铜川市地下水资源分布规律及其富水地段研究

吕恩普

(陕西省铜川市水务局，陕西 铜川 727031)

铜川市是一个以煤炭建材冶金为主的工业城市，人均占有水资源量只有270 m3左右，十二五期间，工业及城市将缺水4 000～4 500万 m3，水资源成为国民经济和社会发展的瓶颈，。本地的水资源开发利用率达70%以上，从区外调水难度大，一时难以实现。当前只有立足本地，深入挖掘当地水资源潜力。铜川市地下水资源占全市供水量的40%左右，是经济社会的主要水源，但其分布较为复杂，开发利用难度较大。特别是有些富水地段长期掠夺性开采，造成含水层疏干、地面沉降、地面塌陷、降落漏斗扩展等一系列水环境问题(如耀州的漆沮河谷区)，而有些地下水富水地段还没有开发利用。另外，深层岩溶水，由于其赋存规律和特点，在某些区域水量较大，具有很大的开发利用潜力，应出台优惠政策，鼓励自备水源单位优先开发利用。

1 铜川地区区域概况

铜川属于暖温半旱半湿润大陆性季风气候，其特点是冬长夏短、雨热同季，温度较低;雨量偏少而集中，地区差异明显，日照时间长且多干风，蒸发量大，气侯较为干燥。全市多年平均降雨量630.2 mm，由西北向东南递减，年际年内分配极不均匀。多年平均蒸发量为1 108 mm，干旱指数1.78。

全市河流众多，分属石川河、洛河两大支流单元，石川河支流单元由漆水河、沮河、赵氏河、浊峪河、清峪河等6条河流组成，在本市的流域面积为2 251.73 km2。洛河水系由白水河、雷原河、五里镇河、青河等5条河流组成，在本市的流域面积 1 656.83 km2。

铜川市地处黄土高源和关中盆地的过渡地带。根据其地貌形态，全区可分为低中山区、黄土梁峁丘陵沟壑区、黄土塬区及河流阶地四个地貌单元，各单元之间没有明显的界限划分。

铜川市地处祁、吕、贺山字型构造盾地前弧挠褶带，南与渭河地堑毗邻。南部构造形态多与渭河地堑—系列阶梯状断层相仿，向北侧渐向岩层平缓、构造简单的向斜过渡。区内褶皱、裂隙较为发育，断层活动多发。

区内出露的地层以第四系为主，全区广泛发育更新统黄土，河谷区有第四系冲积层分布。前第四系各地层仅出露在基岩山区和河道沟谷的底部及其两岩。从老到新有:奥陶系灰岩(O1+2)、石炭系上统(C3)泥岩页岩、二叠、三叠砂岩砾岩、以及第四系松散堆积岩。

2 铜川地区地下水类型及分布特征

本次研究区域为铜川市3 882 km2的范围，通过对已有的水文地质勘察资料进行分析研究，提出研究区内地下水的分布特征，为其开发利用提供指导。研究区地下水按岩性和地下水赋存特征可分为:碎屑岩裂隙水、碳酸盐岩裂隙岩落水和松散堆积层孔隙水三种类型。

2.1 碎屑岩裂隙水

2.1.1 裂隙水的分布特征

研究区内的基岩裂隙水主要分布在西北部的土石山区，自上石炭统——三迭统全为砂泥岩互层的砂砾岩，由于褶皱、断层、裂隙的发育，使砂泥岩分布区内的基岩裂隙水普遍存在。

区内基岩裂隙水的水文地质条件十分复杂，按其运动特征可分为裂隙潜水和裂隙承压水，二者密切联系，在一定的条件下可相互转化。

研究区裂隙潜水多位于河流基准面以上，一般埋藏较浅。地下水在裂隙发育的砂砾岩中大致顺层由高向低运动，当河谷切割到此层时，裂隙水以下降泉的形式泄出。

在北部基岩山区，裂隙潜水与大气降水关系密切，季节性变化较为明显，与降雨的变化规律基本一致。在南部黄土梁峁区，裂隙潜水和降水关系不太密切。

本区裂隙承压水的形成与砂泥岩互层地区裂隙发育的相对成层性有关，通常集中在河流基准面以下，埋藏较深，当河谷切割含水层时成上升泉泄出。由于区内较大的沟谷的底部多被冲积层覆盖，故裂隙承压水多直接补给冲积层水或基岩顶部的裂隙潜水，很少发现从基岩中直接泄出成泉。而在一些小支沟底部，基岩裸露，上升泉较多，且流量较大。

