青藏公路沿線多年凍土區(qū)的構(gòu)造融區(qū)水資源及其供水意義

耿 昕，郭彥威，李穎智，李勝濤，王秀明

(中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北保定071051)

青藏公路沿線多年凍土區(qū)絕大部分屬于無人區(qū)，只有少數(shù)地段分布有村鎮(zhèn)、道班和火車站值班人員。由于特殊的地質(zhì)、氣候環(huán)境，沿線多年凍土區(qū)的地下水開發(fā)受到局限，大多數(shù)地區(qū)的居民仍以地表水、湖塘水為生活用水來源，據(jù)水質(zhì)分析，大多數(shù)水點不符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)[1]。隨著鐵路沿線遠(yuǎn)期經(jīng)濟(jì)發(fā)展，旅游人數(shù)的不斷增加，村、鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，為使沿線居民飲水得到保障和改善，提高人民群眾生活水平，規(guī)劃建設(shè)鐵路沿線重點地區(qū)供水水源地對該地區(qū)小城鎮(zhèn)建設(shè)和工程項目建設(shè)具有重要的意義。

1 沿線重點城鎮(zhèn)及道班供水現(xiàn)狀

青藏公路沿線昆侖山口—唐古拉山口段為大片連續(xù)多年凍土區(qū)，全長約350 km，當(dāng)?shù)鼐用裼盟艿乩憝h(huán)境限制存在諸多問題，主要表現(xiàn)為資源型、水質(zhì)型缺水、凍結(jié)層下水利用程度不高、凍結(jié)層上水寒季供水缺乏保障、地下水資源開發(fā)利用不足以及受國家自然保護(hù)區(qū)限制不利于大規(guī)模開采。

五道梁—沱沱河北青藏公路八十八道班段，青藏公路西為可可西里國家自然保護(hù)區(qū)、青藏公路東為三江源國家自然保護(hù)區(qū)，受國家自然保護(hù)區(qū)限制，該段內(nèi)地下水不適合大規(guī)模的開發(fā)利用，當(dāng)?shù)鼐用穸嘁缘乇硭疄樯钣盟叶鄶?shù)水點水質(zhì)不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，冬季凍結(jié)更無法滿足日常使用。沱沱河唐古拉山鎮(zhèn)位于青藏公路八十八道班—八十九道班間，松散巖類孔隙潛水及凍結(jié)層上水水量貧乏，單井計算涌水量小于100m3/d，松散巖類凍結(jié)層下水單井計算涌水量 45.88～2455.97m3/d，礦化度最高達(dá) 12.6g/L[2]，屬水質(zhì)型缺水。據(jù)沱沱河火車站供水孔資料，單井計算涌水量240m3/d，礦化度為2.062g/L，水化學(xué)類型為 SO4·HCO3·Cl－Na·Ca·Mg型水，水質(zhì)無色、無味、透明，但經(jīng)飲用水分析報告，Cl－、SO42－、NH4+、Na+、As、溶解性總固體、總硬度等項目超標(biāo)，不適宜飲用，屬水質(zhì)型缺水。青藏公路89道班院內(nèi)民井凍結(jié)層上水在暖季現(xiàn)狀能滿足道班人員生活用水，但寒季井水凍結(jié)，供水缺乏保障，屬資源型缺水。通天河鐵路道班位于通天河盆地，地下水類型為松散巖類孔隙潛水和松散巖類凍結(jié)層下水，松散巖類孔隙潛水單井計算涌水量小于100m3/d，礦化度0.797～1.951g/L，松散巖類凍結(jié)層下水計算涌水量70m3/d，礦化度4.347g/L，水中 Cl－、、Na+、Mn2+、As項目超標(biāo)，屬水質(zhì)型缺水。雁石坪鐵路道班供水井涌水量80m3/d，但水中As、H2S項目超標(biāo)，屬水質(zhì)型缺水。溫泉谷地主要分布松散巖類孔隙潛水和凍結(jié)層下水，松散巖孔隙潛水含水層厚度31.577m，單井計算涌水量12478.7m3/d，礦化度0.55g/L，松散巖類凍結(jié)層下水含水層巖性為冰水泥礫，含水層厚度35～260.92m，單井涌水量3834.21～4686.26m3/d;礦化度0.174～0.42g/L，但沒有加以開發(fā)利用，屬地下水開發(fā)利用不足引起當(dāng)?shù)毓┧щy。沿線重點城鎮(zhèn)供水現(xiàn)狀見表1。

