保定西部山区缺水区构造裂隙水找水实例解析：以唐县史家佐村地下水勘查为例

2013-12-14邓启军朱庆俊李巨芬

地下水 2013年1期

邓启军，李伟，朱庆俊，李巨芬，李曼

(1.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定071051;2.保定市供水总公司，河北保定071051)

保定西部山区位于太行山东麓北段，总面积约11 500 km2，据不完全统计，涉及到9个县(市、区)普遍面临缺水问题，其中季节性缺水村庄有2 000余个，常年缺水村庄800余个［1］。由于基岩地下水埋藏的复杂性及不均匀性［2］，一直以来，缺水地区的成井率不高，当地群众常面临饮用水短缺、水质恶化及因水致贫等问题。

史家佐村有2 500余人，位于唐县齐家佐乡东北，属于中低山地貌。本区属于严重缺水地区，由于现有饮用水井供水能力严重不足，大部分村民只能以高价从邻村购买生活用水，给原本就不富裕的村民又增加了一大笔额外的负担，同时，村民内部因为争夺有限的水资源而时常激化矛盾，严重的影响到了邻里和谐。近年来，该村先后向县、市反映缺水问题，也有多家单位曾在此地开展了勘查，但是因为特殊的地质条件，均是无功而返。区内找水难度极大，主要体现在以下的两个方面，一、地质条件较为复杂，大部分构造均被岩脉、高岭土脉侵入，富水构造较少，地下水连通性较差;二是工作区地下岩脉复杂，对测量的数据很容易引起误判，增加了地下水勘查难度。

1 自然地理及水文地质条件

该区位于北温带季风气候边缘，属于温带半干旱、半湿润的大陆性季风气候，年均降雨量521 mm，降雨分配不均，多集中在6-8月份，年纪降雨量变化较大，无地表水流通过。

区内出露的地层主要有蓟县系雾迷山组燧石白云岩(Jxw)、景儿峪组燧石角砾岩夹薄层石英砂岩(Qb)和第四系残坡积物()。主要地质构造以NE和NW方向断层构造为主，其中以NW向为主导方向的构造，以岩脉、高岭土充填较多，图1。

早先曾在村西沟施工一口150 m深井，遇到闪长岩体，后挪孔至村南，于2002年成井(SJZ-01)，井深134 m，该井曾以3吋泵满管连续抽水52 h，水位稳定，停泵后水位恢复速度较快，然而在使用几年后，现已基本报废，通过对SJZ-01钻孔分析，该井刚开始使用阶段出水量较好，但在使用了几年之后，就基本报废，说明该井所处的位置地下水的补充不足，分析其原因主要是岩脉及高岭土脉将该村的地下空间切割成网格状，成为一个个独立的小单元，地下水的连通性较差。村南沟里挖有一大口井(SJZ-02)，井深40 m，第四系覆盖较薄，约4～8 m，下伏致密的黄白色高岭土，水量极小。

图1 史家佐地质构造及找水靶区示意图

2 典型地区地下水勘查示范

2.1 确定找水靶区

区内第四系松散层基本不含水且雾迷山组白云岩岩溶发育情况较差，所以该地区主要以寻找构造裂隙水为找水目标。又因NW方向断层构造岩脉侵入较多，富水性与导水性较差，所以找水的重点方向主要以避开村西侵入岩体及村南高岭土脉地区，寻找地下水补给条件通畅的地区，因此，本区的找水区域，只能放在村东与村北，其目标应以构造裂隙水特别是与NW方向伴生的NE方向构造裂隙水为主［3］。其主要的技术手段主要包括遥感解译、水文地质调查、物探勘查及钻探验证［4］等。

从卫星影像上显示，史家佐村及周边发育四条规模较大的线性构造及一系列次级构造，其中，规模较大的构造三条为NE走向，一条为NW走向，(图2)。其中，F1、F2和F4主要构造及村庄附近的一些小型构造，离史家佐较近，对于本区地下水勘查有实际意义，F3和F5线性构造因为距离村庄较远，其开采成本较高。所以在选择地下水勘查靶区的时候未予考虑。

图2 史家佐村遥感解译图

构造F1:南北两侧影像色调、纹理差异较大。根据野外验证，构造线东南侧岩性为燧石条带白云岩，倾向SE，西北侧大多被第四系覆盖，基岩出露较少，局部可见燧石角砾岩，石英砂岩，大都强风化、极破碎呈堆积状，只局部可辨产状，倾向SE。

构造F2:位于史家佐村东北，走向NE40°左右，延伸较长，地貌上形成深切沟谷、陡崖以及哑口，图上可以看出其横穿村东北出山口。构造线两侧均为燧石条带白云岩，东南侧岩层倾向南东，西北侧岩层倾向南西。据野外实地验证，村北丘陵处，该构造东南侧见多条NW向高岭土脉和一条NE向闪长岩脉;西北侧见多条NNW向高岭土脉和一条闪长岩脉。

构造F4:位于史家佐村南部，根据野外验证，在山坡边缘发现有一约10m宽的豁口，构造行迹明显，豁口两侧为岩性为燧石条带白云岩，因受构造活动影响，产状较为混乱，豁口内被黄绿色闪长岩脉侵入，延伸较短，走向NW20°。

