山西省地下水资源类型及分布特征

王胜利

（山西省第一水文地质工程地质队，030024，太原）

山西省地处华北地区西部，黄土高原东部，位于华北板块中部，以吕梁山—太行山中生代板内造山带为主体，表现为东部山地区，西部高原山地区和中部盆地区三大部分的地貌特征。特定的水文气象、地层岩性、地质构造和在此基础上形成的地貌等多种因素控制了河流水系的发育、水文地质条件，以及地下水的富集规律和不同地区地下水资源量。

山西省属于严重缺水地区，干旱缺水严重制约了国民经济发展，迫切需要查明该区地下水资源的分布规律。

一、影响地下水资源形成及时空分布的主要因素

山西省大气降水量的多少、河水的水量及地层的入渗条件是控制地下水形成的主要因素。

1.气象水文

山西省地处中纬度大陆性季风区，水气主要来源于太平洋。春季干旱多风，降雨多集中夏季，冬季降雨少，蒸发量大，“十年九旱，旱涝交错”。降雨量自东南向北和西递减，多年平均降水量：大部分地区为400～600 mm，局部高山地区在650 mm以上；6—9月降水量占全年的 70%以上。山西省地下水补给主要来源于大气降水，在其他条件不变的情况下，地下水的补给量随降水量的增大而增大。2001—2013年太原市平均降水量为490.3 mm，天然资源补给模数大于 10 万 m3/（a·km2）。

山西省位于海河流域的上游和黄河流域的中游，受地理环境和气候条件所制约，省内河流兼具山地型和夏雨型的双重特征。全省共有集水面积大于100 km2的河流240多条。除自北向南流经山西省西部和南部的黄河以外，集水面积在3 000 km2以上的较大河流有10条，其中黄河流域有6条，分别为三川河、晰水河、汾河、涧水河、沁河及丹河；海河流域有4条，分别是桑干河、滹沱河、清漳河和浊漳河。黄河流域控制省内面积97 311.47 km2，海河流域控制省内面积59 238.702 km2。

2.地质构造

山西省地层发育较完全，除缺失奥陶系上统至石炭系下统，以及白垩系中、下统以外，其余各系地层均有分布。各类岩层出露面积为：变质岩和岩浆岩29 721 km2；碳酸盐岩类38 278 km2， 碎屑岩类61 374 km2，山丘区合计129 373 km2；盆地平原区松散岩类27 177 km2，山丘区和盆地平原区合计总面积156 550 km2。

山西省总轮廓是一个大致呈南北向的穹状地块，统称山西地台。山西省的北部和南部分别受阴山和秦岭东西向构造带所控制，东西部受南北向太行山和吕梁山构造带所控制，中间为北东向新华夏系雁行式排列的断陷盆地。

二、地下水资源类型及分布特征

山西省地下水资源类型根据含水层岩类和地下水的富集条件，主要分为三大类。即松散岩类孔隙水资源、碎屑岩类（包括变质岩和火成岩）裂隙水资源及碳酸盐岩类岩溶裂隙水资源。

1.松散岩类孔隙水资源类型及分布特征

松散岩类孔隙水资源类型主要分布于大同、忻定、太原、临汾、运城及长治六大盆地（六大盆地），面积27 177 km2。孔隙浅层水仅分布于盆地中部，50 m以上浅层多为潜水含水层；各大盆地中开采的深层孔隙水主要为承压水。松散岩类孔隙水富水性及资源量，主要受盆地结构、地貌条件、补给条件和储存条件所控制。

（1）盆地水文地质结构

六大盆地基底受差异构造的影响，基底高差悬殊，构造复杂，加之新生代的盆地区处于下降时期，使盆地内沉积了巨厚的新生界松散沉积物，为地下水的补给、赋存和运移创造了先决有利条件。

大同、忻定、太原及临汾盆地的特点是西陡东缓，盆地西部山区较陡，洪积扇发育沉积物厚度大，颗粒粗，以砂砾石和粗砂为主，富水性强，单井涌水量可达2 000～3 000 m3/d；盆地东部含水层颗粒细，以细中砂为主，富水性弱，单井涌水量1 500～500 m3/d。

运城盆地与以上盆地相反，因受东部中条山上升较快较高的影响，呈东陡西缓，盆地东部较西部富水。

各盆地中第四系地层厚度和变化较大,一般厚度200～400 m，大同、太原、运城盆地第四系地层以下有较厚的新近系湖相地层。

（2）盆地松散孔隙水补径排条件

盆地区地下水补给来源主要是大气降水入渗，山区向盆地的侧向径流补给，河渠入渗及井灌回渗等。

盆地地下水的运动方向是由盆地四周向中心，从上游流向下游。近期各大盆地松散层孔隙水超采，盆地地下水径流方式已变为由盆地四周向超采漏斗中心运移。盆地中松散层孔隙水排泄途径为人工开采、潜水蒸发及向下游排泄。

