地下水赋存规律和蓄水构造类型

作者&投稿:谈云 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
取得的主要成果与效益~

一、取得的主要成果
(一)基本解决河南巩义严重缺水地区人畜饮水和农田灌溉问题
在河南巩义严重缺水地区实施探采结合示范井20口,钻探总进尺3453.4m,总涌水量22 323.4 t/d,直接解决了当地26 137人、5000头大牲畜的饮水困难的问题和13 040亩农田的灌溉问题(表1-3)
表1-3 南京地质调查中心河南巩义应急抗旱钻探成果统计表


(二)基本查明河南巩义严重缺水地区水文地质条件和地下水开发利用现状
河南巩义市由于地表水资源相对缺乏,因此,地下水资源的开发利用在巩义市有着举足轻重的作用。近年地下水开采量(供水量)平均为12388万m3。
河南巩义市地下水分松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和基岩裂隙水3种类型。依据地下水水化学特征可大致划分出4个水化学类型区:邙山丘陵与黄河阶地区(HCO3-Ca.Na.Mg型和HCO3-Ca.Mg.Na型)、伊洛河滩阶地与阶地后缘山前倾斜平原区(HCO3-Ca.Mg型)、东南碎屑岩分布区(HCO3-Ca.Na型)和南部石灰岩分布区(HCO3-Ca型)。
巩义市深层地下水水位总体上呈现不断下降趋势,如伊洛河以南的黄土丘陵区北部及山前倾斜平原区以及米河、新中、小关、大峪沟、核桃园、涉村、夹津口、西村等乡丘陵山区。
巩义市地下水总体上基本符合GB5749—2006生活饮用水卫生标准。
(三)基本查明河南巩义严重缺水地区地下水赋存规律和蓄水构造类型
河南巩义市地下水主要赋存在松散岩类孔隙、碳酸盐岩类裂隙岩溶和基岩裂隙中,松散岩类孔隙水按深度可进一步划分出浅层(60m以浅)和深层水(60~300m)两类孔隙水。浅层含水层组水量丰富区分布在黄河滩及阶地、伊洛河河谷、汜水河河谷及阶地、岗地等地段,定井成功率高;浅层含水层组水量贫乏区分布在邙山、山前倾斜平原及山前黄土丘陵地区康店、沙鱼沟—北山口—芝田—鲁庄一带,黄土厚度大,定井成功率不高。深层孔隙水水量丰富区分布在巩义市区、北山口-沙鱼沟、回郭镇-芝田以南、念子庄-罗口以北地带,定井成功率较高;深层孔隙水水量中等区分布在富水区南侧,东部位于站街一英峪南一带,西部位于鲁庄—西村一带,定井成功率较高。丘陵区碳酸盐岩类裂隙岩溶水水量中等区分布在东部的新中—米河一带及核桃园、涉村—夹津口一带,含水层为寒武系及奥陶系灰岩、白云质灰岩、白云岩,定井成功率较高;但由于矿山开采造成区域地下水位下降,部分基岩含水层被疏干,加之矿坑排水,使部分地区定井成功率不高。丘陵区基岩裂隙水分布在嵩山主峰和五指岭主峰的北侧、米河-小关-大峪沟以北及涉村-关帝庙以北,地下水较贫乏,定井成功率不高。
调查表明,在寻找地下水过程中辨别地下水蓄水构造和赋存条件非常关键,本次工作发现河南巩义市地下水蓄水构造类型主要有5大类:岩溶或接触-岩溶蓄水构造、松散岩层蓄水构造、断裂蓄水构造、单斜蓄水构造和基岩风化壳片状蓄水构造。其中,松散岩层蓄水构造可进一步划分出河流阶地松散岩层和山前倾斜平原松散岩层两种蓄水构造,断裂蓄水构造可进一步划分出断裂旁侧影响带、断裂交汇影响带和断裂破碎带3种蓄水构造。
(四)编制了河南巩义严重缺水地区地下水开发利用区划
根据区内地下水的空间分布情况以及地下水开采的分配格局,结合野外地质调查与实地钻探施工结果,对河南巩义市地下水开发利用进行了区划,划分出可增强开采、控制开采、调减开采和尚难规划利用4个区,为区域地下水合理开发利用提供了理论依据。
(五)总结了河南巩义严重缺水地区地下水勘查技术方法和找水经验
本次应急抗旱找水打井过程中应用了高密度电法、激电测深法和测井等技术和方法,针对本地区特点,总结出了“一条高密度电法勘查找水经验”、“两种定井方法”和“四种钻井方式”。
一条高密度电法勘查找水经验:在巩义地区该方法找水经验是在“基岩山区高阻中寻找低阻”和“松散层低阻中寻找高阻”。
两种定井方法:一为通过分析地质构造和区域水文地质条件定井;二为通过高密度电法技术、电测深技术结合构造-水文地质条件定井。
四种钻井方式:冲击钻钻井;回旋钻钻井;挖掘机+回旋钻+气压潜孔锤组合钻井;回旋钻+气压潜孔锤组合钻井。
以上经验与方法应用在巩义地区应急抗旱找水打井中,钻孔成井率100%,无一眼干孔,钻探效率和效果十分显著。
(六)建立了淮河流域(河南巩义)严重缺水地区地下水勘查数据库
二、经济和社会效益
河南巩义市严重缺水地区地下水勘查是由国土资源部部署、中国地质调查局组织实施的支援河南严重缺水地区抗旱找水的一个重大项目,体现了党和政府对缺水地区群众的巨大关怀和帮助。项目“探采结合”水井工程的实施,将在很大程度上解决工作区内人畜饮水困难以及农田灌溉的问题。项目成果可为河南巩义市严重缺水地区社会经济一体化发展提供丰富的地质信息,为区域内地下水资源的合理开采与保护提供科学依据;项目提出地下水资源合理开发利用与生态地质环境保护的措施和建议,可以确保当地群众生活和农业生产对水资源的需求。项目成果的应用将在长时期内使这一地区的严重缺水问题得到解决,同时对地下水资源的合理利用和保护,尤其对保障供水需求和社会经济的可持续发展具有持久性的影响。
本次应急抗旱找水打井工作完成后,为尽快使抗旱应急示范工程发挥长远效益,河南巩义市国土资源局、水务局及时联合组织对成井工程实地及工程后期所需的配套设施(变压器、泵房、线路工程等)进行了调查,编制了所需要的资金预算并报请巩义市政府。巩义市政府很快划拨近200万元资金用于配套设施建设。
在得知我中心抗旱找水打井突击队将于4月29日返回南京的消息后,巩义市很多村民带着赶做的“喝水不忘打井人,永感南京地调情”、“挖井支农,心系百姓”、“兴水钻井、惠民支农”、“为民打井、福泽百姓”、“不辞艰辛找水,泽惠山区人民”、“抗旱打井显真情,不远千里送甘霖”等锦旗纷纷前来慰问送行并表示感谢。

