华北平原行唐地区水文地质特征及富水性研究

秦明辉

（河北省煤田地质局第四地质队，河北 张家口 075100）

1 矿山水文地质特征

华北平原区位于太行山中段低山丘陵水文地质区（Ⅰ）东北部和太行山中段山前倾斜平原水文地质区（Ⅱ）的交汇位置。水文地质亚区分区中，西北部低山区属于平山——行唐背斜变质岩裂隙岩溶潜水亚区（Ⅰ1）；中部的丘陵区为北河——上滋洋向斜白云岩、砾岩岩溶裂隙水亚区（Ⅰ2）；平原区属于山前洪、冲积倾斜平原孔隙水亚区（Ⅱ1）。

含水层划分及地下水赋存特征：调查矿区地下水依据赋存特征可分为：第四系砂、卵、砾石孔隙含水层、古近系孔隙裂隙含水层和基岩裂隙含水层。

1.1 第四系砂、卵、砾石孔隙含水层

主要分布在山间宽谷与山前平原一带。在山间宽谷，含水层岩性多以砂砾石和碎石为主，含水不均一，单位涌水量多大于2.778L/s.m，地下水埋藏类型为潜水，矿化度小于1.0g/L。

根据地貌及岩性分为三区：

1.1.1 太行山区沟谷冲积洪积物潜水

潜水分布于沟谷及河漫滩沉积物中，含水层主要为黄土层底部的砂、卵石及全新统残积坡积物，岩性由粘质砂土及碎石混合组成，厚度变化很大，为1～10m，富水性贫乏，单井涌水量为0.36m3/h～3.60m3/h，在石灰岩地区，因渗漏经常干涸，变质岩区则与裂隙水相联通，漫滩为冲积的砂，卵石组成地下水潜流，富水性丰富。补给来源主要为降水，沟谷暂时性水流，裂隙水及河水，并随河流的流向排泄。

1.1.2 山崖丘陵平原冲积洪积物潜水

潜水分布于洪积坡积物及河漫滩冲积物中，与下部裂隙水相联通。含水层岩性，前者为砂，卵石及粘质砂土碎石的混合物，含水层厚2m～5m，富水性弱，主要补给来源为大气降水，矿区裂隙水及河流，排泄通道为河流排泄通道为河流，并成潜水流补给倾斜平原潜水。

1.1.3 山前倾斜平原冲积洪积物潜水

位于冲积扇顶部地带，富水性极丰富，单井最大涌水量达36.00m3/h～180.00m3/h，含水层主要为冲积洪积的砂、卵石组成，由于主要含水层之间为粘质砂土所间隔，或夹有黏土透镜体，因此各层具有水力联系，可视为潜水含水组。

1.2 古近系灵山组孔隙裂隙含水层

矿石特性为砾岩夹砂岩，中下部砂岩、泥岩、砾岩多为中粗砾岩，砾岩岩性以石灰岩和石英砂岩为主。地下水主要于砾岩中，形成层间孔隙裂隙水，泥岩、砂砾岩中含水很少。地下水埋藏深度受富水性和地形控制较大。

1.3 基岩裂隙含水层

调查区北部山区和丘陵区，以基岩裂隙水为主。山区以太古界地层风化裂隙含水层为主，丘陵区北河乡一带为碳酸盐类岩溶裂隙水。

由于岩层的含水特征与其岩性和组合关系甚为密切。按岩性、厚度、连续性及其组合关系，将本区基岩裂隙水地层划分6个含水层组。各含水层组由老到新叙述如下：太古界阜平片麻岩孔隙裂隙含水层、中元古界高于庄组白云岩岩溶裂隙含水层、中元古界雾迷山组白云岩岩溶裂隙含水层、新元古界燧石角砾岩裂隙含水层、寒武系中统张夏组灰岩岩溶裂隙含水层、奥陶系中统马家沟组灰岩岩溶裂隙含水层。

1.4 矿区含水层的分布情况

1.4.1 低山区

出露地层以太古界地层为主，含水层主要为太古界阜平片麻岩孔隙裂隙含水层，富水性弱；山间沟谷第四系沉积厚度变化较大，属第四系砂、卵、砾石孔隙含水层，为矿区地下水开采的主要层位。

