北京顺平岩溶水系统富水性分析

刘士成

（北京市水文地质工程地质大队，北京 100195）

北京顺平岩溶水系统富水性分析

刘士成

（北京市水文地质工程地质大队，北京 100195）

本文在充分收集北京顺平岩溶水系统各种勘探资料的基础上，以施工的17眼探采结合井的钻探成井、抽水试验为主，结合岩屑鉴定数据等资料，查明了顺平地区主要含水岩组岩溶裂隙发育规律，分析了岩溶地下水富水性特征。该区主要为长城系高于庄组、蓟县系雾迷山组、寒武系和奥陶系灰岩含水层，单井涌水量最大可达10780 m3/d，最小4464m3/d。圈定了两处岩溶水源地靶区，分别位于北小营—杨镇—北务一带和马坊—东高村一带，为后续该区域岩溶水的合理开发和保护提供科学支撑。

北京；顺平；岩溶水；勘查；富水性

0 引言

目前北京人均水资源量仅相当于全国人均的1/8，为世界人均的1/30。为可持续发展，北京提出“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”的原则。2014年12月，南水北调中线工程全线通水，外调水量10.5亿m3/a。至此，地下水资源仍然占到北京供水总量的50%左右，岩溶地下水水质好，水量丰富，是地下水资源的重要组成部分，在北京城市供水中发挥了重要作用，是北京地区宝贵的战略后备水源。事实上，自20世纪80年代以来，先后在房山区磁家务、娄子水、长沟、石花洞和昌平区邓庄、化庄以及通州龙旺庄、石景山杨庄—五里坨、海淀四季青、平谷中桥和房山张坊等地建立了不同规模的水源地岩溶水（北京市地质矿产勘查开发局等，2008；李宇等，2009；郭高轩等，2010）。

为进一步应对北京市水资源短缺的严峻形势，确保首都水资源安全，立足北京基本市情水情，针对首都发展阶段性特征，着眼京津冀协同发展，同时提高北京市岩溶水勘查开发利用水平，2011年7月市发展和改革委员会批准并下发“关于批准北京岩溶水资源勘查评价工程实施方案的函”（京发改[2011]1215号）。

“北京岩溶水资源勘查评价工程”是近30年来北京地区针对岩溶地下水勘查所进行的规模最大，手段最全，成果最新的一次工作。项目对北京地区的岩溶地下水系统进行了划分，对岩溶水资源进行了计算，对岩溶水保护和监测体系进行了专项规划。其中，北京顺义—平谷地区岩溶水系统（以下简称顺平岩溶水系统）是其中重要的一个子系统，本次工作在该区域实施了大量的水文地质测绘、地球物理勘探、钻探和水文地质试验等工作，全面分析了顺平地区岩溶水的富水性特征，圈定了富水靶区，以期为该区域岩溶水开发利用提供科学支撑。

1 研究区概况

顺平岩溶水系统属北京地区二级岩溶水系统（王晓红，2016），范围横跨平谷、顺义、密云3个区县，北部以巨各庄—方耳峪一带的变质片麻岩为界，南到北京与三河界线及青龙山—南山地表分水岭，西以顺义断裂和二十里长山断裂为界，东到海子水库东，北京与天津界线。总面积1253.40km2。岩溶含水岩组在山区裸露地表，分布面积368.75km2；在平谷盆地、顺义北务一带为第四系覆盖。系统内包含长城系、蓟县系、奥陶系、寒武系等岩溶含水岩组，不同含水岩组间则通过断层、地貌、河流及上覆第四系等存在着直接或间接的关系，岩溶水系统的补给来源包括大气降水入渗、农业灌溉回归、第四系越流、山区非可溶岩的间接补给等，岩溶水向平谷盆地集中径流，排泄包括泉水、顶托补给第四系和人工开采。