地下水层的构造:地下水流系统的空间上的立体性,是地下水与地表水之间存在的主要差异之一。而地下水垂向的层次结构,则是地下水空间立体性的具体表征。典型水文地质条件下,地下水垂向层次结构的基本模式。自地表面起至地下某一深度出现不透水基岩为止,可区分为包气带和饱和水带两大部分。其中包气带又可进一步区分为土壤水带、中间过渡带及毛细水带等3个亚带;饱和水带则可区分为潜水带和承压水带两个亚带。从贮水形式来看,与包气带相对应的是存在结合水(包括吸湿水和薄膜水)和毛管水;与饱和水带相对应的是重力水(包括潜水和承压水)。以上是地下水层次结构的基本模式,在具体的水文地质条件下,各地区地下水的实际层次结构不尽一致。有的层次可能充分发展,有的则不发育。如在严重干旱的沙漠地区,包气带很厚,饱和水带深埋在地下,甚至基本不存在;反之,在多雨的湿润地区,尤其是在地下水排泄不畅的低洼易涝地带,包气带往往很薄,甚至地下潜水面出露地表,所以地下水层次结构亦不明显。至于象承压水带的存在,要求有特定的贮水构造和承压条件。而这种构造和承压条件并非处处都具备,所以承压水的分布受到很大的限制。但是上述地下水层次结构在地区上的差异性,并不否定地下水垂向层次结构的总体规律性。这一层次结构对于人们认识和把握地下水性质具有重要意义,并成为按埋藏条件进行地下水分类的基本依据。
地下水在垂向上的层次结构,还表现为在不同层次的地下水所受到的作用力亦存在明显的差别,形成不同的力学性质。如包气带中的吸湿水和薄膜水,均受分子吸力的作用而结合在岩土颗粒的表面。通常,岩土颗粒愈细小,其颗粒的比表面积愈大,分子吸附力亦愈大,吸湿水和薄膜水的含量便愈多。其中吸湿水又称强结合水,水分子与岩土颗粒表面之间的分子吸引力可达到几千甚至上万个大气压,因此不受重力的影响,不能自由移动,密度大于1,不溶解盐类,无导电性,也不能被植物根系所吸收。
薄膜水 又称弱结合水,它们受分子力的作用,但薄膜水与岩土颗粒之间的吸附力要比吸湿水弱得多,并随着薄膜的加厚,分子力的作用不断减弱,直至向自由水过渡。所以薄膜水的性质亦介于自由水和吸湿水之间,能溶解盐类,但溶解力低。薄膜水还可以由薄膜厚的颗粒表面向薄膜水层薄的颗粒表面移动,直到两者薄膜厚度相当时为止。而且其外层的水可被植物根系所吸收。当外力大于结合水本身的抗剪强度(指能抵抗剪应力破坏的极限能力)时,薄膜水不仅能运动,并可传递静水压力。
毛管水 当岩土中的空隙小于1毫米,空隙之间彼此连通,就象毛细管一样,当这些细小空隙贮存液态水时,就形成毛管水。如果毛管水是从地下水面上升上来的,称为毛管上升水;如果与地下水面没有关系,水源来自地面渗入而形成的毛管水,称为悬着毛管水。毛管水受重力和负的静水压力的作用,其水分是连续的,并可以把饱和水带与包气带联起来。毛管水可以传递静水压力,并能被植物根系所吸收。
重力水 当含水层中空隙被水充满时,地下水分将在重力作用下在岩土孔隙中发生渗透移动,形成渗透重力水。饱和水带中的地下水正是在重力作用下由高处向低处运动,并传递静水压力。
综上所述,地下水在垂向上不仅形成结合水、毛细水与重力水等不同的层次结构,而且各层次上所受到的作用力亦存在差异,形成垂向力学结构。
关于地下水层的拓展:
地下水(ground water),是指赋存于地面以下岩石空隙中的水,狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。在国家标准《水文地质术语》(GB/T 14157-93)中,地下水是指埋藏在地表以下各种形式的重力水。
国外学者认为地下水的定义有三种:一是指与地表水有显著区别的所有埋藏在地下水的水,特指含水层中饱水带的那部分水;二是向下流动或渗透,使土壤和岩石饱和,并补给泉和井的水;三是在地下的岩石空洞里、在组成地壳物质的空隙中储存的水。
地下水是水资源的重要组成部分,由于水量稳定,水质好,是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一。但在一定条件下,地下水的变化也会引起沼泽化、盐渍化、滑坡、地面沉降等不利自然现象。
分布状态
