烏魯木齊地鐵2號線一期工程水文地質(zhì)條件分析

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(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

烏魯木齊市地鐵2號線全長19.35 km，全線共設(shè)16座車站。在烏魯木齊市地鐵2號線工程巖土勘察中，發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)大學(xué)站-平川路站區(qū)段有承壓水由工程勘察孔內(nèi)涌出的情況。由于承壓水壓力較高，對地鐵隧道施工設(shè)計的影響非常大，為安全解決承壓水降水問題以保證軌道交通2號線施工工作能夠順利進(jìn)行，本文在野外調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，并參考相關(guān)研究成果[1-6]，對烏魯木齊市地鐵2號線的地下水類型、含水層結(jié)構(gòu)特征以及地下水水位年內(nèi)動態(tài)特征含水層特征進(jìn)行了分析，進(jìn)而為烏魯木齊市地鐵2號線的設(shè)計與施工提供水文地質(zhì)依據(jù)。

1 自然地理概況

1.1 氣象

根據(jù)烏魯木齊氣象站2002～2011年氣象統(tǒng)計資料，多年平均氣溫7.88℃，年內(nèi)6～8月氣溫最高，歷年7月平均氣溫24.05℃，極端最高氣溫39.2℃(2004年7月10日)，年內(nèi)1～2月和12月氣溫最低，歷年1月平均氣溫-12.63℃，極端最低氣溫-30.0℃(2010年12月30日)。最冷月和最熱月月均溫差36.68℃，冬夏極端溫差高達(dá)69.2℃，同時由于氣候干旱，白天增溫快，夜間降溫快，一般日溫差在11℃～12℃左右。

1.2 水文

研究區(qū)內(nèi)無地表水體，在研究區(qū)范圍外北部有九家灣水庫，位于整個區(qū)域地下水流向的下游，水庫始建于上世紀(jì)70年代，因修建時未達(dá)到防洪工程設(shè)計要求，致使水庫未能達(dá)到正常蓄水位，設(shè)計庫容為116×104m3，長期以來蓄水能力不到40×104m3。自修建以來，經(jīng)過多次除險加固工程，現(xiàn)庫容量為112×104m3，每年蓄水規(guī)定在70×104m3內(nèi)，每天注入水量約6 000～7 000 m3，最深處可達(dá)12 m。九家灣水庫對本勘察影響不大。

1.3 地形地貌

研究區(qū)地處烏魯木齊河谷老滿城洼地西部馬料地一帶，屬烏魯木齊河Ⅰ級階地堆積平原與山前傾斜礫質(zhì)平原交匯地段，地形平坦，地勢西南高東北低，地面標(biāo)高在835～861 m之間，地表為硬化道路及綠化地。周邊人類活動頻凡，建筑物密集。

2 地質(zhì)條件概況

2.1 地層巖性

研究區(qū)地層巖性復(fù)雜多樣，地層與地貌成因息息相關(guān)，在烏魯木齊河河谷低地，主要分布有全新統(tǒng)沖洪積層；在山間緩傾斜礫質(zhì)平原區(qū)，主要分布有全新統(tǒng)坡洪積層；研究區(qū)西北部的崗狀臺地地層為中更新統(tǒng)沖洪積層，局部可見上更新統(tǒng)沖洪積層；研究區(qū)南部以及北部的中低山丘陵區(qū)，主要分布有二疊系及侏羅系地層。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

軌道交通2號線地處天山～興安地槽區(qū)西段，位于準(zhǔn)噶爾～北天山褶皺系的北天山地槽褶皺帶中部，位于博格達(dá)復(fù)背斜和烏魯木齊山前凹陷兩個三級構(gòu)造單元交匯處。

研究區(qū)斷裂形變強(qiáng)烈，其性質(zhì)、規(guī)模、分布均明顯受構(gòu)造運(yùn)動的控制，其共同特點(diǎn)主要是：走向基本為北東、北東東向；斷層與褶皺構(gòu)造緊密相伴，多發(fā)育其翼部，與褶皺軸向相一致。其中對區(qū)內(nèi)地質(zhì)、水文地質(zhì)影響較大的斷裂有雅瑪里克斷裂，西山斷裂。

