对北票市碳酸岩地层富水规律的分析与研究

裴立斌,李树仁,葛国志

(1.辽宁省观音阁水库管理局,辽宁本溪 117100;2.辽宁省观音阁水库管理局,辽宁 本溪 117100;3.辽宁省北票市地质打井队,辽宁北票 122100)

对北票市碳酸岩地层富水规律的分析与研究

裴立斌1,李树仁2,葛国志3

(1.辽宁省观音阁水库管理局,辽宁本溪 117100;2.辽宁省观音阁水库管理局,辽宁 本溪 117100;3.辽宁省北票市地质打井队,辽宁北票 122100)

北票市碳酸岩地层富水不均是含水层的主要特点,但在地形、地貌、岩性、构造的控制下,地下水的汇流、富集,呈现一定的规律性。确定含水系统,寻找富水部位,是开发地下水的首要条件。

含水系统;富水规律;找水方向

北票市碳酸岩地层形成于震旦系,以高于庄组 Z1g,杨庄组 Z2y,雾迷山组 Z2w为主。其岩性为深灰色中厚层燧石条带白云质灰岩,或粉红色薄层灰岩。构成山势陡峻的低山地形,基岩裸露,沟谷切割剧烈,水文地质条件复杂,地下水富存极不均一,在水平和垂直方向上具有很大的差异性,找水难度大,成井率低。

为了解决人畜饮水和农田灌溉用水,近几年对碳酸岩地区水文地质条件进行了分析与研究,发现了碳酸岩地层局部地段的一些富水规律,从而增强了确定井位的准确性,提高了成井率。

1 地层分布特征与区域地质构造

北票市碳酸岩地层呈条带状分布于桃花吐至三宝一线,长约 40 km,宽约 3～6 km,走向 NE-SW向,倾向 NW。倾角30°～45°,组成单斜地形,基岩裸露,中间被 3条季节性河流切割。

碳酸岩地层属燕辽沉褶带中的次级隆起带 -印支期柏山 -南山天门皱褶束。它的两侧为中生代构造盆地,是天然的构造分界线。南侧碳酸岩地层与中性代地层为断裂接触,北侧与中生代地层呈角度不整合接触。西部有辉绿岩脉侵入。

1.1 地层岩性

高于庄组:

下部:深灰色中厚层燧石条带及结核微含锰白云岩夹钙质胶结长石,石英砂岩,底部为黑褐色薄层含锰石英砂岩及薄层含锰灰岩夹粉砂岩;

中部:白灰色,灰色薄层板状白云质灰岩;

上部:灰白、灰蓝色薄层至厚层条纹状含白云质灰岩,夹深灰色中厚层灰岩。

杨庄组:

下部:粉红色薄层含白云质灰岩;

中部:灰白色薄层 ～中厚层硅质条带白云灰岩,局部含石英粒;

上部:粉红色薄层燧石条带白云质灰岩。

雾迷山组:

灰黑,浅灰色燧石条带及结核白云质灰岩,灰质白云岩夹硅质层。

1.2 构造形迹特征

震旦系地层南侧由燕山期构造运动形成的南天门逆断层,长 95 km,断层走向 NE 25°～ 30°,倾向 NW 300°～ 320°,倾角 30°～60°,震旦系碳酸岩地层逆冲于白垩系与侏罗系地层之上,断层破碎带宽度 10～30m,上盘石灰岩,影响带宽度200～500 m。并有牵引褶皱与次级断裂。断层面呈舒缓波状,石灰岩有压碎现象,层面有擦痕。软性岩层形成糜棱岩。

北侧碳酸岩地层与侏罗系兴隆沟组火山溶岩呈角度不整合接触。不整合面有烘烤现象。

西部有辉绿岩脉呈岩床侵入于高于庄组燧石条带白云质灰岩中,形成了较宽的围岩蚀变带,岩体接触面与围岩斜交。在闫家山灰绿岩脉沿逆断层侵入,使围岩破碎。

2 水文地质条件

碳酸岩地层由于受地形、地貌、岩性、构造的控制,含水性极不均匀。地下水的补给、排泄、汇流、富集、呈条带状分布,含水层的富水性在水平和垂直方向上具有很大的差异性;水利联系具有明显的各项异性,至使碳酸岩出露区富水相差悬殊。

2.1 气候因素控制地下水分布不均

碳酸岩地层地下水补给来源,一是依靠大气降雨的入渗补给,二是依靠河流入渗补给,三是地下水越流补给。但主要是大气降雨入渗补给。降雨量大,气温高的地区,碳酸盐地溶蚀量大,岩溶发育就较快。区内属于干旱,半干旱气候是,年降雨量仅为 450～500mm,多集中在七、八、九三个月,占全年降雨量的 72%,多年平均蒸发量是 2 196mm,是降雨量的四倍。降雨量少,补给来源小,岩溶不发育,地下水不易富存。

2.2 地形高度控制地下水分布不均

北票市碳酸岩地层出露标高凡是在 260m以上,位于低山丘陵中部,山高坡陡,水源缺乏。因为碳酸岩地层标高在260m以上,高于地下水基准面 100多米,基岩裸露,出露地层为单斜,岩层产状控制地下水迳流。大气降雨后,很快形成地表迳流排入河谷,入渗量微小,岩溶不发育,至使地下水贫乏。近几的年在台吉南山、三宝东山、下湾子南山,施工三个钻也,井深 90～120m,其岩性为灰白色、灰黑色石灰岩,都因地势高,富水性差,含水量小,没有成井。