一 《中国地下水类型分布图》依据地下水的赋存、分布状态分类,结合我国地下水的赋存、分布特点,并考虑分类描述的通俗性编制而成,将全国地下水类型划分为平原—盆地地下水、黄土地区地下水、岩溶地区地下水和基岩山区地下水四种。
平原—盆地地下水。地下水主要赋存于松散沉积物和固结程度较低的岩层之中,一般水量比较丰富,具有重要开采价值,分布于我国的各大平原、山间盆地、大型河谷平原和内陆盆地的山前平原和沙漠中,主要包括黄淮海平原、三江平原、松辽平原、江汉平原、塔里木盆地、准葛尔盆地、四川盆地、以及河西走廊、河套平原、关中盆地、长江三角洲、珠江三角洲、黄河三角洲、雷州半岛等地区。我国平原盆地地下水分布面积273.89平方千米,占全国评价区总面积的28.86%;地下水可开采资源量1686.09亿立方米/年,占全国地下水可开采资源总量的47.79%。
黄淮海平原是我国第一大地下水富集区。评价区面积24.13平方千米,占全国评价区总面积的2.64%,地下水可开采资源量373.37亿立方米/年,占全国地下水可开采资源总量的10.58%,范围包括北京市南部、天津市大部、河北省东部、河南省东北部、山东省西北部、安徽省北部和江苏省北部地区。三江-松辽平原是我国第二大地下水富集区。评价区面积34.2平方千米,占全国评价区总面积的3.74%,地下水可开采资源量306.4亿立方米/年,占全国地下水可开采资源总量的8.68%,范围包括黑龙江省的大部、吉林省西部、辽宁省西部和内蒙古自治区的东北部地区。
黄土地区地下水。黄土地区地下水是平原-盆地地下水的一种,是中国的一大特色,主要分布在我国的陕西省北部、宁夏回族自治区南部、山西省西部和甘肃省东南部地区,即日月山以东、吕梁山以西、长城以南、秦岭以北的黄土高原地区。黄土地区地下水主要赋存于黄土塬区,在一些规模较大的塬区,地下水比较丰富,具有供水价值。评价区面积17.18万平方千米,占全国评价区总面积的1.81%;地下水可开采资源量97.44亿立方米/年,占全国地下水可开采资源总量的3.0%。
岩溶地区地下水。地下水主要赋存于碳酸盐岩(石灰岩)的溶洞裂隙中,其赋存状态取决于岩溶发育程度。我国碳酸盐岩分布较广,有的直接裸露于地表,有的埋藏于地下,不同气候条件下,其岩溶发育程度不同,特别是北方和南方地区差异明显。我国岩溶地区地下水分布面积约82.83万平方千米,占全国评价区总面积的8.73%;岩溶地下水可开采资源量870.02亿立方米/年,占全国地下水可开采资源总量的26.7%,开发利用价值非常大。
北方岩溶区主要包括京-津-辽岩溶区、晋冀豫岩溶区、济徐淮岩溶区,分布与北京、山西、河北、河南、山东、江苏、安徽、辽宁、天津等省(市、区)的部分地区。北方岩溶地下水具有集中分布的特点,往往形成大型、特大型水源地,成为城市与大型工矿企业供水的重要水源。南方岩溶区主要分布在西南岩溶石山地区,包括云南、贵州、广西的大部分地区和广东、湖南、湖北等省的部分地区。南方岩溶地下水主要赋存于地下暗河系统里,地下水补给充沛,但地下水地表水转化频繁,岩溶地下水难以被很好的开发利用,往往形成“一场大雨遍地淹,十无雨到处干”的特殊干旱局面。
基岩山区地下水。广泛分布于岩溶地区以外的其它山地、丘陵区,地下水赋存于岩浆岩、变质岩、碎屑岩和火山熔岩等岩石的裂隙中,是我国分布最广的一种地下水类型。基岩山区地下水只有在构造破碎带等局部地带富水性较好,大部分地区水量较贫乏,一般不适宜集中开采,但对山地丘陵区和高原地区的人、畜用水有重要作用。山区地下水分布面积约574.98万平方千米,占全国评价区总面积的60.60%;地下水可开采资源量971.67亿立方米/年,占全国地下水可开采资源总量的27.54%。 二 地下水的天然形成能力,用单位面积地下水天然补给资源量(补给模数)来反映。地下水天然补给资源量,是指自然条件下,地下水系统中参与现代水循环的可更新地下水量。主要取决于三个方面:一是水的补给来源,如降雨量大小、降雨时空分布、河流湖泊状况等;二是地表的入渗条件,例如沙土地比粘土地的入渗条件要好些,石灰岩地区比花岗岩地区的入渗条件要好些;三是地下蓄水能力,包括含水层的孔隙性、裂隙性、地下水埋藏深度等。受自然条件、地质结构、蓄水能力等因素的影响,我国地下水产水能力的地区性差异较大。

