華北平原行唐地區(qū)水文地質特征及富水性研究

秦明輝

（河北省煤田地質局第四地質隊，河北 張家口 075100）

1 礦山水文地質特征

華北平原區(qū)位于太行山中段低山丘陵水文地質區(qū)（Ⅰ）東北部和太行山中段山前傾斜平原水文地質區(qū)（Ⅱ）的交匯位置。水文地質亞區(qū)分區(qū)中，西北部低山區(qū)屬于平山——行唐背斜變質巖裂隙巖溶潛水亞區(qū)（Ⅰ1）；中部的丘陵區(qū)為北河——上滋洋向斜白云巖、礫巖巖溶裂隙水亞區(qū)（Ⅰ2）；平原區(qū)屬于山前洪、沖積傾斜平原孔隙水亞區(qū)（Ⅱ1）。

含水層劃分及地下水賦存特征：調查礦區(qū)地下水依據(jù)賦存特征可分為：第四系砂、卵、礫石孔隙含水層、古近系孔隙裂隙含水層和基巖裂隙含水層。

1.1 第四系砂、卵、礫石孔隙含水層

主要分布在山間寬谷與山前平原一帶。在山間寬谷，含水層巖性多以砂礫石和碎石為主，含水不均一，單位涌水量多大于2.778L/s.m，地下水埋藏類型為潛水，礦化度小于1.0g/L。

根據(jù)地貌及巖性分為三區(qū)：

1.1.1 太行山區(qū)溝谷沖積洪積物潛水

潛水分布于溝谷及河漫灘沉積物中，含水層主要為黃土層底部的砂、卵石及全新統(tǒng)殘積坡積物，巖性由粘質砂土及碎石混合組成，厚度變化很大，為1～10m，富水性貧乏，單井涌水量為0.36m3/h～3.60m3/h，在石灰?guī)r地區(qū)，因滲漏經(jīng)常干涸，變質巖區(qū)則與裂隙水相聯(lián)通，漫灘為沖積的砂，卵石組成地下水潛流，富水性豐富。補給來源主要為降水，溝谷暫時性水流，裂隙水及河水，并隨河流的流向排泄。

1.1.2 山崖丘陵平原沖積洪積物潛水

潛水分布于洪積坡積物及河漫灘沖積物中，與下部裂隙水相聯(lián)通。含水層巖性，前者為砂，卵石及粘質砂土碎石的混合物，含水層厚2m～5m，富水性弱，主要補給來源為大氣降水，礦區(qū)裂隙水及河流，排泄通道為河流排泄通道為河流，并成潛水流補給傾斜平原潛水。

1.1.3 山前傾斜平原沖積洪積物潛水

位于沖積扇頂部地帶，富水性極豐富，單井最大涌水量達36.00m3/h～180.00m3/h，含水層主要為沖積洪積的砂、卵石組成，由于主要含水層之間為粘質砂土所間隔，或夾有黏土透鏡體，因此各層具有水力聯(lián)系，可視為潛水含水組。

1.2 古近系靈山組孔隙裂隙含水層

礦石特性為礫巖夾砂巖，中下部砂巖、泥巖、礫巖多為中粗礫巖，礫巖巖性以石灰?guī)r和石英砂巖為主。地下水主要于礫巖中，形成層間孔隙裂隙水，泥巖、砂礫巖中含水很少。地下水埋藏深度受富水性和地形控制較大。

1.3 基巖裂隙含水層

調查區(qū)北部山區(qū)和丘陵區(qū)，以基巖裂隙水為主。山區(qū)以太古界地層風化裂隙含水層為主，丘陵區(qū)北河鄉(xiāng)一帶為碳酸鹽類巖溶裂隙水。

由于巖層的含水特征與其巖性和組合關系甚為密切。按巖性、厚度、連續(xù)性及其組合關系，將本區(qū)基巖裂隙水地層劃分6個含水層組。各含水層組由老到新敘述如下：太古界阜平片麻巖孔隙裂隙含水層、中元古界高于莊組白云巖巖溶裂隙含水層、中元古界霧迷山組白云巖巖溶裂隙含水層、新元古界燧石角礫巖裂隙含水層、寒武系中統(tǒng)張夏組灰?guī)r巖溶裂隙含水層、奧陶系中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r巖溶裂隙含水層。

1.4 礦區(qū)含水層的分布情況

1.4.1 低山區(qū)

出露地層以太古界地層為主，含水層主要為太古界阜平片麻巖孔隙裂隙含水層，富水性弱；山間溝谷第四系沉積厚度變化較大，屬第四系砂、卵、礫石孔隙含水層，為礦區(qū)地下水開采的主要層位。

1.4.3 丘陵區(qū)

丘陵區(qū)地層出露較齊全，含水層主要有：中元古界高于莊白云巖巖溶裂隙含水層、中元古界霧迷山白云巖巖溶裂隙含水層、新元古界燧石角礫巖裂隙含水層、寒武系中統(tǒng)張夏組巖溶裂隙含水層、奧陶系中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r巖溶裂隙含水層。斷陷盤地沉積有古近系靈山組孔隙裂隙含水層。

