對低山丘陵區(qū)基巖裂隙水富存差異性的分析與探討

劉　冰

(遼寧省北票市水資源辦公室，遼寧 北票 122100)

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對低山丘陵區(qū)基巖裂隙水富存差異性的分析與探討

劉冰

(遼寧省北票市水資源辦公室，遼寧 北票 122100)

[摘要]低山丘陵區(qū)基巖裂隙水分布埋藏極不均一，含水層分布在水平和垂直方向上異差性大，涌水量大小相差懸殊。富存形式往往呈點狀、線狀、面狀賦存于巖石的裂隙中?？辈煺宜畷r，采用力學(xué)性質(zhì)分析，構(gòu)造形跡分析，物探方法測量，確定基巖裂隙水的富存部位。是低山丘陵區(qū)開發(fā)基巖裂隙水的有效方法。

[關(guān)鍵詞]基巖裂隙水；富存特點；富存形式；富存部位；確定方法

北票市地處高低起伏的剝蝕低山丘陵區(qū)，山坡植被不發(fā)育，地形高低起伏，溝壑縱橫，基巖大部分裸露地表。氣候干旱少雨，地表徑流少，河谷大部分斷流，水位連年下降，至使地下水貧乏。為解決人畜飲水，設(shè)施農(nóng)業(yè)用水，農(nóng)田灌溉用水，近幾年對尋找基巖裂隙水進行摸索與探討。通過找水實踐證明：低山丘陵區(qū)基巖裂隙水分布、埋藏極不均一。含水層分布在水平方向和垂直方向上差異性大，涌水量大小相差懸殊，富水部位難以確定，找水難度加大。結(jié)合北票市多年勘察找水，鉆探施工成功與失敗的經(jīng)驗教訓(xùn)。淺析低丘陵區(qū)基巖裂隙水的富存規(guī)律。

1基巖裂隙水富存的特點

基巖裂隙形成的地質(zhì)因素各不相同，空隙形式各異，空隙連通方式和程度差異性很大。在基巖裂隙中形成的裂隙水分布不均，涌水量相差懸殊， 地下水位在同一方向上存在差異。

1.1裂隙水富存的不均勻性

基巖裂隙水富存的不均勻性是低丘陵區(qū)地下水存在的一種普遍現(xiàn)象。地層巖性是基巖裂隙水富存不均勻的基本條件，構(gòu)造運動是基巖裂隙水富存不均的主導(dǎo)因素。實踐中在同一地層，同一方向，同一區(qū)域內(nèi)有的地段富水，有的地段貧水。有的在縱向上水量大而在橫向上水量很小。井孔在位置和方向上差幾米或十幾米涌水量大小明顯不同。2007年7月在哈爾腦鄉(xiāng)河?xùn)|組施工一眼人畜飲水井，井位布在階地后緣。第四系地層厚10 m。下部為侏羅系蘭旗組灰黑色安山玄武巖。井深70 m、水位埋深12 m、降深5 m、涌水量25 m3/h。一年后井孔32 m處塌方，無法使用。2008年在此井北9.2 m處重新施工，井深52 m、水位埋深12 m、降深33 m、涌水量1.5 m3/h。因水量不能滿足需要拔管。

兩井地層一樣，第四系地層厚度一樣，水位埋深相同。鉆探中基巖巖性不一樣，第一眼井為灰黑色安山玄武巖，第二眼井16m～22m為灰白色火山凝灰?guī)r，其下為褐紫色安山巖，顆粒細，巖性差異，使兩井富水性不均勻。

實踐證明基巖中裂隙的性質(zhì)不同，分布方向就會不一致，裂隙的張開性、連通性、切割性差異增大，富水大小不均。

2006年在南天門逆斷層，斷裂帶上布一眼鉆孔，認為斷層上盤是石灰?guī)r，巖石硬脆，裂隙應(yīng)當(dāng)發(fā)育，旁側(cè)有地表水補給?？咨?0 m，巖心為灰白色糜棱巖。即使是完整灰?guī)r，裂隙多為閉合。成井后靜水位17 m、降深25 m、涌水量3 m3/h，水量小報廢。井位北移30 m，鉆孔布在上盤影響帶上。井深60 m、水位埋深18 m、降深5 m、涌水量50 m3/h。

