甘肅西部北山區(qū)地下水的形成與分布

尹 政，趙艷娜，楊麗萍

(1.甘肅省地礦局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000;2.甘肅地質(zhì)工程勘察院，甘肅 張掖 734000)

甘肅西部北山區(qū)系指內(nèi)蒙古額濟(jì)納平原以西，甘肅金塔～安西以北的甘(肅)蒙(內(nèi)蒙古)西部山區(qū)，涵蓋了1:20萬國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)圖幅10幅。地貌上屬于荒漠化構(gòu)造剝蝕的低山丘陵區(qū)，海拔1 800～2 500 m，氣候極端干旱，降水量一般70～100 mm/a，蒸發(fā)量高達(dá)3 000～4 000 mm/a。研究區(qū)水文地質(zhì)研究程度較低，地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜，地下水的形成和分布受降雨、地貌、地質(zhì)、構(gòu)造、古地理環(huán)境及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等綜合因素的控制。降雨是地下水形成的最終補(bǔ)給來源，地質(zhì)、地貌、構(gòu)造、古地理環(huán)境、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)決定著地下水補(bǔ)給源的接受能力、賦存形式、埋藏特征及補(bǔ)給、徑流、排泄的循環(huán)關(guān)系。研究該區(qū)地下水的形成與分布，對(duì)于指導(dǎo)礦區(qū)找水，科學(xué)合理的開發(fā)利用有限的礦產(chǎn)資源，控制選礦廠的建設(shè)規(guī)模，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［1～2］。

1 降雨對(duì)地下水的補(bǔ)給作用

研究區(qū)具有降水量小、蒸發(fā)量大的特點(diǎn)。根據(jù)《馬鬃山煤礦幅》野馬街氣象站資料，1961－1976年年平均降水量為81 mm，蒸發(fā)量為3 064 mm，相差近40倍。同時(shí)降水量多集中于6、7、8三個(gè)月，多呈暴雨降落，占年降水量的60%以上。另外，降水量有隨地形增高而增大的趨勢(shì)，地形每增高100 m降水量隨之增加5 mm，因此，研究區(qū)各地年降水量約在65～90 mm。經(jīng)估算，研究區(qū)(3.98×104km2)年降水量約為30.85×108m3。依據(jù)前人研究成果，3～9月份降水量對(duì)地下水的補(bǔ)給有效，約占全年降水量的97%，因此，研究區(qū)全年大約有29.93×108m3的降雨對(duì)地下水起到了補(bǔ)給作用。

降雨滲入量的大小與降雨強(qiáng)度、地形地貌、巖石孔隙及裂隙的發(fā)育程度等均有關(guān)系。降雨不能直接補(bǔ)給第四系潛水，只能匯集于溝谷、洼地以洪流和積水的形式對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)給。研究資料表明，洪流過后溝谷地下水位普遍上升，洼地中長(zhǎng)時(shí)間積水對(duì)地下水的補(bǔ)給強(qiáng)度亦較大;山地基巖分布區(qū)，降雨通過各種巖類的節(jié)理裂隙滲入補(bǔ)給地下水，中新生界盆地周邊裸露的粗碎屑巖也可獲得雨洪水的補(bǔ)給。

研究區(qū)中低山與丘陵相間分布，中低山山體單薄，山坡陡峻，溝谷深切，顯然不利于降雨入滲。相反，丘陵及準(zhǔn)平原區(qū)坡緩，風(fēng)化殼厚度大，有利于降雨的滲入補(bǔ)給。因此，降水量相對(duì)豐富的中低山區(qū)的滲入量甚至比丘陵準(zhǔn)平原區(qū)反而小，由此可知，地形的高低、降水量的大小并不能完全決定地下水的貧富。

2 地下水的分布及補(bǔ)給、徑流、排泄條件

依據(jù)含水層的巖性結(jié)構(gòu)特征，研究區(qū)地下水可分為第四系松散巖層孔隙潛水、碎屑巖類裂隙孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水、變質(zhì)巖及巖漿巖類裂隙水、斷裂帶脈狀裂隙水五個(gè)大類。

