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        延慶舊縣—石槽巖溶水特征分析

        2018-09-10 16:57:23牛升晟李鈁
        城市地質(zhì) 2018年4期
        關(guān)鍵詞:延慶白云巖滲透系數(shù)

        牛升晟 李鈁

        摘? 要:延慶盆地中部第四系下伏基巖以薊縣系霧迷山組白云巖為主,為了摸清該區(qū)域巖溶水分布特征與規(guī)律,在舊縣鎮(zhèn)平原區(qū)布置了兩眼基巖勘探井,鉆探成果顯示,薊縣霧迷山組巖溶裂隙發(fā)育、滲透性好、導(dǎo)水性強(qiáng),影響半徑小,巖溶含水層富水性良好,水化學(xué)類(lèi)型為重碳酸鈣鎂型水,巖溶含水層的滲透系數(shù)為1.7020m/d,導(dǎo)水系數(shù)為506.17m2/d。綜合分析認(rèn)為,延慶舊縣-石槽勘查區(qū)巖溶水資源具有一定的開(kāi)采潛力。

        關(guān)鍵詞:巖溶水;白云巖;延慶;滲透系數(shù)

        中圖分類(lèi)號(hào):P641.134? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ?文章編號(hào):1007-1903(2018)04-0067-04

        0 前言

        北京是世界上嚴(yán)重缺水的大城市之一。當(dāng)?shù)厝司Y源量?jī)H相當(dāng)于全國(guó)人均的1/8,世界人均的1/30。南水北調(diào)進(jìn)京后,水資源短缺形勢(shì)雖然可得到緩解,但作為外來(lái)水引水工程一旦出現(xiàn)問(wèn)題,將威脅北京城市供水安全。為緩解北京市水資源不足,保證城市建設(shè)發(fā)展和居民生活用水,2011年7月北京市發(fā)展和改革委員會(huì)批準(zhǔn)實(shí)施北京巖溶水資源勘查評(píng)價(jià)工程。

        延慶盆地位于北京西北,巖溶水勘查程度較低,巖溶水資源尚未大量開(kāi)發(fā)利用。

        舊縣—石槽地區(qū)為重點(diǎn)勘探區(qū),該工程以探采結(jié)合的方式,查明巖溶含水層的分布、埋藏特征及其巖溶地下水的賦存富集規(guī)律,掌握巖溶地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件,施工勘探井,圈定水源地靶區(qū)。

        1 勘查區(qū)概況

        延慶盆地處于燕山沉降帶西端,是華北平原向張北高原的過(guò)渡地帶,其東、北、南三面被群山環(huán)抱。延慶盆地由東北向西南延伸,東西長(zhǎng)35km,南北最寬處16km,山區(qū)屬軍都山山脈(衛(wèi)萬(wàn)順,2008)。舊縣鎮(zhèn)屬山前平原地帶,舊縣鎮(zhèn)山前有殘丘,石槽地區(qū)為山區(qū)。山區(qū)地勢(shì)東北高西南低,石槽地區(qū)南猴頂沿線構(gòu)成地表分水嶺,分水嶺兩側(cè)沖溝發(fā)育;盆地平均海拔500m,山地平均海拔1000m。YQ-K-1號(hào)井和FC-T-8號(hào)井都位于延慶區(qū)舊縣鎮(zhèn)東龍灣村東北,團(tuán)山村村南,兩眼井水平距離相距436m。

        2 地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

        2.1 地層分布

        區(qū)域基底主要由太古界組成,由于長(zhǎng)期出露遭遇侵蝕而未能接受沉積,地層缺失較多。延慶盆地四周山區(qū)出露有白堊系、侏羅系、寒武系、薊縣系、長(zhǎng)城系及太古界,西北部海坨山有花崗巖巖體出露(圖1)。

