水文地质调查与物探在岩浆岩地区找水中的应用——以田黄镇律庄村地下水勘查为例

杨传伟,刘启蒙,王琳琳,李卫利,张立川,万 方

(1.安徽理工大学 地球与环境学院,安徽 淮南 232001;2.山东省鲁南地质工程勘察院(山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队),山东 济宁 272100)

田黄镇地处邹城市东北部,位于沂蒙山区西部边缘,岩浆岩大面积分布,是典型的缺水地区,部分村庄更是常年季节性缺水,水井浅、水质差、生活用水难,已严重影响人民日常生活、制约经济的发展[1]。为发挥水文地质调查工作在服务公益找水、民生用水、脱贫扶贫、乡村振兴等方面的重要作用,在山东省多个省、市财政项目的支撑下,在田黄镇下辖的50多个村庄开展了大比例尺水文地质调查和水文物探勘查工作,圈定富水靶区,比选出较佳的钻孔靶位,并经钻探验证[2-5],多数钻井打出了满足当地村民需求的生活用水,为同类地区开展找水打井工作提供重要借鉴。本文以邹城市田黄镇律庄村找水为例,在该村庄的有限区域内,根据当地的地形地貌、地质条件,首先开展水文地质调查,确定找水方向,进而采用物探勘查工作,进一步圈定含水有利区域,通过钻探验证成功解决了该村长期以来的缺水问题。

1 自然地理概况

律庄村位于田黄镇西2.5 km,人口852人,耕地1 085亩,人均耕地1.27亩左右。标高为130～200 m,相对高差为70 m,属低山丘陵地貌,整体地势西高东低,地面坡度小于20°。村民生活用水方式为“集中供水+分散开采”,集中供水是通过开挖大口井蓄水,井深8 m;分散开采则是依靠村民家中自备井取水,井深多在20～40 m之间,井径较小,水量一般1～2 m3/h。由于岩浆岩浅部风化裂隙水主要补给来源为大气降水,受季节变化影响较大,尤其是在干旱季节持续抽水极易疏干,村民的饮用水难以得到保障,迫切需要开展找水打井工作。

2 水文地质条件

2.1 地质及构造背景

律庄村整体处于山间谷地,南、北、西三面环山,沿河谷两侧和山麓前沿分布大面积第四系冲洪积层,岩性主要为黄色粘土、亚粘土、含砂砾等,具垂直节理,半胶结,厚度小于3 m;下伏基岩以闪长岩为主,村东发育一条较大的辉绿岩脉,岩性为辉绿岩,致密,为阻水岩脉。区内地质构造发育简单,附近无较大断层,仅在河谷地段见小型断层露头。

2.2 地下水的赋存特征

区内第四系基本不含水,地下水以岩浆岩类、变质岩类裂隙水为主,主要赋存于各期岩浆岩、变质岩裂隙中,受补给条件、裂隙发育程度的影响,富水性分布极不均匀,浅部风化裂隙带深度一般小于30 m,构造裂隙空间发育差[6-7],单井涌水量一般小于100 m3/d。在地势低洼、汇水条件良好的沟谷地带,或受构造、岩脉侵入作用影响岩石裂隙发育地区,富水性增强,单井涌水量可大于200 m3/d。地下水的埋藏较浅,水位一般在2.0～6.0 m之间,年变化幅度小,一般小于2.0 m。地下水主要靠大气降水补给,通过残坡积层及基岩风化裂隙入渗,并向低洼处排泄。

3 找水技术与方法

3.1 水文地质调查

通过野外水文地质调查,村西南发现两处断层,一处位于村西南角路边,为压性断裂,走向66°,倾向东南,后期沿断层侵入石英岩脉,规模较小且不连续;另一处位于村西南的东西向冲沟内,断层面陡立,走向340°,西盘为闪长岩,表面风化严重,东盘为花岗岩,具明显挤压面,具片理化,裂隙不发育,表面蚀变严重,为断层的碎裂岩带。

村西和西南见花岗岩脉,村西岩脉产状变化较大,且连续性差(图1);村西南路边见花岗岩脉,走向北西,宽约10 m,风化程度中等,表面挤压明显,裂隙不甚发育(图2)。另外,村东北沟谷内见一闪长玢岩,裂隙发育,分析为构造运动挤压形成,为燕山晚期形成,经历构造运动次数少,宽5 m,走向350°。沿着冲沟可见一北西向断层面,走向182°,倾角53°,倾向东92°,分析此处闪长玢岩裂隙发育为断层影响所致。主要断层及岩脉位置见图3。