根据本次抗旱找水打井开展的工作,结合前人的成果资料,我们总结了巩义市地下水的赋存特征与分布规律,对不同类型地下水的定井成功率高进行了初步归纳,并分析了区域蓄积地下水的主要蓄水构造类型及其特征。

一、地下水赋存规律

巩义市基岩大面积出露,山地和丘陵区面积占总面积的90%左右,平原区面积则不足10%,整体属于低山丘陵地区。区内赋存的地下水以基岩地下水为主,但水量以平原区内的松散岩孔隙水最丰富。地下水赋存特征、分布规律、含水层岩性与定井成功率关系见表5-8。

表5-8 地下水类型、含水层分布与定井成功率

(一)平原区松散岩类孔隙水

平原区松散岩类孔隙水按分布位置的差异可进一步分为河流平原区和山前倾斜平原区两类。前者主要分布于伊洛河两岸和黄河南岸,地势平坦,松散层厚度大,岩性主要为砂性土、砂砾石等,赋存的地下水为松散岩类孔隙水,冲洪积形成的砂砾石可作为良好的含水层,大气降水的直接入渗或地下水侧向径流保障了含水层的补给来源;后者主要位于伊洛河两岸,地形起伏较大,冲沟切割较深,在冲洪积作用下,形成一定厚度的冲洪积卵砾石层,为较好的含水层,赋存松散层孔隙水,不过,山区倾斜平原不同地段的卵砾石层厚度与埋深变化较大,且分布的连续性差。

平原区松散岩类孔隙水按深度可进一步划分出浅层和深层水两类孔隙水。

1.浅层孔隙水(60m 以浅)

浅层含水层组由第四纪冲积、冲洪积、洪积成因的一套上细下粗或粗细相间的砂、砂卵砾石和泥质松散堆积物组成,一般埋藏深度小于60m。丘陵区的黄土中含水极微弱。按其富水程度分区如下:

(1)水量丰富区(单井涌水量1000~3000m3/d)

分布在黄河滩及阶地、伊洛河河谷、汜水河河谷及阶地、岗地等地段。黄河滩和阶地区含水层岩性以中、粗砂层为主,局部含卵砾石,砾径2~15cm,厚度30~60m;伊洛河河谷和阶地含水层岩性主要为砂卵砾石层,厚度8~30m。定井成功率高。

(2)水量中等区(单井涌水量100~1000m3/d)

分布在伊洛河一级阶地的后缘。含水层岩性为砂及含泥质砂卵砾石,一般厚10~15m,最薄8.8m,水位埋深6~10m。定井成功率较高。

(3)水量贫乏区(单井涌水量小于100m3/d)

分布在邙山、山前倾斜平原及山前黄土丘陵地区康店、沙鱼沟—北山口—芝田—鲁庄一带,地形起伏不平,冲沟切割较深。由于黄土厚度较大,通过大气降水渗入的地下水主要储存于中更新统黄土及钙结核层孔隙孔洞中,以下更新统砂质粘土或更新统黄土本身为相对隔水底板,地下水多为潜水,富水性一般较差。在较低凹处,是解决人畜用水的主要水源。近年由于大量开采中深层水,且和浅层混合开采,该层水多被疏干,定井成功率不高。

2.深层孔隙水

指埋藏在60m 以下至300m 深度内的地下水,主要分布在伊洛河以南的黄土丘陵区北部及山前倾斜平原区。深层水上部有厚度不等的粘土、亚粘土隔水层,使地下水多具有明显的承压性。

(1)水量丰富区(单井涌水量1000~3000m3/d)

分布在巩义市区、北山口-沙鱼沟、回郭镇-芝田以南、念子庄-罗口以北地带,含水层岩性为下更新统—新近系中细砂、粗砂、砂卵砾石层,多含泥质,局部半胶结。定井成功率较高。

(2)水量中等区(单井涌水量100~1000m3/d)

分布在富水区的南侧,东部位于站街—英峪南一带,西部位于鲁庄—西村一带。含水层岩性为中细砂、卵砾石、半胶结砂砾石等,厚度10~20m,水位埋深一般60~80m,最深可达100m。单井涌水量自南向北增大。定井成功率较高。

(二)丘陵区碳酸盐岩类裂隙岩溶水

碳酸盐岩裂隙岩溶水主要赋存于寒武系、奥陶系及石炭系碳酸盐岩的裂隙、溶隙和溶洞中,分布于东南部和南部的米河、新中、小关、大峪沟、核桃园、涉村、夹津口、西村等乡镇。在强烈构造作用影响下,裂隙岩溶发育但不均匀,在次一级构造破碎带赋存地下水。

1.水量中等区(单井涌水量大于240m3/d)