        勘查區(qū)為第四系沖洪積平原地貌,下伏基巖主要為薊縣系碳酸鹽巖。第四系分布于平原區(qū)及溝谷地帶,第四系厚度從永寧鎮(zhèn)東部山前,自東向西逐漸增加(王曉紅等,2016),在YQ-K-1號(hào)井和FC-T-8號(hào)井附近增加到200m左右,至延慶城區(qū)東北處和官?gòu)d水庫(kù)附近,第四系最深可達(dá)1900m左右?;鶐r主要為中上元古界薊縣系霧迷山組,主要由燧石條帶白云巖、疊層石白云巖、瀝青質(zhì)白云巖及少量含粉砂內(nèi)碎屑白云巖、硅質(zhì)巖組成,厚度約1780~3490m,該組地層裂隙較發(fā)育,富水性較好。

        2.2 斷裂構(gòu)造

        從區(qū)域構(gòu)造單元來(lái)看,勘查井位于延慶新斷陷的東部邊緣。主要斷裂有北東走向的五里營(yíng)-古城斷裂、康莊-沈家營(yíng)斷裂,南北走向的舊縣斷裂。

        (1)五里營(yíng)-古城斷裂

        該斷裂位于勘查井北側(cè),延慶盆地北部,是一條隱伏斷裂,走向北東,從官?gòu)d水庫(kù)延伸至古城村一帶。斷層傾向南東,南東盤(pán)下降,北西盤(pán)上升的正斷層,斷裂延伸較遠(yuǎn),與佛峪口—黃柏寺斷裂共同控制了盆地北部的地層沉積。

        (2)康莊-沈家營(yíng)斷裂

        該斷裂位于勘查井南側(cè),為區(qū)域隱伏斷裂,走向北東,傾向北西的正斷層。斷裂西北側(cè)是延慶盆地的沉積中心,在新生代曾有過(guò)強(qiáng)烈的沉陷。該斷裂控制著延慶盆地南部邊緣。

        (3)舊縣斷裂

        該斷裂北部在黑峪口山區(qū)有出露,南部隱伏于第四系之下,經(jīng)舊縣、艾官營(yíng)至井莊村,總體走向近南北,斷層面傾向西,為正斷層。由物探資料推斷勘查井西側(cè)有一隱伏斷裂,走向南北,斷距約為200m,傾向西的正斷層。

        2.3 水文地質(zhì)條件

        勘查區(qū)及其周邊地下水包括孔隙水、裂隙水和巖溶水。文中以碳酸鹽巖溶裂隙水為研究對(duì)象。

        延慶舊縣—石槽巖溶水分布區(qū)屬山前巖溶地下水分布區(qū),勘查區(qū)內(nèi)巖溶地下水的補(bǔ)給以大氣降水入滲補(bǔ)給為主,另外媯水河、古城河河水流經(jīng)白云巖地層時(shí)也有一定的滲漏量,徑流方向由北東流向南西,排泄方式主要為地下水側(cè)向徑流及少量巖溶水開(kāi)采,巖溶水開(kāi)發(fā)利用程度低(李宇等,2009)。

        FC-T-8號(hào)井和YQ-K-1號(hào)井取水目的層為薊縣系霧迷山組白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r,為覆蓋型巖溶水,含水層厚度大,巖溶裂隙發(fā)育、滲透性好、導(dǎo)水性強(qiáng),有利于大氣降水入滲。

        3 巖溶水特征分析

        3.1 鉆探

        北京巖溶水資源勘查評(píng)價(jià)工程在延慶實(shí)施了兩眼勘探井。

        (1)揭露地層

        第四系(Q):YQ-K-1號(hào)井揭露深度為0~237m,F(xiàn)C-T-8號(hào)井揭露深度為0~205m,巖性以粘砂、細(xì)砂為主夾砂礫石層。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)志資料,勘查區(qū)內(nèi)第四系巖性以山前坡、洪、沖積混雜而成的砂類(lèi)土夾碎石及粘性土為主,與下伏地層不整合接觸。