基巖中巖性裂隙性質(zhì)控制基巖裂隙水的分布與富存。

1.2裂隙水涌水量大小的懸殊性

基巖裂隙水賦存于巖石的裂隙空隙中，由于巖石的裂隙性質(zhì)不同，裂隙的組合方式不同，造成空隙的連同方式在各方向上差異性增大。致使相鄰鉆孔之間涌水量相差懸殊。

1993年，和尚溝電廠在黑城子河階地上施工一眼50 m深鉆孔，第四系地層厚11.6 m，靜水位2 m、降深15 m、涌水量74 m3/h。使用7年后26 m以下灰綠、灰黑色玄武巖破碎塌孔，井深剩26 m，涌水量仍能達到50 m3/h。電廠為確保發(fā)電用水，要求在原井西南10 m處再打一眼備用井，2000年5月份施工，井深62 m。第四系地層厚12 m，靜水位2.7 m，降深44 m，涌水量20 m3/h。水量相差3.7倍。(注分層抽水，兩井孔隙水均為10 m3/h)巖性同為灰綠色，灰黑色玄武巖內(nèi)夾褐紫色安山巖。取巖心看裂隙不甚發(fā)育，鉆探時沒有掉塊。分析出水量少的原因，裂隙沒連通。經(jīng)15天用活塞洗井，深井潛水泵抽水回水、井口封閉、增壓機洗井、井下放炮，應(yīng)用多種方法處理，水量達到45 m3/h。

1.3基巖裂隙水水位的差異性

基巖裂隙的性質(zhì)和裂隙展布的方向不同，基巖裂隙水在裂隙中有的有水利聯(lián)系，有的則無水利聯(lián)系。在同一地層中相隔8m的兩個鉆孔地下水位不一樣，一井抽水另一井水位無變化。

1985年在柳條村南天門逆斷層上盤影響帶灰?guī)r上施工一眼鉆孔深90 m，靜水位35 m，降深4 m，涌水量40 m3/h。2005年針織二廠在原井處建一備用水源井，在距原井8 m處施工了一眼100 m深井，靜水位45 m，水位與原井差10 m，降深25 m，涌水量15 m3/h。用空壓機抽水，兩井同時測水位。抽水5小時，原井水位無變化。

1992年岳家溝村在長城系灰?guī)r與侏羅系興隆溝組火山巖接觸帶上施工兩眼深井，一號孔與二號孔相距60 m。一號井水自流，二號井水位埋深11 m。兩眼井裂隙性質(zhì)不同，發(fā)育方向不一致，水力聯(lián)系不一樣，致使地下水位差異性大。

2基巖裂隙水的富存形式

低山丘陵區(qū)基巖裂隙發(fā)育程度，裂隙性質(zhì)，展布方向受巖性構(gòu)造控制，基巖裂隙水補給，運移，匯流、富集及富存形式受基巖裂隙連通性質(zhì)的控制。在對基巖裂隙水勘察的實踐中發(fā)現(xiàn)三種富存形式。

2.1點狀富水

基巖裂隙位置出露比較高，一般構(gòu)造形跡為接觸帶或小型褶皺構(gòu)造，構(gòu)造形跡規(guī)模小，構(gòu)造裂隙延伸距離短，切割地層淺，裂隙水補給依靠小面積表層風(fēng)化裂隙大氣降雨入滲補給。再則是接觸帶或小型向斜，背斜軸部富水空間長期接受構(gòu)造裂隙入滲儲存的裂隙水。其特點：地勢高，裂隙水補給源差，構(gòu)造規(guī)模小，富水空間小，基巖裂隙水儲存量少。裂隙水開發(fā)后，水量由大到小，供水時間由長到短。疏干快，補給慢。

2008年5月在八家鄉(xiāng)北山下部，在侏羅系砂頁巖與安山巖接觸帶上打一眼深井，孔深103 m，靜水位18 m，降深34 m，涌水量18 m3/h。當(dāng)用水20天后，涌水量逐漸減少，經(jīng)測量涌水量減少至6.5 m3/h，40天后涌水量1.5 m3/h，水位降至96 m泵頭處，經(jīng)常斷流，水位恢復(fù)很慢。