北部裂隙承压水埋藏深度及水头比南部较浅，这是由于北部的构造运动比较强烈，褶皱发育，深部地层在不远的地方出露，具有较好的补给条件。而南部相对来说这些条件较北部差。

由于裂隙承压水的埋藏深度较大，补给区相对较远，动态变化亦较稳定。

根据地下水的赋存特性，区内的碎屑岩含水岩组可分为两组，即砂泥岩互层裂隙水含水岩组及砂砾岩孔隙裂隙水。较强的富水层段分布在照金、前列桥，崖家塔、前柳湾等地区。该层段含水岩组由中下纸坊组(Tz1)一上铜川组(T3t1)组成.为砂泥岩互层，砂岩占6%以上，单孔涌水量大于300 m3/d。中等富水层段由孙家沟组(P1S)，刘家沟组(T1L)组成，其中砂岩含量占40% ～60%，由于这两组地层的上部均存在有较厚的泥岩，使该层段的地下水的补给条件受到一定限制，故其富水性稍逊于铜川组和纸坊组。单井涌水量常在100～300 m3/d，大于 300 m3/d。

对于裂隙水而言，裂隙的存在是岩石可能含水的内在因素。而地下水的补给和汇聚条件则是其含水的外在因素。通过对裂隙水形成的两个条件——岩石的裂隙性和水的补给汇聚条件作分析，发现研究区内基岩裂隙水有以下几个特征:

1)相对成层性

由于岩石裂隙发育的相对成层性，使本区地下水的裂隙发育岩层(主要指砂岩)中大致成“层”状存在，裂隙水从补给到径流。汇聚以至于排泄都具有大致顺层的特征，对某个地段而言，同一层的裂隙水多相互沟通，而层与层之间的水力联系较差，这证明裂隙水分布具有相对成层性。

造成裂隙水分布上的成层性只是相对的，这是因为许多因素可以破坏这种成层性，如岩层的尖灭、断层的错动、泥岩中不太发育的裂隙在一定水头压力下的透水性等。同时这种相对成层性的裂隙水在赋存地域上又受构造部位、埋藏深度等的制约，裂隙水沿同一岩层呈层状存在只局限于一定的范围，通常呈条、片状分布。

2)裂隙水分布随构造部位的差异性

不同构造部位，不但裂隙水发育程度不同，而且水的汇聚条件也有差异，从而形成使裂隙水分布随构造部位而异的特征。

(1)较大的向斜构造往往是地下水的富集地，向斜似盆具有良好的补给和储存条件，往往此处有丰富的地下水、柳湾、何家坊等向斜就是如此。但是在向斜中最容易储水的地方则是向斜轴部及背部，向斜过渡带的岩层由陡变缓处，因为这些地方断裂比较发育，在向斜部位由于弧内侧处于挤压，弧外侧处于拉张，所以在有限深度内，则形成深部较浅部裂隙发育，在抽水试验上表现为上段的涌水量小于下段。

(2)断裂带及挤压带往往是地下水的富集地。这些地带裂隙发育，岩石破碎，为地下水的赋存造成了良好的条件。当具有良好的地下水补给条件时，往往会形成地下水的富集。如前列桥断层，姬家塔断层，田家咀背斜北冀挤压带等都成为地下水的富集地。

(3)补给条件对裂隙水分布的制约性，除上述岩性和构造影响裂隙水的分布外，地下水补给、汇聚和排泄条件对裂隙水的分布起着制约作用，具有良好的岩性及构造部位，而无良好的补排条件的配合，仍不能形成富水地段。

在其它条件相对一致的情况下，地形地貌条件，植被好坏不同，其补给程度不同。地形简单，地面坡度小，植被发育者有利于降水的补给。在分水岭地带不利于补给，近河地段则易接受河水和沟间地下径流的补给。相反沟谷发育且切深大的沟间地带何家坊向斜北冀陡立，岩层倾角大于50°，使岩层的真正出露面较小，尽管那里岩层受挤，构造裂隙十分发育，但钻孔的涌水量较小。

2.1.2 裂隙水富水地段的主要类型

基岩裂隙水富水地段的形成必须具有异水裂隙发育和有利于水的补给和汇聚这两个基本条件。从前述的岩性、构造和补给条件对裂隙水分布特征影响的分析可以看出，研究区裂隙水的主要富水地段可以分以下几种类型:

