保定西部山區(qū)缺水區(qū)構(gòu)造裂隙水找水實(shí)例解析：以唐縣史家佐村地下水勘查為例

鄧啟軍，李 偉，朱慶俊，李巨芬，李 曼

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定071051;2.保定市供水總公司，河北 保定071051)

保定西部山區(qū)位于太行山東麓北段，總面積約11 500 km2，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，涉及到9個(gè)縣(市、區(qū))普遍面臨缺水問題，其中季節(jié)性缺水村莊有2 000余個(gè)，常年缺水村莊800余個(gè)［1］。由于基巖地下水埋藏的復(fù)雜性及不均勻性［2］，一直以來，缺水地區(qū)的成井率不高，當(dāng)?shù)厝罕姵Ｃ媾R飲用水短缺、水質(zhì)惡化及因水致貧等問題。

史家佐村有2 500余人，位于唐縣齊家佐鄉(xiāng)東北，屬于中低山地貌。本區(qū)屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)，由于現(xiàn)有飲用水井供水能力嚴(yán)重不足，大部分村民只能以高價(jià)從鄰村購買生活用水，給原本就不富裕的村民又增加了一大筆額外的負(fù)擔(dān)，同時(shí)，村民內(nèi)部因?yàn)闋?zhēng)奪有限的水資源而時(shí)常激化矛盾，嚴(yán)重的影響到了鄰里和諧。近年來，該村先后向縣、市反映缺水問題，也有多家單位曾在此地開展了勘查，但是因?yàn)樘厥獾牡刭|(zhì)條件，均是無功而返。區(qū)內(nèi)找水難度極大，主要體現(xiàn)在以下的兩個(gè)方面，一、地質(zhì)條件較為復(fù)雜，大部分構(gòu)造均被巖脈、高嶺土脈侵入，富水構(gòu)造較少，地下水連通性較差;二是工作區(qū)地下巖脈復(fù)雜，對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)很容易引起誤判，增加了地下水勘查難度。

1 自然地理及水文地質(zhì)條件

該區(qū)位于北溫帶季風(fēng)氣候邊緣，屬于溫帶半干旱、半濕潤(rùn)的大陸性季風(fēng)氣候，年均降雨量521 mm，降雨分配不均，多集中在6-8月份，年紀(jì)降雨量變化較大，無地表水流通過。

區(qū)內(nèi)出露的地層主要有薊縣系霧迷山組燧石白云巖(Jxw)、景兒峪組燧石角礫巖夾薄層石英砂巖(Qb)和第四系殘坡積物()。主要地質(zhì)構(gòu)造以NE和NW方向斷層構(gòu)造為主，其中以NW向?yàn)橹鲗?dǎo)方向的構(gòu)造，以巖脈、高嶺土充填較多，圖1。

早先曾在村西溝施工一口150 m深井，遇到閃長(zhǎng)巖體，后挪孔至村南，于2002年成井(SJZ-01)，井深134 m，該井曾以3吋泵滿管連續(xù)抽水52 h，水位穩(wěn)定，停泵后水位恢復(fù)速度較快，然而在使用幾年后，現(xiàn)已基本報(bào)廢，通過對(duì)SJZ-01鉆孔分析，該井剛開始使用階段出水量較好，但在使用了幾年之后，就基本報(bào)廢，說明該井所處的位置地下水的補(bǔ)充不足，分析其原因主要是巖脈及高嶺土脈將該村的地下空間切割成網(wǎng)格狀，成為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的小單元，地下水的連通性較差。村南溝里挖有一大口井(SJZ-02)，井深40 m，第四系覆蓋較薄，約4～8 m，下伏致密的黃白色高嶺土，水量極小。

圖1 史家佐地質(zhì)構(gòu)造及找水靶區(qū)示意圖

2 典型地區(qū)地下水勘查示范

2.1 確定找水靶區(qū)

