李 云，姜月華，葉念軍，龔建師

(南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇 南京 210016)

鞏義市位于河南西部，面積1 041 km2。全區(qū)以低山丘陵為主，氣候干旱，植被稀疏，常年降水量稀少，多年平均降雨量僅約573.4 mm。區(qū)內(nèi)地貌類型自南往北可分為低山、丘陵和河谷平原三大類型。其中，南部、東南部屬伏牛山脈，嵩箕山系，基巖大面積出露;北部屬邙山黃土丘陵區(qū)，地形起伏大，沖溝發(fā)育;中部有丘陵和伊洛河河谷平原。該區(qū)水資源稀少，2004年水資源總量為 2.13億 m3，總(供)用水量為1.45億 m3，人均占有量僅 269 m3，人均用水量為 182.9 m3，不足全國平均水平的1/8，水資源存在嚴(yán)重不足。而當(dāng)?shù)卮嬖谒Y源分布不均、水質(zhì)污染、水資源浪費(fèi)等問題，進(jìn)一步加劇了鞏義市水資源的短缺，嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。由于當(dāng)?shù)毓┧缘叵滤Y源為主，2005年地下水供水量甚至占到總供水量的90.6%。因此，開展鞏義地區(qū)地下水的勘查以及蓄水條件的分析研究對(duì)緩解當(dāng)?shù)厮Y源匱乏及促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展存在重要意義。本文基于在鞏義市的抗旱工作，對(duì)單斜蓄水和接觸型蓄水構(gòu)造進(jìn)行了分析闡述及鉆探驗(yàn)證，為基巖山區(qū)的找水工作提供參考。

1 蓄水條件分析

在基巖山區(qū)找水就是尋找蓄積地下水的地質(zhì)構(gòu)造。對(duì)地下水起著蓄積作用的地質(zhì)構(gòu)造即為蓄水構(gòu)造。而地下水在基巖山區(qū)蓄積則需要具備以下三個(gè)要素:一是透水的巖層或巖體，構(gòu)成蓄水構(gòu)造的儲(chǔ)水介質(zhì);二是相對(duì)隔水的巖層與巖體，構(gòu)成隔水邊界，形成儲(chǔ)水空間;三是地下水的補(bǔ)給和排泄條件，只有在補(bǔ)給條件優(yōu)于排泄條件的情況下才能保證地下水的蓄積。

根據(jù)各要素之間的差異，單式基巖蓄水構(gòu)造可分為阻水型、滯水型、褶皺型、斷裂型、接觸性、風(fēng)化型和巖溶型等7種蓄水構(gòu)造。其中褶皺型蓄水構(gòu)造可進(jìn)一步分為單斜、向斜和背斜蓄水構(gòu)造[1]。

2 案例分析

2.1 單斜蓄水案例

西村鎮(zhèn)李家窯村位于鞏義市中部丘陵區(qū)，人口達(dá)1 100余人，日常生活用水以村內(nèi)20余米淺井為主。但該淺井在枯水期易干涸，尤其在此次河南大旱中，淺井已干涸近月余，以致日常用水僅能依靠遠(yuǎn)距離機(jī)器輸送供給。

2.1.1 單斜蓄水條件

李家窯村地處低山與丘陵接觸地帶，南側(cè)基巖大面積出露，北側(cè)黃土覆蓋嚴(yán)重，溝壑縱橫。該村總體位于溝谷內(nèi)及其兩側(cè)，地勢(shì)低(見圖1)。溝谷西側(cè)壁陡峭，基巖出露，上覆黃土。東側(cè)壁相對(duì)平緩，黃土輕微覆蓋。沖溝內(nèi)主要覆蓋厚約10～50 m的沖洪積的卵礫石層，上覆少量粘性土。地下水以基巖裂隙水為主，接受大氣降水的入滲補(bǔ)給及沿基巖裂隙的徑流補(bǔ)給，排泄方式為人工開采和徑流排泄。

出露地層為二疊系單斜地層，產(chǎn)狀340°∠20°，巖性為砂巖和砂質(zhì)泥巖(見圖2)。在大尺度上，該村地處向斜軸部，地表可見節(jié)理裂隙發(fā)育。而基巖裂隙的發(fā)育程度與透水性隨深度的增加而減弱。因此裂隙發(fā)育程度低的下部巖層可以起到相對(duì)隔水作用，與上部巖層一起構(gòu)成良好的儲(chǔ)水空間。