分布在东部的新中—米河一带及核桃园、涉村—夹津口一带,含水层为寒武系中、上统及奥陶系灰岩、白云质灰岩、白云岩。在构造有利地段,裂隙岩溶发育,含水较丰富,定井成功率较高。因矿山开采及矿坑排水造成区域地下水位下降,部分基岩含水层被疏干,造成部分地区定井成功率不高。

2.水量贫乏区(单井涌水量小于240m3/d)

该区主要分布在南部大面积灰岩裸露区,由于位置较高,地形切割强烈,地表岩溶发育,是岩溶水的补给区。大峪沟、竹林一带构造较少,裂隙岩溶不发育,故富水性较差。定井成功率不高。

(三)丘陵区基岩裂隙水

主要包括古、中元古界的变质岩裂隙水和二叠系、三叠系的碎屑岩裂隙水,分布在嵩山主峰和五指岭主峰北测、米河—小关—大峪沟以北及涉村—关帝庙以北。由于基岩山区地形起伏、沟谷深切,不利于降水入渗,地下水较为贫乏。定井成功率不高。

二、蓄水构造类型

蓄水构造系指由含水层与隔水层按着一定的有利于蓄水的构造形式组合而成的不同水文地质单元[16~18]。构成蓄水构造需要有3个基本要素:一是含水的岩层或岩体,二是相对隔水的岩层或岩体构成隔水边界,三是地下水的补给和排泄条件。根据区内已成水井含水层的蓄水特征,将本区内蓄水构造类型及蓄水条件分述如下:

(一)岩溶或接触-岩溶蓄水构造(韵沟井)

岩溶蓄水构造主要分布于碳酸盐岩区,部分地区可出现接触-岩溶蓄水构造。

接触-岩溶蓄水构造分布在巩义西南部韵沟至公川一线地区。该区出露下寒武统辛集组灰岩与中元古界马鞍山组石英砂岩,两者呈不整合接触。辛集组灰岩可溶性良好,在地表可见发育良好的溶洞和溶蚀裂隙,溶洞可达100cm×50cm,为良好的储水介质。下伏的紫红色石英砂岩,呈致密块状,具轻微变质现象,构成地下水的隔水边界。因此,灰岩的溶蚀裂隙与不整合接触面形成一定的储水空间。由于地下水流向自西往东,不整合接触面倾向为北西,故地下水流斜交于不整合接触面,进而在其接触部位蓄积,储存于灰岩的溶蚀裂隙中。该区地下水补给以大气降水为主,排泄方式主要为地下水径流与人工开采,局地以泉的形式排泄。

利用此类型的蓄水构造,在韵沟村钻探成井。钻孔位于韵沟村的沟谷低洼处,最终穿透辛集组灰岩至石英砂岩终孔,终孔深度187.4m。钻探结果显示灰岩岩心溶蚀现象良好,钻进过程中亦存在漏水现象。但在成井抽水试验过程中,地下水水位下降迅速,在15分钟内水位即下降了近120m,获得单井涌水量仅为122.4m3/d。其原因在于韵沟村地处分水岭附近,接受大气降水补给的区域小,补给条件差。灰岩岩心虽然溶蚀现象良好,但溶蚀裂隙与溶洞内充填部分粘性土,与较小的单井涌水量是相对应的。

(二)松散岩层蓄水构造

区内松散岩层蓄水构造主要分布于山前倾斜平原以及伊洛河与黄河的阶地地区,由粘性土层和冲洪积砂层、卵砾石层构成。含水层组由松散层中的冲洪积砂层和卵砾石层组成,隔水层为粘性土层。其富水程度主要受含水层厚度、砂砾卵石分选程度、松散程度等条件的控制,总体富水情况良好。

1.河流阶地松散岩层(龙尾井、康北井、蔬菜基地和黄河阶地各3口井)

在沿伊洛河和黄河展布的漫滩-阶地的过渡地区如芝田镇蔬菜基地、河洛镇裴峪村、河洛镇寺湾村等地,冲洪积砂层和卵砾石层厚度大,分布广泛,地下水位埋深约5m,单井涌水量可达1000~3000m3/d。补给来源为大气降水补给和径流补给,排泄方式为人工开采和径流排泄。

对于伊洛河南北两侧远离漫滩的阶地地区如孝义镇龙尾村、河洛镇康北村等地,在基岩面上覆厚度70~100m的古河道砂、卵砾石层,地表覆盖80~100m的黄土(伊洛河北部)或亚粘土(伊洛河南部),单井涌水量在700~1000m3/d。补给来源为大气降水补给和径流补给,排泄方式为人工开采和径流排泄。

2.山前倾斜平原松散岩层(常封井、铁匠炉井、源村井)

在山前冲洪积倾斜平原,砂层和卵砾石层厚度变化较大,分布不连续,单井涌水量约为500~1000m3/d。补给来源主要为山前地下水的径流补给,排泄方式为人工开采和径流排泄。位于北部的源村地区,卵砾石层厚度约70m,上覆80~120m的黄土,下伏三叠系砂岩,蓄水构造良好。但由于黄土层厚度大,阻碍了大气降水的直接补给,主要接受山前径流补给,单井涌水量496.8m3/d。位于巩义中部的常封地区,上覆亚粘土近50m,卵砾石层厚度大于50m,蓄水条件较好,单井涌水量607.2m3/d。在铁匠炉地区,基岩面上覆有100多米的卵砾石层,表层为亚粘土和粘土层,单井涌水量达11 20.8m3/d。上述看出,铁匠炉相比于山前冲洪积平原的其他地区,其单井涌水量相对较高,认为除了其卵砾石层厚度大的原因之外,主要是其东南侧约1.5km的沙鱼沟断裂为地下水补给提供了保障,这说明多种蓄水构造的共同作用有利于地下水的补给以增加单井涌水量。