區(qū)內(nèi)第四系松散層基本不含水且霧迷山組白云巖巖溶發(fā)育情況較差，所以該地區(qū)主要以尋找構(gòu)造裂隙水為找水目標(biāo)。又因NW方向斷層構(gòu)造巖脈侵入較多，富水性與導(dǎo)水性較差，所以找水的重點(diǎn)方向主要以避開村西侵入巖體及村南高嶺土脈地區(qū)，尋找地下水補(bǔ)給條件通暢的地區(qū)，因此，本區(qū)的找水區(qū)域，只能放在村東與村北，其目標(biāo)應(yīng)以構(gòu)造裂隙水特別是與NW方向伴生的NE方向構(gòu)造裂隙水為主［3］。其主要的技術(shù)手段主要包括遙感解譯、水文地質(zhì)調(diào)查、物探勘查及鉆探驗(yàn)證［4］等。

從衛(wèi)星影像上顯示，史家佐村及周邊發(fā)育四條規(guī)模較大的線性構(gòu)造及一系列次級(jí)構(gòu)造，其中，規(guī)模較大的構(gòu)造三條為NE走向，一條為NW走向，(圖2)。其中，F(xiàn)1、F2和F4主要構(gòu)造及村莊附近的一些小型構(gòu)造，離史家佐較近，對(duì)于本區(qū)地下水勘查有實(shí)際意義，F(xiàn)3和F5線性構(gòu)造因?yàn)榫嚯x村莊較遠(yuǎn)，其開采成本較高。所以在選擇地下水勘查靶區(qū)的時(shí)候未予考慮。

圖2 史家佐村遙感解譯圖

構(gòu)造F1:南北兩側(cè)影像色調(diào)、紋理差異較大。根據(jù)野外驗(yàn)證，構(gòu)造線東南側(cè)巖性為燧石條帶白云巖，傾向SE，西北側(cè)大多被第四系覆蓋，基巖出露較少，局部可見燧石角礫巖，石英砂巖，大都強(qiáng)風(fēng)化、極破碎呈堆積狀，只局部可辨產(chǎn)狀，傾向SE。

構(gòu)造F2:位于史家佐村東北，走向NE40°左右，延伸較長(zhǎng)，地貌上形成深切溝谷、陡崖以及啞口，圖上可以看出其橫穿村東北出山口。構(gòu)造線兩側(cè)均為燧石條帶白云巖，東南側(cè)巖層傾向南東，西北側(cè)巖層傾向南西。據(jù)野外實(shí)地驗(yàn)證，村北丘陵處，該構(gòu)造東南側(cè)見多條NW向高嶺土脈和一條NE向閃長(zhǎng)巖脈;西北側(cè)見多條NNW向高嶺土脈和一條閃長(zhǎng)巖脈。

構(gòu)造F4:位于史家佐村南部，根據(jù)野外驗(yàn)證，在山坡邊緣發(fā)現(xiàn)有一約10m寬的豁口，構(gòu)造行跡明顯，豁口兩側(cè)為巖性為燧石條帶白云巖，因受構(gòu)造活動(dòng)影響，產(chǎn)狀較為混亂，豁口內(nèi)被黃綠色閃長(zhǎng)巖脈侵入，延伸較短，走向NW20°。

從遙感解譯圖上可以看出，洼地東側(cè)及村北丘陵大氣降水經(jīng)入滲后，匯集于村東山間洼地，并由東北出山口流出，洼地某一處應(yīng)為地下水的排泄通道。遙感解譯圖上顯示F2構(gòu)造橫穿東北出山口，故將此處圈定為一個(gè)找水靶區(qū)(圖2，Ⅳ區(qū));同時(shí)，水文地質(zhì)人員在村東北山坡開挖面坡腳處發(fā)現(xiàn)構(gòu)造角礫巖出露，構(gòu)造帶寬4～5 m左右，角礫巖膠結(jié)程度較差，見有溶蝕現(xiàn)象，中間被1～2 m左右完整巖石分隔，利用音頻大地電場(chǎng)尋找其低值點(diǎn)，推斷其為一條NE方向的斷層構(gòu)造，傾角不明，符合對(duì)于本區(qū)地下水的賦存條件的基本推斷，故作為一個(gè)找水靶區(qū)(圖2，Ⅸ區(qū));同時(shí)在村北山埡口處發(fā)育有一的線性構(gòu)造，貫穿整個(gè)埡口，利用音頻大地電場(chǎng)測(cè)量也反映有一線性的低阻帶存在，但因?yàn)榈乇砭粴埰路e所覆蓋，不能確定其為斷層亦或是被巖脈侵入，亦圈定為一個(gè)找水靶區(qū)(圖2，Ⅹ區(qū))。

