廣州都會(huì)地區(qū)巖溶含水巖組的分布及水文地質(zhì)特征研究

徐社美

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州510080)

都會(huì)片區(qū)位于廣州市中部，為廣東省珠江三角洲沖積平原的腹地，城市化程度高，是國內(nèi)外著名的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和高速發(fā)展地區(qū)，包括規(guī)劃中的都會(huì)片區(qū)主體(不包括白云新城)。

片區(qū)地勢上總體為北高南低，地貌類型屬于丘陵盆地和珠江三角洲沖積平原地區(qū)?？蓜澐譃榈蜕角鹆陞^(qū)、臺(tái)地區(qū)、沖積平原區(qū)三個(gè)地貌類型區(qū)域:最高峰為白云山的摩星嶺，海拔372.1 m，臺(tái)地區(qū)海拔10～50 m，沖積平原區(qū)海拔多數(shù)在10 m以下。

工作區(qū)地處南亞熱帶，區(qū)內(nèi)氣候溫和濕潤、雨量充沛，屬南亞熱帶典型的季風(fēng)海洋氣候。每年4～9月為雨季，降雨量為全年的82.1%，尤其以5～6月份降雨量最多，占全年的32.8%。每年10月至次年3月為旱季。潮濕系數(shù)0.78～1.42，濕度為適中-濕度充足帶。

全年平均氣溫20℃～22℃，市區(qū)近十五年年均降雨量為1 700 mm以上;具有溫暖多雨、光熱充足、溫差較小、夏季長、霜期短等氣候特征。［1］

廣州市地處南方豐水區(qū)，屬珠江水系河口區(qū)范圍，過境水資源相對豐富。其中都會(huì)片區(qū)內(nèi)河網(wǎng)發(fā)育，主要河流有巴江(白坭河)、流溪河、以及支流增河、海珠涌、黃浦涌、官洲河、花地河等。河流受潮汐影響明顯尤其是南部三角洲平原地區(qū)。

1 地層與構(gòu)造

廣州市在構(gòu)造單元上屬華南褶皺系粵北、粵東北—粵中拗陷帶的粵中拗陷區(qū)。市內(nèi)大面積分布花崗巖類巖石，西南部為沉積地層，南部為三角洲沉積及花崗巖類臺(tái)地。區(qū)內(nèi)地層、侵入巖發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。

從第四紀(jì)地層到元古代、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)及白堊紀(jì)地層基巖以及侵入巖均可見，另外可見有少量的火山巖。

片區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，規(guī)模不等的多組斷裂相互交錯(cuò)，構(gòu)成該片區(qū)的主要地質(zhì)構(gòu)造類型，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有三組斷裂構(gòu)造，分別為北東向、北西向及東西向斷裂。這三組斷裂相互交切，形成網(wǎng)狀、棋盤格子狀的格局;三組斷裂又分別可以進(jìn)一步劃分為規(guī)模不一的斷裂構(gòu)造帶(組)北東、北西向斷裂組在本區(qū)最為發(fā)育，以廣從斷裂帶、白坭—沙灣斷裂組和獅子洋斷裂組為代表。片區(qū)內(nèi)的褶皺構(gòu)造常見，但絕大部分為露頭尺度的極為復(fù)雜的深熔揉流褶皺，具可填性的有一定規(guī)模的褶皺主要為花縣復(fù)向斜以及龍歸向斜，分布于片區(qū)的西部。

2 巖溶含水巖組的分布及其水文地質(zhì)特征

通過對地面調(diào)查資料、鉆孔坐標(biāo)、標(biāo)高、分層巖性、時(shí)代、巖性特征、抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)、水質(zhì)分析資料進(jìn)行分析整理，完成了研究區(qū)地下水的類型的劃分，基本查明了都會(huì)地區(qū)巖溶含水巖組的分布、埋深、巖溶發(fā)育特征、富水性、水化學(xué)特征和補(bǔ)徑排分區(qū)等。

2.1 地下水類型的劃分

在上述資料整理的基礎(chǔ)上，并按照地下水賦存形式、含水介質(zhì)條件、含水層巖性等，廣州市都會(huì)地區(qū)地下水類型可劃分為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖裂隙溶洞水(巖溶水)、紅層孔隙裂隙水和基巖裂隙水四大類。其中，松散巖類孔隙水可分為潛水和承壓水兩個(gè)亞類，紅層孔隙水又可分為紅層孔隙裂隙巖溶水和紅層孔隙裂隙水兩個(gè)亞類，巖溶水可分為裸露型和覆蓋型兩個(gè)亞類，基巖裂隙水可分為層狀構(gòu)造裂隙水和塊狀構(gòu)造裂隙水兩個(gè)亞類，本次研究工作的重點(diǎn)為巖溶水。

