貴州省變質(zhì)巖區(qū)基巖裂隙水富水分析

王漢興，鄭　朋

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴陽(yáng)　550081)

貴州省變質(zhì)巖區(qū)基巖裂隙水富水分析

王漢興，鄭朋

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴陽(yáng)550081)

摘要：貴州省變質(zhì)巖區(qū)具有獨(dú)特的水文地質(zhì)環(huán)境。近年來(lái)，隨著全球氣候變暖，省內(nèi)巖溶區(qū)地下水水位下降、地表水干枯，對(duì)區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)環(huán)境影響大，但對(duì)變質(zhì)巖區(qū)影響甚微。通過(guò)對(duì)變質(zhì)巖裂隙發(fā)育特征、富水性、變質(zhì)巖裂隙水基本特征的分析，了解變質(zhì)巖區(qū)獨(dú)特的水文地質(zhì)環(huán)境，其結(jié)果有助于該區(qū)域的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)勘探。

關(guān)鍵詞：變質(zhì)巖；裂隙水；線路工程建設(shè)

貴州省變質(zhì)巖裂隙水指賦存于前震旦系變質(zhì)巖裂隙中的地下水，天然排泄量0.139×108 m3/年。省內(nèi)變質(zhì)巖大片分布于黔東南地區(qū)，黔東北、黔中、黔北地區(qū)也有零星出露，分布面積約21 000 km2，約占全省面積的12%。變質(zhì)巖分布區(qū)域主要居住著省內(nèi)2大少數(shù)民族侗族和苗族。區(qū)域內(nèi)森林植被發(fā)育，原始生態(tài)保存完好，且泉水星羅棋布，流量小，具有“山高水高、溝溝有水”的特征。貴州省變質(zhì)巖裂隙水分布示意如圖1[1]所示。

1地質(zhì)構(gòu)造與巖性

貴州省變質(zhì)巖主要分布區(qū)域(黔東南地區(qū))屬貴州省1級(jí)構(gòu)造單元華南褶皺帶，其基底褶皺形成于早古生代末的加里東期運(yùn)動(dòng)，褶皺主要定型于新生代早期燕山期運(yùn)動(dòng)，斷裂構(gòu)造在喜馬拉雅期受到改造和加強(qiáng)。構(gòu)造主要為一系列NE和NNE向褶皺和斷裂組成，局部還發(fā)育有NNE向、NW向及NWW向扭斷層或橫張斷層。貴州省華南褶皺帶主要構(gòu)造形跡如圖2[2]所示。

圖1　貴州省變質(zhì)巖裂隙水分布示意

圖2　貴州省華南褶皺帶主要構(gòu)造

貴州省變質(zhì)巖包含2套巖群[2]：1) 下江群/丹洲群/板溪群。該變質(zhì)巖系分布廣(占變質(zhì)巖總面積的98.2%)，為淺變質(zhì)海相砂頁(yè)巖、凝灰?guī)r組成；2) 梵凈山群/四堡群(占變質(zhì)巖總面積的1.8%)，由變質(zhì)火山巖和陸源細(xì)屑巖組成。

2套巖群總厚度達(dá)萬(wàn)余m，主要巖系有板巖、變余砂巖、變余凝灰?guī)r、千枚巖、變基性溶巖、變基-超基性巖，巖體全、強(qiáng)風(fēng)化帶較深。

2變質(zhì)巖裂隙發(fā)育特征

變質(zhì)巖節(jié)理裂隙十分發(fā)育，有構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙，尤其以風(fēng)化裂隙發(fā)育最好，分布廣，在地表形成較深的風(fēng)化帶，是變質(zhì)巖區(qū)地下水貯存的主要場(chǎng)所[3]。

分布于黔東南的變質(zhì)巖系構(gòu)造主要由一系列NE、NNE向褶皺及斷裂組成(圖2)。節(jié)理裂隙發(fā)育方向受斷裂控制，以NE向(30°～50°)、NNE向及NW向(300°～320°)3組節(jié)理裂隙較為發(fā)育。

零星分布于黔東北、黔中、黔北的變質(zhì)巖處于背斜核部，橫張、縱張裂隙較為發(fā)育。如梵凈山群變余砂巖、板巖中NWW向及NNE向2組裂隙發(fā)育，地下水多沿上述2組裂隙中出露。

