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      烏魯木齊地鐵2號線一期工程水文地質(zhì)條件分析

      2018-04-15 20:18:31,
      地下水 2018年6期
      關(guān)鍵詞:粉土承壓水潛水

      (新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊,新疆 烏魯木齊 830091)

      烏魯木齊市地鐵2號線全長19.35 km,全線共設(shè)16座車站。在烏魯木齊市地鐵2號線工程巖土勘察中,發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)大學(xué)站-平川路站區(qū)段有承壓水由工程勘察孔內(nèi)涌出的情況。由于承壓水壓力較高,對地鐵隧道施工設(shè)計的影響非常大,為安全解決承壓水降水問題以保證軌道交通2號線施工工作能夠順利進(jìn)行,本文在野外調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上,并參考相關(guān)研究成果[1-6],對烏魯木齊市地鐵2號線的地下水類型、含水層結(jié)構(gòu)特征以及地下水水位年內(nèi)動態(tài)特征含水層特征進(jìn)行了分析,進(jìn)而為烏魯木齊市地鐵2號線的設(shè)計與施工提供水文地質(zhì)依據(jù)。

      1 自然地理概況

      1.1 氣象

      根據(jù)烏魯木齊氣象站2002~2011年氣象統(tǒng)計資料,多年平均氣溫7.88℃,年內(nèi)6~8月氣溫最高,歷年7月平均氣溫24.05℃,極端最高氣溫39.2℃(2004年7月10日),年內(nèi)1~2月和12月氣溫最低,歷年1月平均氣溫-12.63℃,極端最低氣溫-30.0℃(2010年12月30日)。最冷月和最熱月月均溫差36.68℃,冬夏極端溫差高達(dá)69.2℃,同時由于氣候干旱,白天增溫快,夜間降溫快,一般日溫差在11℃~12℃左右。

      1.2 水文

      研究區(qū)內(nèi)無地表水體,在研究區(qū)范圍外北部有九家灣水庫,位于整個區(qū)域地下水流向的下游,水庫始建于上世紀(jì)70年代,因修建時未達(dá)到防洪工程設(shè)計要求,致使水庫未能達(dá)到正常蓄水位,設(shè)計庫容為116×104m3,長期以來蓄水能力不到40×104m3。自修建以來,經(jīng)過多次除險加固工程,現(xiàn)庫容量為112×104m3,每年蓄水規(guī)定在70×104m3內(nèi),每天注入水量約6 000~7 000 m3,最深處可達(dá)12 m。九家灣水庫對本勘察影響不大。

      1.3 地形地貌

      研究區(qū)地處烏魯木齊河谷老滿城洼地西部馬料地一帶,屬烏魯木齊河Ⅰ級階地堆積平原與山前傾斜礫質(zhì)平原交匯地段,地形平坦,地勢西南高東北低,地面標(biāo)高在835~861 m之間,地表為硬化道路及綠化地。周邊人類活動頻凡,建筑物密集。

      2 地質(zhì)條件概況

      2.1 地層巖性

      研究區(qū)地層巖性復(fù)雜多樣,地層與地貌成因息息相關(guān),在烏魯木齊河河谷低地,主要分布有全新統(tǒng)沖洪積層;在山間緩傾斜礫質(zhì)平原區(qū),主要分布有全新統(tǒng)坡洪積層;研究區(qū)西北部的崗狀臺地地層為中更新統(tǒng)沖洪積層,局部可見上更新統(tǒng)沖洪積層;研究區(qū)南部以及北部的中低山丘陵區(qū),主要分布有二疊系及侏羅系地層。

      2.2 地質(zhì)構(gòu)造

      軌道交通2號線地處天山~興安地槽區(qū)西段,位于準(zhǔn)噶爾~北天山褶皺系的北天山地槽褶皺帶中部,位于博格達(dá)復(fù)背斜和烏魯木齊山前凹陷兩個三級構(gòu)造單元交匯處。

      研究區(qū)斷裂形變強(qiáng)烈,其性質(zhì)、規(guī)模、分布均明顯受構(gòu)造運(yùn)動的控制,其共同特點(diǎn)主要是:走向基本為北東、北東東向;斷層與褶皺構(gòu)造緊密相伴,多發(fā)育其翼部,與褶皺軸向相一致。其中對區(qū)內(nèi)地質(zhì)、水文地質(zhì)影響較大的斷裂有雅瑪里克斷裂,西山斷裂。