2.2線狀富水

基巖裂隙受構(gòu)造控制，呈線狀或脈狀展布。在線狀或脈狀富水空間富存裂隙水稱線狀富水。線狀構(gòu)造一般為斷裂構(gòu)造，褶皺構(gòu)造，巖脈構(gòu)造。

線狀構(gòu)造規(guī)模比較大，裂隙延伸長，切割深，連通性強，水力聯(lián)系緊密，補給面積大，基巖裂隙水豐富。

近幾年在南天門逆斷層上盤影響帶東西向布井六眼，井深從80 m到120 m不等，涌水量從40 m3/h～80 m3/h。

在興隆洼向斜，矯麻子溝背斜復(fù)褶曲、軸部及陡翼，自1975年至2009年定井八眼，深度從120～660 m，涌水量15 m3/h到70 m3/h。

2.3面狀富水

基巖裸露地表，風(fēng)化裂隙發(fā)育，雖延伸短，切割深度淺，無一定方向，但裂隙分布密集而均勻，構(gòu)成彼此連通的裂隙體系，其發(fā)育深度一般20～50 m。

噴出巖往往成層狀，在成巖過程中產(chǎn)生裂隙，裂隙性質(zhì)多張開，切割深，連通良好。風(fēng)化裂隙，成巖裂隙地層出露在適當(dāng)位置，有良好的補給來源，形成面狀富水區(qū)。

北票碳酸巖地層，有三條季節(jié)性河流穿越。河谷走向南東，碳酸巖地層傾向北西，河谷與巖層傾向斜交。碳酸巖地層易于接受地表水沿層間或?qū)娱g裂隙的補給，形成了局部面狀含水系統(tǒng)。在高出河床10～30 m的高度上，距河谷1000 m范圍內(nèi)，成井15眼，井深50～150 m不等，出水量15 m3/h～80 m3/h。但地下水位不在一個平面上。

侏羅系興隆溝組火山巖呈條帶狀東西向分布在北票市南山。北部與侏羅系北票組煤系地層灰黑色，灰綠色砂巖頁巖整合接觸。南部與長城系高玉莊組灰白色厚層條紋狀含白云質(zhì)灰?guī)r呈角度不整合接觸。近幾年在興隆溝組灰綠色玄武巖安山巖和灰紫色 熔巖的礫巖上打鉆孔4個，深度100～120 m。涌水量12 m3/h～20 m3/h。2009年市醫(yī)院安裝地源熱泵，在興隆溝組玄武安山巖上打孔126個，孔孔有水。興隆溝組地層面狀富水。主要成因，北部有北票組煤系地層砂頁巖阻水，南部有白云質(zhì)灰?guī)r地下水補給，興隆溝組玄武安山巖裂隙發(fā)育形成面狀富水帶。

3基巖裂隙水富存部位的確定方法

基巖裂隙的性質(zhì)受構(gòu)造控制，由于巖性變化和構(gòu)造應(yīng)力分布不均，至使基巖裂隙張開程度，切割深度，延伸長度，互相連通性有顯著區(qū)別。造成基巖裂隙水在空間分布不均，在平面展布方向上富水性差異性增大。在同一地層中，巖性相似，距離很近的鉆孔。民用大口井有的水量大，有的水量小，有的有水，有的無水。確定基巖裂隙水的富水部位，是低山丘陵基巖區(qū)解決人畜飲水，設(shè)施農(nóng)業(yè)用水的主攻方向。

