含水层岩性对其富水性的影响关系分析

沟丽曼

摘 要：含水层是指能透水又饱含重力水的岩层。构成含水层的必要条件是要有储存地下水的空间、储存地下水的地质构造和良好的补给水源。以临县庞庞塔煤矿研究区为例，分析含水层岩性对其富水性的影响。这对工农业生产、城乡人民生活供水和防治地下水害有重要的意义。

关键词：富水性；含水层岩性；单位涌水量；渗透系数

中图分类号：TD741 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.096

庞庞塔煤矿位于山西省临县县城以东城，水文地质单元属于柳林岩溶水系统。依据研究区地层发育状况及其水文地质特征，可将研究区地下水含水层划分为奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水岩组，石炭系上统太原组石灰岩岩溶裂隙含水岩组，二叠系下统山西组砂岩裂隙含水岩组，二叠系石盒子组砂岩裂隙含水岩组，二叠系石千峰组和三叠系砂岩裂隙含水层组，第三、第四系砂砾石孔隙含水岩组。

1 奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水岩组

研究区东部外围有较大面积的出露，由东向西埋深逐渐增大，最大埋深超过1 300 m。P18号地质孔揭露本统157.48 m， P63号水文孔揭露本统150.86 m，PK13揭露本统314.08 m。该组岩性以石灰岩为主，其次为泥灰岩、白云质灰岩、石膏，还有少量的角砾状灰岩等。岩溶裂隙发育的石灰岩、泥灰岩为含水层，石膏、角砾状泥灰岩和岩溶裂隙不发育的石灰岩为隔水层，由隔水层把奥陶系分成若干个含水层。

1.1 上马家沟组岩溶裂隙含水岩组

上马家沟组岩性以石灰岩、泥灰岩为主。P18号孔和P63号孔均揭露本组，但与峰峰组界线不明显。此次勘查PK13号孔也揭露本组。简易水文和抽水试验资料显示，钻孔钻至该段都会大量涌水或漏水，这表明该段富水性比较强。现在尚未发现上马家沟组含水层岩溶发育程度和富水性在深浅部的明显差异。P63号孔本组上部与峰峰组混合抽水试验，单位涌水量为0.178 L/s·m，渗透系数为0.007 833 m/d，含水层为中等富水性。在其主斜井西南侧有一水井，2004-11-17施工完成，井深790.29 m。揭露上马家沟组201.79 m，上段岩性为深灰色厚层状石灰岩、含白云质灰岩和泥灰岩；中段为深灰色薄—中厚层状石灰岩、豹皮灰岩，夹白云质灰岩；下段为灰黄、灰色石灰岩，夹白云质灰岩，局部夹石膏层。揭露峰峰组96.40 m，岩性为厚层状灰色石灰岩、泥灰岩、角砾状泥灰岩、白云质灰岩和石膏。取水层段为上马家沟组590.33～790.29 m，井径φ244 mm，静水位（埋深）为353.00 m，单位涌水量为0.812 L/s·m，富水性中等。PK13孔深835.08 m，本组抽水为稳定流三次降深抽水试验，单位涌水量0.057～0.098 L/s·m，富水性强。

1.2 峰峰组岩溶裂隙含水岩组

本组平行不整合于本溪组之下，厚88.21～140.62 m，平均厚度为113.41 m，岩性主要为石灰岩、角砾状灰岩、白云质灰岩、泥灰岩和石膏等。含水层以上段灰岩、角砾状灰岩为主，下段为泥灰岩、灰岩和石膏，一般可将其视为隔水层。

本组含水层以其二段（O2f2）质纯灰岩、白云质灰岩和角砾状灰岩为主。据钻孔揭露，岩溶裂隙发育程度在平面分布上不均匀，总体来说，浅埋区岩溶裂隙发育，井田西部深埋区发育程度则明显变差，其岩溶形态是以溶洞、溶孔和溶蚀裂隙为主。比如P21孔在钻至O2f灰岩15.2 m、孔深740.2 m时，发生了漏水的情况，本孔抽水试验，单位涌水量为1.207 5 L/s·m；又比如，P43号孔在钻至孔深776～780 m、O2f层段49～53 m（O2f2底）时，溶洞比较多，最大溶洞长达0.70 m，并出现钻孔漏水的情况，从776.20～776.90 m，钻至此层位钻孔漏水严重，水位为321.60～321.80 m，钻进时的耗水量达3.83 L/s。由于孔内事故，未对峰峰组做抽水试验，移孔后钻进至峰峰组时未见溶洞，也不漏水，岩溶也不发育，抽水试验单位涌水量为0.005 97 L/s·m，这说明峰峰组富水性弱。此次勘查的PK6、PK7孔，岩芯鉴定PK6孔时也未见溶洞，岩溶不发育。在钻井过程中，个别钻孔发现了溶洞、掉块等重要水文地质现象。经岩芯鉴定，奥灰石灰岩泥质含量较高，裂隙一般用泥质、方解石脉充填。从抽水试验资料来看，该组单位涌水量为0.000 01～1.506 L/s·m。

