延庆旧县—石槽岩溶水特征分析

2018-09-10牛升晟李钫

城市地质 2018年4期

牛升晟李钫

摘要：延庆盆地中部第四系下伏基岩以蓟县系雾迷山组白云岩为主，为了摸清该区域岩溶水分布特征与规律，在旧县镇平原区布置了两眼基岩勘探井，钻探成果显示，蓟县雾迷山组岩溶裂隙发育、渗透性好、导水性强，影响半径小，岩溶含水层富水性良好，水化学类型为重碳酸钙镁型水，岩溶含水层的渗透系数为1.7020m/d，导水系数为506.17m2/d。综合分析认为，延庆旧县-石槽勘查区岩溶水资源具有一定的开采潜力。

关键词：岩溶水;白云岩;延庆;渗透系数

中图分类号：P641.134 文献标识码：A 文章编号：1007-1903（2018）04-0067-04

0 前言

北京是世界上严重缺水的大城市之一。当地人均水资源量仅相当于全国人均的1/8，世界人均的1/30。南水北调进京后，水资源短缺形势虽然可得到缓解，但作为外来水引水工程一旦出现问题，将威胁北京城市供水安全。为缓解北京市水资源不足，保证城市建设发展和居民生活用水，2011年7月北京市发展和改革委员会批准实施北京岩溶水资源勘查评价工程。

延庆盆地位于北京西北，岩溶水勘查程度较低，岩溶水资源尚未大量开发利用。

旧县—石槽地区为重点勘探区，该工程以探采结合的方式，查明岩溶含水层的分布、埋藏特征及其岩溶地下水的赋存富集规律，掌握岩溶地下水的补给、径流、排泄條件，施工勘探井，圈定水源地靶区。

1 勘查区概况

延庆盆地处于燕山沉降带西端，是华北平原向张北高原的过渡地带，其东、北、南三面被群山环抱。延庆盆地由东北向西南延伸，东西长35km，南北最宽处16km，山区属军都山山脉（卫万顺，2008）。旧县镇属山前平原地带，旧县镇山前有残丘，石槽地区为山区。山区地势东北高西南低，石槽地区南猴顶沿线构成地表分水岭，分水岭两侧冲沟发育;盆地平均海拔500m，山地平均海拔1000m。YQ-K-1号井和FC-T-8号井都位于延庆区旧县镇东龙湾村东北，团山村村南，两眼井水平距离相距436m。

2 地质和水文地质条件

2.1 地层分布

区域基底主要由太古界组成，由于长期出露遭遇侵蚀而未能接受沉积，地层缺失较多。延庆盆地四周山区出露有白垩系、侏罗系、寒武系、蓟县系、长城系及太古界，西北部海坨山有花岗岩岩体出露（图1）。

勘查区为第四系冲洪积平原地貌，下伏基岩主要为蓟县系碳酸盐岩。第四系分布于平原区及沟谷地带，第四系厚度从永宁镇东部山前，自东向西逐渐增加（王晓红等，2016），在YQ-K-1号井和FC-T-8号井附近增加到200m左右，至延庆城区东北处和官厅水库附近，第四系最深可达1900m左右。基岩主要为中上元古界蓟县系雾迷山组，主要由燧石条带白云岩、叠层石白云岩、沥青质白云岩及少量含粉砂内碎屑白云岩、硅质岩组成，厚度约1780～3490m，该组地层裂隙较发育，富水性较好。

2.2 断裂构造

从区域构造单元来看，勘查井位于延庆新断陷的东部边缘。主要断裂有北东走向的五里营-古城断裂、康庄-沈家营断裂，南北走向的旧县断裂。

（1）五里营-古城断裂

该断裂位于勘查井北侧，延庆盆地北部，是一条隐伏断裂，走向北东，从官厅水库延伸至古城村一带。断层倾向南东，南东盘下降，北西盘上升的正断层，断裂延伸较远，与佛峪口—黄柏寺断裂共同控制了盆地北部的地层沉积。

（2）康庄-沈家营断裂

该断裂位于勘查井南侧，为区域隐伏断裂，走向北东，倾向北西的正断层。断裂西北侧是延庆盆地的沉积中心，在新生代曾有过强烈的沉陷。该断裂控制着延庆盆地南部边缘。

（3）旧县断裂

该断裂北部在黑峪口山区有出露，南部隐伏于第四系之下，经旧县、艾官营至井庄村，总体走向近南北，断层面倾向西，为正断层。由物探资料推断勘查井西侧有一隐伏断裂，走向南北，断距约为200m，倾向西的正断层。

2.3 水文地质条件

勘查区及其周边地下水包括孔隙水、裂隙水和岩溶水。文中以碳酸盐岩溶裂隙水为研究对象。

延庆旧县—石槽岩溶水分布区属山前岩溶地下水分布区，勘查区内岩溶地下水的补给以大气降水入渗补给为主，另外妫水河、古城河河水流经白云岩地层时也有一定的渗漏量，径流方向由北东流向南西，排泄方式主要为地下水侧向径流及少量岩溶水开采，岩溶水开发利用程度低（李宇等，2009）。

FC-T-8号井和YQ-K-1号井取水目的层为蓟县系雾迷山组白云岩、白云质灰岩，为覆盖型岩溶水，含水层厚度大，岩溶裂隙发育、渗透性好、导水性强，有利于大气降水入渗。

3 岩溶水特征分析

3.1 钻探

北京岩溶水资源勘查评价工程在延庆实施了两眼勘探井。

（1）揭露地层

第四系（Q）：YQ-K-1号井揭露深度为0～237m，FC-T-8号井揭露深度为0～205m，岩性以粘砂、细砂为主夹砂砾石层。根据区域地质志资料，勘查区内第四系岩性以山前坡、洪、冲积混杂而成的砂类土夹碎石及粘性土为主，与下伏地层不整合接触。