(三)断裂蓄水构造

断裂构造作用诱发并促进基岩裂隙带或破碎带的发育,是基岩山区地下水赋存的主要场所。断裂构造蓄水部位与水量主要取决于断裂的力学性质、规模、岩性、破碎程度、含水岩组的区域含水性和补给条件等。在不同的力学性质、岩性等条件下,断裂破碎带与两侧的碎裂影响带均可成为蓄水部位。

1.断裂旁侧影响带蓄水(叶岭井、神南井)

区内断裂蓄水条件主要受五指岭断裂、沙鱼沟断裂、巩县断裂和站街断裂等的控制。断裂主要切割二、三叠系脆性地层,仅有五指岭和沙鱼沟断裂切割了寒武系、奥陶系等老地层。其中,五指岭断裂作为穿越整个巩义地区的大断裂,在其两侧均发育有一定数量的次级断裂,在其切割二、三叠系脆性地层的上下盘均发育富水部位。而在沙鱼沟断裂、巩县断裂和站街断裂,根据钻孔验证认为其旁侧富水带主要位于断裂或次级断裂的上盘部位。

在五指岭断裂两侧二叠系和三叠系脆性岩层分布区(如石英砂岩、砂质泥岩等),均可钻探成井,单井涌水量可达500~1000m3/d。在沙鱼沟断裂,上盘出露二叠系地层,岩性以砂岩、砂质泥岩与页岩为主,裂隙发育程度高,为地下水蓄积的主要部位,单井涌水量可达500m3/d左右。站街断裂位于北部的邙山黄土丘陵地区,黄土覆盖严重,下伏三叠系地层,岩性主要为砂岩和砂质泥岩,其上盘裂隙带和断裂破碎带为良好蓄水空间,单井涌水量500m3/d左右。巩县断裂沿北东向展布,倾向东南,地表多为第四系覆盖,且临近伊洛河平原,单井涌水量大于1000m3/d。

叶岭村位于五指岭断裂下盘的次级断裂影响带上,钻孔揭示150m 以下岩心裂隙发育且漏水情况良好,含水层主要为下伏三叠系的碎裂砂岩及少量卵砾石层,单井涌水量794.4m3/d。所收集的资料显示,同处邙山黄土丘陵的黑南村位于五指岭断裂的上盘裂隙带,在终孔深度为120m的情况下,获得单井涌水量1008m3/d,富水部位为下伏的三叠系砂岩裂隙破碎带。神南村位于巩县断裂上盘的裂隙带之上,获得单井涌水量1641.6m3/d。其断裂破碎带提供了地下水的蓄积空间,而上覆较薄的粘性土层以及临近伊洛河河谷平原地区则保证了地下水的补给。

2.断裂交汇影响带蓄水(张岭井)

在多条断裂的交汇部位,不同方向、不同规模的断裂致使岩石受力集中,岩石容易破碎,在交接部位形成一定范围的裂隙密集发育带,是地下水集中富集的部位。

张岭位于北部的邙山黄土丘陵地区,黄土覆盖严重,下伏三叠系,岩性主要为砂岩和砂质泥岩。该村靠近站街断裂与五指岭断裂的交汇部位,次级断裂发育,为良好蓄水空间。张岭钻孔位于次级断裂的上盘部位,在钻进深度253.4m的情况下获得单井出水量614.4m3/d,静止水位120.3m。而在该水井北东侧约1km 处,当地完成一眼近300m的钻孔。岩心完整程度高,漏水情况差,最终成井失败。究其原因在于钻探位置位于该次级断裂的下盘,且相对远离断裂,构造裂隙不发育,导水及蓄水条件差,验证了断裂上下盘构造裂隙与富水性的差异。

北山口镇西河与西头村同处于沙鱼沟断裂上盘,并在二叠系中以相近的钻进深度(近300m)成井。但由于两地受断裂构造影响程度大小的差异影响了地下水的蓄积,以致两地的单井涌水量存在明显差异。其中西河村单井涌水量960m3/d,西头村单井涌水量480m3/d,对应水位降深分别9m和98m,差异明显。究其原因在于西河村相比于西头村靠近沙鱼沟断裂,并邻近五指岭断裂,受到沙鱼沟断裂与五指岭断裂两者的交汇复合作用。两条断裂的交汇作用加剧了岩石的碎裂程度,扩大了地下水的储水空间和补给通道,致使西河村的单井涌水量相比西头村增加一倍。

33断裂破碎带蓄水(水道口井、山川井)

张性、张扭性断裂常形成结构疏、胶结和充填程度较低的断裂破碎带,其是地下水赋存的有利场所。在一定的补给条件下,是地下水良好的蓄水空间。

水道口位于沙峪沟断裂北端南侧次级断裂上盘,出露二叠系,岩性主要为砂质页岩和青灰色砂岩,裂隙发育程度相对较低。在钻进深度300m时进行初次抽水试验,单井涌水量仅约100m3/d左右。最终在钻进深度433m的情况下,才获得单井涌水量508.8m3/d。认为300m 以下为其主要断裂破碎带,为地下水主要的蓄水空间和输水通道。山川位于五指岭断裂上盘的次级断裂之上,含水层为次级断裂上的石英砂岩裂隙,在钻进深度170m的情况下,获得单井涌水量达1111.2m3/d。