2.2 碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖(組)

碳酸鹽巖裂隙溶洞含水層主要有下二疊紀(jì)棲霞組(P2q)灰?guī)r、中上石炭紀(jì)壺天組(C2ht)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、下石炭統(tǒng)石磴子組(C1)和曲江組(C1q)灰?guī)r白云質(zhì)灰?guī)r和三疊紀(jì)的大冶組(T1d)以及莘莊組(E1x)及土布 心組(E1-2b)的紅層孔隙裂隙巖溶水等組成。工作區(qū)內(nèi)廣泛分布于廣花盆地復(fù)式背、向斜核部，呈北東-南西向條帶狀展布，除零星小面積為裸露外，其余均為第四紀(jì)或紅層覆蓋。分布面積90.58 km2，常組成背(向)斜儲(chǔ)水構(gòu)造。巖溶發(fā)育受巖性、構(gòu)造、侵蝕基準(zhǔn)面和地下水循環(huán)條件控制，發(fā)育程度和發(fā)育深度都不均勻，加上溶洞充填程度和充填物性質(zhì)不同，其富水程度差異很大，從江村水源地勘探資料來看，同一裂隙溶洞含水層，因所處構(gòu)造部位不同，其富水程度一般相差20～30倍。相對來說，棲霞組灰?guī)r和壺天組灰?guī)r富水性最好，石磴子組灰?guī)r次之，大冶組、曲江組灰?guī)r更次之?，F(xiàn)將各含水巖組的水文地質(zhì)特征分別敘述如下:［3］

2.2.1 棲霞組(P2q)灰?guī)r裂隙溶洞水

主要分布于江村向斜軸部及新市向斜兩翼、大石-沙溪、鶴崗西等地段，分布面積10.18 km2。巖性為灰黑色厚層狀灰?guī)r、燧石灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r。該層區(qū)內(nèi)埋深在11.0～277.93 m。揭露標(biāo)高在 -266.24～ -0.1 m。溶洞非常發(fā)育，鉆孔溶洞發(fā)育，揭露該層鉆孔平均一孔一個(gè)左右，溶洞大部分有填充，充填物為一般粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、少數(shù)為巖塊、石塊，溶洞發(fā)育埋深一般13.3～66.72 m，溶洞揭露標(biāo)高在-64.27～-2.37 m之間，溶洞大小差別大其高度從幾厘米到十幾米不等，一般0.2～12.24 m，平均高度 2.79 m。溶洞累計(jì)厚度占比較大達(dá)到12.94%。水量豐富地區(qū)有江村、嘉禾-肖崗、平沙-白沙湖等地。溶洞充填物少，連通性好，富水性強(qiáng)。水位埋深1.71～2.38 m，單井涌水量最高可達(dá)3 648 m3/d，水化學(xué)類型以 HCO3.Cl-Na.Ca為主，局部HCO3-Ca型，礦化度0.139～0.67g/L。水量中等的地區(qū)主要有古樓場一帶、沙溪-勤星村等地。巖溶發(fā)育較差，溶洞連通性尚好，水位埋深 0.2～2.1 m，單井涌水量 100.2～184.42 m3/d，平均 142.1 m3/d，水化學(xué)類型為 HCO3.Cl-Ca.Na和 HCO3-Ca型，礦化度 0.317～0.65 g/L。水量貧乏的地區(qū)主要在新市向斜兩翼等地。巖溶發(fā)育差，溶洞連通性差，水位埋深 1.78～2.45 m，單井涌水量 6.76～67.01 m3/d，平均 36.88 m3/d，水化學(xué)類型為 HCO3.Cl-Ca.Na 型或 HCO3-Ca型，礦化度 0.139～3.192 g/L。