图1 律庄村西沟谷内岩脉

图3 律庄村主要地质点位置示意图

3.2 地球物理勘探

3.2.1 物探工作布置

结合地质、水文地质条件及野外调查情况,将花岗岩脉在侵入过程中造成脉体或围岩的构造裂隙作为本测区找水的目标含水层。为验证岩脉走向、发育情况及相互关联性,进行了联合剖面法的布置与测量,共完成联合剖面测线2条,均位于村西(图3)。基础极距主要采用的是AO=BO=80 m,需要验证异常时,改变装置为AO=BO=160 m,为达到更好的信号强度及数据稳定性,本次测量采用直流高压供电,供电电压300～800 V,测量电流不小于300 mA,测量第一次电位差不小于30 mV。

3.2.2 物探结果分析

联合剖面LZ-01线ρs曲线异常特征较为明显,主要表现有ρs曲线的同步跃变、局部波动等异常。其中,54点出现低阻正交点,曲线分离不明显,改变大装置后正交点依然存在,分析此处存在一断层,大极距低阻正交点相对于小极距存在向东侧的位移,说明该断层倾向东,主带附近电阻率值变化较小,说明该断层为压性断层;主带两侧阻值差距明显,向小号方向阻值明显增大,10～42点同步高阻异常,视电阻率峰值远远高于正常围岩,分析为断层的碎裂岩带;42～52号点为低阻异常,在界面附近ρSA和ρSB曲线呈阶梯状变化,靠近高阻岩体一侧的电极排列曲线存在明显的跃变,远离界面低阻特征明显,曲线平缓,可能为岩性变化和断层裂隙带共同作用所致;正交点向大号方向阻值相对增大,ρS曲线出现不规律波动现象,但曲线ρSA和ρSB曲线变化同步,且大极距ρSA和ρSB曲线表现出相同规律,分析该处为断层影响带,其中57～60点为高阻异常,改变装置后仍有趋势明显,反映出脆性岩脉沿着裂隙侵入的特征(图4)。

图4 律庄村LZ-01线联合剖面ρs剖面图

联合剖面LZ-02线ρS曲线,20点处出现正交点,但两侧分离较差,为压性断层碎裂岩带,43～48点亦出现高阻异常现象(图5)。

图5 律庄村LZ-02线联合剖面ρs剖面图

结合地质调查点情况,推测村西发育北西向断层,并有花岗岩脉沿着断层影响带侵入,故井位布置在LZ-01线57号测点,勘查目标为岩脉储水型蓄水构造[8]。

3.3 钻探验证

3.3.1 钻探过程及施工工艺

施工设备采用空气潜孔锤SL500C型钻机,上部采用Ф400 mm钻具钻进,下入Ф325×7 mm护壁钢管;下部采用Ф280 mm钻具钻进至100 m终孔;井管采用提吊焊接法,共下入φ325 mm钢管12 m,管口高出地面0.5 m,管壁外采用水泥砂浆止水,基岩段裸孔。

3.3.2 成井结果

钻孔成井深度100 m,揭露地层岩性由上至下依次为:0～10 m,含砾粘土,黄褐色;10～17 m,强风化花岗闪长岩,黄绿色;17～28 m,弱风化花岗岩夹闪长岩,肉红色、灰绿色,其中18～24 m裂隙发育,为含水层;28～48 m,闪长岩夹花岗岩,灰黑色伴肉红色,其中44～48 m裂隙发育,为含水层;48～100 m,花岗岩夹闪长岩,肉红色伴灰绿、灰黑色,其中72～76 m见块状岩粉,钻进时水量增加,为含水层(图6)。终孔后,实施了抽水试验、水质分析等工作。

图6 律庄村ZD11号钻孔地质剖面图

对钻孔进行了一个落程的简易抽水试验,抽水延续时间12 h,恢复水位时间4 h,静止水位9.10 m,动水位27.60 m,水位降深18.50 m,抽水流量为372.0 m3/d。

该井水无色、无味、无嗅、透明、无悬浮物和肉眼可见物,感官性状符合生活饮用水水质要求;检测的一般化学指标及毒理指标均符合《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)规定,初步评价为Ⅱ类地下水;根据国家现行的《饮用天然矿泉水标准》(GB8537-2018),偏硅酸含量30.1 mg/L,初步评价为偏硅酸型矿泉水。该井整体水质、水量较好,极大地解决了当地居民用水困难,取得了较好的社会效益。

4 结语

在岩浆岩地区,闪长岩中侵入花岗岩脉,因其质硬,性脆,在侵入过程中受到应力作用会使岩脉本身形成裂隙,当岩脉达到一定规模即可形成多个连通性较好的裂隙,有利于地下水的储存和运移,形成岩脉储水型蓄水构造,是找水的理想地段,也是本区地下水勘查的主要目标。本次通过水文地质调查与物探相互结合的勘查方式,成功实施了一眼百米深井,解决了村民的生活用水问题,取得了理想的找水效果,为同类型水文地质条件下找水定井起到了很好的示范作用。