      3 研究區(qū)水文地質(zhì)條件分析

      3.1 地下水類型及補(bǔ)徑排條件

      根據(jù)含水層時代、巖性組合、埋藏條件等特征,將研究區(qū)地下水類型劃分為:碎屑巖類裂隙孔隙水和松散巖類孔隙水。其中,松散巖類孔隙水根據(jù)含水層特征可劃分為單一結(jié)構(gòu)潛水、雙層結(jié)構(gòu)潛水-承壓水兩種類型。

      3.1.1 碎屑巖類裂隙孔隙水

      主要接受大氣降水、上游溝谷地表水的入滲補(bǔ)給,補(bǔ)給源缺乏,徑流緩慢,水交替遲緩,以泉的形式排泄,或以地下徑流形式側(cè)向注入山前地帶或北部平原地下水。

      根據(jù)收集的同位素資料,雅瑪里克山地下水除接受少量降水入滲補(bǔ)給外,主要接受西山農(nóng)場一帶第四系孔隙水地下徑流補(bǔ)給。徑流方向為斷裂構(gòu)造和巖層走向基本一致,呈北東向,最終排泄于水磨河。

      3.1.2 松散巖類孔隙水

      地下水的補(bǔ)給,一是來自西山無名溝的泉水的入滲補(bǔ)給,二是來自大氣降水補(bǔ)給,三是綠化灌溉入滲補(bǔ)給,四是來自西山斷裂北支的充水?dāng)嗔?。根?jù)以往資料及本次水化學(xué)分析成果,認(rèn)為地鐵2號線馬料地站至平川路站區(qū)域內(nèi)地下水補(bǔ)給來源中前三項補(bǔ)給水量較小,主要來自斷裂帶的充水補(bǔ)給,靠近斷裂帶附近,補(bǔ)給量約94.01×104m3/a,遠(yuǎn)離斷裂帶承壓水區(qū),補(bǔ)給量約6.42×104m3/a。潛水地下水總體徑流方向為西南向東北,流向50°~70°,平均水力坡度為15‰,地下水徑流暢通。承壓水受西山斷裂北支控制,地下水流向在斷裂帶北側(cè)為東南-西北50°,水力坡度28‰,斷裂帶南側(cè)為西北-至東南50°,水力坡度52‰,承壓水與上部潛水沒有明顯的越流關(guān)系。潛水排泄主要以側(cè)向徑流流出、潛水蒸發(fā)及少量耗于人工開采方式排泄,承壓水在馬料地街一帶形成承壓自流水,面積約0.1 km2,自流量10~35 m3/d,主要以人工開采以及泉點(diǎn)形式排泄。

      3.2 含水層結(jié)構(gòu)特征

      3.2.1 碎屑巖類裂隙孔隙水

      南部雅瑪里克山區(qū)地層巖性為上二疊統(tǒng)粉砂巖、斷層角礫巖、硅質(zhì)粉砂巖,含水層巖性為白云質(zhì)粉砂巖,鉆孔控制深度為150.01 m,含水層段位于86.25~150.01 m,含水層厚度63.78 m。

      研究區(qū)第四系下伏上侏羅統(tǒng)含水層巖性為砂巖,以平川路G3鉆孔為例,控制深度41 m,水位埋深3.51 m,含水層不連續(xù),分為三段,含水層層段分別位于15.8~26.2 m,28.4~35.2 m以及38.6~41 m,含水層厚度19.6 m,滲透系數(shù)36.82 m/d。含水層隔水頂板巖性粉土,頂板埋深10.5 m,厚4.8 m,含水層隔水底板埋深27.2 m,巖性為泥巖。