2.2.2 壺天組(C2ht)灰?guī)r裂隙溶洞水

主要分布于江村向斜及新市向斜兩翼等地段，分布面積44.5 km2。巖性為灰白色灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r微晶-隱晶結(jié)構(gòu)，質(zhì)純。區(qū)內(nèi)該層埋深一般6.12～109.69 m，揭露標(biāo)高在-106.06～5.94 m之間。溶洞非常發(fā)育，鉆孔溶洞發(fā)育頻率平均一個(gè)鉆孔揭露一個(gè)左右，溶洞充填程度不一，約2/3以上有為充填和半充填溶洞，其中頂部溶洞為充填洞;中、下部溶洞半充填或無充填。充填物主要為淤泥、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂類、少數(shù)碎石、塊石等。溶洞發(fā)育深度在11.2～233.86 m，溶洞揭露標(biāo)高在 -125.57～2.24 m 之間，溶洞大小差別大，其高度從幾十厘米到十幾米不等，一般0.2～19.25 m，平均高度1.96 m。溶洞累計(jì)厚度占比達(dá)到14.6%。水量豐富地區(qū)有江村古樓崗-新鎮(zhèn)莊-唐閣村一帶。溶洞連通性好、富水性強(qiáng)。水位埋深0.18～2.96 m，單井涌水量1 451.39～6 547 m3/d。平均涌水量 3 832.59 m3/d，水化學(xué)類型以HCO3-Ca型為主，局部為HCO3-Ca.Mg型，礦化度0.145～0.27 g/L，一般小于0.3 g/L。水量中等地區(qū)主要江村西、夏茅-平沙、白云新城等地段。巖溶較發(fā)育，溶洞連通性較好。水位埋深 0.5～8.45 m，單井涌水量 221.5～613.2 m3/d，平均367.3 m3/d。水化學(xué)類型以 HCO3-Ca型為主，局部為 Cl.HCO3-Na.Ca型，礦化度 0.21～ 9.96 g/L。一般小于0.51 g/L。水量貧乏地區(qū)主要分布于江高鎮(zhèn)西的鶴邊-小塘村一帶，巖溶發(fā)育一般較弱，溶洞充填率高，溶洞連通性差，富水性弱。水位埋深0.96～3.0 m，單井涌水量5.53～ 38.73 m3/d，平均 16.78 m3/d。水化學(xué)類型以 HCO3-Ca為主，部分地區(qū) HCO3.Cl-Ca.Na型，礦化度 0.35～3.21 g/L。

2.2.3 石磴子組(C1)灰?guī)r裂隙溶洞水

主要分布于鶴崗向斜兩翼，鴉崗、唐閣-大朗村-大崗村-亭崗村-興隆一帶等地。分布面積13.25 km2。巖性主要為灰白-灰黑色灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r部分夾炭質(zhì)頁巖，溶洞發(fā)育，該層揭露埋深在8.9～34.81 m，該層揭露標(biāo)高在 -29.91～12.44 m。巖溶發(fā)育，該層平均每個(gè)鉆孔有一個(gè)巖溶發(fā)育，溶洞埋深一般 10.1～182.96 m，巖溶發(fā)育標(biāo)高在 -181.46～6.29 m之間，溶洞充填程度較好，大部分有充填，充填物一般為粘土、粉質(zhì)粘土和少量的、砂礫石塊等，溶洞大小差別大，其高度從幾十厘米到幾米不等，一般0.1～10.7 m，平均高度1.97 m。溶洞占比大達(dá)到6.55%。溶洞發(fā)育水量豐富地段有河塱沙-鴉崗、蚌湖西的塘貝-新鎮(zhèn)莊等地段，溶洞連通性好、富水性強(qiáng)。水位埋深一般為0.36～5.77 m，單井涌水量 1 115.13～3 809 m3/d，平均 2 562.61 m3/d，以江村塘貝南地段富水性最強(qiáng)。水化學(xué)類型以HCO3-Ca型為主，部分為Cl.HCO3-Na.Ca型，流溪河水系和珠江河水系交匯的局部地區(qū)水化學(xué)類型屬 Cl-Na型，礦化度0.155～4.835 g/L。水量中等地區(qū)主要分布于蓼江村、江村茅鄉(xiāng)、石井紅星等地段。巖溶較發(fā)育，溶洞連通性較好。水位埋深普遍為0.29～3.57 m，單井涌水量 119.87～755.38 m3/d。平均379.55 m3/d，富水性由北往南逐漸減弱。水質(zhì)類型屬HCO3-Ca 型，局部 Cl.HCO3-Na.Ca型或 Cl-Na型。礦化度 0.2～3.717 g/L。水量貧乏地區(qū)主要有鴉崗南、亭崗村等地，灰?guī)r中夾炭質(zhì)頁巖較多，巖溶發(fā)育較弱，溶洞多為粘土充填，連通性很差，富水性弱。水位埋深0.19～0.78 m，單井涌水量2.99～ 12.91 m3/d，平均 6.97 m3/d。水化學(xué)類型屬 Cl.HCO3-Na.Ca或 Cl-Na型，礦化度 0.75～2.92 g/L。

