張素娥 鄭喜珍 李志軍

1 概述

河北省深州市地?zé)豳Y源豐富,自20世紀(jì)90年代開(kāi)采以來(lái),地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用成為深州市新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。為了追求地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)最大利益,地?zé)豳Y源不斷超量開(kāi)采,水位出現(xiàn)了較大幅度下降,冬季供暖開(kāi)采期動(dòng)水位可達(dá)150 m左右[1],水位下降幅度大大高于河北省區(qū)域水位降幅。水位大幅度下降不僅增加了地?zé)豳Y源開(kāi)采難度,同時(shí)可能誘發(fā)一系列地質(zhì)災(zāi)害,促使地面建筑設(shè)施遭到破壞[2],對(duì)城市健康發(fā)展極為不利。

2 地?zé)崴幌陆惮F(xiàn)狀及成因分析

2.1 地?zé)崴幌陆惮F(xiàn)狀

深州市地?zé)豳Y源開(kāi)采層位為新生界明化鎮(zhèn)組和館陶組,多年的超量開(kāi)采致使水位呈不斷下降趨勢(shì)。

明化鎮(zhèn)組:2006年第一眼地?zé)峋删畷r(shí)靜水位25.70 m,至2008年靜水位降至35.67 m,年均下降速率 4.99 m/年;館陶組:2002年靜水位高出地面0.71 m[2],2008年靜水位埋深降至地面以下30.66 m,年均下降速率5.22 m/年[1],見(jiàn)圖1。

2.2 水位下降因素分析

1)斷裂阻水作用對(duì)水位下降的影響分析。館陶組底界斷裂較發(fā)育,斷裂大多呈北西西向和北東向展布,兩組斷裂將新生界館陶組以下地層切割成不規(guī)則四邊形塊狀,斷裂上下盤落差一般為20 m～40 m。斷裂存在一定的斷距,使上下盤砂層錯(cuò)開(kāi),如果砂層對(duì)應(yīng)率高,形成導(dǎo)水?dāng)鄬?如果砂層對(duì)應(yīng)率低,則形成阻水?dāng)鄬印?/p>

區(qū)域地質(zhì)資料顯示,深熱1、深熱4與深熱2之間分布有一條北東—南西向的斷裂?？捉M抽水試驗(yàn)顯示,當(dāng)深熱2抽水時(shí),深熱1、深熱4井水位未呈現(xiàn)下降現(xiàn)象,深熱3井水位出現(xiàn)明顯下降,證實(shí)了該斷層為阻水性質(zhì)。阻水?dāng)嗔炎钄嗔松顭?井開(kāi)采時(shí)來(lái)自其西側(cè)的側(cè)向徑流補(bǔ)給,削弱了深熱2井出水能力,其單位出水率(0.005 3 m3/h·m·m)明顯小于深熱3井單位出水率(0.010 2 m3/h·m·m)。

因此,阻水?dāng)嗔褬?gòu)造的存在,使位于阻水?dāng)嗔迅浇臒醿?chǔ)層補(bǔ)給能力減弱,極易造成地?zé)崴坏南陆怠?/p>

2)熱儲(chǔ)層滲透性對(duì)水位下降的影響分析。深州市地?zé)崽餆醿?chǔ)層受巖性結(jié)構(gòu)影響,其滲透性能較差。物探測(cè)井資料顯示,深州市地?zé)崽镳^陶組平均孔隙度為19.18%,滲透率44×10-3μ m2～492×10-3μ m2,遠(yuǎn)低于臨近衡水地?zé)崽镳^陶組孔隙度31.785%,滲透率67.2×10-3μ m2～ 991×10-3μ m2[3]。深州市地?zé)崽镳^陶組滲透系數(shù)為0.39 m/d,僅為衡水地?zé)崽镳^陶組滲透系數(shù)的1/2.72。

滲透性能較差使得地?zé)峋_(kāi)采時(shí)側(cè)向補(bǔ)給較緩慢,造成了開(kāi)采水位降深過(guò)大(深熱2井,涌水量116 m3/h時(shí),動(dòng)水位降深達(dá)108.52 m),且出現(xiàn)了供暖期結(jié)束后水位難以恢復(fù)的狀況,導(dǎo)致水位呈較大降幅下降態(tài)勢(shì)。如深熱2井,2006年10月30日供暖前測(cè)得水位埋深為4.14 m,2007年10月30日水位埋深恢復(fù)至7.65 m,水位遠(yuǎn)未恢復(fù)至上一年水準(zhǔn)[1]。

綜上所述,熱儲(chǔ)層較差的滲透性能以及阻水?dāng)嗔训姆植枷拗屏嗽搮^(qū)地?zé)豳Y源的可開(kāi)采能力,極易造成過(guò)量開(kāi)采,是促使河北省深州市地?zé)崴淮蠓认陆档闹饕颉?/p>

3 水位下降對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響分析預(yù)測(cè)

