北京順平巖溶水系統(tǒng)富水性分析

劉士成

（北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，北京 100195）

北京順平巖溶水系統(tǒng)富水性分析

劉士成

（北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，北京 100195）

本文在充分收集北京順平巖溶水系統(tǒng)各種勘探資料的基礎(chǔ)上，以施工的17眼探采結(jié)合井的鉆探成井、抽水試驗(yàn)為主，結(jié)合巖屑鑒定數(shù)據(jù)等資料，查明了順平地區(qū)主要含水巖組巖溶裂隙發(fā)育規(guī)律，分析了巖溶地下水富水性特征。該區(qū)主要為長(zhǎng)城系高于莊組、薊縣系霧迷山組、寒武系和奧陶系灰?guī)r含水層，單井涌水量最大可達(dá)10780 m3/d，最小4464m3/d。圈定了兩處巖溶水源地靶區(qū)，分別位于北小營(yíng)—楊鎮(zhèn)—北務(wù)一帶和馬坊—東高村一帶，為后續(xù)該區(qū)域巖溶水的合理開發(fā)和保護(hù)提供科學(xué)支撐。

北京；順平；巖溶水；勘查；富水性

0 引言

目前北京人均水資源量?jī)H相當(dāng)于全國(guó)人均的1/8，為世界人均的1/30。為可持續(xù)發(fā)展，北京提出“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”的原則。2014年12月，南水北調(diào)中線工程全線通水，外調(diào)水量10.5億m3/a。至此，地下水資源仍然占到北京供水總量的50%左右，巖溶地下水水質(zhì)好，水量豐富，是地下水資源的重要組成部分，在北京城市供水中發(fā)揮了重要作用，是北京地區(qū)寶貴的戰(zhàn)略后備水源。事實(shí)上，自20世紀(jì)80年代以來，先后在房山區(qū)磁家務(wù)、婁子水、長(zhǎng)溝、石花洞和昌平區(qū)鄧莊、化莊以及通州龍旺莊、石景山楊莊—五里坨、海淀四季青、平谷中橋和房山張坊等地建立了不同規(guī)模的水源地巖溶水（北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局等，2008；李宇等，2009；郭高軒等，2010）。

為進(jìn)一步應(yīng)對(duì)北京市水資源短缺的嚴(yán)峻形勢(shì)，確保首都水資源安全，立足北京基本市情水情，針對(duì)首都發(fā)展階段性特征，著眼京津冀協(xié)同發(fā)展，同時(shí)提高北京市巖溶水勘查開發(fā)利用水平，2011年7月市發(fā)展和改革委員會(huì)批準(zhǔn)并下發(fā)“關(guān)于批準(zhǔn)北京巖溶水資源勘查評(píng)價(jià)工程實(shí)施方案的函”（京發(fā)改[2011]1215號(hào)）。

“北京巖溶水資源勘查評(píng)價(jià)工程”是近30年來北京地區(qū)針對(duì)巖溶地下水勘查所進(jìn)行的規(guī)模最大，手段最全，成果最新的一次工作。項(xiàng)目對(duì)北京地區(qū)的巖溶地下水系統(tǒng)進(jìn)行了劃分，對(duì)巖溶水資源進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)巖溶水保護(hù)和監(jiān)測(cè)體系進(jìn)行了專項(xiàng)規(guī)劃。其中，北京順義—平谷地區(qū)巖溶水系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱順平巖溶水系統(tǒng)）是其中重要的一個(gè)子系統(tǒng)，本次工作在該區(qū)域?qū)嵤┝舜罅康乃牡刭|(zhì)測(cè)繪、地球物理勘探、鉆探和水文地質(zhì)試驗(yàn)等工作，全面分析了順平地區(qū)巖溶水的富水性特征，圈定了富水靶區(qū)，以期為該區(qū)域巖溶水開發(fā)利用提供科學(xué)支撐。

1 研究區(qū)概況

順平巖溶水系統(tǒng)屬北京地區(qū)二級(jí)巖溶水系統(tǒng)（王曉紅，2016），范圍橫跨平谷、順義、密云3個(gè)區(qū)縣，北部以巨各莊—方耳峪一帶的變質(zhì)片麻巖為界，南到北京與三河界線及青龍山—南山地表分水嶺，西以順義斷裂和二十里長(zhǎng)山斷裂為界，東到海子水庫東，北京與天津界線。總面積1253.40km2。巖溶含水巖組在山區(qū)裸露地表，分布面積368.75km2；在平谷盆地、順義北務(wù)一帶為第四系覆蓋。系統(tǒng)內(nèi)包含長(zhǎng)城系、薊縣系、奧陶系、寒武系等巖溶含水巖組，不同含水巖組間則通過斷層、地貌、河流及上覆第四系等存在著直接或間接的關(guān)系，巖溶水系統(tǒng)的補(bǔ)給來源包括大氣降水入滲、農(nóng)業(yè)灌溉回歸、第四系越流、山區(qū)非可溶巖的間接補(bǔ)給等，巖溶水向平谷盆地集中徑流，排泄包括泉水、頂托補(bǔ)給第四系和人工開采。