1.4.4 平原區(qū)

第四系砂、卵、礫石孔隙含水層為平原區(qū)主要含水層，沉積厚度自西北向東南逐漸增厚，富水性相對變強。

2 礦區(qū)地下水補充、排泄條件

依據(jù)地形地貌和地下水類型特征，將調查區(qū)的平山——行唐背斜變質巖裂隙巖溶潛水亞區(qū)（Ⅰ1）和北河——上滋洋向斜白云巖、礫巖巖溶裂隙水亞區(qū)（Ⅰ2）統(tǒng)稱為基巖裂隙巖溶水區(qū)，將山前洪、沖積傾斜平原孔隙水亞區(qū)（Ⅱ1）稱為第四系孔隙水區(qū)。

出露地層以太古界地層為主，地下水補給主要接受大氣降水，大氣降水通過含水層和裂隙垂直入滲補給地下水。徑流方向受地形變化影響較大，隨地形由高到低向下徑流。其流量水質受降水的季節(jié)和強度變化顯著，雨季流量增大，礦化度減??；枯水期側相反，流量減小，礦化度增大。排泄方式主要以地下水徑流的形式補給山前第四系孔隙水區(qū)和就地向山間河谷排泄，少量是以人工開采和以泉的形式排泄。

孔隙水補給主要來自大氣降水入滲和山區(qū)河谷兩側基巖裂隙水側向補給，此外，在雨季期間，河道水位抬升，該含水層接受河水補給；地下水的徑流自西北向東南流動；在排泄方式上，山間寬谷處除一部分蒸發(fā)外，大部分地下水沿著山間河道向下游徑流、排泄。

3 水化學特征

化 學 類 型 多 為HCO3-Ca·Mg水，以HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca為主，靠城鎮(zhèn)村莊洼地局部地區(qū)，由于受強烈的蒸發(fā)和生活污水影響，礦化度相對較高，化學類型為HCO3·SO4·Cl-Ca·Mg及SO4-Ca·Mg。礦化度及化學類型的分帶規(guī)律與潛水流向、地貌、巖性及補給因素的影響，呈現(xiàn)了明顯的適應性?？偟膩碚f礦化度由西北而東南、由山區(qū)至平原逐漸增高，由0.3g/L增至0.5g/L～1.0g/L，但由于在平原區(qū)潛水與河流存在著互相補給的關系，因此垂直河流補給方向水平變化也甚顯著。在西北部礦區(qū)潛水，化學類型以HCO3·SO4-Ca為主。

4 地下水富水性特征

結合各含水層分布范圍及控水構造等對含水層進行大體富水性分區(qū)，將調查區(qū)劃分為強富水區(qū)、中等富水區(qū)和弱富水區(qū)。

強富水區(qū)：主要位于團山、東溝、八里莊三個區(qū)塊，團山強富水區(qū)位于行唐縣團山村以東，圈定面積約2.81km2。含水層為古近系（靈山組）孔隙裂隙含水層；單井涌水量100m3/h時，水位降深為4.30m；水化學類型以HCO3-Ca·Mg為主，礦化度小于0.5g/L；礦井深度在200m～250m。中等富水區(qū)中等富水區(qū)的成井深度在150m～250m。弱富水區(qū)：低山區(qū)的全區(qū)，丘陵區(qū)大部及平原區(qū)的中部為弱富水區(qū)，單井涌水量小于50m3/h，尤其是低山區(qū)，單井涌水量2m3/h～10m3/h，水化學類型以HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca為 主，礦化度小于1.0g/L。

5 水資源潛力評價

行唐縣位于河北省石家莊市西北部，太行山東麓淺山丘陵區(qū)與華北平原的交接地帶。轄4鎮(zhèn)11鄉(xiāng)，330個行政村，人口46萬。受區(qū)域地下水水位下降的影響，行唐縣地下水位逐年下降，再加上工農(nóng)業(yè)建設用水的普遍增加，地下水開采強度加大，西北部丘陵地表水接近干涸，人畜用水和土地灌溉極為緊張，工業(yè)用水更是捉襟見肘，民井多數(shù)報廢，用水危機日益突出。貧水問題嚴重制約了當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，無論是對生態(tài)建設還是加快經(jīng)濟發(fā)展而言，進行水文地質調查，合理開發(fā)利用行唐縣的水資源已勢在必行。

（1）地表水資源量：行唐縣多年平均降水量為494.21mm，降水量的年內分配很不均勻，全年降水量的70%以上集中在6月～9月的汛期。多年平均徑流深度為119.60mm，平均年徑流量為11553.36萬m3。

（2）礦區(qū)地下水資源量：行唐縣地下水資源量可分為裂隙巖溶地下水區(qū)、孔隙地下水區(qū)，共2個區(qū)。裂隙巖溶地下水區(qū)的水資源量為6956.50萬m3，孔隙水區(qū)的水資源量為7470.53萬m3，其中重復計算的水資源量為1326.71萬m3。