3 研究區(qū)水文地質(zhì)條件分析

3.1 地下水類型及補(bǔ)徑排條件

根據(jù)含水層時代、巖性組合、埋藏條件等特征，將研究區(qū)地下水類型劃分為：碎屑巖類裂隙孔隙水和松散巖類孔隙水。其中，松散巖類孔隙水根據(jù)含水層特征可劃分為單一結(jié)構(gòu)潛水、雙層結(jié)構(gòu)潛水-承壓水兩種類型。

3.1.1 碎屑巖類裂隙孔隙水

主要接受大氣降水、上游溝谷地表水的入滲補(bǔ)給，補(bǔ)給源缺乏，徑流緩慢，水交替遲緩，以泉的形式排泄，或以地下徑流形式側(cè)向注入山前地帶或北部平原地下水。

根據(jù)收集的同位素資料，雅瑪里克山地下水除接受少量降水入滲補(bǔ)給外，主要接受西山農(nóng)場一帶第四系孔隙水地下徑流補(bǔ)給。徑流方向為斷裂構(gòu)造和巖層走向基本一致，呈北東向，最終排泄于水磨河。

3.1.2 松散巖類孔隙水

地下水的補(bǔ)給，一是來自西山無名溝的泉水的入滲補(bǔ)給，二是來自大氣降水補(bǔ)給，三是綠化灌溉入滲補(bǔ)給，四是來自西山斷裂北支的充水?dāng)嗔?。根?jù)以往資料及本次水化學(xué)分析成果，認(rèn)為地鐵2號線馬料地站至平川路站區(qū)域內(nèi)地下水補(bǔ)給來源中前三項補(bǔ)給水量較小，主要來自斷裂帶的充水補(bǔ)給，靠近斷裂帶附近，補(bǔ)給量約94.01×104m3/a，遠(yuǎn)離斷裂帶承壓水區(qū)，補(bǔ)給量約6.42×104m3/a。潛水地下水總體徑流方向為西南向東北，流向50°～70°，平均水力坡度為15‰，地下水徑流暢通。承壓水受西山斷裂北支控制，地下水流向在斷裂帶北側(cè)為東南-西北50°，水力坡度28‰，斷裂帶南側(cè)為西北-至東南50°，水力坡度52‰，承壓水與上部潛水沒有明顯的越流關(guān)系。潛水排泄主要以側(cè)向徑流流出、潛水蒸發(fā)及少量耗于人工開采方式排泄，承壓水在馬料地街一帶形成承壓自流水，面積約0.1 km2，自流量10～35 m3/d，主要以人工開采以及泉點(diǎn)形式排泄。

3.2 含水層結(jié)構(gòu)特征

3.2.1 碎屑巖類裂隙孔隙水

南部雅瑪里克山區(qū)地層巖性為上二疊統(tǒng)粉砂巖、斷層角礫巖、硅質(zhì)粉砂巖，含水層巖性為白云質(zhì)粉砂巖，鉆孔控制深度為150.01 m，含水層段位于86.25～150.01 m，含水層厚度63.78 m。

研究區(qū)第四系下伏上侏羅統(tǒng)含水層巖性為砂巖，以平川路G3鉆孔為例，控制深度41 m，水位埋深3.51 m，含水層不連續(xù)，分為三段，含水層層段分別位于15.8～26.2 m，28.4～35.2 m以及38.6～41 m，含水層厚度19.6 m,滲透系數(shù)36.82 m/d。含水層隔水頂板巖性粉土，頂板埋深10.5 m，厚4.8 m，含水層隔水底板埋深27.2 m，巖性為泥巖。