圖1 李家窯村地形示意圖

圖2 李家窯村蓄水構(gòu)造示意圖

由于地層傾向北西，傾角較小，東側(cè)、南側(cè)較平緩的基巖裸露與微覆蓋區(qū)為該儲(chǔ)水空間提供了廣闊的補(bǔ)給區(qū)域，保障了大氣降水的入滲補(bǔ)給。西側(cè)山坡高陡，降水極易形成徑流，匯入溝谷，增加了巖層的大氣降水補(bǔ)給。同時(shí)，沖溝由南往北穿過李家窯村，地勢(shì)降低，寬度縮小，在形態(tài)上呈“倒喇叭口狀”(見圖3)。溝內(nèi)卵礫石層作為表層地下水的“快速通道”，起到匯集上游大氣降水的作用，進(jìn)一步增加了地下水的補(bǔ)給。因此，該處單斜地層整體構(gòu)成良好的蓄水構(gòu)造。

2.1.2 物探驗(yàn)證

鑒于良好的蓄水條件，采用物探方法對(duì)其含水情況進(jìn)行驗(yàn)證。激電測(cè)深方法具有不受純地形起伏及圍巖電阻率不均勻性的影響，并可同時(shí)獲得多種激電參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于山區(qū)找水。因此，考慮到場(chǎng)地條件對(duì)鉆探施工的限制，選取了兩個(gè)點(diǎn)(D1、D2)進(jìn)行激電測(cè)深試驗(yàn)以作比較(見圖4)。激電測(cè)深試驗(yàn)采用對(duì)稱四極裝置，定比極距法，側(cè)線沿溝谷呈南北向展布。

圖3 李家窯村沖溝形態(tài)示意圖

圖4 李家窯村物探點(diǎn)位示意圖

物探試驗(yàn)獲得視電阻率(R)、視極化率(ηs)、半衰時(shí)(Th)、衰減度(Md)和偏離度(Rr)等多種參數(shù)。視電阻率是反映巖石電性的參數(shù)，能夠較好地反映地下構(gòu)造形態(tài)特征。完整基巖的視電阻率一般呈高值[2]。衰減度為衡量二次場(chǎng)放電快慢的參數(shù)，與含水量呈正相關(guān)關(guān)系。Md值越小說明放電越快，含水程度越低;Md值越大，放電越慢，含水程度越高。偏離度表征極化率的實(shí)測(cè)結(jié)果與直線方程的偏離程度，與含水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[3]。鑒于半衰時(shí)曲線對(duì)含水層頂部有較明顯的反映，但對(duì)底界反映不清;而極化率曲線對(duì)整個(gè)含水層都有所反映，但異常寬度大，幅度小，邊界模糊。采用綜合參數(shù)Z=0.75*ηs* Th能提高參數(shù)對(duì)含水性的分辨力，Z值越高，含水性越好。

D1測(cè)深點(diǎn)位于西村鎮(zhèn)李家窯村內(nèi)的沖、洪積溝谷中，可見卵礫石出露。視電阻率曲線總體呈K型，極距(AB/2)165～198 m段的視電阻率為高值，視電阻率介于293～297 Ω·m。上段地層視電阻率值隨深度整體升高，與基巖裂隙隨深度增加逐漸下降是相對(duì)應(yīng)的。對(duì)比偏離度、衰減度和綜合指數(shù)曲線特征，可以看出極距為36m處偏離度呈低值、衰減度和綜合指數(shù)呈高值，指示地層良好的含水性，推測(cè)該處對(duì)應(yīng)為潛水面。相同參數(shù)曲線特征出現(xiàn)于極距132 m處，該處相應(yīng)視電阻率曲線亦出現(xiàn)“折點(diǎn)”，說明132 m處同樣具有良好的含水性。另外，對(duì)比兩側(cè)的激電參數(shù)值，認(rèn)為極距144 m處可作為含水層的底板(見圖5)。

D2測(cè)點(diǎn)位于D1測(cè)點(diǎn)北側(cè)，其視電阻率曲線總體亦呈K型曲線。由于測(cè)量電極與地表的接地條件差，淺部電阻率觀測(cè)值劇烈變化。在極距48 m處，可見良好的低電阻率和偏離度特征以及高衰減度特征，推測(cè)其為地下潛水面所引起(見圖6)。對(duì)比分布于南北兩側(cè)的D1、D2點(diǎn)，D2點(diǎn)的推測(cè)潛水面下降，說明地下水位由南往北漸深，地下水由南往北流。

圖5 李家窯村D1測(cè)深點(diǎn)綜合曲線圖

圖6 李家窯村D2測(cè)深點(diǎn)綜合曲線圖

2.1.3 鉆探驗(yàn)證

物探結(jié)果表明D1測(cè)深點(diǎn)異常情況與水文地質(zhì)條件對(duì)應(yīng)較好，故在D1點(diǎn)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。