6 找水方向

調查區(qū)屬水資源缺乏地區(qū)，水資源承載能力“先天不足”。全區(qū)水資源供需矛盾突出，靠境外引水和超采淺層地下水來緩解。調查區(qū)目前地下水和地表水供水比例相差不大，地下水開發(fā)利用程度較高,工業(yè)、生活用水全部來源于地下水，現(xiàn)淺層地下水長期采補失衡，已使行唐縣平原區(qū)大部分區(qū)域地下水水位持續(xù)下降，水位下降導致了部分機井干涸，機井報廢數(shù)量增加，影響了正常工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

在進行找水時，需要認真分析當?shù)氐牡刭|、水文地質資料和水井分布情況。分析調查區(qū)水文地質條件，找水方向主要是深層孔隙水、基巖裂隙水、構造脈狀裂隙水、巖溶裂隙水。收集分析以往地質、水文地質資料及供需現(xiàn)狀，進行水文地質調查、地面物探，確定水井位置及深度。采用針對性較強的成井工藝，開采地下水。

調查區(qū)地質、水文地質條件復雜，找水難度大。在對已有資料分析及水文地質調查的基礎上，充分采用水文地質遙感技術、地球物理勘探技術、鉆探成井工藝等新技術新方法，并結合水質分析、抽水實驗等綜合技術手段進行找水。首先通過野外水文地質調查，借助遙感解譯對綜合信息疊加分析處理，圈定富水地段，并根據(jù)不同的水文地質條件及取水目的層，選用適宜的地球物理勘探方法，確定水井位置及成井深度。

低山區(qū)：查區(qū)的低山區(qū)出露地層以太古界為主，巖性由角閃巖、大理巖、淺粒巖、變粒巖、片麻巖及巖漿巖侵入的巖墻和巖脈。這些巖石的賦水性較差，被風化后裂隙節(jié)理發(fā)育，風氧化帶深度在5m～10m，受構造影響的地方其深度可達到20m～30m，具有一定的賦水能力，但水量不大。風氧化帶以下巖石完整，含水極少。

在該區(qū)域找水，首先要注重收集本區(qū)以往的水文地質資料，圈定相對富水區(qū)；再利用先進的地球物理勘探技術確定井位和成井深度；最后利用鉆探成井工藝，確保打出滿足需要的水井。找水方向應以溝谷、洼地、構造帶為主。

丘陵區(qū)：丘陵區(qū)的含水層地層出露較齊全。本次瞬變電磁物探工作在本區(qū)實施，并圈定了相對富水區(qū)域，總面積約52.95km2，占調查區(qū)總面積的5.48%。

在相對富水區(qū)域打井，應采用激發(fā)極化的物探方法確定井位和成井深度，其他地方確定水井需要在分析含水層的埋藏條件，加密激發(fā)極化點的密度。找水方向為深層孔隙水、基巖裂隙水、構造脈狀裂隙水等。

丘陵區(qū)為調查區(qū)的強徑流區(qū)，富水性分區(qū)與儲水構造、富水塊段、斷陷區(qū)塊及靈山組（E1）分布關系密切。

常見的儲水構造主要有褶曲型儲水構造、斷裂儲水構造、巖脈儲水構造、風化殼儲水構造等。西城仔一帶富水性較強，該地區(qū)含水層出露面積較廣，同時又是向斜構造。

靈山組（E1）出露地區(qū)，其富水性受斷裂構造、古斷陷盆地及巖溶裂隙分布控制。斷裂構造是地下水良好的疏水通道，斷裂附近富水性相對較強；靈山組沉積于古斷陷盆地內，盤地底部相對隔水，構成小型的水文地質單元，其富水性較強；巖性以石灰?guī)r為主的地區(qū)，巖溶裂隙發(fā)育，其富水性也相對較強。

在平原區(qū)找水方向以深層孔隙水、構造脈狀裂隙水、基巖裂隙水為主。第四系沉積物厚度自西向東，逐步增大，底板埋深100m～300m，巖性為粘土、砂及礫卵石類。找水方式上建議在相對富水性較好的地方進行激發(fā)極化電測深工作。繪制電測深曲線圖，依據(jù)視電阻率和視極化率曲線特征，最終確定水井位置及成井深度。

水井鉆探作業(yè)，孔位選擇可根據(jù)實際情況及鉆探施工便利程度進行選擇?？h城西部和北部，建議成井深度控制在150m以淺，縣城東部和南部成井深度控制在300m以淺。由于地層屬于第四系松散地層，含沙量大，為防止長期抽采水造成沙量過大，堵塞致使水量減小，建議主要含水目的層套管使用孔眼花管外纏雙層80目尼龍網(wǎng)工藝，可以有效對沙進行阻隔，且能有效保護孔壁，防止坍塌。