对低山丘陵区基岩裂隙水富存差异性的分析与探讨

刘　冰

(辽宁省北票市水资源办公室，辽宁 北票 122100)



对低山丘陵区基岩裂隙水富存差异性的分析与探讨

刘冰

(辽宁省北票市水资源办公室，辽宁 北票 122100)

[摘要]低山丘陵区基岩裂隙水分布埋藏极不均一，含水层分布在水平和垂直方向上异差性大，涌水量大小相差悬殊。富存形式往往呈点状、线状、面状赋存于岩石的裂隙中。勘察找水时，采用力学性质分析，构造形迹分析，物探方法测量，确定基岩裂隙水的富存部位。是低山丘陵区开发基岩裂隙水的有效方法。

[关键词]基岩裂隙水；富存特点；富存形式；富存部位；确定方法

北票市地处高低起伏的剥蚀低山丘陵区，山坡植被不发育，地形高低起伏，沟壑纵横，基岩大部分裸露地表。气候干旱少雨，地表径流少，河谷大部分断流，水位连年下降，至使地下水贫乏。为解决人畜饮水，设施农业用水，农田灌溉用水，近几年对寻找基岩裂隙水进行摸索与探讨。通过找水实践证明：低山丘陵区基岩裂隙水分布、埋藏极不均一。含水层分布在水平方向和垂直方向上差异性大，涌水量大小相差悬殊，富水部位难以确定，找水难度加大。结合北票市多年勘察找水，钻探施工成功与失败的经验教训。浅析低丘陵区基岩裂隙水的富存规律。

1基岩裂隙水富存的特点

基岩裂隙形成的地质因素各不相同，空隙形式各异，空隙连通方式和程度差异性很大。在基岩裂隙中形成的裂隙水分布不均，涌水量相差悬殊， 地下水位在同一方向上存在差异。

1.1裂隙水富存的不均匀性

基岩裂隙水富存的不均匀性是低丘陵区地下水存在的一种普遍现象。地层岩性是基岩裂隙水富存不均匀的基本条件，构造运动是基岩裂隙水富存不均的主导因素。实践中在同一地层，同一方向，同一区域内有的地段富水，有的地段贫水。有的在纵向上水量大而在横向上水量很小。井孔在位置和方向上差几米或十几米涌水量大小明显不同。2007年7月在哈尔脑乡河东组施工一眼人畜饮水井，井位布在阶地后缘。第四系地层厚10 m。下部为侏罗系兰旗组灰黑色安山玄武岩。井深70 m、水位埋深12 m、降深5 m、涌水量25 m3/h。一年后井孔32 m处塌方，无法使用。2008年在此井北9.2 m处重新施工，井深52 m、水位埋深12 m、降深33 m、涌水量1.5 m3/h。因水量不能满足需要拔管。

两井地层一样，第四系地层厚度一样，水位埋深相同。钻探中基岩岩性不一样，第一眼井为灰黑色安山玄武岩，第二眼井16m～22m为灰白色火山凝灰岩，其下为褐紫色安山岩，颗粒细，岩性差异，使两井富水性不均匀。

实践证明基岩中裂隙的性质不同，分布方向就会不一致，裂隙的张开性、连通性、切割性差异增大，富水大小不均。

2006年在南天门逆断层，断裂带上布一眼钻孔，认为断层上盘是石灰岩，岩石硬脆，裂隙应当发育，旁侧有地表水补给。孔深50 m，岩心为灰白色糜棱岩。即使是完整灰岩，裂隙多为闭合。成井后静水位17 m、降深25 m、涌水量3 m3/h，水量小报废。井位北移30 m，钻孔布在上盘影响带上。井深60 m、水位埋深18 m、降深5 m、涌水量50 m3/h。

