流穿過斷裂后又變淺。

由于構造控制,山間河谷基底起伏的規(guī)律是：深—淺—深—淺,第四紀松散堆積物復蓋厚度的規(guī)律是：厚—薄—厚—薄。

境外流入北票市內的大凌河,穿越的是金嶺寺盆地。忙牛河穿越的地層為中生代侏羅系砂頁巖與火山巖。構造微弱,河谷基底起伏不大,第四紀松散堆積物厚度僅 5～12 m。雖然河流長,但地下水不十分豐富。

構造控制了北票河流基底的起伏與第四紀松散堆積物的厚度。

1.3 外動力地質作用控制河谷橫向含水層的分布

山間河谷區(qū)的外動力地質作用,主要是河流的侵蝕作用,搬運作用和沉積作用。

山間河谷的特點,河道狹窄,多呈“V”字型河谷,縱坡降大。在外動力地質作用下,水流速度快,攜帶泥沙多。洪水期兩岸松散堆積物沉積厚度不均一,兩岸階地形成不對稱,含水層厚薄不均。

太古界與震旦界地層的巖石經過漫長的物理風化與化學風化作用,表層巖石破碎。當發(fā)洪水時,水流沿河谷向下侵蝕,風化破碎的巖石以及松散堆積物被洪水沖走。只有在水量,流速較小的枯水期,水流搬運能力降低,粗大的巖石碎屑,卵石、礫石、粗砂便在河谷兩岸和河床開闊地段堆積下來。老地層下蝕作用時間長,堆積物比較厚。當下蝕作用達到侵蝕基準面后,側蝕作用加強。造成山間河谷兩岸不同河段松散堆積物的分布面積與沉積厚度極不對稱。例如：東官河西岸紡織廠處,第四紀松散堆積物的厚度為 30多米,河東岸土城子松散堆積物的厚度 10多米。同時河谷兩岸第四紀地層分布面積也不均一。西官河西官段河水沿西山坡基巖流動,直接切割基巖無階地。東岸則分布大面積一、二階地。

外動力地質作用控制了山間河谷橫向含水層的分布面積與含水層的厚度。

2 山間河谷區(qū)潛水含水層地下水的富存規(guī)律

山間河谷潛水含水層受地形、地貌、地層、巖性、構造的控制,其分布范圍與覆蓋厚度極不均一,地下水富存的差異性比較大。隨著地下水的不斷開發(fā),實踐證明：山間河谷區(qū)潛水含水層富存規(guī)律與山間河谷潛水含水層的分布特征是相輔相成的。

2.1 山間河谷區(qū)的地形,地貌形態(tài)決定了地下水的富存

山間河谷兩側多為剝蝕的低山丘陵,山脊線有時順河谷方向發(fā)育,河道的走向受兩側低山丘陵的限制造成彎曲。在迎水山頭河道轉彎的一側形成面積較大,沉積較厚的第四紀松散堆積物,是地下水易于富集的地區(qū)。例如：東官河莊頭營西山頭處,第四紀覆蓋厚度 20～30m,單井出水量 50～80 m3/h。

山間河谷支流匯合處,是地下水的富集區(qū)。洪水時支流攜帶泥沙在入口處沉積,形成較厚的松散堆積物,豐水時干流水返補地下,形成地下水。例如：大凌河三官營子就是兩河交匯處,第四紀松散堆積物厚度比大凌河一級階地厚約

5～ 8 m,單井涌水量 50m3/h。

山間河谷流向開闊地段,形成山間盆地,地層成因復雜,既有洪積層又有沖積層,盆地邊緣地下水接受山前補給,形成集水盆地。例如：桃花吐大洼,地下水豐富,單井涌水量50～100 m3/h。

山間河谷的地形,地貌復雜,尋找有利地段是開采地下水的主攻方向。

2.2 山間河谷潛水含水層的厚度決定了地下水的富存

山間河谷比較狹窄,兩岸階地呈條帶狀鑲嵌在河谷兩岸。河道縱坡降比較大,地下水流速比較快,只有松散堆積物沉積厚度大,構成含水層,才能易于地下水富存。北票市山間河谷第四紀松散堆積物以斷親山—東官營子逆斷層以北的七條支流(除忙牛河外)第四紀松散堆積物的厚度達18～35m同,含水層厚度 10～20 m,地下水位埋深 10～13m,單井涌水量 50～80m3/h。七條支流中游含水層比較薄只有靠近南天門斷裂,中生代北票—哈爾腦盆地南緣,第四紀松散堆積物厚度增加,一般在 16～40 m,地下水豐富,單井涌水量在 50m3/h以上。下游含水層較薄,不利于地下水富存。