2 構(gòu)造融區(qū)水資源概況

2.1 青藏高原多年凍土區(qū)的地下水環(huán)境

在多年凍土區(qū)，多年凍土層構(gòu)成相對較穩(wěn)定的區(qū)域性隔水層，使地下水由原來的單一結(jié)構(gòu)變成雙層，甚至三層結(jié)構(gòu)[3]。凍結(jié)層上水含水層受季節(jié)融化層的制約，厚度薄，埋藏淺，僅受大氣降水入滲補(bǔ)給，同時又受到蒸發(fā)排泄影響，致使水位、相態(tài)不穩(wěn)定，水量隨季節(jié)性變化，水質(zhì)易遭受污染，不具備供水意義。凍結(jié)層下水由于受到上部多年凍土層的阻隔限制，其補(bǔ)給來源非常貧乏，徑流遲緩，排泄不暢，地下水在含水層中停留的時間長，水質(zhì)復(fù)雜，水化學(xué)類型多變，礦化度普遍較高，其分布和賦存規(guī)律受多年凍土分布、融區(qū)分布、構(gòu)造斷裂的展布等諸多因素的控制而變得極其復(fù)雜，水量貧富不一，水質(zhì)好壞差異懸殊，一般情況下很難找尋水量水質(zhì)均滿足的富水地帶。在強(qiáng)烈的新構(gòu)造運動和差異性高原隆升的作用下，青藏高原斷裂帶十分發(fā)育且縱橫交錯。在斷裂帶交匯處，構(gòu)造裂隙發(fā)育，地下水徑流條件極為良好，在地下水水熱作用下，減小了凍土厚度，形成斷續(xù)和連續(xù)的帶狀分布的融區(qū)，即構(gòu)造－地下水融區(qū)，賦存于該類融區(qū)內(nèi)的地下水稱之為構(gòu)造融區(qū)水。構(gòu)造融區(qū)水常富集在活動斷裂的交匯部位，呈線狀并以上升泉的形式溢出地表，循環(huán)深、水溫相對高，常成為富水帶[4]。

表1 青藏公路沿線主要村鎮(zhèn)、道班、車站現(xiàn)狀供水一覽表

2.2 構(gòu)造融區(qū)水的形成條件

挽近構(gòu)造活動及凍土的限制控制著青藏高原多年凍土區(qū)地下水的分布和運動，各種活動斷層和斷陷盆地等構(gòu)成格架，控制著地表水和地下水的徑流、排泄條件?；顒有詳嗔哑茐暮透淖兞硕嗄陜鐾羺^(qū)的熱平衡狀況，并沿斷裂帶產(chǎn)生構(gòu)造融區(qū)如青藏鐵路沿線即發(fā)育著24處構(gòu)造融區(qū)[3]。但并非所有構(gòu)造破碎帶均能形成融區(qū)。只有在破碎帶內(nèi)有地下水的賦存和循環(huán)，才可在局部形成融區(qū)。作為穩(wěn)定的熱源和傳熱媒介，地下水不斷地運移將地下熱量和暖季地表的熱量散發(fā)于凍土層中。斷裂的性質(zhì)控制著地下水發(fā)育程度。同一斷層帶內(nèi)，在斷層上盤往往發(fā)育派生的張性及張扭性斷裂，是地下水儲存和運移的良好場所。地下水釋放熱能使多年凍土層減薄，甚至形成構(gòu)造融區(qū)。而在斷層下盤，一般為壓扭性斷裂，透水性差，往往發(fā)育著多年凍土層[5]。

2.3 構(gòu)造融區(qū)水的水量、水質(zhì)

青藏高原多年凍土區(qū)的構(gòu)造融區(qū)水基本上以上升泉的形式存在，其水量、水質(zhì)主要受構(gòu)造規(guī)模、巖性的影響，規(guī)模大、賦水介質(zhì)好，地下水水量較大，水質(zhì)較好，反之則流量較小，冬季凍結(jié)呈凍脹丘的形式存在。青藏公路沿線多年凍土區(qū)的構(gòu)造泉水量水質(zhì)情況見表2。