在圈定找水靶區(qū)的基礎(chǔ)上，選擇了合適的物探方法，開展了詳細(xì)的物探勘查工作，技術(shù)手段主要包括:音頻大地電場(chǎng)、EH-4電導(dǎo)率成像法、激發(fā)極化法，圖3。

圖3 史家佐村物探工作部署圖

2.2 各靶區(qū)成井條件分析

Ⅳ區(qū):

村北出山口，整個(gè)溝谷呈NW15°方向，寬約140 m，剖面呈淺U型，溝內(nèi)主要被第四系覆蓋，溝兩側(cè)主要出露霧迷山組燧石條帶白云巖，局部可見有角礫灰?guī)r。其上游匯水面積約10 km2，在主溝谷處開展了物探工作，其EH-4勘查結(jié)果見圖4。

圖4 史家佐Ⅳ區(qū)EH-4勘查結(jié)果圖

由圖可知:除表層受第四系覆蓋層厚度變化影響局部電性有所差異外，剖面中部中深層為完整灰?guī)r的電性反映;剖面起始端-130 m有一發(fā)育深度小于100 m斷層;剖面30 m處異常不明顯，尾端完整角礫灰?guī)r出露，視電阻率值較低應(yīng)與表層分布的角礫灰?guī)r有關(guān)。于-130 m處開展了激電測(cè)深工作，視電阻率曲線反映埋深150 m范圍巖層完整，無明顯的破碎。因此，該處不符合定井的基本條件，未能成井。

Ⅹ區(qū):

根據(jù)音頻大地電場(chǎng)測(cè)量表明，該線性構(gòu)造走向NW20°，傾角不明，構(gòu)造東側(cè)巖性主要為燧石條帶白云巖，西側(cè)出露有少許景兒峪組燧石角礫巖夾薄層石英砂巖，因不能判斷該線性構(gòu)造是否被巖脈侵入，所以，垂直于該推線性構(gòu)造，開展了相關(guān)物探綜合測(cè)量工作，其EH-4勘查結(jié)果見圖5。

根據(jù)以往的物探勘查數(shù)據(jù)，普遍巖脈的激電參數(shù)高于富水?dāng)鄬拥募る妳?shù)，二者激電參數(shù)值的分布區(qū)間不同，過對(duì)該區(qū)的EH-4勘查，對(duì)比圖5與圖4，二者反映完整白云巖的視電阻率一致，均為500 Ωm左右，富水?dāng)鄬拥囊曤娮杪蕿?50～200 Ωm，巖脈的視電阻率值為250～300 Ωm，故Ⅹ區(qū)可以判斷為巖脈侵入構(gòu)造，不具備成井條件。

圖5 Ⅹ區(qū)巖脈的電性特征

Ⅸ區(qū):

音頻大地電場(chǎng)曲線反映出該斷層走向?yàn)镹30～40°E，異常寬約10 m。起始線位于斷層出露處，兩段低阻異常被20 m處高值分隔，該高值位北延伸大地電場(chǎng)曲線僅有一組低阻異常存在，分析一方面可能是第四系覆蓋層影響了大地電場(chǎng)的分辨能力，另一方面可能是斷層不同位置發(fā)育不同，向北二條小規(guī)模斷層合并成一條斷層，勘查結(jié)果見圖6和7。