本次勘查项目在顺平岩溶水系统共施工了勘探井17眼，其中勘探孔3眼，探采结合井14眼，实际总进尺15516.31m，勘探井分布见图1（北京市地质工程勘察院，2013）。

图1 顺平岩溶水探采结合井分布图Fig.1 Distribution map of karst water exploration and production combination well in Shunping

2 含水岩组富水性特征

顺平地区的岩溶水含水岩组主要有长城系、蓟县系、青白口系、寒武系、奥陶系，各含水岩组厚度、所处构造部位、补径排条件不同，其富水性也具有较大差异性。

（1）长城系含水岩组

该含水岩组主要分布于平谷区东高村镇青杨屯—西高村一带，揭露高于庄组的勘探孔为SP-T-13、SP-T-14、SP-T-15孔，岩溶裂隙段的划分主要结合钻探过程中记录的放空、漏失、破碎情况以及岩屑录井中记录的溶蚀、水锈等现象，在降深7.12～14.79m 时，单井涌水量为 4464～5472m3/d，单位涌水量为328～748m3/d·m，岩溶裂隙发育，富水性好（图2）。

图2 长城系高于庄组岩溶裂隙发育段Fig.2 karst fissure development section of the Great Wall formation

（2）蓟县系含水岩组

该含水岩组主要分布于顺义区龙湾屯一带（SPT-4孔）和平谷区东高村—高家庄一带（SP-T-16、SPT-17孔），3眼勘探孔揭露的基岩地层为蓟县系雾迷山组、杨庄组和长城系高于庄组，主要岩性以深灰色密纹层藻叠层白云岩、灰色燧石条带白云岩、深灰色藻团白云岩、灰色白云岩、深灰色白云岩为主。

SP-T-4孔岩溶裂隙主要发育在441～528m、692～757m；SP-T-16孔 岩 溶 裂 隙 主 要 发 育 在177～235m、369～573m、709～778m；SP-T-17孔岩溶裂隙主要发育在213～310m、516～775m。本含水岩组在降深1.77～4.89m时，单井涌水量为4896～6480m3/d，单位涌水量为1325～2766m3/d·m。该含水岩组溶洞裂隙发育，富水性好（图3）。

（3）青白口系含水岩组

该含水岩组位于顺义区木林镇大韩庄村西，SPT-3孔揭露地层为景儿峪、龙山组、下马岭组（未揭穿），在降深1.32m时，单井涌水量为5040m3/d，单位涌水量为3818m3/d·m（表1）。景儿峪组岩溶裂隙发育，富水性好；下伏龙山组、下马岭组岩溶裂隙不发育，富水性差。

图3 蓟县系岩溶裂隙发育段Fig.3 karstfissure development section of Jixian County system

表1 SP-T-3井抽水试验结果一览表Tab.1 results of pumping test of SP-T-3 well

（4）寒武系含水岩组

该含水岩组主要分布在顺义区北小营—杨镇—北务镇一带（SP-K-1、SP-K-3、SP-T-5、SP-T-8孔），4眼勘探孔揭露的基岩地层为炒米店组、张夏组、馒头组、昌平组，底部见青白口系景儿峪组，主要岩性以粉晶泥灰岩、鲕状灰岩、生物碎屑灰岩、紫红色页岩、岩溶蚀变灰岩为主。各勘探孔岩溶裂隙发育段如下：SP-K-1孔岩溶裂隙主要发育在 168～282m、340～350m、926～959m；SP-K-3 孔岩溶裂隙主要发育在 373～551m、757～775m；SPT-5孔岩溶裂隙主要发育在251～299m、412～494m、551～599m、685～717m；SP-T-8孔岩溶裂隙主要发育 在 270～310m、350～519m、579～610m（ 图 4）。本含水岩组在降深2.22～6.21m时，单井涌水量为2016～5904m3/d，单位涌水量为 325～2659m3/d·m，该含水岩组溶洞裂隙发育，富水性好。

