如何利用地質(zhì)構造尋找地下水源

黃培　盧仁甫

摘要：地下水開發(fā)是近年來政府非常重視的一個民生問題，地層巖性是含水層重要基礎介質(zhì)，構造又是影響地下水補給、徑流和富集的重要因素。在此，本人通過多年的地質(zhì)工作經(jīng)驗分別對地層含水性及地質(zhì)構造控制和影響地下水進行分析研究。

關鍵詞：地下水；含水層；地質(zhì)構造

前言

尋找和分析地下水資源的方法很多，有地質(zhì)的、物探的、鉆探的等等。其中，物探是最先行方法，與地質(zhì)方法相互呼應，相互確認；鉆探是壓軸方法，是對地質(zhì)方法和物探方法的最終解譯；地質(zhì)則貫穿于尋找和分析地下水資源的全過程。如何在地質(zhì)條件允許的情況下找到各種地下水資源，這關系到地質(zhì)工作者們的職責?，F(xiàn)就我在實踐中利用地質(zhì)構造影響因素尋找各含水層富水情況及有關地質(zhì)構造控制因素，并對之進行分析，以便發(fā)現(xiàn)和尋找地下水源。

1.地質(zhì)構造影響因素

地層巖性是地下水賦存的基礎，地質(zhì)構造的復雜性又是地下水和地表水乃至大氣降水富集、滯留、流向的內(nèi)在因素。地質(zhì)構造是地球的巖石圈在漫長的歲月中衍化的結果，有其復雜性和多樣性，主要表現(xiàn)在地層和構造兩個方面。

1.1地層因素

根據(jù)巖石的成因分類，可將巖石地層分為三大類，既火成巖地層、沉積巖地層和變質(zhì)巖地層。

（1）火成巖主要是火山噴發(fā)冷凝固結所形成的巖石，可分為噴出巖和侵入巖。噴出巖是巖漿噴出地表后迅速冷凝固結的，由于地表條件復雜，使噴出巖具有不相同的地質(zhì)特征。具有隱晶質(zhì)結構、致密塊狀構造的粗面巖、安山巖、玄武巖等。當這類巖石具有明顯的流紋、氣孔構造或含有原生節(jié)理時，孔隙度增加，抗水性降低。部分為火山灰或火山蛋，易風化，可形成火山碎屑巖，可含水。侵入巖是侵入地下圍巖中的熔巖流，又可分為淺成侵入巖、深成侵入巖。礦物結晶良好，顆粒之間連接牢固，多呈塊狀構造，致密堅硬，因此，侵入巖孔隙率低、抗水性強，透水性弱，一般不含水。

（2）沉積巖地層以沉積成因固結而成的巖石，具有層理構造，可分為碎屑巖、黏土巖和化學及生物化學巖三大類。碎屑巖是碎屑顆粒被膠結構膠結在一起而形成的巖石，其含水性質(zhì)主要取決于膠結物顆粒大小、膠結方式，造成孔隙度、致密性等差異，其巖石含水性差異也大。從膠結物成分看，按礫巖、粗砂巖、細砂巖、粉砂巖的順序，顆粒依次變小，孔隙度依次降低。從膠結方式看，基底膠結的巖石膠結緊密，孔隙度小，含水性弱；孔隙膠結巖石與碎屑顆粒成分、形狀及膠結物成分有關，含水性變化很大；接觸式膠結巖石的孔隙度大，透水性強，含水性強。黏土巖抗水性差、親水性強，黏土巖孔隙細小所含的是結合水，這種水在自然條件下要自由滲出非常困難?；瘜W及生物化學巖主要為石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云巖及硅藻土、巖鹽、石膏、煤炭、石油等；其中石灰?guī)r、白云巖致密與泥灰?guī)r都能溶解于水，易產(chǎn)生風化裂隙，透水性強，含水性強。

（3）變質(zhì)巖地層由母巖風化殘留或變質(zhì)作用而成的各種不同變質(zhì)程度的次生巖石，具有片狀構造、片麻狀構造、千枚狀構造、板狀構造及塊狀構造，透水性差，含水性差。其含水性能因裂隙多少各不相同。

1.2構造因素

構造是由于構造運動而形成的各種褶曲、斷裂構造。

（1）巖層受水平力擠壓后，形成波狀起伏的構造，一個波狀的彎曲就是褶曲，一系列褶曲連在一起就是褶皺。主要形成背斜及向斜兩種基本形式。背斜即巖層向上凸起的彎曲，其裂隙向頂部散開；向斜即巖層向下凹陷的彎曲，其裂隙向下部散開。

（2）巖層受地引力作用下，破壞了它的完整性，發(fā)生破裂或沿破裂面錯動稱為斷裂構造，分為劈理、裂隙（節(jié)理）與斷層。裂隙是巖石中的裂縫，沒有或有微小位移，它是地下水的通道，水沿裂隙滲入，巖石為可溶性石灰?guī)r、石膏等時，水沿裂隙流動，能發(fā)展成溶洞。裂隙如被黏性土等物質(zhì)充填后，透水性降低。巖石斷裂后發(fā)生顯著相對位移叫斷層；分為正斷層、逆斷層和平移斷層；可形成深谷、溪澗、湖泊或成排的泉水出露。劈理是巖石塑性變形時，巖石內(nèi)部各點之間發(fā)生相對滑動，產(chǎn)生一系列滑動面，即為劈理，一般不含水和不導水，但受到后期改造后，可以發(fā)展成開裂隙。