3.2.2 第四系松散巖類孔隙水

(1)單一結(jié)構(gòu)潛水

含水層巖性為全新統(tǒng)的洪積松散堆積物粉土、含礫粉土、角礫。根據(jù)研究區(qū)東部農(nóng)業(yè)大學(xué)鉆孔數(shù)據(jù)，17 m深度內(nèi)，地層巖性均為含礫粉土，5～15 m判定為含水層段，水量中等。侏羅系的礫巖構(gòu)成潛水含水層底板，底板埋深17 m左右，且由東向西，逐漸變深。此外，根據(jù)本次在研究區(qū)西部大慶路施工的CY9、G13孔資料揭露，控制深度30 m范圍內(nèi)，含水層巖性亦為粉土，埋深9 m左右，厚度較薄，約2 m左右，侏羅系的泥巖構(gòu)成潛水含水層底板。由此可以看出，單一結(jié)構(gòu)潛水含水層沿地下水的流向方向，含水層巖性變化不大，但厚度逐漸變厚，富水性由弱變強(qiáng)。

(2)雙層結(jié)構(gòu)潛水-承壓水

總體上，承壓水區(qū)上部潛水含水層較為單一含水層巖性，為全新統(tǒng)的洪積松散堆積物粉土、含礫粉土，礫石含量約15%～30%,礫徑0.2～2 cm，屬弱含水層。根據(jù)QS2孔井中流量儀測試數(shù)據(jù)，15 m深度內(nèi)，在5.2～6.4 m和12.8～13.2 m段存在明顯的出水部位。下部承壓水含水層巖性為圓礫及角礫，粒徑0.2～2 cm，最大可達(dá)4 cm，為較好的含水層。含水層結(jié)構(gòu)特征在斷裂帶南北兩側(cè)差異明顯。

斷裂帶及其以北區(qū)域，含水層呈條帶狀分布，平均厚度約3～4 m，由南向北逐漸變厚，在靠近克拉瑪依西街區(qū)域厚度最大，約14 m左右，承壓含水層隔水頂板巖性為粉土，頂板埋深14 m左右，厚度約3～5 m。承壓含水層隔水底板巖性為泥巖，埋深約15～19 m左右，揭露最大厚度24.2 m。

斷裂帶南部區(qū)域，含水層亦呈條帶狀分布，在馬料地街北一巷以西地段，以G6孔為例，62 m控制深度內(nèi)，可見兩層承壓水含水層，巖性均為圓礫，第一層承壓含水層埋深32.6 m，厚度16.4 m，含水層隔水頂板巖性為粉土及粉質(zhì)粘土，埋深約17 m左右，厚度約15 m，含水層隔水底板巖性為粉質(zhì)粘土，埋深49 m。第二層承壓含水層埋深54.6 m，厚度約2.6 m，第一層承壓含水層隔水底板既是該層承壓含水層隔水頂板，厚度約5.6 m，底板巖性為泥巖，埋深57.2 m，揭露厚度4.8 m。在馬料地街北一巷以東區(qū)域，亦可見雙層承壓水含水層，以G8孔為例，第一層承壓含水層巖性為角礫，埋深18.4 m，厚度6.6 m，含水層隔水頂板巖性為粉土，埋深16 m，厚度約2 m，含水層隔水底板巖性亦為粉土，埋深25 m。第二層承壓含水層巖性為圓礫，埋深39.4 m，厚度7 m左右，隔水頂板巖性為粉質(zhì)粘土，埋深33.6 m，厚度5.8 m，含水層隔水底板巖性為礫巖，埋深46.4 m,揭露厚度3.6 m。

3.3 地下水水位年內(nèi)動態(tài)特征

3.3.1 碎屑巖類裂隙孔隙水

根據(jù)收集資料，雅瑪里克山區(qū)受補(bǔ)給區(qū)氣候因素影響，年內(nèi)水位變化明顯。7～12月為高水位期，最高水位出現(xiàn)在12月，1～5月為低水位期，最低水位出現(xiàn)在3月，水位變幅為1.88 m左右。

3.3.2 松散巖類孔隙水

收集到區(qū)域上18個監(jiān)測點(diǎn)一年的長期監(jiān)測資料(2011～2012年)，通過一個水文年地下水動態(tài)監(jiān)測，基本掌握了區(qū)域地下水的動態(tài)變化規(guī)律。據(jù)區(qū)內(nèi)地下水的動態(tài)特征，將研究區(qū)年內(nèi)動態(tài)按成因劃分為徑流—開采型。