（5）奥陶系含水岩组

该含水岩组主要分布在顺义后陆马庄—郭家务—大田庄一带（SP-T-6、SP-T-9、SP-T-10孔）以及怀柔赵各庄村东（SP-T-2孔），4眼勘探孔揭露的基岩地层为石炭—二叠系、马家沟组、亮甲山组、冶里组、寒武系炒米店组，主要岩性以花斑灰岩、粉晶灰岩、角砾状灰岩、岩溶蚀变灰岩为主。

揭露本组的各孔裂隙发育情况如下：SP-T-2孔岩溶裂隙主要发育在 286～332m、365～416m、492～510m； SP-T-6孔 岩 溶 裂 隙 主 要 发 育 在346～367m、425～470m、699～715；SP-T-9孔岩溶裂隙主要发育在 403～419m、475～506m、653～668m、725～756m；SP-T-10孔 岩 溶 裂 隙 主 要 发 育 在979～1000m、1146～1195m、1348～1486m（ 图 5）。本含水岩组在降深2.2～12.89m时，单井涌水量为4464～10780m3/d，单位涌水量为 425～2749m3/d·m，该含水岩组溶洞裂隙发育，富水性好。

图4 寒武系岩溶裂隙发育段Fig. 4 Cambrian karst fissure development section

3 圈定富水靶区

本区地质条件复杂，分布区北部以变质岩系为界，东界、南界为河北省界，西界为青白口系。岩溶类型为山区裸露型、平原覆盖型和埋藏型的复合型，含水岩组主要是长城系高于庄组、蓟县系雾迷山组、寒武系和奥陶系。

（1）岩溶地下水补给

区内岩溶地下水主要接受大气降水入渗、侧向径流补给以及第四系越流补给，另有少量的水库渗漏入渗补给。在山区有些修建在灰岩地层之上的水库，渗漏问题严重，只起到拦蓄洪水灾害作用，增加了岩溶地下水的补给。

图5 奥陶系岩溶裂隙发育段Fig. 5 Ordovician karst fissure development section

（2）岩溶泉水

研究区内主要大泉包括：金鸡泉、黄草洼泉、晏庄泉、峨嵋山泉等。随着区内岩溶裂隙水开采量逐年增加，对以上各泉有所截流，遇枯水年份，泉流量明显减少，甚至断流。金鸡泉1978年9月27日流量为1m3/s（约合86400m3/d），1980年后断流。再入黄草洼泉、小东沟泉，1993年泉流量为1～2万m3/d，2000年黄草洼、小东沟泉流量减少到1500～3000m3/d，灵山泉在2000年开始断流。峨眉山东沟泉群从历史记录数据来看，虽然溢出量不算很大，但至今从出现过未断流或干凅。

（3）富水靶区

将本次施工的探采结合井的裂隙发育进行了统计后发现，在北小营—北务一带的SP-T-8、SP-T-9和SP-T-10井孔中，裂隙发育总长度及裂隙发育率均较高，此处下伏为寒武系和奥陶系，深部岩溶发育。如SP-T-8勘探井，第四系厚度270m，下伏寒武系含水层自270～610m裂隙发育，单段裂隙发育长度最大达到119m。此外，在马坊—东高村一带SP-T-14、SP-T-15和SP-T-16井孔中，裂隙发育。如SP-T-16勘探井中，自177m揭穿第四系，下伏177～972m蓟县系中均有岩溶裂隙发育，单段裂隙发育段长度达58m（图6）。此外，在北务地区开展了群孔抽水试验，共设置抽水主孔8个，观测孔18个，历时78天，结果表明奥陶系和寒武系含水层之间水力联系微弱，奥陶系岩溶水可开采资源量小于2.02万m3/d，寒武系可开采资源量大于1.51万m3/d，总的岩溶水可开采量在1.92～3.59万m3/d之间。在平谷东高村—马坊地区，也未形成明显的地下水漏斗，未发现蓟县系雾迷山组含水层与长城系高于庄组含水层地下水之间有密切的水力联系。平谷东高村—马坊地区的可开采量在大于2.35万m3/d。在成井后和抽水试验不同阶段，均采取了地下水样，水质类型多为HCO3-Ca·Mg型和HCO3-Mg·Ca型水，达到地下水水质Ⅱ类标准。