1.4.3 丘陵区

丘陵区地层出露较齐全，含水层主要有：中元古界高于庄白云岩岩溶裂隙含水层、中元古界雾迷山白云岩岩溶裂隙含水层、新元古界燧石角砾岩裂隙含水层、寒武系中统张夏组岩溶裂隙含水层、奥陶系中统马家沟组灰岩岩溶裂隙含水层。断陷盘地沉积有古近系灵山组孔隙裂隙含水层。

1.4.4 平原区

第四系砂、卵、砾石孔隙含水层为平原区主要含水层，沉积厚度自西北向东南逐渐增厚，富水性相对变强。

2 矿区地下水补充、排泄条件

依据地形地貌和地下水类型特征，将调查区的平山——行唐背斜变质岩裂隙岩溶潜水亚区（Ⅰ1）和北河——上滋洋向斜白云岩、砾岩岩溶裂隙水亚区（Ⅰ2）统称为基岩裂隙岩溶水区，将山前洪、冲积倾斜平原孔隙水亚区（Ⅱ1）称为第四系孔隙水区。

出露地层以太古界地层为主，地下水补给主要接受大气降水，大气降水通过含水层和裂隙垂直入渗补给地下水。径流方向受地形变化影响较大，随地形由高到低向下径流。其流量水质受降水的季节和强度变化显著，雨季流量增大，矿化度减小；枯水期侧相反，流量减小，矿化度增大。排泄方式主要以地下水径流的形式补给山前第四系孔隙水区和就地向山间河谷排泄，少量是以人工开采和以泉的形式排泄。

孔隙水补给主要来自大气降水入渗和山区河谷两侧基岩裂隙水侧向补给，此外，在雨季期间，河道水位抬升，该含水层接受河水补给；地下水的径流自西北向东南流动；在排泄方式上，山间宽谷处除一部分蒸发外，大部分地下水沿着山间河道向下游径流、排泄。

3 水化学特征

化 学 类 型 多 为HCO3-Ca·Mg水，以HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca为主，靠城镇村庄洼地局部地区，由于受强烈的蒸发和生活污水影响，矿化度相对较高，化学类型为HCO3·SO4·Cl-Ca·Mg及SO4-Ca·Mg。矿化度及化学类型的分带规律与潜水流向、地貌、岩性及补给因素的影响，呈现了明显的适应性。总的来说矿化度由西北而东南、由山区至平原逐渐增高，由0.3g/L增至0.5g/L～1.0g/L，但由于在平原区潜水与河流存在着互相补给的关系，因此垂直河流补给方向水平变化也甚显著。在西北部矿区潜水，化学类型以HCO3·SO4-Ca为主。

4 地下水富水性特征

结合各含水层分布范围及控水构造等对含水层进行大体富水性分区，将调查区划分为强富水区、中等富水区和弱富水区。

强富水区：主要位于团山、东沟、八里庄三个区块，团山强富水区位于行唐县团山村以东，圈定面积约2.81km2。含水层为古近系（灵山组）孔隙裂隙含水层；单井涌水量100m3/h时，水位降深为4.30m；水化学类型以HCO3-Ca·Mg为主，矿化度小于0.5g/L；矿井深度在200m～250m。中等富水区中等富水区的成井深度在150m～250m。弱富水区：低山区的全区，丘陵区大部及平原区的中部为弱富水区，单井涌水量小于50m3/h，尤其是低山区，单井涌水量2m3/h～10m3/h，水化学类型以HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca为 主，矿化度小于1.0g/L。

5 水资源潜力评价

行唐县位于河北省石家庄市西北部，太行山东麓浅山丘陵区与华北平原的交接地带。辖4镇11乡，330个行政村，人口46万。受区域地下水水位下降的影响，行唐县地下水位逐年下降，再加上工农业建设用水的普遍增加，地下水开采强度加大，西北部丘陵地表水接近干涸，人畜用水和土地灌溉极为紧张，工业用水更是捉襟见肘，民井多数报废，用水危机日益突出。贫水问题严重制约了当地经济的发展，无论是对生态建设还是加快经济发展而言，进行水文地质调查，合理开发利用行唐县的水资源已势在必行。

（1）地表水资源量：行唐县多年平均降水量为494.21mm，降水量的年内分配很不均匀，全年降水量的70%以上集中在6月～9月的汛期。多年平均径流深度为119.60mm，平均年径流量为11553.36万m3。