老滿城洼地一帶的監(jiān)測點(diǎn)的地下水最高水位出現(xiàn)在2、3月，最低水位出現(xiàn)在8、9月，年內(nèi)水位變幅不大，在0.26～2.18 m之間，動態(tài)曲線呈峰谷型。該地段在10月到次年2月受到上游地下水的側(cè)向補(bǔ)給，加之地下水開采量較少，曲線呈上升趨勢，4月～8月城市綠化開采地下水，曲線呈下降趨勢，到8月到達(dá)最低值，9～10月城市綠化開采地下水略有減少，地下水略有回升。

4 農(nóng)業(yè)大學(xué)站地下水特征分析

農(nóng)業(yè)大學(xué)站區(qū)間共施工2眼勘探孔，孔號為G17和QS6，勘探深度分別為26.5 m和16.0 m，均為潛水完整井，對該組孔進(jìn)行了一個落程的非穩(wěn)定流抽水試驗，并且對QS6孔進(jìn)行了2個落程的穩(wěn)定流抽水試驗。

區(qū)段內(nèi)含水層結(jié)構(gòu)及地層巖性至上而下可分為3層：

(1)為包氣帶，主要為雜填土，灰褐色、灰色，稍密-中密，巖性以少量圓礫和粉土為主，含有碎磚石塊，分布于地表，厚度差異大，層厚2.0～4.2 m。

(2)為單一結(jié)構(gòu)潛水含水層，巖性為第四系洪積粉土層，淺黃色，中密，很濕，含2～20 mm的角礫約30%，埋深高程832～837 m，厚度約6～15 m，且由東向西逐漸變厚。

(3)為潛水層底板，巖性為侏羅系礫巖，在農(nóng)業(yè)大學(xué)站東側(cè)局部夾有泥巖及砂巖，底板埋深高程820～826 m，埋深10～19 m，厚度約10～20 m，由西向東埋深逐漸變淺，據(jù)工勘孔揭露最大厚度約33 m，不含水。

該站點(diǎn)區(qū)段內(nèi)(含附屬設(shè)施)地下水類型為第四系單一結(jié)構(gòu)松散巖類孔隙潛水，含水層巖性為含礫粉土，水位高程833 m左右，水位埋深5 m左右，據(jù)QS6，G17孔非穩(wěn)定流抽水試驗計算，該區(qū)段內(nèi)潛水富水性中等，換算涌水量784.52 m3/d，滲透系數(shù)22.40 m/d，給水度1.92×104。站點(diǎn)區(qū)域內(nèi)主要接受烏魯木齊河上游側(cè)向徑流補(bǔ)給，地下水徑流方向由西南向東北，區(qū)段內(nèi)未見地下水天然排泄點(diǎn)，無人工開采井，主要沿烏魯木齊河谷向下游徑流以及少量蒸發(fā)排泄。

5 結(jié)語

(1)根據(jù)含水層時代、巖性組合、埋藏條件等特征，將研究區(qū)地下水類型劃分為：碎屑巖類裂隙孔隙水和松散巖類孔隙水。其中，松散巖類孔隙水根據(jù)含水層特征可劃分為單一結(jié)構(gòu)潛水、雙層結(jié)構(gòu)潛水-承壓水兩種類型。

(2)研究區(qū)地下水補(bǔ)給主要來自西山斷裂北支的充水補(bǔ)給，潛水地下水總體徑流方向為西南向東北，承壓水受西山斷裂北支控制，排泄方式主要有側(cè)向徑流流出、潛水蒸發(fā)、人工開采方式以及泉點(diǎn)形式排泄。

(3)農(nóng)業(yè)大學(xué)站點(diǎn)區(qū)段內(nèi)(含附屬設(shè)施)地下水類型為第四系單一結(jié)構(gòu)松散巖類孔隙潛水，含水層巖性為含礫粉土，站點(diǎn)區(qū)域內(nèi)主要接受烏魯木齊河上游側(cè)向徑流補(bǔ)給，地下水徑流方向由西南向東北，排泄方式為沿烏魯木齊河谷向下游徑流以及少量蒸發(fā)排泄。