節(jié)理裂隙發(fā)育密度，隨所處構(gòu)造部位不同而異，一般2～15條/m，多為5～7條/m，通常在斷層帶附近或背斜軸部及傾伏端發(fā)育密度較大。裂隙發(fā)育深度不一，據(jù)鉆孔揭露，一般小于50 m，在斷裂帶附近或斷裂破碎帶(多在斷裂交匯部位)發(fā)育較深，有的地段可達(dá)100多m。

裂隙(主要指風(fēng)化裂隙)發(fā)育程度隨地形高度而變化。通常，由山腳至山頂，巖石風(fēng)化程度由弱變強(qiáng)，裂隙發(fā)育深度由淺變深，風(fēng)化殘坡積物厚度由厚變薄。地形切割淺，地勢(shì)平緩地區(qū)巖石易遭風(fēng)化，風(fēng)化殘積物易保存；地形切割深，地勢(shì)高差大的地區(qū)其風(fēng)化作用較弱，且風(fēng)化層易遭流水沖刷，風(fēng)化殘坡積物厚度變薄，僅在溝谷地帶較厚。在斷裂通過(guò)的一些地勢(shì)低洼或溝谷處，易產(chǎn)生構(gòu)造裂隙，且?guī)r石破碎，風(fēng)化深度較大。

在同一地區(qū)，處于同一構(gòu)造及地貌部位的變質(zhì)巖，由于巖性不同，其裂隙發(fā)育程度也有差異。粉砂質(zhì)板巖的板理、節(jié)理裂隙均較發(fā)育，常被切割成菱塊狀，且風(fēng)化強(qiáng)烈。

3變質(zhì)巖含水巖組富水性及地下水富集規(guī)律

3.1含水巖組的富水性

對(duì)于變質(zhì)巖含水巖組而言，其富水性主要參考枯季地下徑流模數(shù)，其次為泉水流量及鉆孔涌水量，但普遍偏小，差別也不大。

3.1.1枯季地下徑流模數(shù)

在黔東南變質(zhì)巖大片出露地區(qū)，其地表水系發(fā)育。在水文地質(zhì)單元完整的流域內(nèi)，枯季地表河(溪)的流量即近似代表相應(yīng)補(bǔ)給面積的地下水天然排泄量?？菁镜乇砗恿鞯膹搅髂?shù)近似代表相應(yīng)匯水面積區(qū)的枯季地下徑流模數(shù)，依據(jù)其規(guī)模大小，劃分為3個(gè)等級(jí)：水量豐富(枯季地下徑流模數(shù)大于6 L/s·km2)、水量中等(枯季地下徑流模數(shù)3～6 L/s·km2)、水量貧乏(枯季地下徑流模數(shù)小于3 L/s·km2)。

1) 水量豐富區(qū)。主要指白枝山背斜南端，從江縣西南部的車(chē)加背斜，以及隱江斷層、茅貢斷層與寨高斷層之間的斷塊地區(qū)。含水巖組主要是清水江組、烏葉組、甲路組。該區(qū)多為構(gòu)造中山、低山地形，切割深度500～1 200 m；植被茂密，覆蓋率60%～90%；降水量充沛，年降水量1 500～2 300 mm。由于處于背斜軸部及傾伏端或斷層發(fā)育地段，故不同序次的斷層縱橫交錯(cuò)，巖石破碎，構(gòu)造裂隙及風(fēng)化裂隙較發(fā)育，且含較豐富的構(gòu)造裂隙水及風(fēng)化裂隙水。地表溝溪發(fā)育，枯季地下徑流模數(shù)一般大于6 L/s·km2(劍河南加—黎平孟彥地區(qū)達(dá)10.7～16.8 L/s·km2)，泉水流量多在0.25～0.5 L/s之間。

2) 水量中等區(qū)。主要指雷山—南加以北，都柳江下游右岸及上游兩岸流域區(qū)。含水巖組有清水江組、平略組、番召組、隆里組。地貌為構(gòu)造中山、低山地形，切割深度500～1 500 m；植被覆蓋率40%～80%，年降水量1 200～1 800 mm。枯季地下徑流模數(shù)一般在3～6 L/s·km2，泉水平均流量多在0.2 L/s 之間。

3) 水量貧乏區(qū)。主要指錦屏—天柱、榕江平永—黎平育洞，以及都柳江下游左岸流域區(qū)，此外還包括黔東北、黔中、黔北地區(qū)。含水巖組有清水江組、梵凈山群、烏葉組、隆里組。該區(qū)為侵蝕構(gòu)造中山、低山及丘陵，切割深度500～1 000 m；森林植被覆蓋率40%～50%，局部60%～80%；年降水量1 000～1 200 mm。這些地區(qū)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，裂隙不甚發(fā)育，森林植被覆蓋率相對(duì)較低，枯季地下徑流模數(shù)一般小于3 L/s·km2。