从遥感解译图上可以看出，洼地东侧及村北丘陵大气降水经入渗后，汇集于村东山间洼地，并由东北出山口流出，洼地某一处应为地下水的排泄通道。遥感解译图上显示F2构造横穿东北出山口，故将此处圈定为一个找水靶区(图2，Ⅳ区);同时，水文地质人员在村东北山坡开挖面坡脚处发现构造角砾岩出露，构造带宽4～5 m左右，角砾岩胶结程度较差，见有溶蚀现象，中间被1～2 m左右完整岩石分隔，利用音频大地电场寻找其低值点，推断其为一条NE方向的断层构造，倾角不明，符合对于本区地下水的赋存条件的基本推断，故作为一个找水靶区(图2，Ⅸ区);同时在村北山垭口处发育有一的线性构造，贯穿整个垭口，利用音频大地电场测量也反映有一线性的低阻带存在，但因为地表均被残坡积所覆盖，不能确定其为断层亦或是被岩脉侵入，亦圈定为一个找水靶区(图2，Ⅹ区)。

在圈定找水靶区的基础上，选择了合适的物探方法，开展了详细的物探勘查工作，技术手段主要包括:音频大地电场、EH-4电导率成像法、激发极化法，图3。

图3 史家佐村物探工作部署图

2.2 各靶区成井条件分析

Ⅳ区:

村北出山口，整个沟谷呈NW15°方向，宽约140 m，剖面呈浅U型，沟内主要被第四系覆盖，沟两侧主要出露雾迷山组燧石条带白云岩，局部可见有角砾灰岩。其上游汇水面积约10 km2，在主沟谷处开展了物探工作，其EH-4勘查结果见图4。

图4 史家佐Ⅳ区EH-4勘查结果图

由图可知:除表层受第四系覆盖层厚度变化影响局部电性有所差异外，剖面中部中深层为完整灰岩的电性反映;剖面起始端-130 m有一发育深度小于100 m断层;剖面30 m处异常不明显，尾端完整角砾灰岩出露，视电阻率值较低应与表层分布的角砾灰岩有关。于-130 m处开展了激电测深工作，视电阻率曲线反映埋深150 m范围岩层完整，无明显的破碎。因此，该处不符合定井的基本条件，未能成井。

Ⅹ区:

根据音频大地电场测量表明，该线性构造走向NW20°，倾角不明，构造东侧岩性主要为燧石条带白云岩，西侧出露有少许景儿峪组燧石角砾岩夹薄层石英砂岩，因不能判断该线性构造是否被岩脉侵入，所以，垂直于该推线性构造，开展了相关物探综合测量工作，其EH-4勘查结果见图5。

根据以往的物探勘查数据，普遍岩脉的激电参数高于富水断层的激电参数，二者激电参数值的分布区间不同，过对该区的EH-4勘查，对比图5与图4，二者反映完整白云岩的视电阻率一致，均为500 Ωm左右，富水断层的视电阻率为150～200 Ωm，岩脉的视电阻率值为250～300 Ωm，故Ⅹ区可以判断为岩脉侵入构造，不具备成井条件。

图5 Ⅹ区岩脉的电性特征

Ⅸ区:

音频大地电场曲线反映出该断层走向为N30～40°E，异常宽约10 m。起始线位于断层出露处，两段低阻异常被20 m处高值分隔，该高值位北延伸大地电场曲线仅有一组低阻异常存在，分析一方面可能是第四系覆盖层影响了大地电场的分辨能力，另一方面可能是断层不同位置发育不同，向北二条小规模断层合并成一条断层，勘查结果见图6和7。

EH-4结果反映出该断层倾角较大，应大于80°，倾向剖面尾端;断层宽约10 m，断层发育深度大于150 m。为验证EH-4结果，同时了解断层的富水情况，在EH-4剖面19 m处开展激电测深工作。视电阻率测深曲线表明AB/2=65～170 m，特别是80～100 m段，地层岩石破碎，与EH-4勘查结果一致。

2.3 拟选井位水文地质条件分析

对比分析三个找水靶区水文地质条件并结合物探勘查结果，确定村东北(Ⅸ区)为成井的优选地段。该区位于村东北的山间盆地，地形标高为全区最低处，村东侧与村北丘陵的地下水全部汇集于此，具有足够的汇水面积且村西的地下水向该区径流;其次该点主要发育为NE方向的张性断层，未见岩脉侵入，地下空间避免了被岩脉分割成互补联通的小单元，地下水的连通性较强，且断层发育于脆性的白云岩中，其破碎带的裂隙和岩溶发育，具有一定的储水空间，形成了补给通畅的断层蓄水构造［2］。因此，综合考虑，选择Ⅸ区作为井位的最优选择。

3 钻孔实施效果

根据水文地质调查及物探测量的结果，设计井位定在Ⅸ区EH-4剖面22 m处，孔深为140 m，采用先进的空气潜孔锤技术加泡沫洗井钻进。实际实施的井深为138 m，终孔后，实施了物探综合测井、抽水试验及饮用水质分析等工作。抽水试验表明，该井涌水量大于1 440 m3/d，动水位埋深36.87 m，降深10 m，水质符合国家生活饮用水卫生标准，彻底的解决了史家佐村近2 500人及邻近村庄的生活用水难题，取得了较大的社会、经济效益。