EH-4結(jié)果反映出該斷層傾角較大，應(yīng)大于80°，傾向剖面尾端;斷層寬約10 m，斷層發(fā)育深度大于150 m。為驗(yàn)證EH-4結(jié)果，同時(shí)了解斷層的富水情況，在EH-4剖面19 m處開展激電測(cè)深工作。視電阻率測(cè)深曲線表明AB/2=65～170 m，特別是80～100 m段，地層巖石破碎，與EH-4勘查結(jié)果一致。

2.3 擬選井位水文地質(zhì)條件分析

對(duì)比分析三個(gè)找水靶區(qū)水文地質(zhì)條件并結(jié)合物探勘查結(jié)果，確定村東北(Ⅸ區(qū))為成井的優(yōu)選地段。該區(qū)位于村東北的山間盆地，地形標(biāo)高為全區(qū)最低處，村東側(cè)與村北丘陵的地下水全部匯集于此，具有足夠的匯水面積且村西的地下水向該區(qū)徑流;其次該點(diǎn)主要發(fā)育為NE方向的張性斷層，未見巖脈侵入，地下空間避免了被巖脈分割成互補(bǔ)聯(lián)通的小單元，地下水的連通性較強(qiáng)，且斷層發(fā)育于脆性的白云巖中，其破碎帶的裂隙和巖溶發(fā)育，具有一定的儲(chǔ)水空間，形成了補(bǔ)給通暢的斷層蓄水構(gòu)造［2］。因此，綜合考慮，選擇Ⅸ區(qū)作為井位的最優(yōu)選擇。

3 鉆孔實(shí)施效果

根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查及物探測(cè)量的結(jié)果，設(shè)計(jì)井位定在Ⅸ區(qū)EH-4剖面22 m處，孔深為140 m，采用先進(jìn)的空氣潛孔錘技術(shù)加泡沫洗井鉆進(jìn)。實(shí)際實(shí)施的井深為138 m，終孔后，實(shí)施了物探綜合測(cè)井、抽水試驗(yàn)及飲用水質(zhì)分析等工作。抽水試驗(yàn)表明，該井涌水量大于1 440 m3/d，動(dòng)水位埋深36.87 m，降深10 m，水質(zhì)符合國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，徹底的解決了史家佐村近2 500人及鄰近村莊的生活用水難題，取得了較大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

圖6 史家佐Ⅸ區(qū)EH-4勘查結(jié)果圖

4 結(jié)語

1)本次勘查示范井的成功實(shí)施，成功的解決了史家佐村近2 500口人的飲水問題，產(chǎn)生了較大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)下一步在保定西部山區(qū)構(gòu)造裂隙水的勘查積累了經(jīng)驗(yàn)，起到了很好的示范作用。

2)在缺水山區(qū)的找水實(shí)踐中，各專業(yè)人員相互配合以及各種技術(shù)方法的相互驗(yàn)證，能有效的提高山區(qū)找水的工作效率與成井率。

3)在實(shí)際巖脈發(fā)育區(qū)的尋找構(gòu)造裂隙水的過程中，應(yīng)通過斷層露頭觀察，對(duì)比分析勘查成果，判斷斷層或是巖脈侵入，以便取得良好的勘查效果。

［1］邢衛(wèi)國(guó).保定西部山區(qū)地下水賦存環(huán)境與勘查方法研究［D］.北京，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)2009.

［2］劉光亞.基巖地下水［M］.北京:地質(zhì)出版社.1979.

［3］劉國(guó)昌.地質(zhì)力學(xué)及其在水文地質(zhì)工程地質(zhì)方面的應(yīng)用［M］.北京:地質(zhì)出版社.1979.

［4］武選民，郭建強(qiáng)，文冬光等.“逐步逼近式”找水方法及其在缺水地區(qū)水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用［J］.西北地質(zhì).2009，42(4):102-108.