武軍鋒，袁建明

(陜西省一三九煤田地質(zhì)水文地質(zhì)有限公司，陜西 渭南 714000)

富平縣巖溶地下水屬于合-耀區(qū)水文地質(zhì)單元的補(bǔ)給區(qū)，地下水位標(biāo)高378～383.10 m，地下水自西北向東南徑流排泄。巖溶水賦存的介質(zhì)由一系列成因不同、大小不等、形態(tài)各異的裂隙、溶隙、溶孔、溶洞等構(gòu)成復(fù)雜的貯存系統(tǒng)。儲(chǔ)水空間十分復(fù)雜，構(gòu)成了渭北巖溶水賦存豐富而不均勻、連通性良好的巖溶水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。地層巖性和裂隙、孔隙、巖溶發(fā)育程度的差異性造成巖溶水賦存富集的不均一性。布井位置的不同往往引起水量的極大差異，而相鄰距離10余米的巖溶井水量極大且無(wú)井間影響，掌握巖溶水在不同地質(zhì)構(gòu)造條件下的空間分布的一般規(guī)律，結(jié)合水文地質(zhì)調(diào)查與激電測(cè)深成果，綜合分析巖溶水井位的可行性，科學(xué)合理地布置井位。

1 工作方法

運(yùn)用綜合勘查方法，在研究現(xiàn)階段區(qū)域水文地質(zhì)成果資料的基礎(chǔ)上，首先進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查，以同一水文地質(zhì)單元強(qiáng)富水巖溶井的井位條件為依據(jù)，采用類(lèi)比法初步分析巖溶水井位的可行性，確定重點(diǎn)區(qū)段并進(jìn)行激電測(cè)深，以斷層分布區(qū)的激電電性特征為依據(jù)，分析視電阻率曲線形態(tài)，結(jié)合激發(fā)參數(shù)判斷富水性，基本查明斷層在論證區(qū)的空間分布特征。綜合分析擬布巖溶井位的可行性。

2 地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

富平縣地處渭河斷陷盆地與北山隆起的過(guò)渡地帶，地勢(shì)總趨勢(shì)為西北高，東南低，中部起伏不平，裂隙巖溶水論證區(qū)主要地貌形態(tài)有：巖溶斷塊低中山、殘山、洪積傾斜平原、黃土臺(tái)塬、構(gòu)造洼地及河谷階地。(1)巖溶斷塊低中山：分布于論證區(qū)的北部，海拔高程850～1 370 m，南坡陡峭，北坡舒緩。溝壑縱橫，相對(duì)切割深度200 m左右。(2)巖溶斷塊殘山：分布在盆傾峪以西，海拔高程750～800 m，山體高出塬區(qū)100～200 m。(3)洪積傾斜平原：分布于斷塊低中山以南，石川河以東，順陽(yáng)洼地以北的山前地帶，高程一般470～700 m。(4)黃土臺(tái)塬：分布于中南部，塬面平緩、完整，沖溝不甚發(fā)育，且切深不大。高程一般430～680 m。(5)構(gòu)造洼地：近北東向排列展布，這些洼地常低于塬面20～50 m。比較著名的有順陽(yáng)洼地、蘆陽(yáng)洼地等，高程一般380～480 m。塬體與洼地的形態(tài)也間接反映了基底壘、塹相間的構(gòu)造格局。

2.2 地質(zhì)

(1)地層：區(qū)內(nèi)基巖絕大部分被第四系覆蓋，富平縣境內(nèi)奧陶系發(fā)育較全，僅在北部山區(qū)出露有石炭系與奧陶系地層。結(jié)合鉆井資料，按照地層沉積先后依次為：奧陶系(O)[冶里組(O1y)、亮甲山組(O1l)、下馬家溝組(O2m1)、上馬家溝組(O2m2)、峰峰組(O2f)、平?jīng)鼋M(O2p)]、石炭系(C)[本溪組(C2b)、太原組(C3t)]零星出露于區(qū)內(nèi)北部的碑子山一帶、新近系(N2)主要分布于富平-劉集一帶以南地區(qū)、第四系離石組及馬蘭組(Q2l+Q3m)全區(qū)廣泛分布、全新統(tǒng)(Q4)主要分布于石川河及溫泉河河谷。