（2）矿区地下水资源量：行唐县地下水资源量可分为裂隙岩溶地下水区、孔隙地下水区，共2个区。裂隙岩溶地下水区的水资源量为6956.50万m3，孔隙水区的水资源量为7470.53万m3，其中重复计算的水资源量为1326.71万m3。

6 找水方向

调查区属水资源缺乏地区，水资源承载能力“先天不足”。全区水资源供需矛盾突出，靠境外引水和超采浅层地下水来缓解。调查区目前地下水和地表水供水比例相差不大，地下水开发利用程度较高,工业、生活用水全部来源于地下水，现浅层地下水长期采补失衡，已使行唐县平原区大部分区域地下水水位持续下降，水位下降导致了部分机井干涸，机井报废数量增加，影响了正常工农业生产。

在进行找水时，需要认真分析当地的地质、水文地质资料和水井分布情况。分析调查区水文地质条件，找水方向主要是深层孔隙水、基岩裂隙水、构造脉状裂隙水、岩溶裂隙水。收集分析以往地质、水文地质资料及供需现状，进行水文地质调查、地面物探，确定水井位置及深度。采用针对性较强的成井工艺，开采地下水。

调查区地质、水文地质条件复杂，找水难度大。在对已有资料分析及水文地质调查的基础上，充分采用水文地质遥感技术、地球物理勘探技术、钻探成井工艺等新技术新方法，并结合水质分析、抽水实验等综合技术手段进行找水。首先通过野外水文地质调查，借助遥感解译对综合信息叠加分析处理，圈定富水地段，并根据不同的水文地质条件及取水目的层，选用适宜的地球物理勘探方法，确定水井位置及成井深度。

低山区：查区的低山区出露地层以太古界为主，岩性由角闪岩、大理岩、浅粒岩、变粒岩、片麻岩及岩浆岩侵入的岩墙和岩脉。这些岩石的赋水性较差，被风化后裂隙节理发育，风氧化带深度在5m～10m，受构造影响的地方其深度可达到20m～30m，具有一定的赋水能力，但水量不大。风氧化带以下岩石完整，含水极少。

在该区域找水，首先要注重收集本区以往的水文地质资料，圈定相对富水区；再利用先进的地球物理勘探技术确定井位和成井深度；最后利用钻探成井工艺，确保打出满足需要的水井。找水方向应以沟谷、洼地、构造带为主。

丘陵区：丘陵区的含水层地层出露较齐全。本次瞬变电磁物探工作在本区实施，并圈定了相对富水区域，总面积约52.95km2，占调查区总面积的5.48%。

在相对富水区域打井，应采用激发极化的物探方法确定井位和成井深度，其他地方确定水井需要在分析含水层的埋藏条件，加密激发极化点的密度。找水方向为深层孔隙水、基岩裂隙水、构造脉状裂隙水等。

丘陵区为调查区的强径流区，富水性分区与储水构造、富水块段、断陷区块及灵山组（E1）分布关系密切。

常见的储水构造主要有褶曲型储水构造、断裂储水构造、岩脉储水构造、风化壳储水构造等。西城仔一带富水性较强，该地区含水层出露面积较广，同时又是向斜构造。

灵山组（E1）出露地区，其富水性受断裂构造、古断陷盆地及岩溶裂隙分布控制。断裂构造是地下水良好的疏水通道，断裂附近富水性相对较强；灵山组沉积于古断陷盆地内，盘地底部相对隔水，构成小型的水文地质单元，其富水性较强；岩性以石灰岩为主的地区，岩溶裂隙发育，其富水性也相对较强。

在平原区找水方向以深层孔隙水、构造脉状裂隙水、基岩裂隙水为主。第四系沉积物厚度自西向东，逐步增大，底板埋深100m～300m，岩性为粘土、砂及砾卵石类。找水方式上建议在相对富水性较好的地方进行激发极化电测深工作。绘制电测深曲线图，依据视电阻率和视极化率曲线特征，最终确定水井位置及成井深度。

水井钻探作业，孔位选择可根据实际情况及钻探施工便利程度进行选择。县城西部和北部，建议成井深度控制在150m以浅，县城东部和南部成井深度控制在300m以浅。由于地层属于第四系松散地层，含沙量大，为防止长期抽采水造成沙量过大，堵塞致使水量减小，建议主要含水目的层套管使用孔眼花管外缠双层80目尼龙网工艺，可以有效对沙进行阻隔，且能有效保护孔壁，防止坍塌。