浅谈贺大庄水源地岩溶水分布规律与施工布井

2011-03-15郭东升

地下水 2011年2期

郭东升

(河南省第一地质勘查院,河南南阳 473003)

0 引言

贺大庄供水水源地位于河南省方城县东北部,距县城10 km。主要以碳酸盐岩溶水作为供水水源。区段内地表无常年性河流,地表水资源缺乏,原有的水源地水质已遭受污染。经采集水样检测,细菌总数、大肠菌群、氟等多项指标超标数倍,不仅严重危及居民健康而且制约县城的工农业发展。我们通过对该区段进行详细水文地质勘查,分析总结岩溶山区地下水的分布规律和钻探施工经验。

1 地质概况

该区段为裸露——半裸露岩溶山区,岩溶水系统内出露地层为上古生界老李山组(Pz21)大理岩,厚度大于 510 m。其下部呈暗灰色白云石大理岩,中部为含炭云母石英片岩,含白云质大理岩,分布面积约 43%。

区段位于华北地台南缘与秦岭褶皱带交接部位,总的地势北部、西北部为山区,最高标高 686.7 m,最低标高200.0 m,相对高差 486.70m;东南部为丘陵区,南部为南阳盆地的北边缘为平原地带,标高 200～500 m。在漫长的地质历史中,经受多次构造变动,构造线方向为北西向,形成主要构造格架。主要有云阳——维摩寺断裂带,皇后——权庄逆断裂。

云阳——维摩寺断裂带：是区域上栾川——固始深大断裂带的一部分,为区内主要断裂之一,断裂走向 290°～310°,倾向时南时北,倾角 20°～80°,沿断裂带出现脆性构造岩(碎裂大理岩)和韧性构造岩(钙质糜棱岩)。

皇后——权庄逆断裂：走向 300°～320°,倾向东段南西,西段北东,倾角 60°～68°,断层长度 14.5 km,断裂带宽 70～160m,岩石破碎,硅质白云质胶结,大理岩产状不规则,有挤压而成的碎裂石英大理岩透镜体,局部有石英、方解石呈团块状沿断裂定向分布。

2 岩溶水的分布规律

2.1 岩溶发育形态特征

该区段碳酸盐岩类主要为上古生界老李山组(Pz21)大理岩,呈浅灰色、灰白色。可溶岩层裸露——半裸露,岩溶发育较强,以溶隙、溶孔为主,形状不规则。溶孔多呈蜂窝状密集分布,溶隙、溶沟一般沿节理发育,局部密集成带,宽 20～40 cm,极利于地下水的赋存。

图1 黑龙泉附近地质构造图

2.2 强迳流带特征

通过对区内泉点水文地质调查,此带位于云阳――维摩寺断裂下盘,呈 NWW-SEE延伸,宽 2.5～5.0 km,最大宽度 7 km,地层为上古生界老李山组(Pz21)大理岩。另据水文地质钻探揭露,该区大理岩质纯且厚,岩层中的溶洞及溶孔呈片状,发育强烈。多数被溶蚀成蜂窝状,含少量充填物。因受多次断裂影响构造裂隙发育,极利于岩溶水的赋存。含水层厚度 60～100m,强富水面积 21.25 km。岩溶水直接接受大气降水的入渗补给,沿断裂走向由北西向南东运移,至黑龙泉溢出地表。黑龙泉群流量 399.4～405.6 l/s,单泉流量 32.5 l/s。其动态为气象型,丰水期水量突增,平水期略有滞后,是区内具有供水意义和开发利用价值的主要岩溶水赋存区段。

2.3 岩溶水动态特征及水质

由于区内构造裂隙发育,溶洞、溶孔现象明显,溶隙空间大,连通性好,因此区域性岩溶地下水的动态变化幅度相对较大,主要与大气降水有关,枯水期缺失的水量能够得到平、丰水期的调节补给,地下水有以丰补歉的调节补偿能力,使水位均有不同程度的回升。

贺大庄供水水源地处于低山地形中,由于侵蚀构造强烈,溶蚀地形发育,地下水接受补给,迅速排泄,溶滤时间短,水化学类型简单为 HCO3-CaMg型水,矿化度 0.44-0.47g/L。其物理特征为无色、无味、无嗅、无悬浮物,pH为7.5～7.6。总硬度 270～274.5mg/L,属于微硬的低矿化淡水,偏硅酸 15.60 mg/L,游离 CO212.55 mg/l,总 β7.14×10-2～9.31×10-4Bq/L,镭 1.62×10-2～2.48×10-2Bq/L。水温 18℃,水质纯净、优良、无放射性危害,适宜饮用。

2.4 岩溶水的排泄特点

区内岩溶地下水自 NWW向 SEE迳流,西北向以棉花山——杨树沟岩浆岩为界,东北界以皇后——黑山口——前杨庄断层为阻水边界,西南以中元古界毛集群回龙寺组中、下统片岩、片麻岩为地层隔水边界,东南边界为透水边界,形成独立的补给、迳流、排泄系统。因含水岩组为半裸露——裸露型,地下岩溶连通性较好,在纵向和横向上的展布是有限的,因此,它具有迳流途径短、速度快、强度大的特点,以水平迳流为主。岩溶水接受大气降水补给后,以溶隙、网状管道流的运动形式,在地形低洼及构造的有利部位以泉形式溢出地表。例如黑龙泉群,泉群水位标高低于钻孔水位标高,泉群流量和降水量密切相关,丰水期泉流量骤然增大,枯水期泉流量减少。我们对黑龙泉群进行连续 67天的观测,流量 399.4～405.6l/s。

图 3黑龙泉剖面示意图

3 岩溶区布井施工经验

3.1 在排泄点附近不宜布井

排泄点多为暗河或大泉,动态变化大,具有管洞流特征,迳流非常集中,岩溶地下水汇向泉或暗河迳流。因此,即使所处构造部位和微地貌部位非常有利,看似水文地质条件优越,但仍不宜在其附近布井取水,因这里受集中管洞流控制,岩溶发育不均匀,下部碳酸盐岩裂隙不发育,含水层厚度极为有限,在目前技术条件下,即使借助物探方法亦难寻找到岩溶通道,易导致钻井失败。

3.2 在负地形中布井

负地形常是正负地形转换部位,这一带岩溶发育强烈,但不均一,也是地下水由浅变深地带,通常有落水洞分布,迳流集中,地下水多赋存于岩溶管道、溶洞中,于打井不利,或者打到管道但因泥质充填严重而使水抽不清,所以我们针对贺大庄供水源地含水岩组,分析研究岩溶发育状态,采用一道管柱成井方案,管外缠 60目铜丝并填入不同规格的砾料来防止水抽不清的发生,影响岩溶水的水质状态。