(2)構(gòu)造：富平縣以梅家坪-底店一帶的北山山前斷裂為界，北部構(gòu)造位置屬于鄂爾多斯盆地南部的渭北隆起中部，南部屬于渭河斷陷盆地北部的斷階區(qū)，位于梅家坪至底店以南，南界為口鎮(zhèn)—關(guān)山斷裂。北部隆起區(qū)，主要由奧陶系上統(tǒng)碳酸鹽巖與凝灰?guī)r、頁(yè)巖組成，有總體為北傾的緩傾單斜構(gòu)造，西端為張性斷裂圍限的耀西斷陷，南部為一近東西向的西傾不對(duì)稱(chēng)背斜，稱(chēng)新興—到賢隱伏背斜。該區(qū)還發(fā)育有一系列NE、NEE及少量NW向斷裂，形成了比較復(fù)雜的斷塊隆起。由于地層大多處于侵蝕基準(zhǔn)面以上，各含水層富水性較差，僅有少量泉水出露，溝流大多為季節(jié)性流水。南部斷階區(qū)，北緣海拔一般為600 m，南緣海拔360 m；第四紀(jì)沉積北薄南厚，鉆孔資料揭露第四紀(jì)沉積厚度富平為327 m，富平以南第四系之下，上新統(tǒng)厚度約650 m，反映了北薄南厚的不對(duì)稱(chēng)性?？偟膩?lái)看，越向南部斷陷越深，南部的原任斷塊，是該區(qū)域下古生界埋深最大的區(qū)域。

2.3 水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)含水巖組分為松散層孔隙水和灰?guī)r巖溶裂隙水兩種類(lèi)型。本節(jié)重點(diǎn)論述奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水巖組(O)，碳酸鹽巖巖溶裂隙水是區(qū)內(nèi)的重要水源，含水層廣泛隱伏于松散巖類(lèi)之下，由一套碳酸鹽巖組成，儲(chǔ)水空間為裂隙、溶隙、溶孔等，統(tǒng)稱(chēng)巖溶裂隙水，簡(jiǎn)稱(chēng)巖溶水。根據(jù)區(qū)內(nèi)地層巖性、巖溶發(fā)育情況，將富平地區(qū)的碳酸鹽巖含水巖組劃分如下：

(1)平?jīng)鼋M(O2p)含水巖組：分布于區(qū)內(nèi)北部富平山神廟一帶，巖性以深灰色薄板狀、頁(yè)片狀灰?guī)r和角礫狀灰?guī)r為主，夾有多層凝灰?guī)r。雖有溶隙發(fā)育，但延伸性較差，凝灰?guī)r夾層常成為局部隔水層，滲流帶中巖溶水下滲受阻形成懸掛泉，流量較小，一般在0.2～0.6 L/s之間，較大1.5 L/s左右，為弱含水巖組。其分布位置又多在380 m標(biāo)高以上，非本區(qū)探采目的層。

(2)峰峰組二～四段(O2f2-4)含水巖組：分布于低中山、殘山下部，大面積隱伏于平?jīng)鼋M及新生界松散巖類(lèi)之下。據(jù)金粟山地層剖面，厚度158～354 m。主要巖性為淺-深灰色灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等。質(zhì)純、層厚、巖溶化程度高。該含水巖組是富平地區(qū)開(kāi)發(fā)利用巖溶水的主要目的層。一般單井涌水量為41.05～237.5 m3/h，降深0.1～58.0 m，溶解性總固體426.0～1 570.29 mg/L，F(xiàn)-含量0.38～2.52 mg/L。著名的黃河灘地東王瀵泉(群)即出自該層，泉群流量1.66 m3/s，最大的馬瀵泉流量為0.72 m3/s。