根據(jù)地質(zhì)條件以及目前該區(qū)地?zé)豳Y源開(kāi)采現(xiàn)狀,該區(qū)存在潛在誘發(fā)地震、地面沉降及地?zé)崴Y源枯竭等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能,危及城市建設(shè)的安全。1)地震。深州市構(gòu)造斷裂發(fā)育。分布于館陶組底部的斷裂大多呈北西西向和北東向展布,兩組斷裂將新生界館陶組以下地層切割成不規(guī)則四邊形塊狀,斷裂的發(fā)育給地震發(fā)生提供了有利地質(zhì)條件。據(jù)地震監(jiān)測(cè)顯示,僅1990年6月27日起至年底半年時(shí)間,深州市共發(fā)生13次小震,地震震級(jí)M L2.2～M L3.0,震源深度18 km～23 km,證明深縣斷裂受華北板塊大的構(gòu)造體系影響而不平靜,處于活動(dòng)狀態(tài)。地?zé)崴堑厍驓んw的重要組成部分,具有緩沖地基巖石板塊應(yīng)力的作用,并承受和分散地表壓力[2]。地?zé)崴a(bǔ)給極其微弱,地?zé)崴_(kāi)采不可避免地產(chǎn)生巖層內(nèi)及巖層下的水體空缺,深州市地?zé)衢_(kāi)采層位為新生界地層,其固結(jié)程度遠(yuǎn)不及基巖,地?zé)崴牟粩嚅_(kāi)采導(dǎo)致地層穩(wěn)定性受到影響,使斷裂活動(dòng)動(dòng)力不斷加劇,從而誘發(fā)和加劇地震的發(fā)生。2)地面沉降。該區(qū)明化鎮(zhèn)組和館陶組地?zé)衢_(kāi)采層位屬于正常固結(jié)地層,地?zé)崴撮_(kāi)采時(shí)地層內(nèi)應(yīng)力處于天然平衡狀態(tài),當(dāng)?shù)責(zé)崴_(kāi)采引起水位下降時(shí),地層內(nèi)孔隙水壓力降低,有效應(yīng)力增加,地層內(nèi)應(yīng)力平衡受到破壞,將出現(xiàn)壓縮變形,引起地面沉降[4]。根據(jù)天津市地?zé)崴_(kāi)采量和地面沉降的監(jiān)測(cè)資料,初步計(jì)算分析,開(kāi)采館陶組熱儲(chǔ)層熱水在目前開(kāi)采量為350萬(wàn)m3/年～450萬(wàn)m3/年時(shí),引起的地面沉降量約5 mm/年～6 mm/年[5]。以此推測(cè),目前深州市區(qū)集中開(kāi)采區(qū)年開(kāi)采量為191.34×104m3,每年由于地?zé)崴_(kāi)采引起的地面沉降約為2 mm。隨著地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)的不斷增加,由此產(chǎn)生的地面沉降將逐漸加重,勢(shì)必會(huì)對(duì)城市建設(shè)造成一定的影響。3)地?zé)豳Y源枯竭。地?zé)豳Y源不屬于可大量再生的資源。地?zé)崴凰販y(cè)試及C14測(cè)年均表明地?zé)崴畞?lái)源于古代水,熱儲(chǔ)層間補(bǔ)給能力極其微弱,加之該區(qū)熱儲(chǔ)層較差的滲透性能與阻水?dāng)嗔训姆植?使其補(bǔ)給更加微乎其微,增大了水位降幅與開(kāi)采量之比。尤其在市區(qū)集中開(kāi)采區(qū),地?zé)峋噍^小(一般700 m～1 000 m,最小為50 m),開(kāi)采時(shí)出現(xiàn)相互干擾,進(jìn)一步加劇了水位下降幅度。以目前水位降速預(yù)測(cè),50年后地?zé)崴宦裆顚⒊^(guò)200 m,存在地?zé)豳Y源枯竭的可能。

4 預(yù)防對(duì)策

為了避免因地?zé)豳Y源過(guò)量開(kāi)采誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,地?zé)衢_(kāi)采應(yīng)做到以下幾點(diǎn)工作:1)建立健全地?zé)豳Y源監(jiān)督管理,實(shí)行統(tǒng)一規(guī)劃,綜合管理。2)進(jìn)行不同層位地?zé)崴_(kāi)發(fā)利用優(yōu)化配置,實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源均衡開(kāi)采。3)進(jìn)行地?zé)豳Y源梯級(jí)利用。在目前以供暖為主的開(kāi)發(fā)模式下,供暖尾水可再次進(jìn)入供暖系統(tǒng)進(jìn)行二次利用,此舉既可解決供暖水量不足的狀況,又可有效減少地?zé)豳Y源開(kāi)采量。4)加強(qiáng)地?zé)嵛菜毓喙こ探ㄔO(shè)[6],實(shí)現(xiàn)地?zé)嵛菜瑢踊毓唷?/p>

5 結(jié)語(yǔ)

斷裂構(gòu)造的分布及熱儲(chǔ)層滲透性較差是深州市地?zé)崴淮蠓陆档脑?地?zé)崴幌陆禎撛谥T發(fā)地震、地面沉降、地?zé)豳Y源枯竭等地質(zhì)災(zāi)害隱患,采取合理利用地?zé)崴?減少地?zé)崴_(kāi)采及地?zé)豳Y源人工補(bǔ)給等措施可減緩地?zé)崴幌陆邓俣?預(yù)防地?zé)衢_(kāi)采引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生,實(shí)現(xiàn)城市健康發(fā)展。

[1]張素娥,康清普.深州市區(qū)地?zé)豳Y源詳查[R].衡水:河北省地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì),2009:10-38.

[2]李蓮花,張建斌.地?zé)崴Y源開(kāi)發(fā)引起的環(huán)境問(wèn)題分析[J].地下水,2004(3):194-195.

[3]李 郡,馮來(lái)全.衡水地?zé)崽锏責(zé)豳Y源勘查評(píng)價(jià)[R].衡水:河北省地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì),2008:52-53.

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[5]林 黎,趙蘇民.深層地?zé)崴_(kāi)采與地面沉降的關(guān)系研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2006,29(5):34-37.

[6]林建旺,劉小滿.天津地?zé)峄毓嘣囼?yàn)分析及存在問(wèn)題[J].地?zé)崮?2006(6):11-13.