盆地中地下水的富水性主要受地貌条件、含水层厚度、给水度及补给条件所控制。如盆地中一些大洪积扇中上部较富水。如汾河从兰村出山后形成的洪积冲积扇、文峪河洪积扇、介休龙风河洪积扇、临汾盆地的土门洪积扇、豆罗牧马河洪积扇、大同盆地西部洪积扇地区单井出水量5 000～2 000 m3/d。盆地中的中小型水源地如西张、介休、文峪河、豆罗等水源地都位于洪积扇中上部。另外盆地中大河穿过的沿岸地带也是富水区。如太原盆地、临汾盆地的汾河沿岸，运城盆地黄河东岸含水层颗粒粗、富水性强，易截取河流侧向入渗补给，建立傍河水源地。如河津禹门口、永济、浦州黄河傍河及赵城汾河傍河水源地，可开采量达2～10万m3/d。

2.裂隙水资源类型及分布特征

山西省裂隙水包括侏罗系、白垩系、三叠系、二叠系、石炭系碎屑岩裂隙水，古生界以前老变质岩裂隙水和火成岩裂隙水、玄武岩裂隙水。主要分布于吕梁山以西至黄河边，宁静向斜、沁水向斜、太行山区、中条山区及大同侏罗系地层向斜及大同盆地北部阳高—天镇盆地等地区。

根据含水层成因层位、补给条件及水力特征，裂隙水可分为裂隙潜水、单向斜构造层间承压水和断裂构造破碎带裂隙承压水。

（1）风化裂隙潜水

老变质岩、火成岩、玄武岩及中、古生代碎屑砂岩中风化裂隙构造裂隙发育，含上层滞水及潜水，一般含水微弱。大气降水为主要补给来源，以小泉小水形式向当地沟底排泄。泉水大小与降雨密切相关，雨季出流，旱季减少或断流，一般流量小于1 L/s。水化学类型多为HCO3—Ca·Mg型的淡水，矿化度小于500 mg/L，总硬度小于200 mg/L。

（2）单斜、向斜构造层间裂隙承压水

吕梁山以西至黄河边石炭系、二叠系、三叠系地层分布区为由东向西倾斜的单斜构造。宁静向斜、沁水向斜、大同云岗向斜等侏罗系、白垩系、三叠系、二叠系、石炭系泥岩、页岩地层中夹有中厚层、含砾砂岩中、粗砂厚可达10～20 m，风化裂隙构造裂隙发育，原始孔隙度也很大，在单斜构造下部或向斜轴部多形成层间承压水或自流水，含水层具有多层性和承压性为其主要特点。富水性受砂岩单层厚度、裂隙发育程度，构造条件和补给条件所控制。尤其水井位于河流沿岸受到河水补给时水量较大。县、村或单位的饮用水源地的水井含水层均为二、三叠系的厚层砂岩，单井涌水量可达500～2 000 m3/d，水化学类型为 HCO3—Ca·Mg·Na 型，矿化度小于500 mg/L，总硬度小于300 mg/L。适宜饮用、农灌和工业用水。不少水井经化验含锶和HSiO3达到饮用矿泉水标准。

（3）断裂构造破碎带裂隙承压水资源

据已有资料，出露于二、三叠系中较大泉水和单井出水量较大水井均位于一组或几组断裂交汇的断裂破碎带分布地区。

①榆次源涡泉裂隙水资源。榆次源涡五龙泉，20世纪60年代自流量6 359～4 026 m3/d。含水层为三叠系二马营砂岩，泉水位于南北向红育沟地堑下部与帚状构造收敛部位，构造裂隙极为发育，西部以东郝胡家湾断裂为界，东部以北河流柏林头断裂为界，东北部以榆次与寿阳县界为界。泉域中有南北向的红育沟地堑，分布面积 400 km2。

源涡水源地1979年开采量最大，已达3.37万m3/d。1996年为2.67万m3/d。由于严重超采和上游西窑矿泉水大量开采（开采量9 298 m3/d）使源涡水源地产水量逐年减少，水位埋深逐年加大，1975年水位埋深为3.03 m，1996年水位埋深下降到66.43 m （年平均下降3.16 m），2012年已下降到88.39 m （1996—2012年年平均下降 1.37 m），下降速度有所减缓。

②沁县漫水七星泉碎屑岩裂隙水资源。漫水泉位于沁县漫水以西后泉—漫水沟谷地带、泉水以东为走向NE的漫水—元王大断层，断层以西由三叠系地层组成的大单斜构造，地层由西向东倾斜、倾角10～30°，以东为沁县盆地。西部最高为伏牛山，海拔1 745 m，漫水附近标高1 000 m左右。二、三叠纪地层厚1 000～1 400 m。