3.1.2泉點(diǎn)流量

貴州省變質(zhì)巖含水巖組共調(diào)查泉點(diǎn)1 324個(gè)，測(cè)試結(jié)果表明，偶測(cè)流量442.234 L/s，枯測(cè)流量185.815 L/s，泉點(diǎn)枯季平均流量0.14 L/s，95.6%的泉點(diǎn)流量小于0.5 L/s。出露的泉點(diǎn)流量雖小，但不易干枯，具有“溝溝有水流”的水文地質(zhì)特征。

3.1.3鉆孔涌水量[1]

在變質(zhì)巖中鉆孔測(cè)涌水量，共調(diào)查統(tǒng)計(jì)了24個(gè)鉆孔，其涌水量均小于200 m3，其中21個(gè)鉆孔小于100 m3(占鉆孔總數(shù)量的87.5%)；鉆孔涌水量最大為157.939 m3。由于鉆孔涌水量小，一般無(wú)集中供水價(jià)值，但該區(qū)的承壓自流水在適宜地段可作為分散居民點(diǎn)的生活用水，仍有特定意義。

3.2變質(zhì)巖裂隙水富集規(guī)律

變質(zhì)巖裂隙水的富集主要受植被、地貌、巖性、構(gòu)造等因素控制。

3.2.1植被控水

在相同的地質(zhì)地貌條件下，變質(zhì)巖裂隙水富集于植被覆蓋率高的地區(qū)。森林植被有利于大氣降水的滲入補(bǔ)給，能防止水土流失，涵養(yǎng)水分，調(diào)節(jié)地表水與地下水徑流。在有林地區(qū)，50%～80%的降水滲入地下，地表徑流一般在1%左右，最大不超過(guò)10%，1 hm2林地比無(wú)林區(qū)至少多蓄水300 m3。

3.2.2地貌控水

取決于風(fēng)化帶(殼)的厚度及是否具備匯水條件。由于變質(zhì)巖遭受風(fēng)化剝蝕及流水侵蝕，沖刷作用較為劇烈，地貌控水主要有以下幾點(diǎn)。

1) 從平面分布看，地形平緩的丘陵谷地要比地形起伏大，切割深的低山、中山地區(qū)有利于地下水富集。丘陵谷地風(fēng)化作用比低山、中山地區(qū)強(qiáng)，而流水侵蝕、沖刷作用相對(duì)較弱，風(fēng)化帶及風(fēng)化殘坡積物保存較好，利于地下水富集。

2) 裂隙水多富集于地勢(shì)低洼外或山麓溝谷地帶。由于地下水水力特征為裂隙潛水，故其運(yùn)移方向受重力作用影響，由高處往低處或山麓溝谷地帶匯集，形成泉水排泄帶，尤其是在群山環(huán)抱的山間洼地或盆地，常為多條溝谷交匯部位，地下水更為富集。

3.2.3巖性控水

在同一構(gòu)造條件，同一地質(zhì)應(yīng)力作用下，硬、脆性巖石易于破碎，軟柔性巖石易形成褶曲[5]。地下水主要富集于硬、脆性巖石中，在有利的地形、地貌條件下地下水易于富集，變質(zhì)巖體的富水性順序?yàn)椋鹤冇嗌皫r>變余凝灰?guī)r>板巖。

3.2.4構(gòu)造控水

主要指褶皺和斷裂對(duì)變質(zhì)巖裂隙水富集的控制作用。

1) 褶皺控水。背斜及向斜構(gòu)造的軸部或翼部多形成谷地、盆地、緩(斜)坡及峽谷等地貌，這些地貌部位通常是變質(zhì)巖裂隙水相對(duì)富集地帶，尤其是背斜谷地，背斜傾伏端及向斜谷地地下水較富集。

背斜谷地：為變質(zhì)巖組成的背斜，其軸部縱張節(jié)理裂隙較發(fā)育，風(fēng)化作用也較強(qiáng)，背斜谷地或斜坡地帶風(fēng)化帶較厚，有利于地下水富集，在其低洼處或斷層旁常有泉水出露。