鉆探結(jié)果表明在終孔深度120 m的情況下，單井涌水量907.2 m3/d(降深為 27.51 m)，潛水位埋深為 27.1 m，含水層位主要為裂隙發(fā)育的27～52 m以及81～110 m段砂巖，含水層底板為110 m。對(duì)比于物探所揭示的潛水面極距(36 m)及含水層底板極距(144 m)，兩者對(duì)應(yīng)良好，比例系數(shù)分別為 0.75 和 0.76。其與侯希龍等[4]采用“3/4法”測(cè)算基巖埋深一致。因此認(rèn)為在基巖山區(qū)利用激電測(cè)深方法找水時(shí)，異常埋深與大致地層或含水層位的埋深之間的換算系數(shù)可采用 0.75。

2.2 接觸型蓄水案例

夾津口鎮(zhèn)韻溝村位于鞏義市南部灰?guī)r區(qū)，常年缺水，日常用水以旱井地窖集水或遠(yuǎn)距離輸水為主。在此次大旱后，連地窖水都已用完。曾經(jīng)流水而成的溝谷已成羊腸小道，農(nóng)作物出現(xiàn)大面積枯死現(xiàn)象。

2.2.1 接觸型蓄水條件

韻溝村下伏下寒武統(tǒng)辛集組灰?guī)r與中元古馬鞍山組石英砂巖，兩者呈不整合接觸(見圖7)。辛集組灰?guī)r地表出露，溶洞和溶蝕裂縫發(fā)育，最大溶洞可達(dá)100×50cm，溶蝕現(xiàn)象良好。下伏的紫紅色石英砂巖，呈致密塊狀，為相對(duì)不透巖層。因此溶蝕性良好的辛集組灰?guī)r作為地下水的儲(chǔ)水介質(zhì)，與致密塊狀的石英砂巖構(gòu)成儲(chǔ)水空間。而地下水自西往東流與接觸面呈斜交，在其接觸部位蓄積，形成接觸型蓄水構(gòu)造。

圖7 韻溝村地層剖面圖

2.2.2 鉆探驗(yàn)證

鉆孔穿透辛集組灰?guī)r至震旦系砂巖終孔，終孔深度187.4 m。鉆探結(jié)果表明灰?guī)r巖心溶蝕現(xiàn)象良好，鉆進(jìn)時(shí)亦存在一定漏水。但在成井抽水試驗(yàn)時(shí)，水位迅速下降，不到20分鐘水位下降了100多米(見圖8)，獲得的單井涌水量僅為122.4 m3/d。究其原因在于韻溝村地處分水嶺附近，補(bǔ)給區(qū)域小，補(bǔ)給條件較差，以致水量較小。雖然灰?guī)r巖心可見良好的溶蝕現(xiàn)象，但多粘性土充填，其亦體現(xiàn)出較差的補(bǔ)給與徑流條件。

圖8 韻溝村抽水試驗(yàn)S－T曲線

3 結(jié)語

(1)基巖山區(qū)找水，對(duì)蓄水構(gòu)造三要素的判斷正確與否決定了山區(qū)成井出水的可能性。李家窯與韻溝水井的成功體現(xiàn)了蓄水構(gòu)造對(duì)山區(qū)找水的重要性，而兩地水井之間水量的差異進(jìn)一步體現(xiàn)出蓄水構(gòu)造三要素的不可或缺性和同等重要性。

(2)物探方法對(duì)基巖山區(qū)地層與含水情況具有一定的“透視”性，可為基巖山區(qū)找水工作提供技術(shù)支持，對(duì)山區(qū)找水具有指導(dǎo)意義。而正確解譯物探異常是其指導(dǎo)找水工作的前提。李家窯村水井的鉆探結(jié)果驗(yàn)證了激電測(cè)深方法在基巖山區(qū)找水的可行性，并揭示了物探異常深度與實(shí)際層位之間良好的對(duì)應(yīng)性，兩者的換算系數(shù)可為0.75，可為基巖山區(qū)找水物探解譯提供參考。

[1]劉光亞.基巖地下水[M].1版.北京:地質(zhì)出版社.1979:59－127.

[2]趙德全.物探組合勘察基巖水[J].黑龍江國土資源.2009，(4):60－61.

[3]柳建新，劉海飛，馬捷.直流激電測(cè)深多參數(shù)綜合分析劃分含水異常巖體[J].煤田地質(zhì)與勘探.2005，33(3):74－77.

[4]侯希龍，張必然，康虎成.山區(qū)物探找水中確定基巖埋深的3/4法技術(shù)實(shí)踐[J].河北水利水電技術(shù).2004，4:38－39.