对北票市山间河谷区潜水含水层富水规律及开采方案的分析与探讨

裴立斌,蒋向东,付 华,葛国志

(1.辽宁省观音阁水库管理局,辽宁 本溪 117100;2.辽宁省北票市地质打井队,辽宁北票 122100)

北票市山间河谷在漫长的内外动力作用下,沿河谷两岸呈条带状广泛分布着潜水含水层。由于构造动动的控制,山间河谷纵向基底起伏大,横向含水层厚度极不均一。地下水富存随含水层厚度的变化而产生差异。为合理开发利用山间河谷区的地下水,必须运用潜水含水层的富水规律寻找地下水,确定正确的开采方案,更好的为工农业生产服务。

1 山间河谷区潜水含水层的分布特征

1.1 地形地貌控制了山间河谷发育走向

北票市山间河谷发育走向有其独特性和规律性。区内干流为大凌河,走向北东,南西向,在北票市南部穿过。大凌河北部有八条支流汇入。一级支流为忙牛河、东官河、西官河、龙潭河;二级支流有黑城子河,宝国老河、十八台河、蒙古营河,走向都为北西,南东向。支流都有序成平行排列。其规律性完全受其地形,地貌的控制。

区内地貌为中低山与丘陵。基岩大部分裸露地表。地形西北高,东南底,分水岭呈北西,南东走向。境内河谷发育都是由北西流向东南,所以地形,地貌控制了山间河谷的平行排列与发育走向。河谷分布见图 1。

图1 北票市河流分布图

1.2 构造控制了山间河谷的纵向基底起伏

大凌河北部八条支流,横跨两个大地构造单元。以断亲山一东官营子逆断层为界,北侧为内蒙地轴,南侧为燕辽沉降带。

内蒙地轴是稳定的地台区,出露的地层为太古界深变质或浅变质的片麻岩,板岩和花岗岩侵入体。

燕辽沉降带出露的是蓟县系雾迷山组和扬庄组,硅质白云灰岩,紫红色白云岩与白云质泥灰岩。

中性代侏罗系时期发生了强烈的燕山运动。内蒙地轴处于相对上升,地层遭受剥蚀,河谷下切强烈,两岸堆积物较厚。断亲山一东官营子逆断层以此,是七条支流的发源地,源头受构造影响,河谷基底深,第四纪堆积物厚。

燕辽沉降带在中生代时期由于强烈的燕山运动,沉积了巨厚的陆相碎屑岩系和广泛的煤系地层,同时伴随火山喷发,使地形高低起伏,形成大大小小的盆地。北票地区以上奈林皋—双庙逆断层(既南天门断层)为界,北部发育了北票—哈尔脑盆地。南部发育了金岭寺—羊山盆地。南天门断裂沿震旦系石灰岩地层南部边界穿过。

由于构造控制,区内支流由内蒙地轴,流入燕辽沉降带,河谷基底发生了起伏。中生代沉积了巨厚的地层,硬结成岩,使河谷变浅,第四纪松散沉积物的厚度变薄。内蒙地轴河谷第四纪松散堆积物由 20 m以上,到燕辽沉降带河谷第四纪松散堆积物变成 5到 10 m。但接近北票盆地南部边缘,南天门断裂处,第四纪松散堆积物变厚,由 10m左右增加到30至 60m。河流穿过断裂后又变浅。

由于构造控制,山间河谷基底起伏的规律是：深—浅—深—浅,第四纪松散堆积物复盖厚度的规律是：厚—薄—厚—薄。

境外流入北票市内的大凌河,穿越的是金岭寺盆地。忙牛河穿越的地层为中生代侏罗系砂页岩与火山岩。构造微弱,河谷基底起伏不大,第四纪松散堆积物厚度仅 5～12 m。虽然河流长,但地下水不十分丰富。