向斜谷地：為變質(zhì)巖組成的向斜谷地，風(fēng)化殼較易保存，第4系風(fēng)化殘坡積物一般較厚，利于地下水匯流富集。

2) 斷裂控水[6]。按力學(xué)性質(zhì)不同斷裂可分為張性斷裂、扭性斷裂和壓性斷裂，不同力學(xué)性質(zhì)的斷裂對(duì)地下水的富集作用不同，在通常情況下，張性、扭張性斷裂有利于地下水富集。在黔東南變質(zhì)巖大片出露區(qū)，NEE向及NNE向扭張斷裂及與其他斷裂交匯部位，地下水易于富集。此外，具有多期活動(dòng)特點(diǎn)的斷裂、張性裂隙也有利于地下水富集。

4變質(zhì)巖裂隙水基本特征

4.1補(bǔ)給、徑流、排泄條件

變質(zhì)巖裂隙水幾乎全靠大氣降水補(bǔ)給。大氣降水通過(guò)第四紀(jì)沉積物滲入風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中，或直接滲入巖石風(fēng)化帶內(nèi)。滲入量的大小與降水時(shí)間長(zhǎng)短，巖石裂隙發(fā)育程度，地形、植被等因素成正相關(guān)，即降水量大且降水時(shí)間長(zhǎng)、巖石裂隙發(fā)育風(fēng)化殼厚度大、植被茂盛覆蓋率高、地形平緩者，滲入量大；反之，則小。

變質(zhì)巖裂隙水絕大多數(shù)屬風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙潛水，其徑流方向由地勢(shì)高處往低處運(yùn)動(dòng)，潛水面形狀通常與地形起伏相適應(yīng)，具有山高水高的特點(diǎn)。局部地段的變質(zhì)巖層中賦存有承壓自流水。

排泄條件主要受地貌控制，多分散排泄于地勢(shì)低洼處、山麓溝谷地帶或在斷裂帶以泉的形式出露地表。地下水運(yùn)移深度淺，徑流途徑短，為近源排泄[7]。因此，泉水多呈分散流排泄，點(diǎn)多量小，80% 以上的泉水流量小于0.5 L/s。

4.2動(dòng)態(tài)特征

4.2.1水位動(dòng)態(tài)

變質(zhì)巖裂隙水的水位動(dòng)態(tài)受水動(dòng)力條件制約。風(fēng)化帶裂隙潛水，因系近源補(bǔ)給與排泄，水位動(dòng)態(tài)與降水量同步相關(guān)，升降迅速，年變幅一般大于10 m；層間裂隙承壓水，或受斷裂帶、硅化帶、火成巖體控制，埋藏深度大，運(yùn)移途徑長(zhǎng)，對(duì)大氣降水反映遲緩，水頭年變幅一般小于5 m。

4.2.2流量動(dòng)態(tài)

變質(zhì)巖裂隙水多屬近源排泄，泉水流量小，90%以上小于1/s，其動(dòng)態(tài)變化主要受降水量及植被等因素影響。大氣降水是影響地下水流量變化的直接因素，當(dāng)動(dòng)態(tài)變化較大時(shí)，泉流量一般變幅達(dá)10～20倍，甚至?xí)煽?，屬不穩(wěn)定性。但在植被覆蓋率較高的地區(qū)，泉流量變化相對(duì)較小，變幅一般小10倍，且不易干枯。

斷裂帶中的上升泉與鉆孔承壓自流水動(dòng)態(tài)變化相對(duì)穩(wěn)定，變幅2～5倍左右，屬穩(wěn)定型。

4.3水化學(xué)特征

4.3.1水化學(xué)類(lèi)型[1]

4.3.2礦化度

變質(zhì)巖裂隙水礦化度普遍偏低，屬低礦化度水。

4.3.3硬度

4.3.4pH值

在淺部風(fēng)化帶中的pH值一般<5，為酸性水；而承壓鉆孔中的水由于溶解礦物質(zhì)較多，為中性或弱堿性水，pH值一般<6～8。

5公路等線路工程設(shè)計(jì)勘探及工程建設(shè)需要注意的問(wèn)題

目前，貴州黔東南州大面積變質(zhì)巖區(qū)處于交通設(shè)計(jì)快速發(fā)展時(shí)期，在建及規(guī)劃的市政公路、一般公路、高速公路及鐵路較多。在工程建設(shè)中可能存在隧道涌水危害，停車(chē)(服務(wù)區(qū))及收費(fèi)站取水、用水，邊坡滑坡等大量的工程及水文地質(zhì)問(wèn)題。因此在先期的工程設(shè)計(jì)、勘探中，以及后期的工程建設(shè)、管理養(yǎng)護(hù)中需要足夠重視。