2.2.4 曲江組(C1q)灰?guī)r裂隙溶洞水

主要分布于江村向斜及新市向斜兩翼等地，呈條帶狀展布，分布面積9.6 km2。巖性主要為灰白-青灰-灰黑色灰?guī)r，常夾炭質(zhì)頁巖、泥巖、砂巖等。局部淡紅或暗紅色，微晶-隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚-巨厚層狀。區(qū)內(nèi)該層揭露埋深9.73～59.58 m，揭露標(biāo)高 -55.98～7.01 m。溶洞較發(fā)育，溶洞埋深 16.8～58.9 m，發(fā)育標(biāo)高 -54～ -13.51 m。溶洞大小變化不大，發(fā)育高度一般0.4～2.0 m，平均 0.91 m。充填程度較高，一般為半充填或全充填，充填物主要為中粗砂、卵礫石、粘土等。聯(lián)通性能較差。水量豐富地段主要集中在沙溪以南的巴江和珠江交匯的?？谝粠?。水位埋深一般0.78 m左右，單井涌水量達(dá)到5 034 m3/d。水化學(xué)類型屬于Cl-Na型，礦化度較高，可達(dá)5.57 g/L。水量中等地段主要集中在塘貝-新鎮(zhèn)莊一帶，水位埋深0.7～1.58 m，涌水量最大達(dá)到926.41 m3/d，水化學(xué)類型 HCO3-Ca型為主，礦化度 0～0.4 g/L。

2.2.5 大冶組(T1d)灰?guī)r裂隙溶洞水

僅分布于新市向斜軸部新市鎮(zhèn)一帶，面積0.80 km2，巖性為深灰色中厚層-巨厚層狀灰?guī)r或泥灰?guī)r夾泥巖、頁巖或粉細(xì)砂巖，隱晶質(zhì)-微粒結(jié)構(gòu)，該層揭露埋深一般6.6～11.7 m，揭露標(biāo)高在-4.11～ -2.26 m，水化學(xué)類型以 HCO3-Ca型為主，礦化度一般 0.22～0.50 g/L。

2.2.6 紅層孔隙裂隙巖溶含水巖組

白堊紀(jì)、古新世及始新世紅色碎屑巖(世稱“紅層”，下同)。分布于三水?dāng)嘞菖璧貣|緣、(龍歸)斷陷盆地、赤崗斷陷盆地。含水巖組包括寶月組(E2by)、大朗山組(K2dl)、三水組(K2s)、白鶴洞組(K1bh)、百足山組(K1b)、莘莊組(E1x)及土布 心組(E1-2b)。都會(huì)片工作區(qū)內(nèi)分布面積約318.51 km2，除三水盆地東緣(工作區(qū)西南邊上)，赤崗等地有較大面積露頭外，大部分地區(qū)被第四系松散層覆蓋。

紅層當(dāng)中由于莘莊組(E1x)及土布 心組(E1-2b)為泥巖、砂巖、灰質(zhì)礫巖夾泥灰?guī)r、灰?guī)r、石膏(薄層、脈狀)及巖鹽等可溶巖層，溶隙比較發(fā)育，局部有溶洞發(fā)育，含水中等-豐富。將其單獨(dú)列出，定為紅層孔隙裂隙巖溶水，其他的不含可溶巖層的紅層巖體定名為紅層孔隙裂隙水。

莘莊組(E1x)及土布 心組(E1-2b)主要分布于龍歸-竹料、芳村以西一帶，其中土布 心組埋深在10～37 m左右，揭露標(biāo)高在 -35.78～0.34 m。莘莊組揭露埋深在0～43.7 m，揭露標(biāo)高在-43.7～23.08 m。富水性中等 -豐富為主，部分貧乏。水量豐富的地區(qū)主要分布在龍歸一帶，水位埋深0.36～4.55 m，單井涌水量 1 155～12 248 m3/d。平均4 631.92 m3/d。水化學(xué)類型以 HCO3-Ca.Na為主，局部HCO3.Cl-Na.Ca型，礦化度 0.185～ 0.355 g/L。水量中等地區(qū)主要分布在芳村西的沙溪、夏崗北等地，水位埋深0.64～2.1 m，單井涌水量 129.46～ 431 m3/d。平均 263.05 m3/d。水化學(xué)類型為 HCO3-Ca或 Cl-Ca.Na型，礦化度0.215～5.37 g/L。水量貧乏地區(qū)主要分布在南崗村-夏港-黃埔及番禺紫坭一帶、欖核-沙灣-石樓以南和潭洲-魚窩頭以北地區(qū)、鐘村街辦-沙灣街辦東部、大石街辦-南村一帶地段。鉆孔揭露較少，水位埋深0.95～1.18 m，單井涌水量 71.54～ 89.64 m3/d，平均 78.73 m3/d。水化學(xué)類型屬Cl-Ca.Na或 Cl.SO4-Na型，礦化度 0.759～10.75 g/L。

