松桃县鸡爪沟背斜富水特征及地下水开发利用

田小林

（贵州省地质矿产勘查开发局一一四地质大队，贵州 遵义 563000）

贵州是我国西南地区典型的岩溶石山区，国土面积为17.6167万km2，其中碳酸盐岩岩溶区面积达10.90万km2，占全省国土面积的61.9%[1]。岩溶石山地区强烈的岩溶作用形成了特殊的地表、地下双层空间结构，造成地表水严重缺乏，地下水隐伏埋藏、开发利用难度大的格局，加之部分地区不合理的人为工程活动造成水资源的污染，使得可供有效开发利用的地表水资源严重短缺，严重制约了农业生产和经济建设的发展，随着社会经济发展的需要，科学合理开发岩溶地下水资源势在必行。

鸡爪沟背斜位于贵州省铜仁地区松桃县北部，行政区划属黄板乡、世昌乡、长兴堡镇，有省道及乡村公路通过该区域，此外，各乡、镇、村与主干公路间均有次级公路连接交通较便利（图1）。

区内气候属中亚热带湿润季风气候区。冬冷夏热，春温秋爽，四季分明，气候宜人，雨量充沛，热量丰富。全年平均气温16.5℃，最热的7月份日均27.3℃，最冷的一月份日均气温4.3℃。全年总积温5800℃，年活动积温为5138.9℃，无霜期293天。年降水量1378.3mm，年均陆地蒸发量4943mm，平均年雨日为183天，年平均日照数为1228小时。区内的主要河流为松桃河，该河流属长江流域沅江水系，全长127.7km，流域面积1544km2，发源于梵净山东北麓三阳溪的马泉，自南向北径流，于鸡爪沟处向北东方向径流。

区内农作物主要以水稻、玉米、小麦、洋芋、甘薯、豆类、高梁为主；经济作物以油菜、花生、烟草、茶叶、魔芋为主。

由于碳酸盐岩层分布面积广，岩溶发育强烈、地质构造复杂，大量岩溶水存在于地下深部，占该区水资源总量的 80%以上。地表天然水点以孔隙水、基岩裂隙水等状态出露，泉水量小、易断流，导致区内农田灌溉及人蓄饮水困难。

1 区域地质概况

鸡爪沟背斜处于松桃县北部，区域总面积73.4km2，地处贵州高原向湘西丘陵过渡地带，也是贵州地势第三梯级地面，地势总体上形成了西高东低、南高北低，地形起伏相对较小，相对高差30～80m，平均海拔700m左右；地貌类型主要有溶蚀缓丘谷地、丘陵谷地、峰丛沟谷等类型，其中溶蚀缓丘谷地地貌占据该区域总面积的 75%，地形完整、平坦、开阔。背斜富水区域北至长兴堡镇北部，西至黄板乡，南抵松桃县，东至世昌乡，总面积约36.7km2。

图1 鸡爪沟背斜交通位置图

区域内地下水类型根据含水岩层类型及其组合特征，分为第四系松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和碳酸盐岩类岩溶水[2]。其中，碳酸盐岩类岩溶水可按不同纯度的碳酸盐岩类含水岩组的含水介质组合特征、岩溶发育程度以及水动力条件，进一步分为纯碳酸盐岩类裂隙—溶洞水、溶孔—裂隙水；不纯碳酸盐岩溶洞—裂隙水三类，区内主要以溶孔—裂隙水为主。

出露地层从寒武系至志留系均有出露，东部零星出露震旦系及板溪群地层。其中寒武系地层构成了该区地层主体，娄山关群碳酸盐岩地层以一套巨厚的白云岩形成了该区域的主要岩溶水含水岩组，富集、存储了该区域95%以上的岩溶地下水。

区内构造以北东向、北北东向构造为主，褶皱构造主要为鸡爪沟背斜，该背斜核部地层为寒武系下统杷榔组，岩性为灰绿、暗灰色板状页岩、粉砂质页岩，局部夹薄层泥灰岩，两翼开阔、宽缓，主要为娄山关群白云岩，岩层倾角20°～30°，为该背斜区域岩溶地下水的主要富集区。断裂构造主要为梅江张性断裂，该断裂呈北东—南西向延伸，上、下盘岩层产状无明显变化，倾向北西，倾角20°～40°，该断裂的导水性促使南西部地区地下水向鸡爪沟背斜西翼汇集，形成了鸡爪沟背斜区域地下水富集区（图2）。