20世纪60年代在后泉—漫水一带施工11个钻孔，其中10个孔的自流水头高出地表2.15～8.4 m，自流量260～3 024 m3/d。后保留7个孔自流故又名七星泉。由于受北东向漫水—元王大断层影响，区内岩层300 m以上节理相当发育，尤以走向N20～30°E和N310～330°W两组节理特别发育，节理几近直立，砂岩交错层发育，砂岩多被切割成方形或菱形块状、裂隙宽度1～2 cm。

据水化学分析：水化学类型为重碳酸钙镁型，矿化度213～368 mg/L。硬度 119～246 mg/L，pH值 7.25～7.7 m为重碳酸钙镁型含锶、偏硅酸、溴的低钠优质矿泉水。近期为解决山区吃水问题，在二、三叠系地层中凿钻吃水井数眼，单井深度200～400 m，最大深度可达700m，单井涌水量400～1000m3/d，最大单井涌水量可达5 000 m3/d。

3.碳酸盐岩岩溶发育特征及含水岩组特征

（1）岩溶含水层发育特征

山西省内下古生界碳酸盐岩分布广泛，寒武—奥陶系地层总厚800～1 100 m，出露面积3.827 8万km2，约占全省面积的20%。裸露、半裸露加覆盖、埋藏岩溶地层约为11万km2，约占全省面积的70%左右。寒武系—奥陶系地层岩溶裂隙发育含丰富的岩溶地下水。据本次地下水资源评价结果，山西省岩溶水资源总量为258 352万m3/a，约占全省地下水资源总量的36%。岩溶水可开采量为193 772万m3/a，占全省地下水可开采量（535 838万 m3/a）的 32%。岩溶水是山西省城市饮用水和工业用水的主要水源。特别是山西省分布有较多的岩溶大泉，流量大于1 m3/s的约18个，流量大于0.1 m3/s的岩溶泉水有65个。岩溶大泉出露点集中，有利于集中开发利用。

（2）含水岩组特征

该含水岩系具富水程度强且极不均一的特点，总的来看，太行山区富水性较强，晋西北富水性则较弱；排泄区富水性强，补给径流区富水性较弱。就富水程度而言，大部分为弱。仅在强径流和排泄区为中或强，很多径流区也为弱。该含水岩系地下水赋存规律严格受构造、地貌及岩性条件的控制，这是导致富水性不均的主要因素。

在裸露岩溶地区，地下水多属潜水；覆盖或埋藏型地区，储水构造为单斜和向斜层时具承压岩溶水。

补给径流区呈潜水或微承压水，排泄区为承压水。但由于岩溶发育的不均一性和多层性原因，各层有不同程度的水力联系，地下水水位既统一又不统一。一般在补给区或补给径流区，水力联系较差，水位不统一，各含水层自新到老，呈现高—低—高的现象，即奥陶系岩溶水上层水位高、下层低。因寒武系馒头页岩隔水层抬高，水位往往较高，并且构成一个个独立的含水岩系。一般奥陶系岩溶水具有区域水位。若岩溶化程度很强的话，寒武奥陶岩溶水也具有统一水位。

碳酸盐岩类分布区，以出露稳定型岩溶大泉为特征。含水层富水性的强弱是岩溶发育程度的集中表现。它反映了含水层富水性垂直方向上的变化，以中奥陶系石灰岩最强，中寒武系鲕状灰岩次之。在平面分布上，受构造地貌的控制，富水性强的地段一般呈条带状，且具有各向异性的特点。如上兰村水源地最大出水点涌水量达532.8 m3/（h·m），而不远的另一井出水量则为 50.4 m3/（h·m），两者相差10倍。又如保德铁铺水源地，S1孔终孔自流量 84.6 m3/（h·m），而相距 30 m的 BS2孔， 自流量仅 24.1 m3/（h·m），两者相差3.5倍。裂隙岩溶发育的不均匀性，导致地下水运动的不均匀性。

三、结 论

①根据山西省地形地貌条件可分为东西山地区和中间盆地区。山地区补给、储存条件差、排泄条件好，地下水资源贫乏；而中间盆地区补给、储存条件好，排泄条件差，地下水资源丰富。

②山西省地下水资源类型主要为三大类：孔隙水、岩溶水和裂隙水。松散岩类孔隙水主要分布于六大盆地，面积27177km2；碳酸盐岩类岩溶水主要分布于东西两侧山区，面积38 278 km2；裂隙水主要分布于东西两侧山区，碎屑岩类裂隙水面积61 374 km2；变质岩裂隙水面积29 721 km2。

③地下水资源的形成与当地地貌、地质、水文地质和水文气象条件密切相关，地貌、水文地质条件是控制因素，水文气象条件是必备条件。

④研究地表水流域内地表水与地下水相互转化之间的关系，有利于合理开发利用水资源。

⑤研究岩溶大泉泉域内、泉口提水和供水井开采岩溶水之间的合理比例和统一调配问题，有利于科学合理利用岩溶水。