构造控制了北票河流基底的起伏与第四纪松散堆积物的厚度。

1.3 外动力地质作用控制河谷横向含水层的分布

山间河谷区的外动力地质作用,主要是河流的侵蚀作用,搬运作用和沉积作用。

山间河谷的特点,河道狭窄,多呈“V”字型河谷,纵坡降大。在外动力地质作用下,水流速度快,携带泥沙多。洪水期两岸松散堆积物沉积厚度不均一,两岸阶地形成不对称,含水层厚薄不均。

太古界与震旦界地层的岩石经过漫长的物理风化与化学风化作用,表层岩石破碎。当发洪水时,水流沿河谷向下侵蚀,风化破碎的岩石以及松散堆积物被洪水冲走。只有在水量,流速较小的枯水期,水流搬运能力降低,粗大的岩石碎屑,卵石、砾石、粗砂便在河谷两岸和河床开阔地段堆积下来。老地层下蚀作用时间长,堆积物比较厚。当下蚀作用达到侵蚀基准面后,侧蚀作用加强。造成山间河谷两岸不同河段松散堆积物的分布面积与沉积厚度极不对称。例如：东官河西岸纺织厂处,第四纪松散堆积物的厚度为 30多米,河东岸土城子松散堆积物的厚度 10多米。同时河谷两岸第四纪地层分布面积也不均一。西官河西官段河水沿西山坡基岩流动,直接切割基岩无阶地。东岸则分布大面积一、二阶地。

外动力地质作用控制了山间河谷横向含水层的分布面积与含水层的厚度。

2 山间河谷区潜水含水层地下水的富存规律

山间河谷潜水含水层受地形、地貌、地层、岩性、构造的控制,其分布范围与覆盖厚度极不均一,地下水富存的差异性比较大。随着地下水的不断开发,实践证明：山间河谷区潜水含水层富存规律与山间河谷潜水含水层的分布特征是相辅相成的。

2.1 山间河谷区的地形,地貌形态决定了地下水的富存

山间河谷两侧多为剥蚀的低山丘陵,山脊线有时顺河谷方向发育,河道的走向受两侧低山丘陵的限制造成弯曲。在迎水山头河道转弯的一侧形成面积较大,沉积较厚的第四纪松散堆积物,是地下水易于富集的地区。例如：东官河庄头营西山头处,第四纪覆盖厚度 20～30m,单井出水量 50～80 m3/h。

山间河谷支流汇合处,是地下水的富集区。洪水时支流携带泥沙在入口处沉积,形成较厚的松散堆积物,丰水时干流水返补地下,形成地下水。例如：大凌河三官营子就是两河交汇处,第四纪松散堆积物厚度比大凌河一级阶地厚约

5～ 8 m,单井涌水量 50m3/h。

山间河谷流向开阔地段,形成山间盆地,地层成因复杂,既有洪积层又有冲积层,盆地边缘地下水接受山前补给,形成集水盆地。例如：桃花吐大洼,地下水丰富,单井涌水量50～100 m3/h。

山间河谷的地形,地貌复杂,寻找有利地段是开采地下水的主攻方向。

2.2 山间河谷潜水含水层的厚度决定了地下水的富存

山间河谷比较狭窄,两岸阶地呈条带状镶嵌在河谷两岸。河道纵坡降比较大,地下水流速比较快,只有松散堆积物沉积厚度大,构成含水层,才能易于地下水富存。北票市山间河谷第四纪松散堆积物以断亲山—东官营子逆断层以北的七条支流(除忙牛河外)第四纪松散堆积物的厚度达18～35m同,含水层厚度 10～20 m,地下水位埋深 10～13m,单井涌水量 50～80m3/h。七条支流中游含水层比较薄只有靠近南天门断裂,中生代北票—哈尔脑盆地南缘,第四纪松散堆积物厚度增加,一般在 16～40 m,地下水丰富,单井涌水量在 50m3/h以上。下游含水层较薄,不利于地下水富存。

2.3 山间河谷区潜水含水层的岩性决定了地下水的富存

山间河谷区第四纪松散堆积物,是由不同成因,不同成份的堆积物组成,至使含水层的富水性也不同。山间河谷区的堆积物有冲积、冲洪积、风积。冲积、冲洪积堆积物多为中粗砂夹砾,卵石,内含薄层粉砂土。易于接受大气降雨的补给。迳流,排汇畅通,是较好的含水层,也是地下水的富集区。

