张家界市永定区西溪坪街道杨家溪村岩溶地下水地质特征及阻水模式探讨

2021-08-27宋厚园谭佳良贾朋远

资源信息与工程 2021年4期

宋厚园，谭佳良，贾朋远

（湖南省地质调查院，湖南长沙 410116）

我国岩溶地下水资源丰富，但是由于其储存空间分布和相互连通的高度不均匀，给岩溶地下水资源开采带来了极大的挑战［1－2］。我国地质工作者在这方面做了大量的工作，取得了一系列的研究成果［3－5］。近年来，为打赢好脱贫攻坚战，钻井开采地下水资源在解决贫困地区群众用水困难方面发挥了重要作用。笔者在张家界市永定区西溪坪街道杨家溪村开展野外调查时发现，咸水坪片区和灰窑岗片区地下水赋存特征显著不同，从而阻水模式也明显不同。本文总结两个片区岩溶地下水赋存特征及阻水模式，对于指导岩溶高山地区找水打井具有重要意义。

1 缺水现状

张家界市永定区西溪坪街道办事处杨家溪村地质结构为喀斯特地貌，地表水源严重不足。灰窑岗片区和咸水坪片区共268户1 047人，平时全靠小水池储存山上地表水，搭接水管入户，每遇干旱季节，人畜饮水困难，给当地群众生产生活带来严重影响。该村为省级贫困村，为打赢好脱贫攻坚战，确保全村贫困户“二不愁三保障”，该村帮扶单位湖南省交易中心于2018年12月特向湖南省自然资源厅申请找水支持。

2 研究区岩溶地下水地质特征

2.1 地形地貌

灰窑岗片区和咸水坪片区地貌类型为低山沟谷峰丛谷地，主要由震旦系灯影组和陡山沱组白云岩、白云质灰岩、灰岩等组成，海拔200～800 m，切深200 m以上。沟谷多成“V”字形，山坡多为复式坡。白云岩分布区溶洞、地下河、洼地不发育，灰岩分布区漏斗、洼地、落水洞多见。

2.2 地质构造

工作区位于武陵断弯褶皱带，褶皱发育有楠木山背斜，断裂发育有庄家峪—溪口断裂，断裂附近次级断裂甚为发育（见图1）。

图1 研究区水文地质图

楠木山背斜：出露于竹园塔－苏家溶一带，延伸长15.8 km。为平缓型短轴背斜，轴面近直立，两翼产状较稳定，倾角在16°～32°之间，枢纽水平，北端被北坪断裂破坏，北西翼被庄家峪—溪口断裂破坏。南东翼出露较全，核部出露青白口系五强溪组，两翼出露南华系南沱组至寒武系清虚洞组地层。

庄家峪—溪口断裂F1：走向NE49°～79°，产状310°～350°∠40°～79°，长大于29 km，宽5～60 m，见劈理化、碎裂岩化、构造透镜、断裂角砾岩、弱硅化带、初糜棱岩化；角砾形态多呈次圆状、次棱角状，少量棱角状，细小方解石脉较发育，牵引小褶皱、次级断面发育，断裂面舒缓波状，见擦痕及阶步，显示左行压扭性特征。断裂早期经历了先逆冲、后拉张两期变形，拉张断面倾角70°～79°。切割地层Z1d⁃∈4l，为平移逆断裂。

F2断裂为F1断裂的次生断裂，走向近南北，倾向东，为压性断裂，长度约1.5 km。

2.3 地下水赋存特征

地下水径流严格受含水岩组、构造及地形条件的控制，裂隙水在地下水渗透流动中受到相对隔水层的阻滞，就会形成集中渗流，流态有一定的方向性（沿断裂带或隔水边界），常具承压性。

地下水排泄方式主要有岩层接触带排泄或沿断裂带排泄等形式，主要受地貌和岩层含水性及断裂性质控制。地表水系是当地的排泄基准面，是地下水最终聚集的场所，因此河谷往往是地下水的排泄带。区内地下水总体排向澧水河。