蓟县系雾迷山组（Jxw）：YQ-K-1号井揭露深度为237～605m（未穿），FC-T-8号井揭露深度为205～502m岩性主要为灰色、灰白色、灰黑色白云岩，视厚度分别为368m和297m。根据区域地质志资料，勘查区内下伏基岩岩性主要为白云岩、燧石条带白云岩。

为了确定勘探井附近地区地层结构及基岩埋深，勘查区内布设了5条CSAMT剖面。CSAMT测线反演电阻率等值线及地质推断显示该区域西部第四系较厚，约500m，东部第四系较薄，厚度约200m左右。

YQ-K-1号井和FC-T-8井钻探揭露的地层与区域地质资料、物探解译吻合一致。

（2）泥浆漏失与测井

YQ-K-1号井钻井过程中，281.5～284m，泥浆漏失20m3;337～339m，泥浆漏失50m3;390～393m，泥浆漏失25m3;432～433m，泥浆漏失42m3。FC-T-8号井在310m以后泥浆漏失不断，采取了多次的泥浆堵漏措施，构造裂隙比起YQ-K-1号井更加发育，说明延庆盆地下伏蓟县系雾迷山组白云岩是良好的富水段。

分析取水段测井曲线，YQ-K-1号井248～510m段电阻率数值以低阻为主，曲线呈小峰状起伏，低值为300～600Ω·m，高值为2400Ω·m，低值多达十几处;放射性数值以低值为主，曲线呈齿状，数值40API以下。FC-T-8号井和YQ-K-1号井在280m以下有相同的电阻率和放射性变化特点。根据实钻录井，两口井在雾迷山组白云质灰岩内钻进速率较快，最高达3m/h。综合分析认为：该井取水段岩溶裂隙发育，渗透性好。

3.2 水文地质参数计算

YQ-K-1号井和FC-T-8号井抽水试验分为小、中、大3个降深，稳定延续时间分别为8小时、16小时和24小时，出水温度为13℃。抽水试验成果见表1和表2（北京市地质勘查技术院，2012a;北京市地质工程勘察院，2013）。

YQ-K-1号井和FC-T-8号井运用非稳定流配线法和稳定流经验公式法计算了白云质灰岩的渗透系数和导水系数，对比结果，认为稳定流的计算数值偏小，符合实际情况。计算结果见表3。

YQ-K-1号井和FC-T-8号井位于同一水文地质单元内，相距仅436m，渗透系数的计算值相差较大。这是因为在施工过程中，YQ-K-1号井在目的层出水段，多处发生孔内坍塌现象，为了保障成井质量，237～605m段下入了Ф127mm滤水管护壁，滤水管会影响该井的出水量，从而使渗透系数的计算值低于其实际值。FC-T-8号井的目的层出水段为裸孔成井，因此渗透系数更能反应真实地层的渗透系数值。

3.3 岩溶水水质分析

YQ-K-1号井与FC-T-8号井在抽水试验开始和结束时各取水样一件，进行生活饮用水水质全分析检测。由检验报告得知：这两口井的水无色无味，无肉眼可见物，水化学类型均为重碳酸钙镁型水，pH值为7.88～8.08，矿化度均为390mg/L，总硬度为206～214mg/L，属于弱碱性、微硬水，水质符合国家生活饮用水卫生标准（GB 5749-2006）。

根据Piper三线图解分区（图2），总共划分为9个区，落在菱形中的不同区域的水样具有不同的化学特性，两件水样都位于1、3、5区。Piper图分析结果显示，延庆旧县—石槽地区的岩溶水中，碱土金属离子超过碱金属离子，弱酸根离子超过强酸根离子，碳酸硬度超过50%，地下水化学性质以碱土金属和弱酸为主。

3.4 岩溶水资源潜力分析

通过YQ-K-1号井和FC-T-8号井的抽水试验数据及水文地质参数计算结果，可以判定旧县—石槽岩溶勘查区内的蓟县系雾迷山组碳酸盐岩中，岩溶裂隙发育良好、渗透性好、导水性强、影响半径小，富水性良好（北京市地质勘查技术院，2012b）。

通过走访调查，勘查区内大部分水井取水目的层为第四系的农业用水浅井，岩溶地下水基本上未开采，岩溶地下水储量较丰富，可开采的岩溶地下水资源潜力较大，是理想的战略应急储备水源地。

4 结论

（1）YQ-K-1号井和FC-T-8号井探明了旧县-石槽勘查区蓟县系雾迷山组岩溶地下水的富水性。岩溶地下水单位涌水量172.32～346.19m3/d·m，水温为13℃，渗透系数为1.70m/d，导水系数为506.17m2/d。

（2）旧县—石槽勘查区蓟县系雾迷山组岩溶裂隙发育、渗透性好、导水性强，影响半径小，岩溶含水层富水性良好，水质优良，符合生活饮用水水质标准，是北京市西北地区理想的战略应急储备水源供应地。

参考文献

北京市地质矿产勘查开发局，北京市地质调查研究院，2008. 北京城市地质[M]. 北京：中国大地出版社，69-71.

北京市地质勘查技术院，2012a. 北京岩溶水资源勘查评价工程水文地质钻探工程YQ-K-1井竣工报告[R].

北京市地质勘查技术院，2012b. 北京岩溶水资源勘查评價工程水文地质钻探工程（昌平-延庆）标段勘探成果报告[R].

北京市地质工程勘察院，2013. 北京岩溶水资源勘查评价工程水文地质钻探工程FC-T-8井竣工报告[R].