        薊縣系霧迷山組(Jxw):YQ-K-1號(hào)井揭露深度為237~605m(未穿),F(xiàn)C-T-8號(hào)井揭露深度為205~502m巖性主要為灰色、灰白色、灰黑色白云巖,視厚度分別為368m和297m。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)志資料,勘查區(qū)內(nèi)下伏基巖巖性主要為白云巖、燧石條帶白云巖。

        為了確定勘探井附近地區(qū)地層結(jié)構(gòu)及基巖埋深,勘查區(qū)內(nèi)布設(shè)了5條CSAMT剖面。CSAMT測(cè)線反演電阻率等值線及地質(zhì)推斷顯示該區(qū)域西部第四系較厚,約500m,東部第四系較薄,厚度約200m左右。

        YQ-K-1號(hào)井和FC-T-8井鉆探揭露的地層與區(qū)域地質(zhì)資料、物探解譯吻合一致。

        (2)泥漿漏失與測(cè)井

        YQ-K-1號(hào)井鉆井過(guò)程中,281.5~284m,泥漿漏失20m3;337~339m,泥漿漏失50m3;390~393m,泥漿漏失25m3;432~433m,泥漿漏失42m3。FC-T-8號(hào)井在310m以后泥漿漏失不斷,采取了多次的泥漿堵漏措施,構(gòu)造裂隙比起YQ-K-1號(hào)井更加發(fā)育,說(shuō)明延慶盆地下伏薊縣系霧迷山組白云巖是良好的富水段。

        分析取水段測(cè)井曲線,YQ-K-1號(hào)井248~510m段電阻率數(shù)值以低阻為主,曲線呈小峰狀起伏,低值為300~600Ω·m,高值為2400Ω·m,低值多達(dá)十幾處;放射性數(shù)值以低值為主,曲線呈齒狀,數(shù)值40API以下。FC-T-8號(hào)井和YQ-K-1號(hào)井在280m以下有相同的電阻率和放射性變化特點(diǎn)。根據(jù)實(shí)鉆錄井,兩口井在霧迷山組白云質(zhì)灰?guī)r內(nèi)鉆進(jìn)速率較快,最高達(dá)3m/h。綜合分析認(rèn)為:該井取水段巖溶裂隙發(fā)育,滲透性好。

        3.2 水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算

        YQ-K-1號(hào)井和FC-T-8號(hào)井抽水試驗(yàn)分為小、中、大3個(gè)降深,穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間分別為8小時(shí)、16小時(shí)和24小時(shí),出水溫度為13℃。抽水試驗(yàn)成果見(jiàn)表1和表2(北京市地質(zhì)勘查技術(shù)院,2012a;北京市地質(zhì)工程勘察院,2013)。

        YQ-K-1號(hào)井和FC-T-8號(hào)井運(yùn)用非穩(wěn)定流配線法和穩(wěn)定流經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算了白云質(zhì)灰?guī)r的滲透系數(shù)和導(dǎo)水系數(shù),對(duì)比結(jié)果,認(rèn)為穩(wěn)定流的計(jì)算數(shù)值偏小,符合實(shí)際情況。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

        YQ-K-1號(hào)井和FC-T-8號(hào)井位于同一水文地質(zhì)單元內(nèi),相距僅436m,滲透系數(shù)的計(jì)算值相差較大。這是因?yàn)樵谑┕み^(guò)程中,YQ-K-1號(hào)井在目的層出水段,多處發(fā)生孔內(nèi)坍塌現(xiàn)象,為了保障成井質(zhì)量,237~605m段下入了Ф127mm濾水管護(hù)壁,濾水管會(huì)影響該井的出水量,從而使?jié)B透系數(shù)的計(jì)算值低于其實(shí)際值。FC-T-8號(hào)井的目的層出水段為裸孔成井,因此滲透系數(shù)更能反應(yīng)真實(shí)地層的滲透系數(shù)值。