1)由厚砂岩组成的向斜部位

良好的汇水条件是向斜部位可能富水的主要原因，该部位只要存在裂隙发育的砂岩。尤其是厚度较大的砂岩。以及具有一定的补给来源，常可形成富水地段，如上河地段。此外，在某些紧密挤压的小向斜轴部、常拌随着小型断层，也可造成裂隙水局部的富集，如黄堡随近的支沟内。

2)有良好的补给条件的背斜冀部由陡转缓部位

该部位裂隙发育，形态上似一歪斜的向斜，有利于裂隙水的汇聚，如有良好的补给来源，常可形成富水地段。如柳湾地段、武家河地段、王家河老矿部地段。

3)未影响到奥陶系灰岩的张扭性断裂带

研究区北部的张扭性断裂带，未影响到奥陶系灰岩，在补给条件较好时，可形成富水带。如金锁关地段。

4)黄土覆盖的基岩洼地

该类型的裂隙水富水地段多埋于黄土下伏基岩的顶部，因后期风化加强，裂隙带中、厚层黄土的覆盖有利于大气降水通过黄土层渗入补给浅部基岩裂隙水，而基岩洼地本身是良好的聚水构造，故可形成富水地段，如小河沟头附近即是如此。

2.2 碳酸盐岩裂隙岩溶水

分布于研究区的东南部，区域上处于渭北奥陶系灰岩的北缘，是渭北岩溶水的组成部分。

2.2.1 岩溶发育的基本特征

本区奥陶系为一套碳酸盐岩组成的海相沉积、具有可溶性特点。该地层年代古老历经多次构造运动，岩体中裂隙、断裂十分发育，为岩溶的形成提供了良好的储水空间和运动条件，岩溶形态主要有溶沟、溶槽、溶洞、溶缝、溶隙等。

以区内最深的铜川交通大厦地热井为研究对象，桃曲坡组以灰岩、白云质灰岩为主，厚层，块状，质地较纯，不溶性夹层少见，为岩溶发育的主要层位。其上的背锅山组岩层多呈薄层状，并夹有较多钙质页岩，泥岩及凝灰岩，不利于水的运动和溶蚀，岩溶发育很差。其下的泾河组和三道沟组岩溶裂隙均不如桃曲坡组。

2.2.2 含水岩组及其富水性

区内岩溶水位埋深达 200～500 m，水位高程 386.6～398.6 m，各地虽有差异，但仍比较接近。

研究区内现有奥灰岩溶水井孔11眼，其中8眼集中于新区。最深为铜川交通大厦地热井达1 586 m，且做了三次详细的抽水试验及水文测井工作。

该井第四系及石灰二叠系砂岩厚度为496 m，在成井中对其进行了封闭，奥陶系背锅山组，以灰岩及泥灰岩为主，本井揭露厚度为63 m，富水性较差;桃曲坡组为石灰岩，厚度为256 m，为巨厚层状，隐晶质结构，构造裂隙十分发育，为铜川新区主要含水地层，新区的所有井均以此为取水目的层，具有水量大、水质优的特点。

径河组上部为灰岩及白云岩，底部为泥灰岩及石灰岩互层，厚度为422 m，上部裂隙相对发育，在组井深度1 004 m时，做了一次抽水试验，在降深为9.42 m时获得出水量为40.35 m3/h，溶解散性固体为 0.478 g/L，总硬度为 230 g/L，F－为 0.98 g/L，锶含量为 2.36 g/L，其水质最好;三道沟组以白云岩为主，质纯，泥质含量很小，只在中间夹有一段7 m厚的泥灰岩，本井在1 507 m和1 586 m进行了两次抽水试验，从水量来看，比上部要大，降深为1.05～1.42 m时获得出水量为50 m3/h以上，但从水质上看，则不如上面好，溶解性固体为 0.822 ～0.77 g/L 有所提高，F－为 1.26 ～1.05 g/L，超出国家生活饮用水标准，锶含量为 2.40～2.20 g/L。

总体来说，奥灰岩溶水在区内1 000 m以内具有水量大的特点，而在1 000 m以下则相对较差。用平均布井法，理论估算新区下高埝塬区岩溶水可开采量为230 400 m3/d。

另外，根据抽水资料在1 000 m附近水温最高，大于1 000 m则水温逐渐低的特点，交通大厦地热井在1 004 m、1 057 m、1 586 m时的井口水温分别为33℃、31℃、30℃。