奥灰峰峰组一段（O2f1）是以含石膏的泥质灰岩和泥灰岩为主，中间夹白云质灰岩。因此，一段的大部层位为相对隔水层。

由现有资料可知，奥灰岩溶发育程度和富水性很不均一，单位涌水量在不同的钻孔中相差很大。一般来说，单位涌水量是随着埋深而变化的，即埋深小，岩溶发育程度高，富水性强，埋深大则反之。PK15试验段距1 352.99～1 460.50 m，埋藏深，岩溶裂隙不发育，单位涌水量q值为0.000 01 L/m·s，富水性弱。

2 石炭系上统太原组灰岩岩溶裂隙含水岩组

该组由L5，L4，L3，L2，L15层灰岩组成，L4全井田发育，L3偶有尖灭点，L5，L2，L1不发育。岩芯和简易水文资料表明，该组灰岩在深部岩溶裂隙不发育，在浅部岩溶裂隙发育。P21、P41、P43和P63号孔均揭露本组灰岩2层，分别为L4和L3.P21号孔本组抽水试验，单位涌水量为0.001 447 L/s·m，弱富水性，渗透系数为0.007 9 m/d；P63号孔本组抽水试验，单位涌水量为0.075 88～0.093 42 L/s·m，弱富水性。因此，据此次勘探钻孔抽水试验可知，该组单位涌水量为0.000 54～0.055 39 L/s·m，弱富水性。此外，太原组还有数层砂岩，其厚度变化比较大，一般认为其水文地质意义不大。

3 二叠系下统山西组砂岩裂隙含水岩组

该组主要由K3和多层砂岩层组成，岩性为细—粗粒砂岩，岩性和厚度变化都比较大。在井田内，由于该组没有出露区域，并且砂岩稳定性差，所以，富水性很弱。少数钻孔有时会遇到微量或少量涌水，也有消耗量增大者。P41号孔本组和太原组混合抽水试验，单位涌水量为0.334 6～0.52 L/s·m，中等富水性。

4 二叠系上下石盒子组砂岩裂隙含水层组

该组在区内主要沿南边界出露，主要有K4，K5，K6，K7等砂岩，岩性以中粗粒砂岩为主。该组砂岩厚度较大，分布比较广，近地表裂隙发育，容易接受降水补给，但是，深部裂隙

比较少，因此，含水层接受大气降水补给后，地下水进入深层的很少，深部富水性很弱，有部分民用水井采本层的水。另外，该组局部裂隙发育，部分钻孔遇本组砂岩涌水或漏水。P63号孔本组与山西组混合抽水试验，单位涌水量为0.030 7～0.049 73 L/s·m，渗透系数为0.042 8～0.06 m/d。由于含水层埋藏深，裂隙不发育，所以，其富水性比较弱。P21号孔本组与山西组混合抽水试验，单位涌水量仅为0.002 06 L/s·m，含水层富水性很弱。

5 二叠系石千峰组和三叠系砂岩裂隙含水层组

二叠系石千峰组和三叠系砂岩在井田南部零星出露。含水层为细—粗粒砂岩，地下水主要赋存于砂岩裂隙中，裸露区裂隙发育，砂岩接受大气降水补给后，经短途径流泄出地表形成泉，泉水多呈悬挂式，湫水河两岸岩壁上可见到，泉水流量多在0.5 L/s以下。由此可知，该组富水性比较弱。

6 第三、第四系砂砾石孔隙含水层

第三、第四系松散层井田内广泛分布。第三系上新统下部为砂砾层，厚1～5 m，上覆为红色黏土，总厚一般不超过10 m。第三、第四系松散层和二叠系上石盒子组基岩风化带混合抽水试验，单位涌水量为0.002 7～0.426 L/s·m，渗透系数为0.006 3～9.06 m/d，含水层富水性大部分中等，部分比较弱。

7 总结

综上所述，含水层的蓄水空间为孔隙、裂隙和溶隙。孔隙越大，数量越多，越有利于地下水的流动和富集，随着深度的增加，松散沉积物的自重压力增大，孔隙度就会降低。此外，地质时代比较老的沉积物的颗粒之间常被胶结，其孔隙度也会大大降低，从而影响含水层的富水性。裂隙是岩石中的空隙，它的宽度、长度、数量、分布和连通情况会影响岩石的持水性、透水性，比如寺下水平行砂砾石层的渗透与垂直该层的渗透相比，透水性要大。一般来说，空隙越大，给水性就越好，透水性就越强，持水性就越弱。溶隙是可溶岩（石灰岩、白云岩）中发育的一种特殊空隙，是地下水对可溶岩长期溶蚀的结果。一般来说，岩溶裂隙越发育，含水层富水性越强。

〔编辑：白洁〕