        3.3 巖溶水水質(zhì)分析

        YQ-K-1號(hào)井與FC-T-8號(hào)井在抽水試驗(yàn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)各取水樣一件,進(jìn)行生活飲用水水質(zhì)全分析檢測(cè)。由檢驗(yàn)報(bào)告得知:這兩口井的水無(wú)色無(wú)味,無(wú)肉眼可見(jiàn)物,水化學(xué)類(lèi)型均為重碳酸鈣鎂型水,pH值為7.88~8.08,礦化度均為390mg/L,總硬度為206~214mg/L,屬于弱堿性、微硬水,水質(zhì)符合國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 5749-2006)。

        根據(jù)Piper三線圖解分區(qū)(圖2),總共劃分為9個(gè)區(qū),落在菱形中的不同區(qū)域的水樣具有不同的化學(xué)特性,兩件水樣都位于1、3、5區(qū)。Piper圖分析結(jié)果顯示,延慶舊縣—石槽地區(qū)的巖溶水中,堿土金屬離子超過(guò)堿金屬離子,弱酸根離子超過(guò)強(qiáng)酸根離子,碳酸硬度超過(guò)50%,地下水化學(xué)性質(zhì)以堿土金屬和弱酸為主。

        3.4 巖溶水資源潛力分析

        通過(guò)YQ-K-1號(hào)井和FC-T-8號(hào)井的抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)及水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果,可以判定舊縣—石槽巖溶勘查區(qū)內(nèi)的薊縣系霧迷山組碳酸鹽巖中,巖溶裂隙發(fā)育良好、滲透性好、導(dǎo)水性強(qiáng)、影響半徑小,富水性良好(北京市地質(zhì)勘查技術(shù)院,2012b)。

        通過(guò)走訪調(diào)查,勘查區(qū)內(nèi)大部分水井取水目的層為第四系的農(nóng)業(yè)用水淺井,巖溶地下水基本上未開(kāi)采,巖溶地下水儲(chǔ)量較豐富,可開(kāi)采的巖溶地下水資源潛力較大,是理想的戰(zhàn)略應(yīng)急儲(chǔ)備水源地。

        4 結(jié)論

        (1)YQ-K-1號(hào)井和FC-T-8號(hào)井探明了舊縣-石槽勘查區(qū)薊縣系霧迷山組巖溶地下水的富水性。巖溶地下水單位涌水量172.32~346.19m3/d·m,水溫為13℃,滲透系數(shù)為1.70m/d,導(dǎo)水系數(shù)為506.17m2/d。

        (2)舊縣—石槽勘查區(qū)薊縣系霧迷山組巖溶裂隙發(fā)育、滲透性好、導(dǎo)水性強(qiáng),影響半徑小,巖溶含水層富水性良好,水質(zhì)優(yōu)良,符合生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),是北京市西北地區(qū)理想的戰(zhàn)略應(yīng)急儲(chǔ)備水源供應(yīng)地。

        參考文獻(xiàn)

        北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局,北京市地質(zhì)調(diào)查研究院,2008. 北京城市地質(zhì)[M]. 北京:中國(guó)大地出版社,69-71.

        北京市地質(zhì)勘查技術(shù)院,2012a. 北京巖溶水資源勘查評(píng)價(jià)工程水文地質(zhì)鉆探工程YQ-K-1井竣工報(bào)告[R].

        北京市地質(zhì)勘查技術(shù)院,2012b. 北京巖溶水資源勘查評(píng)價(jià)工程水文地質(zhì)鉆探工程(昌平-延慶)標(biāo)段勘探成果報(bào)告[R].

        北京市地質(zhì)工程勘察院,2013. 北京巖溶水資源勘查評(píng)價(jià)工程水文地質(zhì)鉆探工程FC-T-8井竣工報(bào)告[R].

        李宇,郭萌,周嶸,2009. 北京地區(qū)巖溶水資源勘察工作探討[J]. 城市地質(zhì),4(4): 5-9.

        王曉紅,劉久榮,辛寶東,等,2016. 北京巖溶水系統(tǒng)劃分及特征分析[J]. 城市地質(zhì),11(3): 8-15.

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