本次勘查項(xiàng)目在順平巖溶水系統(tǒng)共施工了勘探井17眼，其中勘探孔3眼，探采結(jié)合井14眼，實(shí)際總進(jìn)尺15516.31m，勘探井分布見圖1（北京市地質(zhì)工程勘察院，2013）。

圖1 順平巖溶水探采結(jié)合井分布圖Fig.1 Distribution map of karst water exploration and production combination well in Shunping

2 含水巖組富水性特征

順平地區(qū)的巖溶水含水巖組主要有長(zhǎng)城系、薊縣系、青白口系、寒武系、奧陶系，各含水巖組厚度、所處構(gòu)造部位、補(bǔ)徑排條件不同，其富水性也具有較大差異性。

（1）長(zhǎng)城系含水巖組

該含水巖組主要分布于平谷區(qū)東高村鎮(zhèn)青楊屯—西高村一帶，揭露高于莊組的勘探孔為SP-T-13、SP-T-14、SP-T-15孔，巖溶裂隙段的劃分主要結(jié)合鉆探過程中記錄的放空、漏失、破碎情況以及巖屑錄井中記錄的溶蝕、水銹等現(xiàn)象，在降深7.12～14.79m 時(shí)，單井涌水量為 4464～5472m3/d，單位涌水量為328～748m3/d·m，巖溶裂隙發(fā)育，富水性好（圖2）。

圖2 長(zhǎng)城系高于莊組巖溶裂隙發(fā)育段Fig.2 karst fissure development section of the Great Wall formation

（2）薊縣系含水巖組

該含水巖組主要分布于順義區(qū)龍灣屯一帶（SPT-4孔）和平谷區(qū)東高村—高家莊一帶（SP-T-16、SPT-17孔），3眼勘探孔揭露的基巖地層為薊縣系霧迷山組、楊莊組和長(zhǎng)城系高于莊組，主要巖性以深灰色密紋層藻疊層白云巖、灰色燧石條帶白云巖、深灰色藻團(tuán)白云巖、灰色白云巖、深灰色白云巖為主。

SP-T-4孔巖溶裂隙主要發(fā)育在441～528m、692～757m；SP-T-16孔 巖 溶 裂 隙 主 要 發(fā) 育 在177～235m、369～573m、709～778m；SP-T-17孔巖溶裂隙主要發(fā)育在213～310m、516～775m。本含水巖組在降深1.77～4.89m時(shí)，單井涌水量為4896～6480m3/d，單位涌水量為1325～2766m3/d·m。該含水巖組溶洞裂隙發(fā)育，富水性好（圖3）。

（3）青白口系含水巖組

該含水巖組位于順義區(qū)木林鎮(zhèn)大韓莊村西，SPT-3孔揭露地層為景兒峪、龍山組、下馬嶺組（未揭穿），在降深1.32m時(shí)，單井涌水量為5040m3/d，單位涌水量為3818m3/d·m（表1）。景兒峪組巖溶裂隙發(fā)育，富水性好；下伏龍山組、下馬嶺組巖溶裂隙不發(fā)育，富水性差。

圖3 薊縣系巖溶裂隙發(fā)育段Fig.3 karstfissure development section of Jixian County system

表1 SP-T-3井抽水試驗(yàn)結(jié)果一覽表Tab.1 results of pumping test of SP-T-3 well

（4）寒武系含水巖組

該含水巖組主要分布在順義區(qū)北小營(yíng)—楊鎮(zhèn)—北務(wù)鎮(zhèn)一帶（SP-K-1、SP-K-3、SP-T-5、SP-T-8孔），4眼勘探孔揭露的基巖地層為炒米店組、張夏組、饅頭組、昌平組，底部見青白口系景兒峪組，主要巖性以粉晶泥灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、紫紅色頁巖、巖溶蝕變灰?guī)r為主。各勘探孔巖溶裂隙發(fā)育段如下：SP-K-1孔巖溶裂隙主要發(fā)育在 168～282m、340～350m、926～959m；SP-K-3 孔巖溶裂隙主要發(fā)育在 373～551m、757～775m；SPT-5孔巖溶裂隙主要發(fā)育在251～299m、412～494m、551～599m、685～717m；SP-T-8孔巖溶裂隙主要發(fā)育 在 270～310m、350～519m、579～610m（ 圖 4）。本含水巖組在降深2.22～6.21m時(shí)，單井涌水量為2016～5904m3/d，單位涌水量為 325～2659m3/d·m，該含水巖組溶洞裂隙發(fā)育，富水性好。