3.1力學(xué)性質(zhì)分析確定基巖裂隙水的富存部位

地層中構(gòu)造裂隙一般走向、傾向、方位都比較穩(wěn)定，裂隙張開程度，切割深度、延伸長度發(fā)育比較好，是基巖裂隙水富存的、有利部位。

構(gòu)造裂隙是在地殼運動中，構(gòu)造應(yīng)力的作用下，在巖石中產(chǎn)生的裂隙，一般情況下它的分布往往遵循一定規(guī)律。為了研究構(gòu)造裂隙的特點，首先研究區(qū)域構(gòu)造性質(zhì)。北票地區(qū)一級大地構(gòu)造以斷親山-東官營子逆斷層為界，北側(cè)屬于內(nèi)蒙地軸東部南緣部分，南側(cè)屬于燕山沉褶帶之西古中凹陷。從地質(zhì)力學(xué)觀點看，本區(qū)處在東西向復(fù)雜構(gòu)造帶與新華夏構(gòu)造體系交接部位。在這種地質(zhì)構(gòu)造作用下，區(qū)域內(nèi)多為北東50°～60°方向的褶皺與斷裂構(gòu)造。運用力學(xué)觀點分析，在褶皺軸、斷裂帶和影響帶處必定發(fā)育南西130°～140°方向上張性斷裂或張裂隙。在近南北或東西方向上發(fā)育張扭性或壓扭性構(gòu)造裂隙，利用區(qū)域性構(gòu)造受力特點分析裂隙展布方向與裂隙性質(zhì)。其次局部構(gòu)造裂隙部位采用編織玫瑰花圖，在區(qū)域內(nèi)選擇露頭清楚，構(gòu)造裂隙密集，與富水部位有密切聯(lián)系的位置，選長1米、寬1米的部位，觀察裂隙的力學(xué)性質(zhì)、長度、寬度。測量裂隙面的產(chǎn)狀要素，編織玫瑰花圖，從而了解局部區(qū)段內(nèi)不同力學(xué)性質(zhì)，不同發(fā)育程度裂隙的分布。結(jié)合地貌、巖性及裂隙水補給條件，確定基巖裂隙水的富存位置。1998年在三寶鄉(xiāng)、藍旗東溝村貧水區(qū)，通過對村南500 m處北東50°壓性斷裂主構(gòu)造分析和編織玫瑰花圖。反映南西110°～130°方向張裂隙發(fā)育，呈平行排列。斜交張裂隙發(fā)育張扭性裂隙。在村周圍進行詳細勘察，井位布在蘭旗組灰黑色玄武巖，張裂隙與張扭裂隙密集處，井深80 m，水位埋深3.5 m，涌水量13.5 m3/h。

3.2構(gòu)造形跡分析確定基巖裂隙水的富存部位

斷裂、褶皺、巖脈、侵入體是區(qū)域內(nèi)廣泛發(fā)育的構(gòu)造形跡。是構(gòu)造應(yīng)力長期作用的結(jié)果。由于構(gòu)造形跡各部位受應(yīng)力大小作用不同，各部位裂隙發(fā)育的性質(zhì)不同。富集裂隙水大小、多少亦不同。對構(gòu)造形跡進行構(gòu)造分析，確定裂隙水富存部位是行之有效的方法。

區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造大多數(shù)以北東40°～60°壓性及壓扭性斷裂為主，其中局部地段發(fā)育垂直于北東向的張性及張扭性斷裂。實踐中通過對以上斷裂帶水文地質(zhì)條件的分析與研究，勘探鉆孔的驗證，構(gòu)造斷裂常見的富水地段是：

3.2.1構(gòu)造運動劇烈的脆性巖石斷裂破碎帶

斷裂構(gòu)造劇烈，脆性巖石在斷裂破碎帶內(nèi)形成碎塊狀斷層角礫巖，膠結(jié)程度差，呈疏松狀，裂隙寬，透水性良好，含水豐富。2002年在南天門壓性斷裂帶上，施工一眼鉆孔，井深110 m，靜水位15 m，降深3 m，涌水量55 m3/h，斷裂上盤為大虹峪組石英巖，下盤為白堊紀(jì)砂巖。

3.2.2兩條或兩條以上斷裂交匯復(fù)合地段

斷裂帶交匯或復(fù)合的部位，是構(gòu)造應(yīng)力集中的部位。各種性質(zhì)的構(gòu)造裂隙互相穿插，切割。裂隙的垂直性，延伸性、連通性都比較好，易于裂隙水運移、匯流、富集。