2.1 第四系松散巖類孔隙潛水

第四系松散巖較廣泛的分布于研究區(qū)溝谷、山間洼地及山間盆地，厚度幾米至幾十米，在有補(bǔ)給源及蓄水條件的地段分布有孔隙潛水，含水層巖性一般為松散的砂、砂礫石。由于各溝谷、洼地或盆地內(nèi)含水層厚度不一，地下水的富水性也顯著不同。根據(jù)本區(qū)地質(zhì)、地貌和水文地質(zhì)條件，第四系孔隙潛水又可分為溝谷砂礫碎石層孔隙潛水、山間洼地及山間平原洼地孔隙潛水兩個(gè)亞類。

2.1.1 溝谷孔隙潛水

1)溝谷孔隙潛水的分布

研究區(qū)溝谷較發(fā)育，一般寬50～70 m，局部可達(dá)300 m，由于溝谷基底起伏不平，第四系厚度各地不一，致使溝谷第四系砂礫碎石孔隙潛水的分布亦不均勻。《明水幅》的紅柳溝系、梭梭泉溝系;《星星峽幅》的紅柳河溝系、馬蓮井溝系、炭子山溝系;《公婆泉幅》的北駱駝泉溝;《安北幅》的長(zhǎng)流溝、西石板墩溝斷續(xù)分布有孔隙潛水?！恶R鬃山煤礦幅》—《公婆泉幅》的苦泉溝系、麻黃溝系大部分地段均分布有溝谷孔隙潛水。受第四系厚度的控制，不同溝谷或同一溝谷的不同地段的富水性有明顯差異。在含水溝谷區(qū)含水層厚度一般小于 5.00 m，水位埋深0.50～3.00 m。其中，《星星峽幅》馬蓮井溝系的小草湖—馬蓮井一帶由于地下水補(bǔ)給條件好、含水層厚度大，富水性較好。據(jù)X16鉆孔資料，水位埋深0.40 m，水位降深達(dá) 1.50 m 時(shí)，單井涌水量 542.50 m3/d。

(2)溝谷孔隙潛水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件

溝谷潛水主要接受地表洪流的補(bǔ)給，一般說來，匯水面積越大，其補(bǔ)給量越大，地下水也越豐富;溝谷砂礫石含水層與基巖風(fēng)化殼直接接觸，因此溝谷潛水除接受地表洪水的垂向補(bǔ)給外，可得到基巖風(fēng)化殼裂隙潛水的側(cè)向補(bǔ)給，如《馬鬃山煤礦幅》蘆草泉地帶;溝谷第四系潛水在局部地段可通過橫貫溝谷的斷裂帶得到補(bǔ)給，如《馬鬃山煤礦幅》的牛圈子溝及巴格棱太溝局部地段;另外，受溝谷基底起伏的影響，在徑流途中溝谷潛水與基巖裂隙水轉(zhuǎn)化頻繁。溝谷潛水一般順溝向下游徑流排泄，在流經(jīng)碎屑巖類凹陷盆地時(shí)溝谷潛水可通過盆地邊緣粗碎屑巖補(bǔ)給碎屑巖類裂隙孔隙水，如《馬鬃山煤礦幅》流經(jīng)盆地內(nèi)的牛圈子溝、石板墩溝、巴格棱太溝等，在進(jìn)入盆地前蘊(yùn)藏著豐富的潛水，但流經(jīng)盆地地段經(jīng)九個(gè)試坑揭露，即使溝谷第四系厚度達(dá)24.5m也無水，很顯然豐富的溝谷潛水到盆地邊緣已全部補(bǔ)給了新近系層間承壓水(圖1);由于水位埋深淺，強(qiáng)烈的蒸發(fā)、蒸騰及泉水溢出也是其主要的排泄方式;另外，溝谷第四系潛水在局部地段可補(bǔ)給橫貫溝谷的斷裂帶，成為斷裂帶脈狀水，如長(zhǎng)流溝。長(zhǎng)流溝匯水條件較好，地下水徑流暢通，溝谷呈NE—SW向延伸，縱貫墩墩山和大奇山，溝谷長(zhǎng)度102 km，匯水面積1 322 km2，溝谷上游第四系厚度多小于5 m，溝谷中下游第四系厚度呈自北向南逐漸增厚，溝谷第四系松散層厚度最大可達(dá)50～70 m。

圖1 牛圈子溝152井段水文地質(zhì)剖面圖

2.1.2 山間洼地及平原區(qū)洼地孔隙潛水

研究區(qū)山間洼地及山間平原孔隙潛水分布較廣泛，依據(jù)所處的地質(zhì)、地貌和地下水形成條件，可分三個(gè)亞類:即由斷裂帶脈狀水補(bǔ)給的洼地潛水、由暫時(shí)性雨洪補(bǔ)給的積水洼地潛水、斷陷盆地潛水。

