對北票市碳酸巖地層富水規律的分析與研究

裴立斌,李樹仁,葛國志

(1.遼寧省觀音閣水庫管理局,遼寧本溪 117100;2.遼寧省觀音閣水庫管理局,遼寧 本溪 117100;3.遼寧省北票市地質打井隊,遼寧北票 122100)

對北票市碳酸巖地層富水規律的分析與研究

裴立斌1,李樹仁2,葛國志3

(1.遼寧省觀音閣水庫管理局,遼寧本溪 117100;2.遼寧省觀音閣水庫管理局,遼寧 本溪 117100;3.遼寧省北票市地質打井隊,遼寧北票 122100)

北票市碳酸巖地層富水不均是含水層的主要特點,但在地形、地貌、巖性、構造的控制下,地下水的匯流、富集,呈現一定的規律性。確定含水系統,尋找富水部位,是開發地下水的首要條件。

含水系統;富水規律;找水方向

北票市碳酸巖地層形成于震旦系,以高于莊組 Z1g,楊莊組 Z2y,霧迷山組 Z2w為主。其巖性為深灰色中厚層燧石條帶白云質灰巖,或粉紅色薄層灰巖。構成山勢陡峻的低山地形,基巖裸露,溝谷切割劇烈,水文地質條件復雜,地下水富存極不均一,在水平和垂直方向上具有很大的差異性,找水難度大,成井率低。

為了解決人畜飲水和農田灌溉用水,近幾年對碳酸巖地區水文地質條件進行了分析與研究,發現了碳酸巖地層局部地段的一些富水規律,從而增強了確定井位的準確性,提高了成井率。

1 地層分布特征與區域地質構造

北票市碳酸巖地層呈條帶狀分布于桃花吐至三寶一線,長約 40 km,寬約 3～6 km,走向 NE-SW向,傾向 NW。傾角30°～45°,組成單斜地形,基巖裸露,中間被 3條季節性河流切割。

碳酸巖地層屬燕遼沉褶帶中的次級隆起帶 -印支期柏山 -南山天門皺褶束。它的兩側為中生代構造盆地,是天然的構造分界線。南側碳酸巖地層與中性代地層為斷裂接觸,北側與中生代地層呈角度不整合接觸。西部有輝綠巖脈侵入。

1.1 地層巖性

高于莊組:

下部:深灰色中厚層燧石條帶及結核微含錳白云巖夾鈣質膠結長石,石英砂巖,底部為黑褐色薄層含錳石英砂巖及薄層含錳灰巖夾粉砂巖;

中部:白灰色,灰色薄層板狀白云質灰巖;

上部:灰白、灰藍色薄層至厚層條紋狀含白云質灰巖,夾深灰色中厚層灰巖。

楊莊組:

下部:粉紅色薄層含白云質灰巖;

中部:灰白色薄層 ～中厚層硅質條帶白云灰巖,局部含石英粒;

上部:粉紅色薄層燧石條帶白云質灰巖。

霧迷山組:

灰黑,淺灰色燧石條帶及結核白云質灰巖,灰質白云巖夾硅質層。

1.2 構造形跡特征

震旦系地層南側由燕山期構造運動形成的南天門逆斷層,長 95 km,斷層走向 NE 25°～ 30°,傾向 NW 300°～ 320°,傾角 30°～60°,震旦系碳酸巖地層逆沖于白堊系與侏羅系地層之上,斷層破碎帶寬度 10～30m,上盤石灰巖,影響帶寬度200～500 m。并有牽引褶皺與次級斷裂。斷層面呈舒緩波狀,石灰巖有壓碎現象,層面有擦痕。軟性巖層形成糜棱巖。

北側碳酸巖地層與侏羅系興隆溝組火山溶巖呈角度不整合接觸。不整合面有烘烤現象。

西部有輝綠巖脈呈巖床侵入于高于莊組燧石條帶白云質灰巖中,形成了較寬的圍巖蝕變帶,巖體接觸面與圍巖斜交。在閆家山灰綠巖脈沿逆斷層侵入,使圍巖破碎。

2 水文地質條件

碳酸巖地層由于受地形、地貌、巖性、構造的控制,含水性極不均勻。地下水的補給、排泄、匯流、富集、呈條帶狀分布,含水層的富水性在水平和垂直方向上具有很大的差異性;水利聯系具有明顯的各項異性,至使碳酸巖出露區富水相差懸殊。