(3)上馬家溝組上段(O2m22)含水巖組：區(qū)內(nèi)無(wú)露頭，隱伏于峰峰組之下，是富平地區(qū)深部強(qiáng)巖溶含水層。上部為灰色、深灰色中-厚層狀灰質(zhì)白云巖夾黃色薄層狀白云質(zhì)泥灰?guī)r。中部有一層1～2 m 厚的棕灰色角礫狀泥灰?guī)r。下部為灰色巨厚層狀白云巖夾薄層狀泥灰?guī)r，普遍含灰白、灰黑色燧石結(jié)核和條帶，可見(jiàn)薄層石膏，厚112～182 m。該層質(zhì)地均勻、厚度穩(wěn)定，溶蝕裂隙較為發(fā)育，該層段富水性強(qiáng)，但各向異性很大，含水性極不均勻，鉆孔單位涌水量(q)0.035～124 L/s·m，日涌水量(Q)在4 000 m3/d以上。據(jù)水文孔抽水試驗(yàn)資料，涌水量達(dá)200～270 m3/h，降深僅1.28～3.00 m，水質(zhì)為HCO3·SO4-Na·Ca·Mg型，礦化度小于1.0 g/L，水溫20℃～24.5℃。

(4)下馬家溝組上段(O2m12)含水巖組：區(qū)內(nèi)無(wú)露頭，隱伏于峰峰組之下，是富平地區(qū)深部中等巖溶含水層，巖性由三層灰-深灰色中厚層狀泥-粉晶灰?guī)r、泥晶白云質(zhì)灰?guī)r和粉晶白云巖、灰質(zhì)白云巖，夾兩層灰黃、綠黃色泥灰?guī)r組成，總厚56～70 m。俗稱(chēng)“三灰?jiàn)A二黃”。易溶巖單層厚度大，溶蝕裂隙常見(jiàn)，局部見(jiàn)小溶孔、小溶洞。其富水性差異較大，一般情況下，單斜深部為中等巖溶裂隙含水層段。單井涌水量多在3 000 m3/d以上。袁家坡DK1井抽水試驗(yàn)單位涌水量(q)達(dá)191.30 L/s·m。日涌水量(Q)達(dá)23 290 m3/d，水化學(xué)類(lèi)型為HCO3·SO4-Na·Mg·Ca型，礦化度小于0.88 g/L，水溫23℃～25℃。

3 水文地質(zhì)調(diào)查

根據(jù)論證區(qū)地層、含水層分布和地貌特征，一般采用平面控制調(diào)查方法。水文地質(zhì)調(diào)查點(diǎn)密度以不遺漏水文點(diǎn)為原則。對(duì)水文地質(zhì)調(diào)查點(diǎn)用GPS準(zhǔn)確測(cè)量其坐標(biāo)位置。以論證區(qū)及其周邊水源井為重點(diǎn)調(diào)查對(duì)象，其次調(diào)查以第四系松散層孔隙水為取水目的層的水源井，目的為了解終孔層位是否達(dá)到灰?guī)r風(fēng)化界面，以便確定灰?guī)r界面深度。水井調(diào)查工作方法以走訪和詢(xún)問(wèn)為主，向水井管理人員詳細(xì)詢(xún)問(wèn)水井的深度、水量、水位與水質(zhì)等參數(shù)，以及水井動(dòng)態(tài)情況。通過(guò)分析以判斷所提供水井參數(shù)的可靠性。對(duì)于有測(cè)量條件的水井，則采用電測(cè)水位計(jì)進(jìn)行水位及井深的測(cè)量。并觀測(cè)井位的地質(zhì)地貌特征，結(jié)合水文地質(zhì)圖確定含水層時(shí)代及巖性。對(duì)水文地質(zhì)調(diào)查井進(jìn)行分類(lèi)匯總，為最終確定井位提供依據(jù)。

4 激電測(cè)深

巖溶含水巖組及斷層破碎帶的電阻率與其完整的圍巖有明顯的電性差異，通過(guò)激電測(cè)深查明基巖起伏情況，確定覆蓋層厚度，查明基巖風(fēng)化殼發(fā)育深度等，定性地確定具有明顯電阻率差異的斷層破碎帶、陡立性接觸界線的存在，并大致了解其產(chǎn)狀(走向、傾向)和范圍。查找埋藏不深，規(guī)模較大，電性差異明顯的地下局部不均勻體，如石灰?guī)r局部的沖水溶洞。