表2 青藏公路沿線多年凍土區(qū)構(gòu)造融區(qū)水水量、水質(zhì)統(tǒng)計表

3 構(gòu)造融區(qū)水的供水意義

如表1所示，除納赤臺、西大灘和不凍泉已被利用之外，其它構(gòu)造泉均未得到開發(fā)，又如表2所示，有部分構(gòu)造泉水量可觀，水質(zhì)條件較好，如果能將其開發(fā)利用，可很大程度上緩解沿線村鎮(zhèn)的供水壓力。其中，納赤臺和西大灘兩處礦泉附近人煙稀少，無污染，青藏鐵路、青藏公路由礦泉邊通過，交通較為便利，西大灘大型鍶礦泉上升泉群最小流量45852.48m3/d，可滿足年產(chǎn)飲用天然礦泉水成品24萬 t(2000萬箱)的建廠水量，目前已投入生產(chǎn)。不凍泉地區(qū)居民目前生活用水來源完全靠不凍泉的補(bǔ)給，在豐水期可滿足日常使用，但在枯水期流量較小，故在天然泉邊上進(jìn)行了人工擴(kuò)泉，緩解了小鎮(zhèn)建設(shè)的供水壓力。

針對沿線主要城鎮(zhèn)現(xiàn)狀飲水困難地區(qū)，構(gòu)造泉資源可發(fā)揮巨大的作用。如五道梁地區(qū)，當(dāng)?shù)鼐用衲壳叭砸愿浇铀秃了疄槿粘ｏ嬘盟矗瑫r常出現(xiàn)肚痛現(xiàn)象，2010年本項目在五道梁南部山區(qū)發(fā)現(xiàn)大量上升泉群，該地距離五道梁固定居民點8 km，有簡易公路可到達(dá)，泉群豐水期平均流量為1529.28m3/d，水質(zhì)良好，可作為小型水源地進(jìn)行開發(fā)利用，屆時將解決五道梁居民飲水困難的問題。二道溝地區(qū)人畜飲水也以河水為主，飲水安全得不到保障，經(jīng)過在該地區(qū)野外調(diào)查，在青藏公路79道班和82道班附近共發(fā)現(xiàn)了4處具有供水意義的構(gòu)造泉，總流量1625.443m3/d，除細(xì)菌超標(biāo)外其它指標(biāo)均符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)處理后適合飲用，如開發(fā)利用可解決二道溝地區(qū)人畜飲水問題。青藏高原唐古拉山鎮(zhèn)沱沱河地區(qū)是青藏公路重要的交通樞紐，由于特殊的自然地理條件和氣候條件，根據(jù)沱沱河盆地供水水文地質(zhì)條件分析，該盆地水資源在時空分布不平衡，松散巖類凍結(jié)層上水水量小，而凍結(jié)層下水則賦存于湖相沉積的鈣質(zhì)粉砂巖及泥巖中，地層含鹽成份高，同時又受到地表咸水的補(bǔ)給，礦化度最高達(dá)99.1g/L，人畜不能飲用，無實際供水意義，更沒有開發(fā)利用價值，當(dāng)?shù)鼐用裼盟艿较拗疲瑢儆谒|(zhì)型缺水地區(qū)。野外調(diào)查時在青藏公路90道班處發(fā)現(xiàn)上升泉群(距唐古拉山鎮(zhèn)18km)，該構(gòu)造泉流量673.92m3/d，礦化度0.7g/L，水質(zhì)良好。該地區(qū)常駐人口數(shù)量為1679人，鎮(zhèn)內(nèi)沒有較大建筑行業(yè)，更無工業(yè)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，水資源利用主要為人類生活用水，用水標(biāo)準(zhǔn)按50 L/人·d計算，需水量為83.95m3/d，目前該地區(qū)居民已開始從此處拉水，但在水源處未加以開發(fā)，且交通不便。雁石坪鎮(zhèn)地處安多縣北部，109國道、青藏鐵路、蘭西拉光纜從這里經(jīng)過，是青藏公路重要的交通樞紐，同時，這里還有學(xué)校、政府、商店及飯店。該鎮(zhèn)位于布曲河邊三級基座階地上，當(dāng)?shù)鼐用穸啻蛎窬∷?，單井出水?2.96m3/d，為HCO3－Ca型水。雁石坪鎮(zhèn)主要以牧業(yè)為主，全鎮(zhèn)常駐人口1450人，鎮(zhèn)內(nèi)沒有較大建筑行業(yè)，更無工業(yè)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，水資源利用主要為人類生活用水，用水標(biāo)準(zhǔn)按50 L/人·d計算，需水量為72.5m3/d，總需民井5.59個，但因民井寒季凍結(jié)而導(dǎo)致飲水困難，所以該鎮(zhèn)常駐人口暖季日常生活用水可以采用民井方式供給。根據(jù)雁石坪地區(qū)遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)，需開發(fā)利用其它水源。在雁石坪北約20 km，青藏公路96道班東約20m處布曲河邊調(diào)查發(fā)現(xiàn)一控水構(gòu)造上升泉，平均流量259.2m3/d，平均水溫9℃，除細(xì)菌樣超標(biāo)外，其它均符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，可為雁石坪鎮(zhèn)遠(yuǎn)期規(guī)劃提供備用水源地。