图6 顺平地区岩溶勘探井裂隙发育统计图Fig.6 Statistics of fissures in karst exploration wells in Shunping area

根据综合抽水试验结果，结合区域岩溶地下水的补给、径流、排泄条件，对顺平地区圈定了两处靶区，即北小营—杨镇—北务（寒武系、奥陶系）靶区和马坊—东高村（长城系、蓟县系）靶区（图1）。北小营—杨镇—北务靶区以寒武系、奥陶系岩溶裂隙水为主，岩溶裂隙发育，单井涌水量2016～10780m3/d，富水性好，可开采地下水资源潜力较大。马坊—东高村靶区以长城系、蓟县系岩溶裂隙水为主，岩溶裂隙发育，单井涌水量4464～6480m3/d，富水性好，可开采地下水资源潜力较大。

4 结论

顺平地区是北京岩溶水系统中开发利用程度较低的地区之一，通过实施的17眼探采结合井，初步查明了各含水岩组的岩溶裂隙发育情况及富水性。依据抽水试验成果，勘探区探采结合井的出水量最大可达10780 m3/d（降深5.73m），最小也有4464m3/d（降深13.61m）。结合区域地质条件，圈定了北小营—北务岩溶水靶区和马坊—东高村靶区，岩溶地下水开发潜力巨大。岩溶地下水是北京地区重要的战略后备水源，在开发过程中，不仅要制定科学合理的开发利用方案，而且需要同时建立完善的监测和保护体系，防止地下水污染，以最大限度的发挥岩溶地下水效益。

北京市地质矿产勘查开发局，北京市水文地质工程地质大队，2008. 北京地下水[M]. 北京：中国大地出版社，368.

北京市地质工程勘察院，2013. 北京市岩溶水资源勘查评价工程水文地质钻探工程（顺义、平谷、怀柔标段）勘探井总结报告[R].

郭高轩，刘文臣，辛宝东，等，2011. 北京岩溶水勘查开发的现状与思考[J]. 南水北调与水利科技，9(2)：33-36+45.

李宇，郭萌，周嵘，2009. 北京地区岩溶水资源勘察工作探讨[J].城市地质，4(4)：5-9。

王晓红，刘久荣，辛宝东，等，2016. 北京岩溶水系统划分及特征分析[J]. 城市地质，11(3)：8-15.

Discussion on Water Abundance of Karst Water System in Shunping Area,Beijing

LIU Shicheng
(Hydrogeology and Engineering Geology Team of Beijing, Beijing 100195)

This paper briefly reviews the development and utilization of karst water in Beijing's history. Based on the full collection of Beijing karst water system in Shunping exploration data, and mining pumping test data and geophysical prospecting data from 17 ground water wells, combined with drilling identification data records,this paper studies the characteristics of the karst water reserves, which are controlled by the regional tectonic,and analyzes the water enriched characteristics of regional karst water. The water-bearing rock strata are mainly Gaoyuzhuang Fm. of Changcheng System, Wumishan Fm. of Jixian System, Cambrian System and Ordovician System. The water yield of single well is up to 10780 m3/d, the minimum of 4464m3/d. It is the first time to delineate two karst water target areas in Shunyi District, which are respectively located in Beixiaoying-Yangzheng-Beiwu zone and Mafang-Donggaocun zone. This can provide scientific guide for the development and protection of the karst water in future.

Beijing; Shunping; Karst groundwater; Exploration; Water yield property

A

1007-1903（2017）04-0067-05

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.04.013

刘士成（1963- ），男，工程师，主要从事水文地质与环境地质工作。E-mail：LSC51166281@sina.com