5.1隧道涌水量預(yù)測(cè)分析

變質(zhì)巖結(jié)構(gòu)較致密[8]，巖石抗水性比原巖增強(qiáng)，孔隙率較低，透水性弱，巖石內(nèi)部水力聯(lián)系差，巖石含水比較均一，地下水交替循環(huán)淺，水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單。在淺部風(fēng)化帶，地下水均勻，其隧道涌水量較?。辉谏畈枯^破碎及較完整地帶，隧道涌水量小或無(wú)水。

5.2公路沿線停車(chē)(服務(wù)區(qū))及收費(fèi)站取水、用水

變質(zhì)巖區(qū)地下水埋深淺，主要富集于地表風(fēng)化帶，地表水豐富；而深部含水量逐漸變小，鉆孔涌水量小，絕大部分鉆孔涌水量小于100 m3。故建議采用地表水，作為生活及管理用水。

5.3公路選線、勘察設(shè)計(jì)應(yīng)注意的主要問(wèn)題

變質(zhì)巖區(qū)泉水星羅棋布，分布分散，流量小，具有“山高水高、溝溝有水”的特征。在建或已建成的公路或鐵路邊坡中，因受地下水的破壞作用，有些挖方邊坡地段滑塌范圍較遠(yuǎn)。

因此，線路設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)作好地質(zhì)選線及地質(zhì)勘探工作，盡量避免線路處于高山體下方或強(qiáng)風(fēng)化層深度大段落出現(xiàn)高邊坡。特別要避免路線處于區(qū)域性斷層溝谷中，兩側(cè)形成高邊坡，處于此地形及地質(zhì)條件下的高邊坡，在已建成的公路中維持運(yùn)營(yíng)的代價(jià)極大。

在強(qiáng)風(fēng)化層深度大的高挖方段，邊坡能放緩的則放緩，不能放緩的則需加強(qiáng)錨固措施，且需強(qiáng)調(diào)并注重地下水的排、泄水設(shè)計(jì)及施工。

在高填方地段，因地下水位淺，地表水豐富，填方區(qū)沿地表一帶為排滲水的主要地帶，需作好填方基底的排滲水措施。

5.4工程建設(shè)中注意人員飲用水分析

變質(zhì)巖區(qū)水質(zhì)一般較好，利于飲用，個(gè)別地區(qū)因含氟量較高或?yàn)樗嵝运灰孙嬘?。因此，工程建設(shè)中應(yīng)注意對(duì)人員飲水源的分析。

6結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)貴州省變質(zhì)巖裂隙發(fā)育特征、地下水的富水規(guī)律、變質(zhì)巖裂隙水基本特征進(jìn)行了分析，并指出變質(zhì)巖山區(qū)獨(dú)特的水文地質(zhì)環(huán)境與可溶巖山區(qū)不同的特點(diǎn)。目前貴州省正處于城鎮(zhèn)化及交通建設(shè)快速發(fā)展時(shí)期，如果森林資源、生態(tài)平衡遭到破壞，即會(huì)出現(xiàn)地下水缺乏與水土流失的嚴(yán)重后果，因此，在城鎮(zhèn)及交通規(guī)劃中，應(yīng)重視植被保護(hù)、居民飲水監(jiān)測(cè)，在充分了解變質(zhì)巖區(qū)裂隙水的基礎(chǔ)上，做好工程建設(shè)中的工程地質(zhì)勘探、隧道區(qū)涌水量預(yù)測(cè)、工程邊坡及填方的處理及截排水設(shè)計(jì)。

參 考 文 獻(xiàn)

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Rich Water Analysis for Fissure Water in Bed Rock in Metamorphic Rock Terrains in Guizhou Province

WANG Hanxing, ZHENG Peng

Abstract:The metamorphic rock terrains in Guizhou Province exhibit the unique hydrogeological environment. With global climate warming in recent years, drop of the underground water level and drying of surface water in karst region within the province bring great influence on the hydrogeological environment greatly within the area, but slightly influence on the metamorphic rock area. By analyzing the growth features and watery of metamorphic rock cracks and basic features of fissure water in metamorphic rock cracks, this paper understands the unique hydrogeological environment in metamorphic rock area, and the results are helpful for hydrogeological and engineering geological exploration in the area.

Keywords:metamorphic rock; fissure water; construction of line project

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.003

收稿日期：2016-01-08

作者簡(jiǎn)介：王漢興(1973-)，男，貴州省安順市人，大專(zhuān)，工程師。

文章編號(hào)：1009-6477(2016)03-0010-05中圖分類(lèi)號(hào)：U412.36

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B