測(cè)線的布置依據(jù)垂直于斷層走向的原則，這樣可以查明斷層位置及空間展布情況。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖，以區(qū)內(nèi)發(fā)育斷層為依據(jù)，在斷層兩盤(pán)分別布置一定數(shù)量的測(cè)點(diǎn)，斷層附近的點(diǎn)距可適當(dāng)加密，以精確劃定斷層位置。采用“溫納爾”裝置可獲得較明顯的激電異常，各向同性均勻半空間中低阻體可引起視電阻率與極化率曲線異常，依此分析巖溶裂隙存在的可能性。瞬變電磁法對(duì)低阻充水?dāng)鄬?，充泥充水溶洞等低電阻目?biāo)物敏感，所以主要用于探測(cè)含水層、溶洞、陷落柱、含水?dāng)鄬拥鹊刭|(zhì)構(gòu)造情況。高密度與淺震技術(shù)用于淺層不同深度的隱伏構(gòu)造與巖溶 。目前國(guó)內(nèi)采用先進(jìn)的“3S”(RS、GIS、GPS)技術(shù)用于巖溶水資源勘查評(píng)價(jià)工作中，以圈定新的供水水源地。

4.1 電性特征

陡傾斜兩盤(pán)巖性(電性)相同的斷層破碎帶，其視電阻率(ρs)電性特征如圖1所示，斷層破碎帶部位ρs曲線出現(xiàn)低阻凹折(小H型)畸變段，ρs斷面呈漏斗狀(V型或U型)低阻帶。陡傾斜兩盤(pán)巖性(電性)不同的斷層，其視電阻率電性特征如圖2所示，斷層兩盤(pán)曲線類(lèi)型不同，ρs曲線出現(xiàn)超45°反常漸近線。在斷層界面附近，ρs等值線陡立而密集；界面兩側(cè)ρs等值線都各自相背離界面的方向彎曲，形成高阻等值線與低阻等值線明顯分異現(xiàn)象。按照上列斷層與斷裂帶電性特征可解釋電測(cè)深資料，獲得有價(jià)值的地質(zhì)信息，為確定井位提供依據(jù)。

圖1 陡傾斜斷層破碎帶電性特征圖 圖2 陡傾斜斷層電性特征圖

4.2 富水性分析

在視電阻率(ρs)曲線資料解釋的基礎(chǔ)上，主要運(yùn)用激發(fā)參數(shù)進(jìn)行巖溶裂隙水富水性分析，極化率曲線在碳酸鹽巖富水段呈現(xiàn)高異常，視電阻率值相應(yīng)降低在曲線形態(tài)上為平緩段。而被泥質(zhì)填充的溶洞、斷裂帶和泥灰?guī)r、頁(yè)巖等隔水層，極化率(η)曲線與視電阻率曲線同為低異常，一般情況下，半衰時(shí)(H)、衰減度(D)參數(shù)具有與極化率相同的異常特征。

采用激電參數(shù)分析布井條件，巖溶地區(qū)確定井位的原則是“一低三高”，“一低”指ρs曲線呈H型，為低電阻率，其幅度和寬度反映巖溶發(fā)育的程度；“三高”指與ρs相應(yīng)的η、H、D值的幅度較大，其幅度和寬度反映富水性強(qiáng)弱。

5 實(shí)例分析

根據(jù)富平巖溶水出露和埋藏條件不同，可將巖溶水劃分為裸露型、淺埋型和深埋型巖溶水三種類(lèi)型。

裸露型巖溶水：主要分布在北部山地區(qū)域的山脊及溝谷地帶，即白家溝、鳳凰山、將軍山、金粟山、趙老峪一帶。巖溶化地層廣泛出露地表，特點(diǎn)是接受降水入滲補(bǔ)給，地下水循環(huán)交替速度快，常以泉水和地下暗河形式排泄。巖溶水動(dòng)態(tài)變化大、水化學(xué)成分簡(jiǎn)單、礦化度低。

