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、導水性強,影響半徑小,巖溶含水層富水性良好,水化學類型為重碳酸鈣鎂型水,巖溶含水層的滲透系數(shù)為1.7020m/d,導水系數(shù)為506.17m2/d。綜合分析認為,延慶舊縣-石槽勘查區(qū)巖溶水資源具有一定的開采潛力。
關(guān)鍵詞:巖溶水;白云巖;延慶;滲透系數(shù)
中圖分類號:P641.134? ? ?文獻標識碼:A? ? ?文章編號:1007-1903(2018)04-0067-04
0 前言
北京是世界上嚴重缺水的大城市之一。當?shù)厝司Y源量僅相當于全國人均的1/8,世界人均的1/30。南水北調(diào)進京后,水資源短缺形勢雖然可得到緩解,但作為外來水引水工程一旦出現(xiàn)問題,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)展和改革委員會批準實施北京巖溶水資源勘查評價工程。
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發(fā)利用。
舊縣—石槽地區(qū)為重點勘探區(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35km,南北最寬處16km,山區(qū)屬軍都山山脈(衛(wèi)萬順,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號井和FC-T-8號井都位于延慶區(qū)舊縣鎮(zhèn)東龍灣村東北,團山村村南,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號井和FC-T-8號井附近增加到200m左右,至延慶城區(qū)東北處和官廳水庫附近,第四系最深可達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-古城斷裂、康莊-沈家營斷裂,南北走向的舊縣斷裂。
(1)五里營-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,從官廳水庫延伸至古城村一帶。斷層傾向南東,南東盤下降,北西盤上升的正斷層,斷裂延伸較遠,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,在新生代曾有過強烈的沉陷。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)巖溶地下水的補給以大氣降水入滲補給為主,另外媯水河、古城河河水流經(jīng)白云巖地層時也有一定的滲漏量,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采,巖溶水開發(fā)利用程度低(李宇等,2009)。
FC-T-8號井和YQ-K-1號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、導水性強,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價工程在延慶實施了兩眼勘探井。
(1)揭露地層
第四系(Q):YQ-K-1號井揭露深度為0~237m,F(xiàn)C-T-8號井揭露深度為0~205m,巖性以粘砂、細砂為主夾砂礫石層。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號井揭露深度為237~605m(未穿),F(xiàn)C-T-8號井揭露深度為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)泥漿漏失與測井
YQ-K-1號井鉆井過程中,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號井更加發(fā)育,說明延慶盆地下伏薊縣系霧迷山組白云巖是良好的富水段。
分析取水段測井曲線,YQ-K-1號井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號井和YQ-K-1號井在280m以下有相同的電阻率和放射性變化特點。根據(jù)實鉆錄井,兩口井在霧迷山組白云質(zhì)灰?guī)r內(nèi)鉆進速率較快,最高達3m/h。綜合分析認為: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)計算
YQ-K-1號井和FC-T-8號井抽水試驗分為小、中、大3個降深,穩(wěn)定延續(xù)時間分別為8小時、16小時和24小時,出水溫度為13℃。抽水試驗成果見表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號井和FC-T-8號井運用非穩(wěn)定流配線法和穩(wěn)定流經(jīng)驗公式法計算了白云質(zhì)灰?guī)r的滲透系數(shù)和導水系數(shù),對比結(jié)果,認為穩(wěn)定流的計算數(shù)值偏小,符合實際情況。計算結(jié)果見表3。
YQ-K-1號井和FC-T-8號井位于同一水文地質(zhì)單元內(nèi),相距僅436m,滲透系數(shù)的計算值相差較大。這是因為在施工過程中,YQ-K-1號井在目的層出水段,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濾水管護壁,濾水管會影響該井的出水量,從而使?jié)B透系數(shù)的計算值低于其實際值。FC-T-8號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)真實地層的滲透系數(shù)值。
3.3 巖溶水水質(zhì)分析
YQ-K-1號井與FC-T-8號井在抽水試驗開始和結(jié)束時各取水樣一件,進行生活飲用水水質(zhì)全分析檢測。由檢驗報告得知:這兩口井的水無色無味,無肉眼可見物,水化學類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)符合國家生活飲用水衛(wèi)生標準(GB 5749-2006)。
根據(jù)Piper三線圖解分區(qū)(圖2),總共劃分為9個區(qū),落在菱形中的不同區(qū)域的水樣具有不同的化學特性,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,堿土金屬離子超過堿金屬離子,弱酸根離子超過強酸根離子,碳酸硬度超過50%,地下水化學性質(zhì)以堿土金屬和弱酸為主。
3.4 巖溶水資源潛力分析
通過YQ-K-1號井和FC-T-8號井的抽水試驗數(shù)據(jù)及水文地質(zhì)參數(shù)計算結(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、導水性強、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采,巖溶地下水儲量較豐富,可開采的巖溶地下水資源潛力較大,是理想的戰(zhàn)略應(yīng)急儲備水源地。
4 結(jié)論
(1)YQ-K-1號井和FC-T-8號井探明了舊縣-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、導水性強,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)標準,是北京市西北地區(qū)理想的戰(zhàn)略應(yīng)急儲備水源供應(yīng)地。
參考文獻
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