图2 鸡爪沟背斜区域岩溶地下水富集示意图

2 储水构造富水特征

2.1 系统结构

鸡爪沟背斜地下水富集系统平面形态呈近南北向展布宽缓的谷地形状，长约7.5km，宽3.2～5.0km，谷地东西两侧地形起伏递增，形成中间低、东西两侧高、南北略微起伏的缓丘谷地地貌形态。区域内发育有大量岩溶漏斗、竖井、洼地等岩溶个体形态，成为大气降水补给地下水的天然通道。系统空间结构相对较复杂，接受大气降水补给后主要通过溶蚀裂隙等转为地下水，补给面积约 73.4km2。以东西两侧及背斜核部泥、页岩划分为东西两部分地下水富集区，根据西翼富水区实施的 CK2、CK3、CK5、CK6[3]号机井资料显示，地下水水位分别是3.40m、4.6m、11.2m、41.6m，平均水位 15.2m，属浅埋型地下水。

2.2 富水因素

鸡爪沟背斜区域地下水储水构造类型为山间盆地型，其特征是受褶曲控制，可溶岩与非可溶岩相间分布出现，碳酸盐岩岩溶发育强烈，沿该类地层分布地带，地貌上多成谷[4]，地形平缓，系地下水富集的有利场所。地下水的循环及富集条件密切受区内地形地貌、地质构造及地层岩性的影响和控制，其含水岩组主要为寒武系中上统娄山关群（∈2-3ls）白云岩，含水介质组合为溶孔、溶洞、溶（裂）隙。地层岩性、地质构造及地形地貌是区内地下水富集的主要控制因素，在碳酸盐岩与碎屑岩接触带往往是区内地下水的地下分水岭，控制着地下水的运动方向。该区域西部黄板乡一带奥陶系薄层灰岩、白云岩与志留系泥、页岩的接触带，形成地下水的隔水边界，地形起伏由西至东幅度减小，控制着该区地下水由西至东径流，鸡爪沟背斜核部寒武系下统杷榔组暗灰色板状页岩、粉砂质页岩构成该区域东部隔水边界，促使地下水汇集于鸡爪沟背斜西翼寒武系娄山组白云岩溶蚀缓丘谷地中。

鸡爪沟背斜东翼世昌乡一带富水区域，背斜核部寒武系下统杷榔组暗灰色板状页岩、粉砂质页岩形成该区域西部隔水边界，东部弱透水层板溪群泥、页岩及砂岩形成东部隔水边界，东部地势较高，西部较低，形成由东至西逐渐减小的缓斜坡地带，东部溪沟地表水自东向西径流，在世昌乡一带娄山关群白云岩溶蚀缓丘谷地中渗入地下，形成鸡爪沟背斜东部富水区（图3）。

图3 鸡爪沟背斜黄板一世昌剖面示意图

2.3 富水条件

鸡爪沟背斜富水区域是一个完整的地下水富集系统，水的富集包含了补给来源、岩溶含水岩组、相对封闭岩溶储水空间等条件。根据当地气象资料，该区域雨量充沛，年降水量1378.3毫mm，年均陆地蒸发量 494mm，地下水补给量充足。该区含水岩组主要为寒武系中、上统娄山关群白云岩，岩溶发育较强烈，常见溶孔、溶隙等岩溶个体形态，溶洞、管道等相对较发育，对地下水的富集、运移及存储提供了充足空间；该含水岩组相对较高的纯度和岩溶发育的均匀性导致了该区地下水具备了均匀分布的特性。储水空间为地下水补给、径流、排泄的交换空间，以分水岭、阻水泥页岩、地下水排泄边界划分，该区域东至世昌乡、西至黄板乡分别出露板溪群及志留系弱透水泥、页岩，形成相对隔水边界，北至长兴堡镇、南至松桃县城北部分别为分水岭及松桃河地下水排泄边界，形成了一个相对封闭的岩溶储水空间，为地下水的富集提供了良好的场所。

该区域接受大气降水入渗转为地下水，在溶孔、溶隙、溶洞、管道等径流通道中运移、交换、循环，富集于背斜东西两翼地势相对低洼、相对封闭的存储空间内，形成了东西两部分富水块段，成为一个完整的地下水富集系统。

3 开发利用

3.1 开发利用条件

鸡爪沟背斜为白云岩山间盆地构造储水类型，富水区域宽缓，地下水资源丰富，地下水埋深一般小于50m，平均水位约15.2m，属浅埋型地下水。娄山关组白云岩含水岩组富水较均匀，适用于机井开发地下水资源。

3.2 开发利用方法

根据区内水文地质条件及缺水状况，本区域地下水资源开发适用于机井开发，以1∶1万水文地质调查、水文地质物探、水文地质钻探及水样采集测试为具体工作方法。以区内缺水村寨为靶区，在 3.0km2范围内进行1∶1万水文地质调查，初步查明区内含水岩组分布及岩层富水性，地下水集中径流带或富水块段，初步圈定打井靶区，为后期物探、钻探工作提供基本条件，为地下水开发工程提出可行性预测。