因此,从以往成井资料及此次已成钻孔资料可以看出,区内断裂构造的蓄水部位主要位于断裂及次级断裂的上盘裂隙带或破碎带上,断裂破碎带或上盘裂隙带为其断裂构造蓄水部位,单井涌水量可达500~1000m3/d。而在断裂的下盘,裂隙发育程度低,蓄水条件整体相对较差,蓄水条件则相对较差,如沙鱼沟断裂。在沙鱼沟断裂的南端下盘部位出露寒武系或奥陶系,以往在该处施工的两眼近300m 钻孔未能成井,显示出在寒武系或奥陶系中较差的蓄水条件。

(四)单斜蓄水构造(李家窑井、五岭井、后村井)

区内基岩出露区、地形起伏大、沟谷深切,不利于大气降水的入渗。地下水的富集往往出现在低洼地段,因为低洼的地形特征在一定程度上可增加含水层组地下水的补给。这种类型地下水的补给来源以大气降水补给和侧向径流为主,排泄方式为人工开采和径流排泄。

在西村镇的李家窑村,出露倾向北西的单斜地层,岩性为二叠系的砂岩和砂质泥岩。在成井深度120m的情况下,获得单井涌水量907.2m3/d。该村沟谷的低洼地形起到了汇集大气降水的作用,增加了地下水的补给。同理,在西村镇五岭村,水井布置在两条沟谷的交汇处,沟谷侧壁基岩出露,裂隙发育。该井在成井深度256m的情况下,获得单井涌水量424.7m3/d,含水层组为二叠系的砂岩和砂质页岩。

涉村镇后村位于嵩山主峰和五指岭主峰的北侧低洼处,地处嵩山复背斜北翼且邻近五指岭断裂,在成井深度230m的情况下,获得单井涌水量612m3/d,含水层组为二叠系的砂岩,补给来源为山区大气降水的入渗补给与径流补给。

(五)基岩风化壳片状蓄水构造

基岩风化壳片状蓄水构造由元古宇变质岩表层风化带构成,且有第四系、新近系松散层覆盖区。地下水储存于基岩表层的风化裂隙中,其下部的完整基岩则构成隔水层。居民生活用水井深度一般小于20m,风化裂隙带厚度一般不超过10m。地下水富集部位位于地形低洼(盆地)地带。

综上所述,在巩义的南端中元古界石英砂岩与下寒武统灰岩的接触部位,分布有接触岩溶蓄水构造、基岩风化壳片状蓄水构造,蓄水条件良好。在涉村—西村一带的基岩出露区,嵩山背斜的合适部位存在裂隙发育地段,可形成单斜蓄水构造。在山前倾斜平原和河谷平原地区,松散层中的卵砾石层蓄积大量的地下水。而在受断裂构造控制的地区,极易形成断裂蓄水构造,其富水部位主要分布于断裂或次级断裂上盘的裂隙带。不过,在巩义东部大峪沟等地由于煤矿等矿产开采的缘故,断裂构造形成的储水空间已多被疏干,该区不以断裂蓄水构造为目标进行找水。同时,在邙山丘陵地区,钻探揭示地下水水位出现明显整体下降,在张岭和叶岭地区均可见轻微固结的砂层及砂卵石层。

可以看出,找水在于对各蓄水构造和赋存条件的判断,其依赖于地质、水文地质调查工作。只有在充分掌握地质构造、地形地貌、地层岩性等区域地质、水文地质条件的基础上,综合分析研究蓄水构造的三要素,再辅以物探手段加以验证才能找到合适的含水层位和井位。除此之外,还必须考虑当地经济的发展对地下水的蓄积所造成的影响,以免造成目标含水层已被疏干的现象。



地下水,作为地球上宝贵的淡水资源之一,对人类的生存和发展至关重要。它广泛分布在地表以下的孔隙介质、裂隙以及溶洞中,而这些空间的形态和排列方式就构成了地下水的赋存规律和蓄水构造类型。
地下水赋存规律
地下水赋存规律是指地下水中各种物理化学性质随深度和空间分布变化的规律。主要包括:
垂直赋存规律:地下水一般呈层状分布,从地表向下依次可分为不饱和带、毛细带和饱和带。不饱和带上部为含气带,下部为含水带,饱和带则为地下水的主要赋存区。
水平赋存规律:地下水在平面方向的分布受到地质构造、水文地质条件的影响,呈现出不同的形态。常见的地下水流向是由高地向低地,由补给区向排泄区。
蓄水构造类型
蓄水构造类型是指地下水存在的空间形态和类型。根据孔隙介质的性质和地下水赋存的构造条件,可分为以下几种主要类型:
孔隙型蓄水构造:这是最常见的蓄水构造类型,是指地下水储存在松散或胶结的岩石孔隙中。典型的例子有砂岩、砾岩和砂砾石等。
裂隙型蓄水构造:是指地下水储存在岩石裂隙中。常见于基岩区或断裂带附近。
溶洞型蓄水构造:是指地下水储存在石灰岩或白云岩等可溶性岩石形成的溶洞中。洞穴系统发达的地区,地下水量往往较为丰富。
基岩风化带蓄水构造:是指地下水储存在基岩风化形成的松散物质中。常见的例子有残坡积、坡积物和冲积层。
人工蓄水构造:是指通过人工修建,形成地下水蓄水空间的构造,例如人工蓄水层、地下水库等。
了解地下水赋存规律和蓄水构造类型对地下水资源的开发利用至关重要。它可以帮助我们确定地下水资源的分布区域、储量大小和水文地质条件,从而制定合理的开采计划和保护措施。掌握这些规律也有助于防治地下水污染和枯竭,保障人类的可持续发展。