1)由斷裂帶脈狀水補(bǔ)給的洼地潛水

主要分布在《安北幅》的茨窩泉、青石泉及東大泉，《明水幅》的野馬泉，《馬鬃山煤礦幅》的野馬大泉東部、勒巴泉等地帶，面積較小。含水層以含泥砂碎石為主，厚度約1～4 m不等。它們處在斷裂帶的排泄地帶，除接受斷裂帶脈狀水補(bǔ)給外，還接受暫時(shí)性雨洪補(bǔ)給;潛水徑流條件較差，礦化度較高，地表鹽漬化較嚴(yán)重;地下水的排泄方式主要為蒸發(fā)、蒸騰及泉水溢出。

2)由暫時(shí)性雨洪補(bǔ)給的積水洼地潛水

主要分布在《星星峽幅》的馬蓮井、黃草泉一帶，另外在研究區(qū)地勢(shì)低洼處均有分布。潛水主要靠雨洪水的垂直入滲補(bǔ)給，多呈孤立的片狀或帶狀分布，地下水在水平方向上幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)，徑流條件較差，蒸發(fā)、蒸騰是其主要的排泄方式。

3)斷陷盆地潛水

主要分布在《馬鬃山煤礦幅》大葫蘆斷陷盆地，該盆地為低山丘陵環(huán)繞的封閉性盆地，巴格棱太溝由南向北橫穿盆地，含水層為砂礫碎石，厚度達(dá)180余米，富水性較好。地下水主要按受巴格棱太溝洪流補(bǔ)給，另外，尚可通過東西向斷層的截流得到基巖裂隙水的補(bǔ)給，通過北東向扭性斷裂由深部排泄于駝馬灘盆地。

2.2 碎屑巖類裂隙孔隙水

依據(jù)含水層結(jié)構(gòu)、地下水水力性質(zhì)，研究區(qū)碎屑巖類裂隙孔隙水大部分為層間承壓水，局部地段為孔隙裂隙潛水。

2.2.1 碎屑巖類裂隙孔隙水的分布

研究區(qū)新近系、侏羅系凹陷盆地中堆積的粗碎屑巖是構(gòu)成層間承壓水賦存的物質(zhì)基礎(chǔ);因沉積環(huán)境的變化而沉積的泥巖、粉砂巖與砂礫巖在垂向上的相間組合，構(gòu)成了層間水的賦存條件;盆地內(nèi)沉降過程中的持續(xù)下降及周邊山區(qū)的抬升，形成平緩的向斜盆地，為地下水的承壓提供了構(gòu)造條件。

另外，侏羅系盆地的局部地段由于含水層以礫巖、砂礫巖為主，缺乏隔水蓋層，后期構(gòu)造變動(dòng)，使巖層傾角較陡，達(dá)40°～60°，不具形成層間承壓水條件，形成孔隙裂隙潛水。

1)新近系層間承壓水的分布

主要分布在:《馬鬃山煤礦幅》的駝馬灘、白湖、一百廿井盆地中，以駝馬灘分布面積最大，富水性最強(qiáng);《星星峽幅》的野馬灘、黃草灘、小紅泉—坡子泉一帶第四系之下大面積分布;《舊井幅》的冒兒泉、駱駝泉一帶也有新近系層間承壓水分布，其富水性主要受含水層厚度所控制，在含水層厚度較大的地段，單井涌水量可達(dá)1 000.00 m3/d以上，在含水層厚度較小的地段，單井涌水量較小(圖2);另外，《明水幅》的吉勒大泉一帶也有分布，地下水富水性一般較差(圖3)。

圖2 駱駝泉盆地水文地質(zhì)剖面圖

圖3 M7－M9鉆孔水文地質(zhì)剖面圖

2)侏羅系層間承壓水及孔隙裂隙潛水的分布

主要分布在:《公婆泉幅》的馬鬃山南、北盆地(圖4);《紅石山幅》的紅石山北部、甜水井北部(圖5)及紅柳丘井北部地帶;《紅柳河幅》紅柳河站南部地帶;《馬鬃山煤礦幅》的條湖、紅柳溝及牛圈子—馬鬃山盆地;《舊井幅》的后紅泉盆地。甜水井及馬鬃山北盆地的地下水的富水性最強(qiáng)，單井涌水量最大可大于1 000.00 m3/d。

