黃土丘陵區(qū)隱伏基巖構(gòu)造裂隙水的探測

王東華

(石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河北石家莊050031)

在黃土丘陵區(qū)，厚層粘土、亞粘土堆積，除了與山區(qū)聯(lián)通的河道溝谷水源外，大部分地區(qū)第四系含水層貧乏。解決供水水源的重要途徑是開發(fā)基巖地下水?；鶐r地下水的富水性取決于地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育程度，只有在構(gòu)造帶或構(gòu)造影響帶上，才可能得到較豐富的基巖裂隙水。本文以太原盆地東北部黃土丘陵區(qū)的勘測成果為例，討論基巖構(gòu)造裂隙水的勘測方法、構(gòu)造特點和井位選擇。

1 水文地質(zhì)條件

太原盆地東北部地區(qū)，為邊山丘陵區(qū)，地形由山前向平原區(qū)傾斜，等高線相對密集，黃土溝谷發(fā)育，且多垂直山脈走向。測區(qū)為典型的暖溫帶大陸性干旱氣候。年均降雨量450 mm左右。

由于厚層黃土覆蓋，地表水貧乏，地下水是人們生活的主要供水水源，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展基本依賴降水。水井多采取第四系松散含水層地下水，井深小于200 m，日出水量小于300 t，且受季節(jié)與豐枯年影響明顯。

下伏基巖為三迭系下統(tǒng)劉家溝組地層，厚約400 m。巖性以淺紫紅色細(xì)粒中層長石砂巖為主，偶夾紫紅色頁巖，其下伏為二迭系暗紫紅色泥巖及薄層砂巖互層。劉家溝組地層與下伏二迭系地層為整合接觸。當(dāng)?shù)卮蚓?，在不了解下伏基巖性狀的情況下，鉆至基巖即終止。因此，水源僅能滿足生活用水，無法滿足農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，導(dǎo)致土地荒蕪閑置。

劉家溝組地層屬于脆性，只有在地質(zhì)構(gòu)造作用下，才可能產(chǎn)生儲水裂隙?？睖y區(qū)構(gòu)造平行于山脈走向，在斷層帶上或影響帶內(nèi)，水井水量豐富，每小時水量大于30 t;在構(gòu)造不明的情況下布置井位，往往水量很小，或干孔無水。

2 黃土覆蓋區(qū)基巖構(gòu)造判別的誤區(qū)

在黃土丘陵區(qū)，往往溝壑發(fā)育，但其并不一定與基巖構(gòu)造有關(guān)，大多是后期水流沖刷形成的。勘測人員在工作期間，對工作區(qū)周邊的水文地質(zhì)資料收集中，了解到曾經(jīng)施工過的基巖深井，誤將黃土溝壑當(dāng)作基巖斷層，按構(gòu)造帶布置水井，結(jié)果導(dǎo)致失敗。

圖1 丘陵區(qū)的黃土溝壑

在溝壑1中，溝寬近20 m，發(fā)育數(shù)公里長，水井布置在溝中，雖然第四系淺層地下水較豐富，但井深400 m，封閉上層水后，由于基巖地層完整，砂巖構(gòu)造裂隙不發(fā)育，水量不足10 T/h，表明無斷層通過。

在溝壑2中，無其他勘探資料，僅依據(jù)溝壑判斷斷層通過，將水井位置選擇在大溝邊，誤認(rèn)為布置在了斷層附近，施工結(jié)果，鉆井地層基巖完整，砂巖無構(gòu)造裂隙，井深500 m，水井水量不足5 T/h，當(dāng)?shù)厣罟┧疀]有得到解決。

上述實例表明，在厚層黃土覆蓋丘陵區(qū)，單憑地貌現(xiàn)象確定隱伏基巖構(gòu)造，有較大的片面性。

3 根據(jù)區(qū)域構(gòu)造探測隱伏斷層

在黃土丘陵區(qū)，隱伏基巖構(gòu)造的調(diào)查，低成本且可靠的方法是應(yīng)用地球物理勘查。物探工作的布置必須建立在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的調(diào)查的基礎(chǔ)上，盡管隱伏基巖區(qū)構(gòu)造資料是盲區(qū)，但需要在調(diào)查區(qū)域構(gòu)造特點的基礎(chǔ)上布置勘測剖面線，即勘測剖面線必須垂直或交叉區(qū)域構(gòu)造方向，才能找到構(gòu)造位置。

勘測人員在勘測時，根據(jù)丘陵區(qū)地形起伏較大的特點，應(yīng)用可控源音頻大地電磁法(CSAMT)布置物探勘測剖面線，只用較少的勘測工作量便找到了隱伏斷層。為測區(qū)地形圖與物探測線位置。地形呈NE-sw傾向，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造為NW-SE走向。因此，測線方向同地形傾向，即與區(qū)域構(gòu)造方向交叉。