基岩中岩性裂隙性质控制基岩裂隙水的分布与富存。

1.2裂隙水涌水量大小的悬殊性

基岩裂隙水赋存于岩石的裂隙空隙中，由于岩石的裂隙性质不同，裂隙的组合方式不同，造成空隙的连同方式在各方向上差异性增大。致使相邻钻孔之间涌水量相差悬殊。

1993年，和尚沟电厂在黑城子河阶地上施工一眼50 m深钻孔，第四系地层厚11.6 m，静水位2 m、降深15 m、涌水量74 m3/h。使用7年后26 m以下灰绿、灰黑色玄武岩破碎塌孔，井深剩26 m，涌水量仍能达到50 m3/h。电厂为确保发电用水，要求在原井西南10 m处再打一眼备用井，2000年5月份施工，井深62 m。第四系地层厚12 m，静水位2.7 m，降深44 m，涌水量20 m3/h。水量相差3.7倍。(注分层抽水，两井孔隙水均为10 m3/h)岩性同为灰绿色，灰黑色玄武岩内夹褐紫色安山岩。取岩心看裂隙不甚发育，钻探时没有掉块。分析出水量少的原因，裂隙没连通。经15天用活塞洗井，深井潜水泵抽水回水、井口封闭、增压机洗井、井下放炮，应用多种方法处理，水量达到45 m3/h。

1.3基岩裂隙水水位的差异性

基岩裂隙的性质和裂隙展布的方向不同，基岩裂隙水在裂隙中有的有水利联系，有的则无水利联系。在同一地层中相隔8m的两个钻孔地下水位不一样，一井抽水另一井水位无变化。

1985年在柳条村南天门逆断层上盘影响带灰岩上施工一眼钻孔深90 m，静水位35 m，降深4 m，涌水量40 m3/h。2005年针织二厂在原井处建一备用水源井，在距原井8 m处施工了一眼100 m深井，静水位45 m，水位与原井差10 m，降深25 m，涌水量15 m3/h。用空压机抽水，两井同时测水位。抽水5小时，原井水位无变化。

1992年岳家沟村在长城系灰岩与侏罗系兴隆沟组火山岩接触带上施工两眼深井，一号孔与二号孔相距60 m。一号井水自流，二号井水位埋深11 m。两眼井裂隙性质不同，发育方向不一致，水力联系不一样，致使地下水位差异性大。

2基岩裂隙水的富存形式

低山丘陵区基岩裂隙发育程度，裂隙性质，展布方向受岩性构造控制，基岩裂隙水补给，运移，汇流、富集及富存形式受基岩裂隙连通性质的控制。在对基岩裂隙水勘察的实践中发现三种富存形式。

2.1点状富水

基岩裂隙位置出露比较高，一般构造形迹为接触带或小型褶皱构造，构造形迹规模小，构造裂隙延伸距离短，切割地层浅，裂隙水补给依靠小面积表层风化裂隙大气降雨入渗补给。再则是接触带或小型向斜，背斜轴部富水空间长期接受构造裂隙入渗储存的裂隙水。其特点：地势高，裂隙水补给源差，构造规模小，富水空间小，基岩裂隙水储存量少。裂隙水开发后，水量由大到小，供水时间由长到短。疏干快，补给慢。

2008年5月在八家乡北山下部，在侏罗系砂页岩与安山岩接触带上打一眼深井，孔深103 m，静水位18 m，降深34 m，涌水量18 m3/h。当用水20天后，涌水量逐渐减少，经测量涌水量减少至6.5 m3/h，40天后涌水量1.5 m3/h，水位降至96 m泵头处，经常断流，水位恢复很慢。

2.2线状富水

基岩裂隙受构造控制，呈线状或脉状展布。在线状或脉状富水空间富存裂隙水称线状富水。线状构造一般为断裂构造，褶皱构造，岩脉构造。

线状构造规模比较大，裂隙延伸长，切割深，连通性强，水力联系紧密，补给面积大，基岩裂隙水丰富。

近几年在南天门逆断层上盘影响带东西向布井六眼，井深从80 m到120 m不等，涌水量从40 m3/h～80 m3/h。

在兴隆洼向斜，矫麻子沟背斜复褶曲、轴部及陡翼，自1975年至2009年定井八眼，深度从120～660 m，涌水量15 m3/h到70 m3/h。

2.3面状富水

基岩裸露地表，风化裂隙发育，虽延伸短，切割深度浅，无一定方向，但裂隙分布密集而均匀，构成彼此连通的裂隙体系，其发育深度一般20～50 m。

喷出岩往往成层状，在成岩过程中产生裂隙，裂隙性质多张开，切割深，连通良好。风化裂隙，成岩裂隙地层出露在适当位置，有良好的补给来源，形成面状富水区。

北票碳酸岩地层，有三条季节性河流穿越。河谷走向南东，碳酸岩地层倾向北西，河谷与岩层倾向斜交。碳酸岩地层易于接受地表水沿层间或层间裂隙的补给，形成了局部面状含水系统。在高出河床10～30 m的高度上，距河谷1000 m范围内，成井15眼，井深50～150 m不等，出水量15 m3/h～80 m3/h。但地下水位不在一个平面上。