圖4 馬鬃山南上侏羅統(tǒng)(J3)盆地地質(zhì)剖面圖

圖5 甜水井地段水文地質(zhì)剖面圖

2.2.2 碎屑巖類裂隙孔隙水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件

碎屑巖類裂隙孔隙水主要接受凹陷盆地邊緣溝谷潛水、山區(qū)基巖裂隙水及構(gòu)造破碎帶裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給，在粗粒巖石出露地段，也可接受大氣降水垂直入滲及地表洪流入滲補(bǔ)給，但補(bǔ)給量甚少。其徑流、排泄受地形地貌、構(gòu)造及巖石的透水性所控制，總的運(yùn)動(dòng)方向與地形一致。在盆地邊緣地帶，徑流條件一般較好，滲透系數(shù)3～20 m/d，具有水流通暢及礦化度較低的特點(diǎn)，在盆地中部一般為地下水的停滯區(qū)，排泄條件甚差，礦化度較高。地下水一般排泄于溝谷孔隙含水層、斷裂帶脈狀含水層等，局部地段呈泉水溢出地表或蒸發(fā)排泄。

2.4 變質(zhì)巖及巖漿巖類裂隙水

該類型地下水分布于廣闊的丘陵準(zhǔn)平原地帶，多賦存于前中生界變質(zhì)巖及火成巖節(jié)理裂隙中，一般為潛水，掩埋于新近系沉積物之下的古風(fēng)化殼中為承壓水。巖性條件是該類型地下水形成與分布的極其重要的條件，往往巖性不同，節(jié)理裂隙發(fā)育程度不同，地下水的富水性有明顯的差異。研究區(qū)內(nèi)火成巖天然水點(diǎn)多，水量大(單井涌水量大于10.00 m3/d);變質(zhì)巖區(qū)水點(diǎn)少，水量一般小于5.00 m3/d。

該類型地下水主要來源于降雨的垂向補(bǔ)給;地下水徑流、排泄受地形地貌、構(gòu)造及巖石透水性控制，其徑流區(qū)與補(bǔ)給區(qū)基本一致，地下水徑流方向與地形一致，局部地段受斷裂帶阻隔，順構(gòu)造線方向運(yùn)動(dòng);地下水一般匯集于溝谷以潛流的形式向下游排泄，或側(cè)向補(bǔ)給新近系、侏羅系裂隙孔隙水。

2.5 斷裂帶脈狀裂隙水

2.5.1 斷裂帶脈狀裂隙水分布

研究區(qū)內(nèi)斷裂帶脈狀水主要富集于東西向主干斷裂帶和與之伴生的北東組羽狀斷裂以及南北走向的斷裂帶中，斷裂帶脈狀水的形成和富集都嚴(yán)格的受著構(gòu)造裂隙發(fā)育程度、斷裂面性質(zhì)、破碎帶寬度、補(bǔ)給等條件的限制，一般具有承壓性。依據(jù)區(qū)域構(gòu)造特征，可分為五個(gè)構(gòu)造富水帶。

1)馬鬃山弧形構(gòu)造富水帶

處于東西向斷裂與北西向斷裂帶呈截接復(fù)合的勒巴泉—雙井子一帶，為《馬鬃山煤礦幅》內(nèi)斷裂帶裂隙水較大面積分布地帶。水點(diǎn)、鹽漬洼地呈線狀密布(圖2－6)。北西向弧形斷裂及東西向逆沖斷裂，因其延伸長(zhǎng)、規(guī)模大，旁側(cè)次一級(jí)的張性斷裂發(fā)育，因此也賦存著較豐富的斷裂帶脈狀水。屬東西向構(gòu)造體系的初序次的北東向扭性斷裂較發(fā)育，旁側(cè)影響帶寬，多賦存豐富的地下水。

2)《公婆泉幅》馬鬃山南東西向斷裂富水帶

該斷裂為一壓性斷裂，斷面傾向北，為一阻水?dāng)嗔选Ｓ捎诙嗥诨顒?dòng)和規(guī)模巨大，破碎帶及其影響范圍較大，斷裂上盤處于基巖裂隙水補(bǔ)給方向一側(cè)，因此在較大溝谷附近常賦存一定量的地下水。據(jù)G17號(hào)孔抽水，降深2.47 m時(shí)，涌水量可達(dá)590.60 m3/d，但因補(bǔ)給不足，連續(xù)抽水時(shí)水位穩(wěn)定下降，水量亦明顯減少。