在1∶1万水文地质调查圈定的打井靶区基础上，开展水文地质物探工作，主要目的为查明成井区地下水主径流带的分布与埋深状况；成井区的断裂构造及通过认真分析物探资料，结合水文地质条件确定成井孔位。在本区域地下水属浅埋型的基础上，物探工作方法具体为联合剖面法、对称四极剖面法、对称四极测深法、高密度电法测深、瞬变电磁法的综合应用分析。通过对鸡爪沟背斜各个勘探靶区物探资料分析，成井区内的基岩为白云岩，固有的电阻率高，土层为红粘土，电阻率低，因此岩、土之间电阻率参数差异大；土层区为低电阻率区，基岩区为高电阻率区。裂隙发育带是地下水富集、运移的场所，相对完整基岩为低电阻率区。浅部风化裂隙和深部裂隙发育带以地下水为纽带，形成连续的低电阻率区。测区内各岩、土体的电阻率参数如下：第四系土层ρ=20～100Ω·m；白云岩ρ=n×103～105Ω·m；地下水ρ=40～60Ω·m；裂隙发育带ρ=100～1000Ω·m。通过电阻率参数异常分析确定成井孔位。

在物探解译确定的成井孔位基础上，以多工艺空气钻进为主，岩芯回转钻进为辅的方式进行钻探施工凿井。交通便利的钻孔孔位，采用多工艺空气潜孔锤钻进；交通不便的孔位，则采用岩芯回转钻进。孔深则根据具体水文地质条件确定，一般为100～200m。施工凿井结束后立即进行静止水位进行观测，水位稳定4小时以上可停止静止水位观

测，进行抽水试验。抽水试验采用单孔稳定流抽水，抽水设备为深井泵或空压机。原则上每层次应作 3次降深稳定流抽水，对于对流量较大的钻孔，深井泵抽水不能满足三次降升要求的钻孔，立即改为空压机作抽水试验。观测频率为抽水开始第1、3、5、10、20、30、40、50、60、75、90min，以后每30min观测一次，稳定后每小时观测一次，稳定时间依次为 24、16、8小时。抽水试验结束后立即进行恢复水位观测，稳定时间在4小时以上[5]。

抽水试验结束前，应采集水样送实验室进行分析，对地下水质量进行评价。本区域已成功实施机井CK2、CK3、CK5、CK6共4口，按《地下水质量标准》（GB/T14848—93）[6]进行水质评价结果分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ、Ⅱ类，即优良—良好类别。

3.3 开发利用效益

本区域实施的机井参数及解决的饮水不安全人口、牲畜、农田灌溉的见表1。

通过上述各项参数及数据表明，鸡爪沟背斜区域地下水资源丰富，水质优良，彻底解决了该区域人、蓄饮水不安全现状及农田灌溉用水，带来了极大的经济效益，推动了地方经济发展。

表1 鸡爪沟背斜西翼实施机井特征表

4 结语

鸡爪沟背斜富水区为受地质构造控制形成的封闭岩溶水系统，岩溶谷地地形平坦、开阔，娄山关群碳酸盐岩类含水岩组富水性中等至强，含水均匀，地下水水位埋深一般小于 50m，靠近分水岭带局部大于 50m，岩溶水资源较丰富。在有地下水天然露头分布地带，直接开发地下水天然露头，在无天然露头分布的地带，在查明地下水集中径流带的基础上采用机井开采方式开采地下水，彻底解决了该区域人、蓄饮水及农田灌溉。

通过对鸡爪沟背斜构造控水特征的分析，提出了在贵州地质构造相对复杂的岩溶山区寻找、开发利用岩溶地下水的条件和方法，可为其他相似构造类型地区岩溶水资源的开发所借鉴。

[1] 贵州省地矿局114地质大队. 贵州省松桃县地下水资源勘查报告[R]. 2007.

[2] 韩至钧.金占省. 等. 贵州省水文地质志[M].北京：地震出版社，1996.

[3] 张林, 等. 贵州省地下水资源勘查[R]. .2007.

[4] 王伟, 等. 黔西北地区岩溶水系统划分及找水方向[J]. 贵州地质, 2010

[5] 地质矿产部水文地质工程地质技术方法研究队. 水文地质手册[M]. 地质出版社, 1976

[6] 中华人民共和国国家标准. 地下水质量标准GB/T14848-93[S]. 中国标准出版社.1994