河谷与河谷岩性的不同,富水性差异比较大。境外流入市内的大凌河,忙牛河是最长的两条河流。在境内穿越的都是中生代地层,河谷两岸堆积物大部分为粉细砂与粉砂土,有冲积,有风积、富水性比较差。1988年用冲击钻在叉河营林场忙牛河漫滩上打 2眼管井,井深 8米,涌水量 15 m3/h。1994年在白石水库大凌河中心,打井 6米,出水量 10m3/h。

一条河谷上游与下游,东岸与西岸因岩性的不同,出水量也不同。例如：东官、西官河谷上游打井涌水量 50～80 m3/h。而中游最大涌水量 30～40m3/h,二龙台川、三家窝铺段岩性比较好,出水量 50～80 m3/h,而在对岸的房申打井26m,出水量 15m3/h。岩性造成地下水分布不均,在同一地段,井与井之间出水量相差悬殊。在下桃河谷中,两眼井间距 240m,井深分别为 40 m和 35m,因岩性不同,一井出水量 80m3/h,而另一眼井出水量仅 30m3/h。

山间河谷潜水含水层的岩性决定了地下水的富存。

3 山间河谷区含水层的富水规律决定了地下水的开采方式

依据含水层的富水规律,因地制宜,实事求是确定地下水的开采方案,就是用技术经济合理的集水工程,在最大限度夺取地下水的补给量和天然消耗量中能从含水层中取出来的最大水量。需要准确布置井位,确定合理开采方案,布置合理的集水工程,才能最有效的开发利用地下水,为工农业生产服务。

3.1 基岩深井开采区

适合第四纪松散堆积物厚,基岩风化裂隙带深,地下水位埋藏较深的地段。北票市以断亲山—东官营子逆断层以北,以及南天门断裂边缘地带,岩性多为太古界片麻岩、花岗岩,中生界安山岩,震旦界石灰岩,风化带深,裂隙发育。适合于基岩深井开采,既能取第四纪松散堆积物孔隙水,又能开采基岩风化裂隙水。例如：西官河：尹仗子,大三家;东官河：炮手至小八沟蒙古营河：南四家等地,基岩深井一般在50～80m深,水量 50～100 m3/h。即使大旱年间,地下水下降 10余米时,井水仍能满足农业灌溉的需要。

3.2 第四纪松散层冲击钻开采区

适合于含水层中等,岩性较好。多为中粗砂与砾卵石层,透水性好,补给来源面积大,地下水迳流快。基岩多为中性代砂页岩,是弱透水层,适合于冲击钻开采,例如：大凌河坤头营至八家子段,泉巨永洼地等,适合于冲击钻开采。一般井深 12～25m,涌水量 50 m3/h。

3.3 大口井、沉圈井开采区

适合于含水层比较薄,地下水位浅,岩性比较差,多为细砂,粉细砂,透水性较差的地段。例如：北票—哈尔脑盆地中部,忙牛河,长皋河,黑城子河下游等地,适合于大口井、沉圈井开采。一般井深 8～12 m,涌水量 30～50m3。

3.4 截引潜开采区

适合于含水层比较薄,地下水比较丰富的地段,干旱季节有地下水溢出,可以采用截引潜工程或方塘提取地下水。如蒙古营跃进,土城子,松台沟等地,水量 30～50 m3/h。

4 结论

北票市山间河谷区潜水含水层既有普遍含水的特点,又有富水不均的特征。实践中必须运用地形、地貌、岩性、构造互相联系有机结合的特点,由表及里的进行科学分析,从潜水含水层分布特征中总结出富水规律,从分析潜水层的差异中找出富水部位。准确布置井位。依据含水层的厚度,岩性特点,因地制宜确定开采方案,合理布置的集水工程,有效开发利用地下水资源。