3)《明水幅》吉勒大泉—梭梭泉斷裂富水帶

該斷裂具有繼承性活動(dòng)，斷裂寬度30～60 m，構(gòu)造巖非常破碎，大部未膠結(jié)，局部膠結(jié)為角礫巖。該斷裂可能為一先壓后張的復(fù)活斷裂，斷裂帶及影響帶均富水。據(jù)M24號(hào)孔抽水，水位降深10.98 m 時(shí)，出水量達(dá) 616.12 m3/d，補(bǔ)給來源較為充足，在溝谷交匯處和地勢(shì)低洼地帶有泉出露。

4)《星星峽幅》獨(dú)紅山弧形構(gòu)造富水帶

該斷裂帶性質(zhì)不明，寬度約20 km，長(zhǎng)約100 km，在弧形構(gòu)造頂端，張性結(jié)構(gòu)面發(fā)育，其走向?yàn)楸睎|或北西向，有利于地下水的儲(chǔ)存，地表有溝谷通過，南部中低山區(qū)降水量較大，地下水補(bǔ)給條件較好，所以該斷裂富水性較好，單井涌水量較大。據(jù)X21號(hào)孔資料，含水層為寒武系灰?guī)r，水位降深1.90 m時(shí)，單井涌水量737.10 m3/d。

5)《安北幅》北東向斷裂富水帶

該組構(gòu)造在東部和東南部比較發(fā)育，其富水性受補(bǔ)給條件控制，在壘墩子、小泉附近地下水補(bǔ)給條件較好，所以富水。該斷裂在壘墩子發(fā)生于二疊系凝灰?guī)r和花崗巖中，屬扭性平推斷層，兩側(cè)巖性破碎，并有一近南北向的平推斷層與之相交。據(jù)A22號(hào)孔資料，當(dāng)水位降深為2.50 m時(shí)，出水量為680.00 m3/d，礦化度0.83 g/L，水質(zhì)較好。小泉地區(qū)經(jīng)勘察證實(shí)，也是一北東向斷裂富水帶。據(jù)A25號(hào)孔揭露，抽水降深2.30 m 時(shí)，出水量即達(dá)772.00 m3/d。

2.5.2 斷裂帶脈狀裂隙水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件

斷裂帶脈狀裂隙水接受基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給、深部裂隙水的頂托補(bǔ)給，一般補(bǔ)給源較遠(yuǎn)，地下水沿?cái)嗔褞Х较驈搅鳌⑴判?，一般補(bǔ)給碎屑巖類孔隙裂隙水。

3 結(jié)論

(1)依據(jù)含水層的巖性結(jié)構(gòu)特征，本區(qū)地下水可分為第四系松散巖層孔隙潛水、碎屑巖類裂隙孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水、變質(zhì)巖及巖漿巖類裂隙水、斷裂帶脈狀裂隙水五個(gè)大類。各類地下水互相轉(zhuǎn)化，水力聯(lián)系較密切，但降雨是各類地下水形成的最終補(bǔ)給來源。

(2)依據(jù)區(qū)域構(gòu)造特征，研究區(qū)大致有五個(gè)構(gòu)造富水帶，賦存較豐富的脈狀裂隙水，補(bǔ)給條件較好，可選為地下水供水水源地勘探靶區(qū)。

(3)依據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件，主干斷裂及影響帶、溝谷與斷裂交匯帶、第四系斷陷盆地、新近系盆地、侏羅及白堊系盆地等地帶，有利于地下水的富集，初步分析富水性較好，可選為地下水供水水源地勘探靶區(qū)。

(4)北部山區(qū)各類地下水的轉(zhuǎn)化是一個(gè)復(fù)雜的問題，本文僅利用已有成果進(jìn)行了初步分析，如要徹底地查清各類水的轉(zhuǎn)化關(guān)系，如:降雨及各類地下水的轉(zhuǎn)化量、轉(zhuǎn)化規(guī)律等一系列問題，尚需開展高精度的水文地質(zhì)測(cè)繪、綜合物探、鉆探等方面的工作。

［1］甘肅省地礦局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院.甘肅西部北山區(qū)水文地質(zhì)條件研究［R］，2010.

［2］甘肅省地礦局第二水文地工程地質(zhì)隊(duì).河西走廊及北山地區(qū)地下水資源報(bào)告［R］，1984.