2.尋找地下水源分析

巖石空隙是地下水貯存的主要介質(zhì)。巖石的空隙包括孔隙、裂隙和溶隙。存在于巖石和土的空隙中的各種形態(tài)的水，稱為地下水，亦稱滲入水。對于每個特定區(qū)域地層，它有自己的地層特征，根據(jù)地層特征分析是否含水，是強含水層還是弱含水層。要找地下水首先要找含水性較好的巖層，它下部還必須要有不透水層或弱透水層作為相對隔水層，才能形成一個完整的儲水構造，才能儲存地下水。

2.1根據(jù)巖石地層分析地下水源

（1）在三大巖石類型中，沉積巖含水性比火成巖和變質(zhì)巖都好。其中火成巖中的碎屑巖、凝灰?guī)r，玄武巖含氣孔狀構造或柱狀節(jié)理，含水性較好。其他火成巖和變質(zhì)巖致密，透水性差，含水性差，火成巖地層和變質(zhì)巖地層可作為相對隔水層，其含水性能因裂隙多少各不相同。泥巖及粉砂巖空隙細小，所含的是結合水，這種水在自然條件重力作用下要自由滲出非常困難，其透水性差含水性差，可作為儲水構造的相對隔水層。（2）巖石膠結致密的地層含水性、富水性相對較差。如基底膠結含水性差，孔隙膠結含水性較強，接觸膠結含水性最強。（3）巖層含水性的強弱決定于巖石顆粒表面吸附水的能力，主要與巖石顆粒大小有關，顆粒越小的巖石，吸附滯留的水越多，故含水性越大，反之亦然。（4）巖石中巖石的透水性決定于空隙的大小、數(shù)量和連通程度。巖石按其透水性分為透水的、半透水的和不透水的三類。透水的巖石包括砂巖、礫巖和溶隙發(fā)育的巖石；半透水的巖石包括粉砂巖、裂隙或溶隙發(fā)育較差的巖石；不透水的巖石包括黏土、黏土巖、頁巖等致密的巖石等。透水的巖石構成透水層；不透水的巖石構成相對隔水層。（5）一般來說，石灰?guī)r、白云巖地層裂隙和溶洞比較發(fā)育，尤其是質(zhì)純層厚的石灰?guī)r，往往是很好的含水層富水性強，如巖溶地區(qū)的漏斗、洼地、落水洞等都是發(fā)現(xiàn)地下水的典型地貌特征。（6）在巖石組合中，利用巖石裂隙不均勻性，分散中找集中。例如在巖脈附近，由于巖脈的入侵，使其周圍的巖石破碎，產(chǎn)生較密集的裂隙而儲存地下水。在可溶巖和非可溶巖或弱可溶巖的接觸帶，如補給條件有利，常富集豐富的地下水等；但值得注意的是，含水的石灰?guī)r巖層中并不是到處都有水，例如在石灰?guī)r中打井，只有打到含水的溶洞和裂隙才有水，否則很可能是干孔。

2.2根據(jù)構造分析地下水

（1）根據(jù)褶曲分析地下水。①在褶曲地區(qū)找水，高處之中找低處，即“背斜找谷、向斜找軸”的經(jīng)驗，就是根據(jù)褶曲裂隙發(fā)育規(guī)律總結出來的。因為背斜弧頂向上部散開發(fā)育水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、工程地質(zhì)2018年第四期放射狀橫張裂隙的巖層破碎，這里的巖層被裂隙切割成七零八落的小塊體，成為透水性很強的裂隙發(fā)育帶，容易被剝蝕成谷地，地形上也有利于匯集地下水。而向斜軸部發(fā)生塑型流變或扭裂方式產(chǎn)生構造變形，張裂隙發(fā)育，從地質(zhì)構造上來說，向斜有利于匯集地下水，所以其軸部有可能成為地下水富集帶。②“四周環(huán)山掌心地，打井找水最適宜”。在幾面環(huán)山的山間盆地，山坡坡向集中，地表水易向掌心地匯流。如果四周山上的巖層也都傾向盆地中心時，則地下水更容易向掌心地匯集，因而在掌心地帶地下水埋藏淺，且水量豐富。因此盆地構造易于地下水補給匯聚。③傾伏背斜的急傾末端，張裂隙一般也比較發(fā)育，常常形成裂隙含水帶。

（2）根據(jù)斷裂分析地下水。斷層破碎帶常是儲水的空間和導水的通路，在找水工作中應當特別注意首先尋找這種張性裂隙發(fā)育帶。①正斷層多是張性斷層，一般由構造角礫巖及一系列張節(jié)理和少數(shù)扭節(jié)理構成，構造角礫巖結構疏松，空隙率大，導水性和含水性強。由于斷裂帶兩側裂隙發(fā)育，因此，張性斷層常是斷層兩側含水層的良好通道，大部分易于導水；逆斷層和逆掩斷層多為壓性斷層，斷裂帶巖石破碎程度劇烈，裂隙多呈閉合狀態(tài)，分布有不透水或透水性極低的糜棱巖、斷層泥及膠結緊密的構造角礫巖和壓片巖等，因此，壓性斷層的導水能力和含水性較低，常是阻水斷層；但如果張性、張扭性斷層構造巖的孔隙被后期物質(zhì)充填膠結，其透水性和含水性也會變得很小。②主干斷層與分支斷層匯合處的部位或幾條斷層交叉部位，裂隙最發(fā)育，常形成斷層富水帶。③大斷層兩端尖滅帶巖石裂隙發(fā)育，常成為斷層富水帶。④活斷層（包括新生斷層和老斷層復活）的破碎帶裂隙尚未充填膠結，一般有較大的透水性和含水性。

結論

綜上所述，根據(jù)巖石結構特征等確定地層巖石的含水性和透水性可以尋找地下水源；通過構造類型分析裂隙或斷裂帶的性質(zhì)等，尤以膠結松散斷層帶和正斷層，最好尋找地下水源。