研究区内存在4处泉点，均出露于震旦系下统陡山沱组地层，泉点流量约0.05～0.1 L／s。对泉点Q01进行采样分析，根据检测结果，水质类型为HCO3—Ca型，pH为7.32，溶解性总固体为300.67 mg／L，总硬度为276.97 mg／L，各项指标均符合《生活饮用水卫生标准（GB5749—2006）》，且锶含量达到0.495 mg／L，为优质的锶矿泉水。

3 阻水模式分析

3.1 逆断层阻水模式

该阻水模式分布于咸水坪片区。由于逆断层的侵蚀溶蚀作用而形成岩溶沟谷，谷地宽50～100 m。谷地为第四系耕植土，土层厚0.5～5 m。谷地沿10°方向延伸，与逆断层走向一致，为逆断层上盘地下水富集所致。逆断层附近出露震旦系下统陡山沱组深灰色微⁃薄层含碳泥质粉晶泥晶灰岩，局部夹有灰黑色微层状硅质岩。粉晶灰岩单层1～8 cm，层理清晰，层面平整，炭泥质、硅质常形成条带，断层产状310°∠45°。

该逆断层共轭次生西南向张性断裂，控制地下水的径流，地下水自西南侧山体向钻孔处谷地径流排泄，西南侧分布大片岩溶补给区，汇水条件较好。该断层核部紧密，具有阻水条带作用，将钻孔处岩溶地下水系统与东侧地下水联系切断，构成一个相对独立的地下水系统单元。该断层附近发育3处泉点，沿断层呈条带状分布。据野外现场观察，泉水沿断层带上升涌出，具有承压性质。断层附近岩层薄且脆，构造应力作用下易发生变形破碎，岩石透水性好，地下水水力联系强，含水相对均匀，利于成井。

咸水坪片区内SK01钻孔抽水试验资料显示（图2）：稳定出水量114.91 m3／d，降深47.01 m；稳定出水量77.76 m3／d，降深32.88 m；稳定出水量38.88 m3／d，降深16.86 m。水位降深与对应的钻孔出水量呈正比，说明该钻孔地下水具有承压性，含水介质相对均匀。对钻孔水质采样分析显示：锶含量达到0.489 mg／L，其他各项指标均符合《生活饮用水卫生标准（GB5749—2006）》，达到了矿泉水标准。对钻孔岩样采样分析，钻孔内岩石锶含量达到3 086μg／g，SiO2含量5.43%，表明矿泉水的成因与岩石富锶有关。

图2 SK01钻孔水文地质剖面图

3.2 下覆浅变质岩阻水模式

该阻水模式分布于灰窑岗片区。由水流溶蚀侵蚀作用而形成冲沟，冲沟走向290°，宽约50～100 m，与两侧山体高差约170 m。冲沟中为第四系耕植土，土层厚度3～10 m。地质构造上位于楠木山背斜的东南翼，地层产状135°∠15°。出露岩性为震旦系下统陡山沱组灰色、深灰色厚层⁃块状粉晶灰岩夹黑色微层状硅质岩。北西侧出露南华系上统南沱组青灰色厚层至块状含冰碛砾泥质粉砂岩。

经水文地质调查，受地形地貌及地层产状的控制，地下水总体沿西排泄，其中震旦系下统陡山沱组为相对含水层，南华系上统南沱组为相对隔水层。在地层分界线附近，出露1处泉点，泉点流量约0.05 L／s，表明该处地下水相对富集。

灰窑岗片区内SK02钻孔抽水试验资料显示（见图3）：稳定出水量108 m3／d，降深52.37 m；稳定出水量74.30 m3／d，降深36.65 m；稳定出水量33.69 m3／d，降深17.86 m。水位降深与对应的钻孔出水量呈正比，说明该钻孔地下水具有承压性。对钻孔水质采样分析显示：锶含量达到1.424 mg／L，偏硅酸达到26.00 mg／L，其他各项指标均符合《生活饮用水卫生标准（GB5749—2006）》，为优质的复合型矿泉水。对钻孔岩样采样分析，钻孔内岩石锶含量达到130μg／g，SiO2含量63.83%，表明矿泉水的成因与岩石富锶、富偏硅酸有关。