2.3 山間河谷區(qū)潛水含水層的巖性決定了地下水的富存

山間河谷區(qū)第四紀松散堆積物,是由不同成因,不同成份的堆積物組成,至使含水層的富水性也不同。山間河谷區(qū)的堆積物有沖積、沖洪積、風積。沖積、沖洪積堆積物多為中粗砂夾礫,卵石,內含薄層粉砂土。易于接受大氣降雨的補給。逕流,排匯暢通,是較好的含水層,也是地下水的富集區(qū)。

河谷與河谷巖性的不同,富水性差異比較大。境外流入市內的大凌河,忙牛河是最長的兩條河流。在境內穿越的都是中生代地層,河谷兩岸堆積物大部分為粉細砂與粉砂土,有沖積,有風積、富水性比較差。1988年用沖擊鉆在叉河營林場忙牛河漫灘上打 2眼管井,井深 8米,涌水量 15 m3/h。1994年在白石水庫大凌河中心,打井 6米,出水量 10m3/h。

一條河谷上游與下游,東岸與西岸因巖性的不同,出水量也不同。例如：東官、西官河谷上游打井涌水量 50～80 m3/h。而中游最大涌水量 30～40m3/h,二龍臺川、三家窩鋪段巖性比較好,出水量 50～80 m3/h,而在對岸的房申打井26m,出水量 15m3/h。巖性造成地下水分布不均,在同一地段,井與井之間出水量相差懸殊。在下桃河谷中,兩眼井間距 240m,井深分別為 40 m和 35m,因巖性不同,一井出水量 80m3/h,而另一眼井出水量僅 30m3/h。

山間河谷潛水含水層的巖性決定了地下水的富存。

3 山間河谷區(qū)含水層的富水規(guī)律決定了地下水的開采方式

依據(jù)含水層的富水規(guī)律,因地制宜,實事求是確定地下水的開采方案,就是用技術經濟合理的集水工程,在最大限度奪取地下水的補給量和天然消耗量中能從含水層中取出來的最大水量。需要準確布置井位,確定合理開采方案,布置合理的集水工程,才能最有效的開發(fā)利用地下水,為工農業(yè)生產服務。

3.1 基巖深井開采區(qū)

適合第四紀松散堆積物厚,基巖風化裂隙帶深,地下水位埋藏較深的地段。北票市以斷親山—東官營子逆斷層以北,以及南天門斷裂邊緣地帶,巖性多為太古界片麻巖、花崗巖,中生界安山巖,震旦界石灰?guī)r,風化帶深,裂隙發(fā)育。適合于基巖深井開采,既能取第四紀松散堆積物孔隙水,又能開采基巖風化裂隙水。例如：西官河：尹仗子,大三家;東官河：炮手至小八溝蒙古營河：南四家等地,基巖深井一般在50～80m深,水量 50～100 m3/h。即使大旱年間,地下水下降 10余米時,井水仍能滿足農業(yè)灌溉的需要。

3.2 第四紀松散層沖擊鉆開采區(qū)

適合于含水層中等,巖性較好。多為中粗砂與礫卵石層,透水性好,補給來源面積大,地下水逕流快?；鶐r多為中性代砂頁巖,是弱透水層,適合于沖擊鉆開采,例如：大凌河坤頭營至八家子段,泉巨永洼地等,適合于沖擊鉆開采。一般井深 12～25m,涌水量 50 m3/h。

3.3 大口井、沉圈井開采區(qū)

適合于含水層比較薄,地下水位淺,巖性比較差,多為細砂,粉細砂,透水性較差的地段。例如：北票—哈爾腦盆地中部,忙牛河,長皋河,黑城子河下游等地,適合于大口井、沉圈井開采。一般井深 8～12 m,涌水量 30～50m3。

3.4 截引潛開采區(qū)

適合于含水層比較薄,地下水比較豐富的地段,干旱季節(jié)有地下水溢出,可以采用截引潛工程或方塘提取地下水。如蒙古營躍進,土城子,松臺溝等地,水量 30～50 m3/h。

4 結論

北票市山間河谷區(qū)潛水含水層既有普遍含水的特點,又有富水不均的特征。實踐中必須運用地形、地貌、巖性、構造互相聯(lián)系有機結合的特點,由表及里的進行科學分析,從潛水含水層分布特征中總結出富水規(guī)律,從分析潛水層的差異中找出富水部位。準確布置井位。依據(jù)含水層的厚度,巖性特點,因地制宜確定開采方案,合理布置的集水工程,有效開發(fā)利用地下水資源。