（5）奧陶系含水巖組

該含水巖組主要分布在順義后陸馬莊—郭家務(wù)—大田莊一帶（SP-T-6、SP-T-9、SP-T-10孔）以及懷柔趙各莊村東（SP-T-2孔），4眼勘探孔揭露的基巖地層為石炭—二疊系、馬家溝組、亮甲山組、冶里組、寒武系炒米店組，主要巖性以花斑灰?guī)r、粉晶灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、巖溶蝕變灰?guī)r為主。

揭露本組的各孔裂隙發(fā)育情況如下：SP-T-2孔巖溶裂隙主要發(fā)育在 286～332m、365～416m、492～510m； SP-T-6孔 巖 溶 裂 隙 主 要 發(fā) 育 在346～367m、425～470m、699～715；SP-T-9孔巖溶裂隙主要發(fā)育在 403～419m、475～506m、653～668m、725～756m；SP-T-10孔 巖 溶 裂 隙 主 要 發(fā) 育 在979～1000m、1146～1195m、1348～1486m（ 圖 5）。本含水巖組在降深2.2～12.89m時(shí)，單井涌水量為4464～10780m3/d，單位涌水量為 425～2749m3/d·m，該含水巖組溶洞裂隙發(fā)育，富水性好。

圖4 寒武系巖溶裂隙發(fā)育段Fig. 4 Cambrian karst fissure development section

3 圈定富水靶區(qū)

本區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，分布區(qū)北部以變質(zhì)巖系為界，東界、南界為河北省界，西界為青白口系。巖溶類型為山區(qū)裸露型、平原覆蓋型和埋藏型的復(fù)合型，含水巖組主要是長(zhǎng)城系高于莊組、薊縣系霧迷山組、寒武系和奧陶系。

（1）巖溶地下水補(bǔ)給

區(qū)內(nèi)巖溶地下水主要接受大氣降水入滲、側(cè)向徑流補(bǔ)給以及第四系越流補(bǔ)給，另有少量的水庫滲漏入滲補(bǔ)給。在山區(qū)有些修建在灰?guī)r地層之上的水庫，滲漏問題嚴(yán)重，只起到攔蓄洪水災(zāi)害作用，增加了巖溶地下水的補(bǔ)給。

圖5 奧陶系巖溶裂隙發(fā)育段Fig. 5 Ordovician karst fissure development section

（2）巖溶泉水

研究區(qū)內(nèi)主要大泉包括：金雞泉、黃草洼泉、晏莊泉、峨嵋山泉等。隨著區(qū)內(nèi)巖溶裂隙水開采量逐年增加，對(duì)以上各泉有所截流，遇枯水年份，泉流量明顯減少，甚至斷流。金雞泉1978年9月27日流量為1m3/s（約合86400m3/d），1980年后斷流。再入黃草洼泉、小東溝泉，1993年泉流量為1～2萬m3/d，2000年黃草洼、小東溝泉流量減少到1500～3000m3/d，靈山泉在2000年開始斷流。峨眉山東溝泉群從歷史記錄數(shù)據(jù)來看，雖然溢出量不算很大，但至今從出現(xiàn)過未斷流或干凅。

（3）富水靶區(qū)

將本次施工的探采結(jié)合井的裂隙發(fā)育進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，在北小營(yíng)—北務(wù)一帶的SP-T-8、SP-T-9和SP-T-10井孔中，裂隙發(fā)育總長(zhǎng)度及裂隙發(fā)育率均較高，此處下伏為寒武系和奧陶系，深部巖溶發(fā)育。如SP-T-8勘探井，第四系厚度270m，下伏寒武系含水層自270～610m裂隙發(fā)育，單段裂隙發(fā)育長(zhǎng)度最大達(dá)到119m。此外，在馬坊—東高村一帶SP-T-14、SP-T-15和SP-T-16井孔中，裂隙發(fā)育。如SP-T-16勘探井中，自177m揭穿第四系，下伏177～972m薊縣系中均有巖溶裂隙發(fā)育，單段裂隙發(fā)育段長(zhǎng)度達(dá)58m（圖6）。此外，在北務(wù)地區(qū)開展了群孔抽水試驗(yàn)，共設(shè)置抽水主孔8個(gè)，觀測(cè)孔18個(gè)，歷時(shí)78天，結(jié)果表明奧陶系和寒武系含水層之間水力聯(lián)系微弱，奧陶系巖溶水可開采資源量小于2.02萬m3/d，寒武系可開采資源量大于1.51萬m3/d，總的巖溶水可開采量在1.92～3.59萬m3/d之間。在平谷東高村—馬坊地區(qū)，也未形成明顯的地下水漏斗，未發(fā)現(xiàn)薊縣系霧迷山組含水層與長(zhǎng)城系高于莊組含水層地下水之間有密切的水力聯(lián)系。平谷東高村—馬坊地區(qū)的可開采量在大于2.35萬m3/d。在成井后和抽水試驗(yàn)不同階段，均采取了地下水樣，水質(zhì)類型多為HCO3-Ca·Mg型和HCO3-Mg·Ca型水，達(dá)到地下水水質(zhì)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