此外，位于唐古拉山北坡的溫泉谷地內(nèi)，熱礦泉十分發(fā)育，最高熱泉溫度可達(dá)72℃。在廣闊的青藏高原多年凍土區(qū)，出現(xiàn)72℃的熱礦泉水是十分可貴的，它不但是一種天然資源，而且補(bǔ)給、徑流、排泄條件良好，并且有一定數(shù)量的F、HBO2、H2SiO3等物質(zhì)，有一定的開發(fā)利用價值[6]。

4 結(jié)語

(1)青藏公路沿線多年凍土區(qū)當(dāng)?shù)鼐用裼盟艿乩憝h(huán)境限制存在諸多問題，主要表現(xiàn)為資源型、水質(zhì)型缺水、凍結(jié)層下水利用程度不高、凍結(jié)層上水寒季供水缺乏保障、地下水資源開發(fā)利用不足以及受國家自然保護(hù)區(qū)限制不利于大規(guī)模開采。

(2)構(gòu)造融區(qū)水的形成主要受構(gòu)造斷裂的控制，在斷裂帶交匯處，構(gòu)造裂隙發(fā)育，地下水徑流條件極為良好，在地下水水熱作用下，減小了凍土厚度，形成斷續(xù)和連續(xù)的帶狀分布的融區(qū)，即構(gòu)造－地下水融區(qū)，其水量、水質(zhì)主要受構(gòu)造規(guī)模、巖性的影響，規(guī)模大、賦水介質(zhì)好，地下水水量較大，水質(zhì)較好，反之則流量較小，冬季凍結(jié)呈凍脹丘的形式存在。

(3)在氣候惡劣的青藏高原，構(gòu)造融區(qū)水資源對于青藏公路沿線的城鎮(zhèn)居民生活用水及城鎮(zhèn)建設(shè)有著舉足輕重的作用，具有重要的供水意義。

(4)為保護(hù)青藏高原脆弱的生態(tài)環(huán)境，應(yīng)合理有序地開發(fā)地下水資源。例如清水河源頭構(gòu)造泉，其流量與清水湖息息相關(guān)，若開發(fā)利用后容易導(dǎo)致湖泊萎縮甚至消失、濕地退縮、植被退化、土地沙化等環(huán)境地質(zhì)問題，故建議不開發(fā)此類構(gòu)造融區(qū)水資源。

致謝:青海省水工環(huán)調(diào)查院的譚立渭為本文稿提供了寶貴的資料，在此表示誠摯的謝意!

[1]畢煥軍.青藏高原多年凍土區(qū)地下水特征及開發(fā)利用前景分析[J].冰川凍土.2003，25(增刊1):17–19.

[2]辛元紅，李永國，賈小龍，等.長江源區(qū)生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查報告[R].西寧:青海省地質(zhì)調(diào)查院.2008.

[3]程國棟，金會軍.青藏高原多年凍土區(qū)地下水及其變化[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).2013，40(1):1－11.

[4]Fujun Niu，Zhanju Lin，Hua Liu，Jiahao Lu，Characteristics of thermokarst lakes and their influence on permafrost in Qinghai–Tibet Plateau，Geomorphology，2011，132(3):222 – 233.

[5]張森琦，曹福祥，李旭峰等.青藏公路沿線不凍泉地區(qū)構(gòu)造控水機(jī)理研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版).2011(增刊1):253－258.

[6]樊溶河，張治安.唐古拉山北坡溫泉谷地的地?zé)岬刭|(zhì)特征[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).1985(4):35－38.