      3.2.2 第四系松散巖類孔隙水

      (1)單一結(jié)構(gòu)潛水

      含水層巖性為全新統(tǒng)的洪積松散堆積物粉土、含礫粉土、角礫。根據(jù)研究區(qū)東部農(nóng)業(yè)大學(xué)鉆孔數(shù)據(jù),17 m深度內(nèi),地層巖性均為含礫粉土,5~15 m判定為含水層段,水量中等。侏羅系的礫巖構(gòu)成潛水含水層底板,底板埋深17 m左右,且由東向西,逐漸變深。此外,根據(jù)本次在研究區(qū)西部大慶路施工的CY9、G13孔資料揭露,控制深度30 m范圍內(nèi),含水層巖性亦為粉土,埋深9 m左右,厚度較薄,約2 m左右,侏羅系的泥巖構(gòu)成潛水含水層底板。由此可以看出,單一結(jié)構(gòu)潛水含水層沿地下水的流向方向,含水層巖性變化不大,但厚度逐漸變厚,富水性由弱變強(qiáng)。

      (2)雙層結(jié)構(gòu)潛水-承壓水

      總體上,承壓水區(qū)上部潛水含水層較為單一含水層巖性,為全新統(tǒng)的洪積松散堆積物粉土、含礫粉土,礫石含量約15%~30%,礫徑0.2~2 cm,屬弱含水層。根據(jù)QS2孔井中流量儀測試數(shù)據(jù),15 m深度內(nèi),在5.2~6.4 m和12.8~13.2 m段存在明顯的出水部位。下部承壓水含水層巖性為圓礫及角礫,粒徑0.2~2 cm,最大可達(dá)4 cm,為較好的含水層。含水層結(jié)構(gòu)特征在斷裂帶南北兩側(cè)差異明顯。

      斷裂帶及其以北區(qū)域,含水層呈條帶狀分布,平均厚度約3~4 m,由南向北逐漸變厚,在靠近克拉瑪依西街區(qū)域厚度最大,約14 m左右,承壓含水層隔水頂板巖性為粉土,頂板埋深14 m左右,厚度約3~5 m。承壓含水層隔水底板巖性為泥巖,埋深約15~19 m左右,揭露最大厚度24.2 m。

      斷裂帶南部區(qū)域,含水層亦呈條帶狀分布,在馬料地街北一巷以西地段,以G6孔為例,62 m控制深度內(nèi),可見兩層承壓水含水層,巖性均為圓礫,第一層承壓含水層埋深32.6 m,厚度16.4 m,含水層隔水頂板巖性為粉土及粉質(zhì)粘土,埋深約17 m左右,厚度約15 m,含水層隔水底板巖性為粉質(zhì)粘土,埋深49 m。第二層承壓含水層埋深54.6 m,厚度約2.6 m,第一層承壓含水層隔水底板既是該層承壓含水層隔水頂板,厚度約5.6 m,底板巖性為泥巖,埋深57.2 m,揭露厚度4.8 m。在馬料地街北一巷以東區(qū)域,亦可見雙層承壓水含水層,以G8孔為例,第一層承壓含水層巖性為角礫,埋深18.4 m,厚度6.6 m,含水層隔水頂板巖性為粉土,埋深16 m,厚度約2 m,含水層隔水底板巖性亦為粉土,埋深25 m。第二層承壓含水層巖性為圓礫,埋深39.4 m,厚度7 m左右,隔水頂板巖性為粉質(zhì)粘土,埋深33.6 m,厚度5.8 m,含水層隔水底板巖性為礫巖,埋深46.4 m,揭露厚度3.6 m。

      3.3 地下水水位年內(nèi)動態(tài)特征

      3.3.1 碎屑巖類裂隙孔隙水

      根據(jù)收集資料,雅瑪里克山區(qū)受補(bǔ)給區(qū)氣候因素影響,年內(nèi)水位變化明顯。7~12月為高水位期,最高水位出現(xiàn)在12月,1~5月為低水位期,最低水位出現(xiàn)在3月,水位變幅為1.88 m左右。

      3.3.2 松散巖類孔隙水

      收集到區(qū)域上18個監(jiān)測點(diǎn)一年的長期監(jiān)測資料(2011~2012年),通過一個水文年地下水動態(tài)監(jiān)測,基本掌握了區(qū)域地下水的動態(tài)變化規(guī)律。據(jù)區(qū)內(nèi)地下水的動態(tài)特征,將研究區(qū)年內(nèi)動態(tài)按成因劃分為徑流—開采型。