3.2.3壓性斷裂影響帶

壓性斷裂是擠壓應(yīng)力作用形成的，斷裂帶內(nèi)多為糜棱巖，斷層泥，裂隙多閉合。但斷裂兩盤巖石在高壓條件下，必然通過兩側(cè)尤其是上盤巖石釋放應(yīng)力,誘導(dǎo)出次一級斷裂或裂隙，形成影響帶。2004年在斷親的--東官營子逆斷層北150 m影響帶上小八溝村施工一眼鉆孔，孔深70 m，水位埋深18 m，降深10 m，涌水量50 m3/h，其巖性為角閃斜長片麻巖。

3.2.4裂隙富水帶

區(qū)域內(nèi)沉積巖，火山巖地層中發(fā)育中酸性、基性閃長巖，輝緑巖、偉晶巖脈或熱液礦脈。巖脈接觸帶是侵入圍巖形成的。巖脈在形成過程中由于冷縮作用，巖脈本身形成密集的裂隙，并常具有張開性質(zhì)，有導(dǎo)水功能。巖脈形成侵入過程中對圍巖產(chǎn)生擠壓，烘烤作用，使圍巖形成一定寬度的裂隙帶，是基巖裂隙水匯集儲存的空間。

上桃村大面積出露侏羅系蘭旗組火山巖，在其上發(fā)育四條北西向閃長巖脈，長約1.5～2 km，巖脈寬3～6 m，在兩條巖脈上盤布孔，井深都為80 m，涌水量25～32 m3/h。鉆探取芯，圍巖與巖脈，裂隙發(fā)育，巖石破碎。

與此相反，巖脈侵入圍巖質(zhì)地較軟的砂巖、泥巖、頁巖的巖層中，巖脈在構(gòu)造變動中不易產(chǎn)生破裂變形，本身裂隙不發(fā)育，巖脈在地層中起到阻水作用。裂隙水在巖脈迎水一側(cè)富集。

三寶、紅石砬一帶出露地層為侏羅系土城子組一段褐紫色砂巖、頁巖與二段白紫色細砂巖與礫巖，巖石透水性差，為貪水區(qū)。2005年在輝緑巖脈上盤布井二眼，在氟石脈上盤布井三眼，井深80～110 m，涌水8～15 m3/h。

3.3物探方法測量確定基巖裂隙水的富存部位

基巖裂隙被第四系地層復(fù)蓋或深部裂隙發(fā)育狀況，在地表運用力學(xué)方法和構(gòu)造方法無法做出準(zhǔn)確的判斷時，利用物探方法進行測量可以了解基巖構(gòu)造，斷裂破碎帶，基巖裂隙的發(fā)育深度、分布范圍以及基巖裂隙水富存的部位。結(jié)合當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件，對物探測量曲線從已知到未知進行解釋判斷，能準(zhǔn)確找出基巖裂隙水的富存部位。

在找水區(qū)域內(nèi)，首先進行水文地質(zhì)勘察，在此基礎(chǔ)上布置物探勘測線，為尋找基巖裂隙，物探點間距5 m為宜，AB/2極距視第四系地層厚度，一般為地下水位埋深的1.5倍或2倍為宜，MN/2極距5～10 m。運用對稱四極剖面法進行測量，根據(jù)測量曲線找出異常點。

物探剖面測量，找出了異常點，在異常點上運用激發(fā)極化法再次進行測量。儀器一般能測出四個參數(shù)：電阻率 、極化率 、半衰時 、衰減度，分析電阻率值與三個二次場激電參數(shù)，從而判斷富水部位，裂隙埋藏深度，定出鉆孔位置。

物探方法測量是尋找隱蔽基巖裂隙水的有效方法。

4結(jié)語

低山丘陵區(qū)基巖裂隙水富存有其獨特性，富存形式有其規(guī)律性。利用力學(xué)觀點對基巖裂隙進行力學(xué)性質(zhì)的分析，確定裂隙性質(zhì)，展布方向，基巖裂隙水的富存部位。構(gòu)造形跡分析，確定不同構(gòu)造形跡裂隙共生組合規(guī)律，找出富水區(qū)段。物探測量，參數(shù)分析，確定隱蔽裂隙富水位置。

[收稿日期]2015-11-14

[作者簡介]劉冰(1980-)，女，遼寧北票人，工程師，主要從事水文水資源管理工作。

[中圖分類號]P641.135

[文獻標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)01-0248-03