圖6 順平地區(qū)巖溶勘探井裂隙發(fā)育統(tǒng)計(jì)圖Fig.6 Statistics of fissures in karst exploration wells in Shunping area

根據(jù)綜合抽水試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合區(qū)域巖溶地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件，對(duì)順平地區(qū)圈定了兩處靶區(qū)，即北小營(yíng)—楊鎮(zhèn)—北務(wù)（寒武系、奧陶系）靶區(qū)和馬坊—東高村（長(zhǎng)城系、薊縣系）靶區(qū)（圖1）。北小營(yíng)—楊鎮(zhèn)—北務(wù)靶區(qū)以寒武系、奧陶系巖溶裂隙水為主，巖溶裂隙發(fā)育，單井涌水量2016～10780m3/d，富水性好，可開采地下水資源潛力較大。馬坊—東高村靶區(qū)以長(zhǎng)城系、薊縣系巖溶裂隙水為主，巖溶裂隙發(fā)育，單井涌水量4464～6480m3/d，富水性好，可開采地下水資源潛力較大。

4 結(jié)論

順平地區(qū)是北京巖溶水系統(tǒng)中開發(fā)利用程度較低的地區(qū)之一，通過實(shí)施的17眼探采結(jié)合井，初步查明了各含水巖組的巖溶裂隙發(fā)育情況及富水性。依據(jù)抽水試驗(yàn)成果，勘探區(qū)探采結(jié)合井的出水量最大可達(dá)10780 m3/d（降深5.73m），最小也有4464m3/d（降深13.61m）。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件，圈定了北小營(yíng)—北務(wù)巖溶水靶區(qū)和馬坊—東高村靶區(qū)，巖溶地下水開發(fā)潛力巨大。巖溶地下水是北京地區(qū)重要的戰(zhàn)略后備水源，在開發(fā)過程中，不僅要制定科學(xué)合理的開發(fā)利用方案，而且需要同時(shí)建立完善的監(jiān)測(cè)和保護(hù)體系，防止地下水污染，以最大限度的發(fā)揮巖溶地下水效益。

北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，2008. 北京地下水[M]. 北京：中國(guó)大地出版社，368.

北京市地質(zhì)工程勘察院，2013. 北京市巖溶水資源勘查評(píng)價(jià)工程水文地質(zhì)鉆探工程（順義、平谷、懷柔標(biāo)段）勘探井總結(jié)報(bào)告[R].

郭高軒，劉文臣，辛寶東，等，2011. 北京巖溶水勘查開發(fā)的現(xiàn)狀與思考[J]. 南水北調(diào)與水利科技，9(2)：33-36+45.

李宇，郭萌，周嶸，2009. 北京地區(qū)巖溶水資源勘察工作探討[J].城市地質(zhì)，4(4)：5-9。

王曉紅，劉久榮，辛寶東，等，2016. 北京巖溶水系統(tǒng)劃分及特征分析[J]. 城市地質(zhì)，11(3)：8-15.

Discussion on Water Abundance of Karst Water System in Shunping Area,Beijing

LIU Shicheng
(Hydrogeology and Engineering Geology Team of Beijing, Beijing 100195)

This paper briefly reviews the development and utilization of karst water in Beijing's history. Based on the full collection of Beijing karst water system in Shunping exploration data, and mining pumping test data and geophysical prospecting data from 17 ground water wells, combined with drilling identification data records,this paper studies the characteristics of the karst water reserves, which are controlled by the regional tectonic,and analyzes the water enriched characteristics of regional karst water. The water-bearing rock strata are mainly Gaoyuzhuang Fm. of Changcheng System, Wumishan Fm. of Jixian System, Cambrian System and Ordovician System. The water yield of single well is up to 10780 m3/d, the minimum of 4464m3/d. It is the first time to delineate two karst water target areas in Shunyi District, which are respectively located in Beixiaoying-Yangzheng-Beiwu zone and Mafang-Donggaocun zone. This can provide scientific guide for the development and protection of the karst water in future.

Beijing; Shunping; Karst groundwater; Exploration; Water yield property

A

1007-1903（2017）04-0067-05

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.04.013

劉士成（1963- ），男，工程師，主要從事水文地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)工作。E-mail：LSC51166281@sina.com