      老滿城洼地一帶的監(jiān)測點(diǎn)的地下水最高水位出現(xiàn)在2、3月,最低水位出現(xiàn)在8、9月,年內(nèi)水位變幅不大,在0.26~2.18 m之間,動態(tài)曲線呈峰谷型。該地段在10月到次年2月受到上游地下水的側(cè)向補(bǔ)給,加之地下水開采量較少,曲線呈上升趨勢,4月~8月城市綠化開采地下水,曲線呈下降趨勢,到8月到達(dá)最低值,9~10月城市綠化開采地下水略有減少,地下水略有回升。

      4 農(nóng)業(yè)大學(xué)站地下水特征分析

      農(nóng)業(yè)大學(xué)站區(qū)間共施工2眼勘探孔,孔號為G17和QS6,勘探深度分別為26.5 m和16.0 m,均為潛水完整井,對該組孔進(jìn)行了一個落程的非穩(wěn)定流抽水試驗,并且對QS6孔進(jìn)行了2個落程的穩(wěn)定流抽水試驗。

      區(qū)段內(nèi)含水層結(jié)構(gòu)及地層巖性至上而下可分為3層:

      (1)為包氣帶,主要為雜填土,灰褐色、灰色,稍密-中密,巖性以少量圓礫和粉土為主,含有碎磚石塊,分布于地表,厚度差異大,層厚2.0~4.2 m。

      (2)為單一結(jié)構(gòu)潛水含水層,巖性為第四系洪積粉土層,淺黃色,中密,很濕,含2~20 mm的角礫約30%,埋深高程832~837 m,厚度約6~15 m,且由東向西逐漸變厚。

      (3)為潛水層底板,巖性為侏羅系礫巖,在農(nóng)業(yè)大學(xué)站東側(cè)局部夾有泥巖及砂巖,底板埋深高程820~826 m,埋深10~19 m,厚度約10~20 m,由西向東埋深逐漸變淺,據(jù)工勘孔揭露最大厚度約33 m,不含水。

      該站點(diǎn)區(qū)段內(nèi)(含附屬設(shè)施)地下水類型為第四系單一結(jié)構(gòu)松散巖類孔隙潛水,含水層巖性為含礫粉土,水位高程833 m左右,水位埋深5 m左右,據(jù)QS6,G17孔非穩(wěn)定流抽水試驗計算,該區(qū)段內(nèi)潛水富水性中等,換算涌水量784.52 m3/d,滲透系數(shù)22.40 m/d,給水度1.92×104。站點(diǎn)區(qū)域內(nèi)主要接受烏魯木齊河上游側(cè)向徑流補(bǔ)給,地下水徑流方向由西南向東北,區(qū)段內(nèi)未見地下水天然排泄點(diǎn),無人工開采井,主要沿烏魯木齊河谷向下游徑流以及少量蒸發(fā)排泄。

      5 結(jié)語

      (1)根據(jù)含水層時代、巖性組合、埋藏條件等特征,將研究區(qū)地下水類型劃分為:碎屑巖類裂隙孔隙水和松散巖類孔隙水。其中,松散巖類孔隙水根據(jù)含水層特征可劃分為單一結(jié)構(gòu)潛水、雙層結(jié)構(gòu)潛水-承壓水兩種類型。

      (2)研究區(qū)地下水補(bǔ)給主要來自西山斷裂北支的充水補(bǔ)給,潛水地下水總體徑流方向為西南向東北,承壓水受西山斷裂北支控制,排泄方式主要有側(cè)向徑流流出、潛水蒸發(fā)、人工開采方式以及泉點(diǎn)形式排泄。

      (3)農(nóng)業(yè)大學(xué)站點(diǎn)區(qū)段內(nèi)(含附屬設(shè)施)地下水類型為第四系單一結(jié)構(gòu)松散巖類孔隙潛水,含水層巖性為含礫粉土,站點(diǎn)區(qū)域內(nèi)主要接受烏魯木齊河上游側(cè)向徑流補(bǔ)給,地下水徑流方向由西南向東北,排泄方式為沿烏魯木齊河谷向下游徑流以及少量蒸發(fā)排泄。

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