侏罗系兴隆沟组火山岩呈条带状东西向分布在北票市南山。北部与侏罗系北票组煤系地层灰黑色，灰绿色砂岩页岩整合接触。南部与长城系高玉庄组灰白色厚层条纹状含白云质灰岩呈角度不整合接触。近几年在兴隆沟组灰绿色玄武岩安山岩和灰紫色 熔岩的砾岩上打钻孔4个，深度100～120 m。涌水量12 m3/h～20 m3/h。2009年市医院安装地源热泵，在兴隆沟组玄武安山岩上打孔126个，孔孔有水。兴隆沟组地层面状富水。主要成因，北部有北票组煤系地层砂页岩阻水，南部有白云质灰岩地下水补给，兴隆沟组玄武安山岩裂隙发育形成面状富水带。

3基岩裂隙水富存部位的确定方法

基岩裂隙的性质受构造控制，由于岩性变化和构造应力分布不均，至使基岩裂隙张开程度，切割深度，延伸长度，互相连通性有显著区别。造成基岩裂隙水在空间分布不均，在平面展布方向上富水性差异性增大。在同一地层中，岩性相似，距离很近的钻孔。民用大口井有的水量大，有的水量小，有的有水，有的无水。确定基岩裂隙水的富水部位，是低山丘陵基岩区解决人畜饮水，设施农业用水的主攻方向。

3.1力学性质分析确定基岩裂隙水的富存部位

地层中构造裂隙一般走向、倾向、方位都比较稳定，裂隙张开程度，切割深度、延伸长度发育比较好，是基岩裂隙水富存的、有利部位。

构造裂隙是在地壳运动中，构造应力的作用下，在岩石中产生的裂隙，一般情况下它的分布往往遵循一定规律。为了研究构造裂隙的特点，首先研究区域构造性质。北票地区一级大地构造以断亲山-东官营子逆断层为界，北侧属于内蒙地轴东部南缘部分，南侧属于燕山沉褶带之西古中凹陷。从地质力学观点看，本区处在东西向复杂构造带与新华夏构造体系交接部位。在这种地质构造作用下，区域内多为北东50°～60°方向的褶皱与断裂构造。运用力学观点分析，在褶皱轴、断裂带和影响带处必定发育南西130°～140°方向上张性断裂或张裂隙。在近南北或东西方向上发育张扭性或压扭性构造裂隙，利用区域性构造受力特点分析裂隙展布方向与裂隙性质。其次局部构造裂隙部位采用编织玫瑰花图，在区域内选择露头清楚，构造裂隙密集，与富水部位有密切联系的位置，选长1米、宽1米的部位，观察裂隙的力学性质、长度、宽度。测量裂隙面的产状要素，编织玫瑰花图，从而了解局部区段内不同力学性质，不同发育程度裂隙的分布。结合地貌、岩性及裂隙水补给条件，确定基岩裂隙水的富存位置。1998年在三宝乡、蓝旗东沟村贫水区，通过对村南500 m处北东50°压性断裂主构造分析和编织玫瑰花图。反映南西110°～130°方向张裂隙发育，呈平行排列。斜交张裂隙发育张扭性裂隙。在村周围进行详细勘察，井位布在兰旗组灰黑色玄武岩，张裂隙与张扭裂隙密集处，井深80 m，水位埋深3.5 m，涌水量13.5 m3/h。

3.2构造形迹分析确定基岩裂隙水的富存部位

断裂、褶皱、岩脉、侵入体是区域内广泛发育的构造形迹。是构造应力长期作用的结果。由于构造形迹各部位受应力大小作用不同，各部位裂隙发育的性质不同。富集裂隙水大小、多少亦不同。对构造形迹进行构造分析，确定裂隙水富存部位是行之有效的方法。

区域内断裂构造大多数以北东40°～60°压性及压扭性断裂为主，其中局部地段发育垂直于北东向的张性及张扭性断裂。实践中通过对以上断裂带水文地质条件的分析与研究，勘探钻孔的验证，构造断裂常见的富水地段是：