勘測得到的電阻率ρ與相位Pha兩參 數(shù)斷面如圖2所示，縱坐標(biāo)為深度H，單位為m;橫坐標(biāo)為剖面長度L，單位為m。電阻率斷面反映第四系地層(低阻區(qū))的底板埋深，在右端為200 m左右，在左端為400 m左右，其分界點位于測線(橫坐標(biāo))300 m處。低阻區(qū)反映第四系黃土，下伏高阻區(qū)反映下三迭系砂巖與頁巖互層。與電阻率剖面對應(yīng)的為阻抗相位參數(shù)Pha斷面，其高相位與低電阻率的黃土相對應(yīng)，低相位與反映基巖的高電阻率相對應(yīng)。電阻率與相位等值線在水平方向上的不連續(xù)，表明地層在水平方向上的不連續(xù)，據(jù)此分析有斷層通過勘測斷面;相位斷面上密集的垂向等值線，即為斷層破碎帶?？梢姡瑪嗝娴淖髠?cè)(南西方向)為斷層下降盤，斷面右側(cè)(北東方向)為斷層上升盤，反映了山前丘陵區(qū)的傾斜地形與階梯狀斷裂構(gòu)造有關(guān)。

圖2 A剖面CSAMT電阻率ρ與相位Pha斷面

圖3 解釋基巖頂板埋深曲線、斷層及水井位置

根據(jù)電阻率與相位斷面解釋的斷層如圖3所示，圖中曲線為三迭系下統(tǒng)劉家溝組(T1L)砂巖頂板埋深線，基巖上覆為第四系(Q)松散層。上、下盤斷距200 m，將水井位置選擇在斷層帶下降盤，采取砂巖構(gòu)造裂隙水，由于斷層規(guī)模大，構(gòu)造裂隙發(fā)育，地下水補(bǔ)給條件有利，鉆井550 m，每小時出水量達(dá)60 m3/h，解決了當(dāng)?shù)厝罕姷纳钏春桶l(fā)展大棚蔬菜種植的生產(chǎn)水源。

4 根據(jù)已知水井資料探測隱伏構(gòu)造

基巖水井的水量，與構(gòu)造裂隙有直接關(guān)系。在地質(zhì)、水文地質(zhì)資料調(diào)查時，需要根據(jù)水井資料推斷構(gòu)造的大致位置，在此基礎(chǔ)上布置物探工作，并根據(jù)初步勘測資料調(diào)整工作方案。為了找到斷層的準(zhǔn)確位置，在勘測資料出現(xiàn)異常時，需要通過平行勘測剖面線的方式來追蹤斷層，并進(jìn)一步驗證異常，以避免勘測資料誤差造成的判斷失誤。

圖4 利用多條測線追蹤構(gòu)造

圖4所示丘陵區(qū)，B測線北面4 km處有水井取自砂巖裂隙水，水量較好，推斷水井位于構(gòu)造帶上或構(gòu)造帶附近。為了找到斷層，布置了B測線(測線中的點為測點)，利用可控源音頻大地電磁法勘測(見圖5)。

圖5 B測線電阻率斷面

CSAMT電阻率斷面圖。電阻率斷面圖表明，在剖面的左端(西端)，基巖埋藏深度100 m，在剖面右端(東端)基巖埋深約150 m;同時，在斷面中間60～100 m處，有一條低阻條帶，垂向延伸至300 m深度。根據(jù)電阻率斷面特征推斷，在300 m處有構(gòu)造通過，東段為斷層下降盤，西段為斷層上升盤，斷距50 m左右，屬于小型斷層。兩盤的電阻率特征顯然不及大構(gòu)造明顯，是否勘測資料誤差?為了驗證異常，同時確定斷層走向，在測線以南地區(qū)，大致平行B測線布置了C測線，完成了CSAMT電阻率斷面勘測，得到了如圖6所示的C測線西段CSAMT電阻率斷面。

圖6 C測線電阻率斷面

由C測線西段CSAMT電阻率斷面特征可知，左端(西方向)反映基巖的高電阻率區(qū)頂板埋深為100 m左右，右端(東方向)高電阻率區(qū)頂板埋深為160 m左右，位于剖面線中部60～140 m之間，也有一條垂直延伸的低阻區(qū)，延伸深度近400 m。電阻率剖面整體特征與B測線剖面基本一致。因此，證明B測線的電阻率斷面是地層的實際地層反映，即有斷層通過B、C兩條測線，東側(cè)為斷層下降盤，西側(cè)為斷層上升盤，兩盤斷距50 m左右，屬于小型斷層，解釋斷層如圖4中所示，同時查明了斷層走向為NW-SE向。

斷層位置確定后，將水井位置選擇在B測線的斷層下降盤，井深400 m，每小時水量達(dá)30 T/h，解決了當(dāng)?shù)厝罕姷纳钏春筒糠职l(fā)展經(jīng)濟(jì)水源。

5 結(jié)語

黃土丘陵區(qū)的供水水源探查，除了河水或古河床沖積地層含水層外，采取基巖構(gòu)造裂隙水是解決水源問題的重要途徑。隱伏基巖構(gòu)造的探測方法，應(yīng)在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造資料及水井資料收集的基礎(chǔ)上，采用物探方法探測地質(zhì)構(gòu)造的具體位置、走向及構(gòu)造形態(tài);單靠溝壑等地貌形態(tài)解釋構(gòu)造的方法是片面的。在隱伏基巖區(qū)，基巖構(gòu)造的特點是，除了受區(qū)域構(gòu)造控制的大斷裂外，還有次一級的小型斷層，都是井位選擇的理想部位。只要查清隱伏構(gòu)造的基本情況，水源地的解決是完全可能的。

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