地球物理勘察技術(shù)在成縣巖溶水水源地勘查的應(yīng)用

楊紹虎

（甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730030）

據(jù)《甘肅省武都 -天水地區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)普查報告》（1：50萬）中也認為碳酸鹽巖是我國北方的重要分布區(qū)，巖溶水受斷裂構(gòu)造控制顯著，含水層呈弱 -強富水性，有進一步勘查開發(fā)利用前景。本文根據(jù)此次勘查實踐對巖溶水及基巖裂隙水水文地質(zhì)特征進行分析，為成縣縣城及周邊石炭系、三疊系石灰?guī)r巖溶水指出了方向，特別是對受斷裂控制的巖溶裂隙水有了一定的認識。

成縣碳酸鹽類地區(qū)找?guī)r溶裂隙水成果是在對資料的研究、多種物探方法及地面勘查的基礎(chǔ)上取得的，對拋沙河一帶斷裂發(fā)育進行重點勘查，充分對比研究直流激電測深測量、廣域電磁法測量（抗干擾電磁法）和淺層人工地震等物探技術(shù)手段，結(jié)合鉆探勘查成果，隨著鉆探深度的增加巖溶水顯示出富水性愈強、地下水頭壓力愈大趨勢，證明深部有更豐富的巖溶承壓含水層存在。

1 地質(zhì)背景

境內(nèi)河流屬長江流域嘉陵江水系，主要河流有東河、南河、犀牛江和洛河，拋沙河是東河支流南河的一級支流，自北向南流穿越勘查區(qū)，干流長約 46km，至拋沙鎮(zhèn)附近匯入南河，據(jù)有關(guān)資料，拋沙河年平均徑流量 4352萬m3。拋沙河河谷兩側(cè)和豐泉河河谷兩側(cè)，海拔 1030m ～ 1500m，相對高差為 150m ～ 470m。以基巖梁、峁間峽谷地貌為主，微地貌可見巖溶漏斗、孤立的石牙，谷坡壁上發(fā)育有溶洞、溶槽、溶溝等巖溶地貌。因長期受水流侵蝕切割作用，地形較強烈，樹枝狀沖溝發(fā)育，局部發(fā)育寬淺短溝。

（1）地層巖性。區(qū)內(nèi)地層比較復(fù)雜，概括起來主要為泥盆系（D）、石炭系（C）、三疊系（T）、新近系(N)和第四系（Q），除新近系與下覆的地層呈不整合接觸外，泥盆系、石炭系、三疊系之間均為斷層接觸?，F(xiàn)由老至新簡述如下 ：泥盆系（D）：出露于拋沙河流域水泥廠西側(cè)谷坡，巖性為灰 -灰白色鈣質(zhì)砂巖、粉砂巖、灰?guī)r、大理巖、千枚巖夾灰?guī)r、片巖夾變質(zhì)頁巖。石炭系（C）：分布并出露于拋沙河磨壩峽西南北山地區(qū)，巖性為灰 -灰白色中厚層塊狀灰?guī)r、深灰色中薄層燧石灰?guī)r，局部夾板巖，在磨壩峽與三疊系西坡組之間呈斷層接觸，產(chǎn)狀 310°∠ 40 ～ 50°。三疊系（T）：出露于馬家崖一帶，巖性為灰色、灰黃色中厚層角灰?guī)r夾鈣質(zhì)板巖、板狀灰?guī)r。在勘查區(qū)西部磨壩峽水庫壩址區(qū)以中厚層灰?guī)r夾薄層灰?guī)r，產(chǎn)狀 210°∠ 40 ～ 50°。新近系（N）：主要出露于小莊至轉(zhuǎn)彎里西部一帶，巖性為紅色砂礫巖、粉砂、粉砂巖夾石英砂巖，覆蓋于上述老基巖之上。第四系中上更新統(tǒng)（Q2-3）：指分布于本區(qū)的馬蘭、離石黃土及其高階地沖洪積物。

（2）構(gòu)造。本勘查區(qū)地處徽 -成盆地西南邊緣，對區(qū)內(nèi)影響最大的是云屏 -成縣斷裂，該斷裂為徽 -成盆地的西南邊界，為多條斷裂組成的束狀構(gòu)造帶，從勘查區(qū)西南部外圍附近通過。該斷裂系近東西向展布，長達 170km，由一系列高角度斷層組成。在巖溶含水層中，斷層帶常常是巖溶集中發(fā)育的地段，富水性強，常形成巖溶地下水的強徑流帶。特別需要注意的是，同一條斷層沿走向和傾向的不同部位，其導水性能也有明顯差異。經(jīng)收集已有區(qū)域地質(zhì)資料，結(jié)合野外踏勘驗證，在勘查區(qū)西部的基巖出露段發(fā)育兩條走向分別為 NEE、NNE斷層（圖 1），依次編號為 F1斷層、F2斷層。F1斷裂 ：為壓扭性質(zhì)，出露于牛斜山基巖山地，將泥盆系與三疊系分割開來，向東沒入拋沙河河谷，被第四系、新近系所覆蓋。實測走向 70°～ 80°，傾向南，傾角70°～ 85°。F2斷裂 ：屬壓扭性斷層，出露于磨壩峽出口地段，斷層線呈“弧”形展布，沿吊溝北側(cè) -磨壩峽口發(fā)育，傾向西北，傾角 70°～ 82°。

此外，在 F1南側(cè)還發(fā)育有一條近東西向逆斷層，斷層北側(cè)為泥盆系灰?guī)r夾大理巖，而斷層以南為石炭系中厚層狀灰?guī)r。

上述不同走向、不同規(guī)模斷層的發(fā)育，不僅使地層巖性發(fā)生急劇變化，而且也促使沿這些斷裂帶產(chǎn)生密集的構(gòu)造裂隙，加速了這一地區(qū)石灰?guī)r巖溶裂隙的發(fā)育。