實(shí)例分析：富平薛鎮(zhèn)中昊建材廠奧灰裂隙巖溶井，地貌屬溝谷，標(biāo)高735 m，該廠位于較為開(kāi)闊的支溝溝口，主溝為趙老峪。該區(qū)碳酸鹽巖大部分出露地表或被極薄的黃土覆蓋。如圖3所示，視電阻率(ρs)曲線首支出現(xiàn)小凸起形態(tài)，反映了破碎程度較高且被泥質(zhì)填充的碳酸鹽巖，極化率ηmin值0.5%，基本不含水。在12m處，ρsmin值40.2 Ω·m，對(duì)應(yīng)η值較高0.8%，分析為溶蝕裂隙發(fā)育且較富水。45 m的ηmax值0.97%，ρs曲線形態(tài)平緩，反映地層較富水，總體上12～100 m極化率值較高，巖溶裂隙較發(fā)育，較富水。在180 m、300 m出現(xiàn)極化率較高值，亦為溶蝕裂隙充水現(xiàn)象。以上分析成果為鉆探驗(yàn)所驗(yàn)證，該井出水量達(dá)到1 200 m3/d以上，降深僅0.67 m。

圖3 裸露型巖溶水激電測(cè)深曲線圖

淺埋型巖溶水：分布于奧陶系灰?guī)r裸露區(qū)外圍，石川河岔口一帶地區(qū)。上覆第四系堆積物層厚度一般不超過(guò)50 m，賦存潛水，但有承壓現(xiàn)象；其埋藏受基巖面及地貌控制；接受降水、地表水和淺部地下水補(bǔ)給。類(lèi)似于裸露型的徑流、排泄及動(dòng)態(tài)特征，但變化幅度小。該區(qū)地層的激電特性類(lèi)似于裸露型巖溶水地區(qū)。

深埋型巖溶水：上覆第四系厚度一般大于50 m，大面積分布于郭家圍斷層以南及韓城大斷層以北地區(qū)。賦存承壓水或部分自流水。補(bǔ)給來(lái)源廣泛，徑流條件復(fù)雜，天然排泄點(diǎn)少。地下水動(dòng)態(tài)對(duì)降水反應(yīng)滯后，水化學(xué)成分稍復(fù)雜，但礦化度較低。

實(shí)例分析：富平曹村地貌為山前洪積傾斜平原，北部為隆起的石灰?guī)r中低山，論證區(qū)地面標(biāo)高585～650 m。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖，論證區(qū)發(fā)育李家河正斷層，展布于劉家村、馬家一線，區(qū)內(nèi)延展長(zhǎng)度約1.5 km，斷層走向NE，傾向ES，傾角65°左右，屬于區(qū)域性的控水構(gòu)造。依據(jù)初步掌握的區(qū)內(nèi)斷層情況，垂直于斷層走向布置一條測(cè)線，點(diǎn)距250 m，視電阻率曲線如圖4所示，曲線類(lèi)型屬H型。自北向南測(cè)點(diǎn)在橫向上ρs值總體減小。視電阻率等值線剖面圖如圖5所示，高阻區(qū)等值線密集，而低阻區(qū)等值線稀疏，D1、D2與D3點(diǎn)，淺部為中阻層黃土與粉質(zhì)粘土，其處于潛水位以上而ρs值為中阻；中部為低阻層亞砂土含粉細(xì)砂，因處于潛水位以下而ρs值較低，基巖面以上為第四系松散層砂卵石層ρs值較高；基巖風(fēng)化層因巖石風(fēng)化較破碎而富含水，ρs值較低；深部為高阻層泥灰?guī)r、灰?guī)r與白云巖。D4與D5點(diǎn)低阻層厚度較其它點(diǎn)大，分析其位于斷層上盤(pán)，基巖埋深大于下盤(pán)的D1-D3點(diǎn)，D4點(diǎn)縱向上出現(xiàn)低阻封閉圈，為斷層破碎帶，由于其對(duì)應(yīng)的激發(fā)參數(shù)值較低，分析為基巖埋藏較淺而段層破碎帶被泥質(zhì)填充。通過(guò)激電測(cè)深曲線圖6對(duì)D5重點(diǎn)分析，ρs低阻平緩段寬度較大，相應(yīng)的η起伏段的高脈沖為富水反映；ρs的小H段相應(yīng)η出現(xiàn)高異常，系斷裂帶與巖溶裂隙發(fā)育的富水跡象，井位布置在D5激電點(diǎn)位置,依據(jù)鉆探與測(cè)井資料，在孔深355 m見(jiàn)基巖，420 m、550 m出現(xiàn)井液漏失，與激電測(cè)深資料分析一致。建成后的裂隙巖溶井水量到達(dá)1 500 m3/d以上，降深僅0.57 m。