地下水类型及补给、径流、排泄条件分析
答:3. 构造脉状裂隙水在马东山地区,断裂构造发育,特别是压扭性断裂滚乎较发育,在其轴部张性裂隙发育,形成构造脉状裂隙水。分布于硝口、臭水河、臭水沟及寺口子沟,多以泉的形式溢出。该类型地下水主要接受基岩层间裂隙水的补给后,在断裂带内进行运移,随构造带方向而改变运动规律,常在断裂带的低洼...

地下水是指赋存于什么以下的水
答:地下水是指赋存于地面以下岩石孔隙中的水,狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。在国家标准《水文地质术语》中,地下水是指埋藏在地表以下各种形式的重力水。地下水是水资源的重要组成部分,由于水量稳定,是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一。地下水的分类:1、渗入水:降水渗入地下形成渗入水。2...

地下水水源类型有哪几种
答:基岩山区地下水。广泛分布于岩溶地区以外的其它山地、丘陵区,地下水赋存于岩浆岩、变质岩、碎屑岩和火山熔岩等岩石的裂隙中,是我国分布最广的一种地下水类型。基岩山区地下水只有在构造破碎带等局部地带富水性较好,大部分地区水量较贫乏,一般不适宜集中开采,但对山地丘陵区和高原地区的人、畜用水有重要...

地下水有哪些类型
答:因此其流向和流量相对稳定。承压水的开采和利用对于农业灌溉、工业用水等方面具有重要意义。三、总结 地下水的类型多样,每种类型都有其独特的特征和动态特性。了解不同类型的地下水有助于我们更好地理解和预测地下水的运动和分布规律,从而更好地利用和保护这一重要的自然资源。

水文地质基本知识
答:(2)裂隙水 埋藏和运动于基岩裂隙中的地下水称为裂隙水。基岩的裂隙是地下水的储藏和运动的场所,裂隙的发育程度和联通性直接影响着裂隙水的分布和富集。因此,研究基岩的裂隙具有重要而实际的意义。基岩裂隙按其成因可分为成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙三种类型。裂隙水的埋藏和分布很不均匀,主要受地质构造、岩性及地...

地下水如何分类?
答:按矿化程度:淡水:总矿化度小于1g/l。微咸水:总矿化度在1~3g/l。咸水:总矿化度在3~10g/l。盐水:总矿化度在10~50g/l。卤水:总矿化度大于50g/l。这些分类方法并不是互相独立的,有时一个地下水体可能同时符合多个分类标准。对地下水的分类有助于我们更好地理解其特性、分布规律以及合理...

广西扶绥县东门蓄水构造特征及地下水资源开发
答:摘要:广西扶绥县东门蓄水构造为广西广大岩溶地区典型的富水构造区(带),具有岩溶区特有的地表水奇缺、人饮和农作物受旱严重、而地下岩溶发育、地下水十分丰富且埋藏较浅并易于打井开发利用等特点。本文通过对蓄水构造特征及地下水开发利用经验进行总结,为本区乃至广西其他岩溶地区具相似地质、水文地质条件的区域地下水开发...

地下水是指赋存于什么以下的水?
答:地下水是指赋存于地面以下岩石空隙中的水。广义的地下水是指地面以下赋存于土壤和岩石空隙中的水。通常理解的地下水是指含水层中可以运动的饱和地下水,属于狭义地下水。地下水往往具有水质好、分布广、便于开采等特征,是生活饮用水、工农业生产用水的重要水源。而地下水污染羽是指污染物随地下水运动所...

黄土高原地下水分布与埋藏深度?
答:二、碎屑岩类孔隙裂隙水 指陕北中生代陆相盆地内分布的较稳定的层间孔隙裂隙水。陕北陆相盆地自东向西依次出露三叠系、侏罗系、白垩系,构成一个向西缓倾的自流水斜地。地下水赋存于砂页岩孔隙裂隙中,具有多层含水结构和富水性不均的特征。一般富水性较弱甚至贫水,单井出水量10~300立方米/日。有开采...

地下水是什么原理 我不明白
答:根据含水空隙的类型,分为孔隙水、裂隙水和岩溶水(喀斯特水)。孔隙水指存在于岩石孔隙中的地下水,如松散的砂层、砾石层和砂岩中的地下水。裂隙水是存在于坚硬岩石的风化裂隙、构造裂隙、成岩裂隙中的水以及某些粘土裂隙中的水。岩溶水指存在于可溶性岩石(石灰岩、白云岩等)的溶孔、溶洞和溶蚀裂隙中的地下水。