2 水文地質(zhì)特征

（1）碳酸鹽巖類巖溶裂隙水。按照區(qū)域地層巖性條件，成縣巖溶水主要分布于拋沙鎮(zhèn)、沙壩鄉(xiāng)、小川鎮(zhèn)的石炭系灰?guī)r大面積隆起裸露區(qū)。表部含水層主要為灰?guī)r頂部的強風化帶，巖溶裂隙較發(fā)育，這些溶隙的發(fā)育還受局部斷裂及巖性變化多重影響，形成弱－中等富水性含水層，多數(shù)表現(xiàn)為潛水，動態(tài)變化較大，單泉流量 3L/s ～ 10L ／ s。

據(jù)《天水 -武都區(qū)域水文地質(zhì)普查報告》，一般在地形切割較深的溝谷底部，巖溶泉呈股狀流出。在枯水季節(jié)地下水徑流模數(shù)小于 0.2L ／ s·km2～ 0.9L ／ s·km2。該類巖溶水水質(zhì)良好，礦化度小于 0.5g/L，除大部分自然排泄轉(zhuǎn)化為地表水和其它類型地下水外，一部分為當?shù)厝诵箫嬘盟础?/p>

（2）巖溶裂隙水。深層巖溶水的分布完全受斷裂構(gòu)造的控制，呈帶狀沿斷裂帶和斷裂影響帶分布，為巖溶裂隙承壓水，含水層厚度、底界、透水性及富水性等決定于斷裂發(fā)育規(guī)模。拋沙河上游最近打成的三疊系巖溶水勘探孔（K1）孔深 250m，水頭埋深7.23m，降深 70.4m時，單井涌水量 1220m3/d。

K1從地面物探解釋和鉆探過程水文地質(zhì)觀測顯示，深部還有多層巖溶裂隙水存在。而在沙壩與小川鎮(zhèn)附近施工的石灰?guī)r鉆孔（秦基 -12和秦基10），孔深分別為160m和200m，流量僅36m3/d ～ 6m3/d。說明本地區(qū)巖溶裂隙水遵循斷裂構(gòu)造發(fā)育規(guī)律，富水性極不均勻。受斷裂構(gòu)造控制的深層巖溶含水層埋藏較深加之地層覆蓋，普遍具有承壓性，水文地質(zhì)條件有利地段可作為城鎮(zhèn)集中供水水源。

3 地球物理勘察技術(shù)方法

（1）可控源音頻大地電磁測深?？煽卦匆纛l大地電磁法在拋沙河重點勘查區(qū)，總共布設(shè)2條剖面，K1剖面長4.0km，K2剖面長1.4km，測量點距為 50m，總長5.40km。K1剖面解譯斷層2個分、別為FK1-1、FK1-2。其中 FK1-1為正斷層，傾向南東、傾角70°，F(xiàn)K1-2為逆斷層傾向北西、傾角 43°。K2剖面解譯斷層 1個，編號為FK2-1，為逆斷層，傾向北西、傾角 52°。

（2）人工淺層二維地震反射法。人工淺層地震反射法在拋沙河及上游重點勘查區(qū)并與可控源音頻大地電磁測深剖面線位置重疊，共布設(shè)2條剖面，DZ1剖面長4.27km ；DZ2剖面長1.1km ；道距5m、炮距 20m?？傞L 5.37km。本次地震勘探經(jīng)過嚴密的野外數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，基本查明了勘測區(qū)內(nèi)的 500m 以淺構(gòu)造發(fā)育及地層巖性情況。2 條地震剖面上共發(fā)現(xiàn)斷點 4 處，編號分別為 ：DZ1 線 F1-1、F1-2、F1-3 ；DZ2 線 F2-1。

（3）可控源與地震綜合分析。本次可控源音頻大地電磁測深法 2條剖面共解譯斷層 3個，分別為FK1-1、FK1-2、FK2-1 ；人工淺層地震反射法勘測 2 條剖面共解譯斷層 4 個，分別為 F1-1、F1-2、F1-3、F2-1。其中，淺層地震解譯 F1-2與可控源音頻大地電磁測解譯 FK1-1平面位置基本吻合，相距 17m 左右 ；淺震解譯 F1-3 與可控源音頻大地電磁測解譯 FK1-2 平面位置基本吻合，相距 25m 左右。淺震解譯出的F1-1斷層但在可控源音頻大地電磁測深 K1剖面中因外界電磁場干擾顯示不明顯（圖 2）。

圖2 可控源音頻大地電磁測深與淺層二維地震推測斷層平面位置對比圖

（4）新技術(shù)新方法的運用。首先通過地面調(diào)查和物探方法手段，發(fā)現(xiàn)并初步圈定了應(yīng)急水源和后備水源的分布范圍，確定了實施鉆探的有力靶點，并制定了科學的施工打井方案。采用了超高壓大排量潛孔錘沖擊鉆工藝，有效的解決了過去泥漿鉆探對含水層堵塞的問題，在較短的時間內(nèi)完成了鉆探及成井。本次采用潛孔錘鉆探工藝克服了地層巖性變化下掉塊、卡鉆等多種不利因素，鉆探深度達到 250m，為我省首例。

4 結(jié)論與建議

該項目的成果實施，實現(xiàn)了成縣及隴南地區(qū)巖溶水勘查的重大突破，具有重要的示范意義。推翻了過去認為成縣沒有深層巖溶水的資源，為今后類似地區(qū)提供了重要水文地質(zhì)依據(jù)。并解決了成縣城區(qū) 12萬城鎮(zhèn)居民飲水問題。