2.3 地层岩性不同,控制地下水分布不均

根据地层给合特征,北票市碳酸岩地层可粗略地分为单一的各类碳酸盐岩层所组成的均匀状地层。例如桃花山南侧,高于庄给Z2g,灰色薄层,板状白云质灰岩。其二,由碳酸岩与非碳酸岩,相间组成的互层状地层,例如下湾子一带,高于庄组深灰色石灰岩夹黄色板岩,不同的组合特征,构成不同的水文地质断面。同时也控制了岩溶的空间分面格局。

碳酸岩地层岩性的不同,控制地下水的分布。含钙多的石灰岩,岩溶发育,易于地下水富存。含镁、含燧石的白云质灰岩,岩溶不发育,地下水不易富存,是贫水区。例如李家窝铺北侧灰岩,井深 150 m,静水位 52 m,抽水实验,涌水量 3 m3/h。岩性为燧石条带白云质灰岩。

地层的厚度也控制地下水的分布,巨厚层碳酸盐地层及厚层碳酸岩均质地层,一般含不溶物较少,而结晶颗粒较大,因此溶解度值较大,加以张开的节理裂隙发育,岩溶化程度好,而薄层碳酸岩类地层则相反。

2.4 断层内带地下水分布不均

南天门压性断裂破碎带宽度不等,即(1)断层内带,(2)断层中带,(3)断层外带。断层内带,一般为糜棱岩,糜棱化角砾岩,及 SiO2及泥质含量较高,不易溶蚀,岩溶不发育。1977年与 1980年在桃花吐镇王家沟村,在南天门压性断层内带,连打两眼机械深井,分别为 70m和 90m都没有出水。

碳酸盐类岩层是透水的含水层中,但由于,岩溶发育是受地形、地貌、岩性、构造的控制,地下水的分布与富集是不均匀的。

3 碳酸岩地层富水规律及找水方向

北票市碳酸岩地层富水不均,相差悬殊,是含水层的主要特点。但在地形、地貌、岩性、构造的控制下,地下水的汇流,富集,呈现一定的规律性。确定含水系统,寻找富水部位,是寻找地下水的主攻方向。近几年的实践,通过对碳酸岩地层的分析与研究,确定四种类型含水系统,从而提高了成井效率。

3.1 岩层倾向河谷上游,并与河谷斜交形成局部面状含水系统

龙潭河、西官河、东官河三条季节性河流穿越碳酸岩地层,河谷走向 SE,碳酸岩地层倾向 NW,河谷与岩层倾向斜交。碳酸岩层易于接受地表水沿层间或层间裂隙的补给,形成局部面状含水系统。在高出河床 10～30 m的高度上,距河谷 1 000 m的范围内,1984至 1999年在章家洼打了四眼深井,井深 90m至 150 m不等,出水量 15m3/h以上。但地下水位不在一个水平面上,有的 70 m见水,远离河床深井,静水位达 90m。

3.2 压断裂上盘或低序次断裂带内形成条带状含水系统

南天门压性断层穿越碳酸岩地层与侏罗系砂页岩与火山岩地层,碳酸岩地层逆冲地侏罗系地层之上。主应力来自北西,断层内带多为糜棱岩,角砾岩,断层泥,一般为弱含水层。但岩性不同,断层内带富水性也不同,1978年在凉水河柳条沟村打一眼农田灌溉井,井位布在断层内带上,上盘为雾迷山组,灰黑色燧石条带白云灰岩,下盘为大虹裕组石英砂岩,井深 96.4 m,当水位降到 8.4 m时,涌水量达到60 m3/h。其二,断层两盘岩性软硬不同时,断层外带含水。西大沟钻孔布在断裂上盘,高于庄组Z2g石灰岩上,距断层线三十米,孔深六十米时,因岩溶发育,出现严重漏水,无法施工。当水位降 0.8 m时,涌水量 50m3/h。其三,压性断裂影响带,低序次小型张扭性断裂富水。1993年在凉水河乡,十家村南侧,在南天门压性断裂上盘发育一条 SW向张扭性断裂,距主断裂八百多米,布一眼深井,孔深 70 m,当水位降深1.2 m时,涌水量 80 m3/h。

3.3 不整合接触带形成线状含水系统

碳酸岩地层北侧在北票至台吉一带与侏罗系,兴隆沟组成角度不整合接触。不整合面倾向 SE,倾角 20°～30°。兴隆沟组火山角砾岩与石灰岩,在接触面上有烘烤现象,并有泥岩出现。起阻水作用,一九八九年在不整合接触带上,打三眼深井,井深 120m～150 m,水位埋深 70 m～90m,涌水量 9 m3～13 m3/h,解决了人畜饮水与工厂用水。

3.4 灰绿岩侵入体边部条带状含水系统

在区内西部,印支期侵入体辉绿岩,呈岩床侵入于震旦系雾迷山组燧石条带白云质灰岩中,形成了较宽的围岩蚀变带。有的辉绿岩脉沿断裂侵入。在桃花吐乡、闫家山一走向NE10°的辉绿岩脉沿走向 NE65°的逆断层侵入。岩脉宽度50 m。使本来就非破碎的岩体更加破碎。使接触带裂隙发育,有丰富的地下水。一九九四年在接触带上布一眼深井,井深 150m,静水位 37m,抽水实验,当水位下降 5 m时,涌水量 60m3/h。

4 结语

北票市碳酸岩地层作为一个独立的地下水类型加以分析与研究,分析结果表明:碳酸岩地层富水不均是含水层的一个主要特点,但在地形、地貌、岩性、构造的控制下,地下水富存呈现一定的规律性。形成局部含水系统,是农田灌溉,人畜饮水有效开采区段。

P641.134

B

1004-1184(2011)01-0039-02

2010-10-13

裴立斌(1966-),男,辽宁本溪人,工程师,主要从事水利工程管理工作。