从研究区内已成井的资料分析来看，位于野狐坡断层F1与文家堡断层F2的形成地堑之中的奥灰岩井水量较大。而处于地堑外10 km的奥灰岩井的水量不足20 m3/h。可见构造在岩溶水赋存中的重要性。

2.3 松散堆积层孔隙水

2.3.1 松散堆积层孔隙水分布特征

研究区内孔隙水分布区内各河道砂卵层中及黄土层中，分为潜水和承压水。

(1)潜水

A、风积黄土的含水岩组:广布于全区，地下水赋存于裂隙孔隙中，含水岩组厚20～60 m，近塬边薄，向塬间渐厚水位埋深30～70 m，无单孔抽水资料，推测单井抽水量不超200 m3/d，属较弱富水岩组。

B、风洪积砂卵石含水岩组:分布在凉泉、阿姑社、董家河以北，含水岩组主要是由下更新统洪积砂石夹粘士组成，地下水赋存于砂卵石的孔隙中，含水层的厚度一般为数米至10 m，局部可达几十米。该含水层上覆盖有黄土层，通常不含水。与下伏洪积含水层混为一体，构成具有统一水位的潜水。由于沟谷发育，排泄条件良好，一般水位埋深60～90 m，单井出水量为数 m3/d至数10 m3/d。属弱富水的含水岩组。

C、冲积砂卵石含水岩组:主要分布于沮河、漆水河两河道的宽谷段。其中沮河陈家山、瑶曲一带水量最丰富，单井涌水量1 000～3 700 m3/d。苏家店——阿姑社地带单井涌水量达600～700 m3/d。漆水河较宽阔，河段处该岩组也属较弱富水的，单井出水量100～200 m3/d。其它河段含水岩层薄或分布范围小，水量不丰富。

D、冲洪积层砂卵石含水岩组:分布在耀县附近的沮河河谷内，漆水河冲积层及下伏下更新统洪积层组成，该岩组在河谷内其含水特征及富水性差异较大，沮河河谷区富水性较好，单井涌水量达2 000～3 000 m3/d，漆水河河谷区富水性较差。

(2)承压水

洪积砂卵石含水岩组分布在凉泉、阿姑社、董家河以南漆水河以东地区。在含水岩性特征、厚度、富水性等方面，在赵氏河东西两侧有较大的不同，赵氏河以西该含水岩组由砂卵石、砂及粘土互层组成，结构复杂，含水层粘度较细。单孔涌水量一般小于200 m3/d，属较弱富水岩组，赵氏河以东，含水岩组结构单一，富水性较好，单孔出水量1 000～1 700 m3/d，属强含水岩组。

3 地下水富水地段及开发利用前景分析

研究区内浅层地下水资源总量为9 290万 m3，可开采量5 900万 m3，2010年全市地下水开采总量为3 805万 m3，其中深层岩溶水为141万 m3。根据现有的地下水调查分析评价和勘探资料统计，区内地下水的富水地段如表1。

从表可以看出，浅层孔隙水富水地段已经全部得到了开采，其中有些已经超采，并形成下降漏斗。基岩裂隙水的富水地段，有些还没有得到开采。

新区地区和黄堡地区是城市主要经济发展区，需水量很大，用水缺口也很大，而在近期当地地表水和浅层地下水难以满足用水需求，缺口达3500万立方米左右，从区外调水在短期内难以实现。所以岩溶水是解决新区及黄堡地区水资源危机的唯一途径。

表1 铜川市地下水主要富水地段统计表

4 结语

铜川地区浅层裂隙水和空隙水富水地段的形成与地形地貌，地质构造，补给条件关系密切，文中得出了四个条件下可以形成富水地段，并总结得出了裂隙水的相对成层性，随构造部位的差异性，补给条件对裂隙水分布的制约性等规律，列表得出了全市各富水地段区间位置，可开采量等开采现状。对于深层岩溶水，经分析研究得出岩溶水的含水岩组，富水性新区黄堡两个区域的富水区域位置和可开采量。为进一步开发和保护地下水资源提供依据。

［1］吕恩普.铜川市地下水资源分析计算与评价.陕西铜川市水务局.1986.8.

［2］陕西第二水文地质队.耀县河谷供水水文地质报告.1985.9.

［3］樊小舟等.铜川新区奥灰岩溶水赋存规律研究.中国煤田地质.第19卷4期2007.8.