3.2.1构造运动剧烈的脆性岩石断裂破碎带

断裂构造剧烈，脆性岩石在断裂破碎带内形成碎块状断层角砾岩，胶结程度差，呈疏松状，裂隙宽，透水性良好，含水丰富。2002年在南天门压性断裂带上，施工一眼钻孔，井深110 m，静水位15 m，降深3 m，涌水量55 m3/h，断裂上盘为大虹峪组石英岩，下盘为白垩纪砂岩。

3.2.2两条或两条以上断裂交汇复合地段

断裂带交汇或复合的部位，是构造应力集中的部位。各种性质的构造裂隙互相穿插，切割。裂隙的垂直性，延伸性、连通性都比较好，易于裂隙水运移、汇流、富集。

3.2.3压性断裂影响带

压性断裂是挤压应力作用形成的，断裂带内多为糜棱岩，断层泥，裂隙多闭合。但断裂两盘岩石在高压条件下，必然通过两侧尤其是上盘岩石释放应力,诱导出次一级断裂或裂隙，形成影响带。2004年在断亲的--东官营子逆断层北150 m影响带上小八沟村施工一眼钻孔，孔深70 m，水位埋深18 m，降深10 m，涌水量50 m3/h，其岩性为角闪斜长片麻岩。

3.2.4裂隙富水带

区域内沉积岩，火山岩地层中发育中酸性、基性闪长岩，辉緑岩、伟晶岩脉或热液矿脉。岩脉接触带是侵入围岩形成的。岩脉在形成过程中由于冷缩作用，岩脉本身形成密集的裂隙，并常具有张开性质，有导水功能。岩脉形成侵入过程中对围岩产生挤压，烘烤作用，使围岩形成一定宽度的裂隙带，是基岩裂隙水汇集储存的空间。

上桃村大面积出露侏罗系兰旗组火山岩，在其上发育四条北西向闪长岩脉，长约1.5～2 km，岩脉宽3～6 m，在两条岩脉上盘布孔，井深都为80 m，涌水量25～32 m3/h。钻探取芯，围岩与岩脉，裂隙发育，岩石破碎。

与此相反，岩脉侵入围岩质地较软的砂岩、泥岩、页岩的岩层中，岩脉在构造变动中不易产生破裂变形，本身裂隙不发育，岩脉在地层中起到阻水作用。裂隙水在岩脉迎水一侧富集。

三宝、红石砬一带出露地层为侏罗系土城子组一段褐紫色砂岩、页岩与二段白紫色细砂岩与砾岩，岩石透水性差，为贪水区。2005年在辉緑岩脉上盘布井二眼，在氟石脉上盘布井三眼，井深80～110 m，涌水8～15 m3/h。

3.3物探方法测量确定基岩裂隙水的富存部位

基岩裂隙被第四系地层复盖或深部裂隙发育状况，在地表运用力学方法和构造方法无法做出准确的判断时，利用物探方法进行测量可以了解基岩构造，断裂破碎带，基岩裂隙的发育深度、分布范围以及基岩裂隙水富存的部位。结合当地水文地质条件，对物探测量曲线从已知到未知进行解释判断，能准确找出基岩裂隙水的富存部位。

在找水区域内，首先进行水文地质勘察，在此基础上布置物探勘测线，为寻找基岩裂隙，物探点间距5 m为宜，AB/2极距视第四系地层厚度，一般为地下水位埋深的1.5倍或2倍为宜，MN/2极距5～10 m。运用对称四极剖面法进行测量，根据测量曲线找出异常点。

物探剖面测量，找出了异常点，在异常点上运用激发极化法再次进行测量。仪器一般能测出四个参数：电阻率 、极化率 、半衰时 、衰减度，分析电阻率值与三个二次场激电参数，从而判断富水部位，裂隙埋藏深度，定出钻孔位置。

物探方法测量是寻找隐蔽基岩裂隙水的有效方法。

4结语

低山丘陵区基岩裂隙水富存有其独特性，富存形式有其规律性。利用力学观点对基岩裂隙进行力学性质的分析，确定裂隙性质，展布方向，基岩裂隙水的富存部位。构造形迹分析，确定不同构造形迹裂隙共生组合规律，找出富水区段。物探测量，参数分析，确定隐蔽裂隙富水位置。

[收稿日期]2015-11-14

[作者简介]刘冰(1980-)，女，辽宁北票人，工程师，主要从事水文水资源管理工作。

[中图分类号]P641.135

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)01-0248-03