2.3 巖溶含水層補(bǔ)徑排分區(qū)及其水化學(xué)特征

工作區(qū)巖溶水主要位于徑流帶，水化學(xué)類型以HCO3.Cl-Ca.Na型或者 Cl.HCO3-Na.Ca為主，部分地區(qū)大田村 -江高-西湖-水瀝-公和市一帶、白云山西一帶主要為HCO3-Ca(Ca.Na)型，白坭河鶴崗以下河流兩岸地區(qū)Cl-Na.Ca型為主，局部為 HCO3.Cl-Na型。礦化度 0.24～0.878 g/L，總硬度 2.37～ 6.33 mmol/L，pH6.5～ 7.6。巖溶水排泄區(qū)主要分布于舊田地-螺溪村-田心-瑤臺(tái)村-流花以北，由于巖溶水徑流被紅層阻隔，形成地下水排泄區(qū)。該區(qū)巖溶水上覆第四系厚度大，徑流排泄不暢，水化學(xué)類型為 Cl-Na·Ca型，礦化度 0.753～3.717 g/L，屬微咸 - 半咸水，總硬度 6.2～19.53 mmol/L，pH 值為 7.2～7.6。［4］

3 結(jié)語

巖溶發(fā)育地區(qū)往往是城市主要供水水源地，同時(shí)巖溶的發(fā)育對城市規(guī)劃建設(shè)有著重要的影響。因而摸清城市巖溶含水巖組的分布、巖溶發(fā)育情況及其富水性、水化學(xué)特征等，對于巖溶地區(qū)地下水的開發(fā)、利用和保護(hù)意義重大，同時(shí)在城市的規(guī)劃、建設(shè)和管理中有著重要的指導(dǎo)意義。

研究工作主要通過利用工作區(qū)的200多個(gè)水文地質(zhì)鉆孔和抽水試驗(yàn)、100多份水質(zhì)分析資料、1 000多個(gè)工程地質(zhì)鉆孔資料以及110多個(gè)第四系鉆孔并結(jié)合專項(xiàng)工作中地面調(diào)查、地下水長觀等資料進(jìn)行。通過對各類調(diào)查資料的分析整理，基本查明了都會(huì)地區(qū)巖溶含水巖組的分布、埋深、巖溶發(fā)育特征、富水性、水化學(xué)性質(zhì)和補(bǔ)徑排特征等。

1)廣州都會(huì)地區(qū)碳酸鹽巖巖溶含水巖組主要包括下二疊紀(jì)棲霞組(P2q)灰?guī)r、中上石炭紀(jì)壺天組(C2ht)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、下石炭統(tǒng)石磴子組(C1)和曲江組(C1q)灰?guī)r白云質(zhì)灰?guī)r和三疊紀(jì)的大冶組(T1d)以及莘莊組(E1x)及土布 心組(E1-2b)的紅層孔隙裂隙巖溶水含水巖組。

2)巖溶含水巖組廣泛分布于廣花盆地復(fù)式背、向斜核部，呈北東-南西向條帶狀展布，除零星小面積為裸露外，其余均為第四紀(jì)或紅層覆蓋。常組成背(向)斜儲(chǔ)水構(gòu)造。

3)巖溶發(fā)育受巖性、構(gòu)造、侵蝕基準(zhǔn)面和地下水循環(huán)條件控制，發(fā)育程度和發(fā)育深度都不均勻，加上溶洞充填程度和充填物性質(zhì)不同，其富水程度差異很大，總體上，棲霞組灰?guī)r和壺天組灰?guī)r富水性最好，石磴子組灰?guī)r次之，大冶組、曲江組灰?guī)r更次之。

［1］廣東省地質(zhì)局編.廣東省區(qū)域地質(zhì)志.地質(zhì)出版社.1988，12.

［2］廣東省地質(zhì)調(diào)查院.廣州城市地質(zhì)調(diào)查總體設(shè)計(jì).廣東省地質(zhì)調(diào)查院.2006，8.

［3］廣東省地質(zhì)調(diào)查院.廣州城市三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查-都會(huì)-南沙片區(qū)調(diào)查報(bào)告1:50000.廣東省地質(zhì)調(diào)查院.2009，12.

［4］廣東省地質(zhì)局編.區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告(花縣幅).1980，12.