圖4 埋藏型巖溶水視電阻率曲線圖 圖5 埋藏型巖溶水視電阻率等值線剖面圖

6 井位可行性分析

以擬布井區(qū)域的地層、構(gòu)造、水文地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，結(jié)合激電測(cè)深成果，具體分析巖溶裂隙水井位可行性。存在斷層控水與富水巖層控水兩種情況，工作區(qū)存在斷層時(shí)，要充分研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，運(yùn)用有利條件進(jìn)行布井。據(jù)頁(yè)坡水源井施工時(shí)的資料，由于受構(gòu)造斷層的影響，碳酸鹽巖裂隙及溶洞發(fā)育極強(qiáng)，深度達(dá)700 m。而后對(duì)該井進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，涌水量達(dá)237.5 m3/h，降深僅為2.87 m，說(shuō)明井下裂隙溶洞發(fā)育。首先要進(jìn)行斷層帶富水性分析，主要考慮斷層性質(zhì)和斷層上下盤(pán)地層巖性。一般情況下，張性或張扭性斷層的富水性?xún)?yōu)于壓性或壓扭性斷層的富水性。斷層帶附近的巖石為礫巖、砂巖等脆性巖石時(shí)，裂隙發(fā)育，有利于地下水富集；當(dāng)巖性為泥巖、頁(yè)巖和砂質(zhì)泥巖等泥質(zhì)含量較大的塑性巖石時(shí)，則不利于地下水富集。井位通常布置在正斷層上盤(pán)，且位于斷裂帶之外，盡量在井的下部穿過(guò)斷層，則水量最佳。如圖7所示，井深決定于斷層的傾向與傾角，一般可運(yùn)用與擬布井同一水文地質(zhì)單元的水井作為參照，包括已知井基巖埋深；鉆探時(shí)井液漏失層位的深度；井位距離圖上斷層走向線的垂直距離；以及激電測(cè)深數(shù)據(jù)等。用已知井的井深、水量、水位類(lèi)比擬布井的對(duì)應(yīng)參數(shù)，分析擬布井位的可行性。

圖6 D5點(diǎn)激電測(cè)深曲線圖 圖7 斷層破碎帶裂隙巖溶水成井圖

巖溶裂隙水井位論證中，往往受限于村莊或工廠附近，具體可布井的范圍很小，該范圍內(nèi)無(wú)斷層或距離斷層較遠(yuǎn)時(shí)，只能利用“層控法”布井，分析地層資料及其水文地質(zhì)條件，確定富水層的深度，此時(shí)井深參數(shù)極為關(guān)鍵，鉆探終孔層位一定要達(dá)到或超過(guò)富水層底板深度。通過(guò)已知井的鉆探與測(cè)井資料分析富水層地質(zhì)時(shí)代及其富水性，確定擬建井的深度，估算水量，預(yù)測(cè)水質(zhì)。

7 結(jié)語(yǔ)

本文以區(qū)內(nèi)地質(zhì)與水文地質(zhì)為基礎(chǔ)，著重從物探角度論述巖溶裂隙水布井方法，分析該區(qū)實(shí)際生產(chǎn)案例，總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，常年在該區(qū)的布井實(shí)踐以及鉆探成井驗(yàn)證，說(shuō)明了布井所運(yùn)用的綜合勘查方法有效性較高。借鑒國(guó)內(nèi)近年來(lái)先進(jìn)的物探方法，提高巖溶裂隙水布井的工作質(zhì)量，更加有效地開(kāi)發(fā)利用巖溶裂隙水資源，為水利建設(shè)發(fā)揮作用。