2.1 氣候因素控制地下水分布不均

碳酸巖地層地下水補給來源,一是依靠大氣降雨的入滲補給,二是依靠河流入滲補給,三是地下水越流補給。但主要是大氣降雨入滲補給。降雨量大,氣溫高的地區,碳酸鹽地溶蝕量大,巖溶發育就較快。區內屬于干旱,半干旱氣候是,年降雨量僅為 450～500mm,多集中在七、八、九三個月,占全年降雨量的 72%,多年平均蒸發量是 2 196mm,是降雨量的四倍。降雨量少,補給來源小,巖溶不發育,地下水不易富存。

2.2 地形高度控制地下水分布不均

北票市碳酸巖地層出露標高凡是在 260m以上,位于低山丘陵中部,山高坡陡,水源缺乏。因為碳酸巖地層標高在260m以上,高于地下水基準面 100多米,基巖裸露,出露地層為單斜,巖層產狀控制地下水逕流。大氣降雨后,很快形成地表逕流排入河谷,入滲量微小,巖溶不發育,至使地下水貧乏。近幾的年在臺吉南山、三寶東山、下灣子南山,施工三個鉆也,井深 90～120m,其巖性為灰白色、灰黑色石灰巖,都因地勢高,富水性差,含水量小,沒有成井。

2.3 地層巖性不同,控制地下水分布不均

根據地層給合特征,北票市碳酸巖地層可粗略地分為單一的各類碳酸鹽巖層所組成的均勻狀地層。例如桃花山南側,高于莊給Z2g,灰色薄層,板狀白云質灰巖。其二,由碳酸巖與非碳酸巖,相間組成的互層狀地層,例如下灣子一帶,高于莊組深灰色石灰巖夾黃色板巖,不同的組合特征,構成不同的水文地質斷面。同時也控制了巖溶的空間分面格局。

碳酸巖地層巖性的不同,控制地下水的分布。含鈣多的石灰巖,巖溶發育,易于地下水富存。含鎂、含燧石的白云質灰巖,巖溶不發育,地下水不易富存,是貧水區。例如李家窩鋪北側灰巖,井深 150 m,靜水位 52 m,抽水實驗,涌水量 3 m3/h。巖性為燧石條帶白云質灰巖。

地層的厚度也控制地下水的分布,巨厚層碳酸鹽地層及厚層碳酸巖均質地層,一般含不溶物較少,而結晶顆粒較大,因此溶解度值較大,加以張開的節理裂隙發育,巖溶化程度好,而薄層碳酸巖類地層則相反。

2.4 斷層內帶地下水分布不均

南天門壓性斷裂破碎帶寬度不等,即(1)斷層內帶,(2)斷層中帶,(3)斷層外帶。斷層內帶,一般為糜棱巖,糜棱化角礫巖,及 SiO2及泥質含量較高,不易溶蝕,巖溶不發育。1977年與 1980年在桃花吐鎮王家溝村,在南天門壓性斷層內帶,連打兩眼機械深井,分別為 70m和 90m都沒有出水。

碳酸鹽類巖層是透水的含水層中,但由于,巖溶發育是受地形、地貌、巖性、構造的控制,地下水的分布與富集是不均勻的。

3 碳酸巖地層富水規律及找水方向

北票市碳酸巖地層富水不均,相差懸殊,是含水層的主要特點。但在地形、地貌、巖性、構造的控制下,地下水的匯流,富集,呈現一定的規律性。確定含水系統,尋找富水部位,是尋找地下水的主攻方向。近幾年的實踐,通過對碳酸巖地層的分析與研究,確定四種類型含水系統,從而提高了成井效率。

3.1 巖層傾向河谷上游,并與河谷斜交形成局部面狀含水系統

龍潭河、西官河、東官河三條季節性河流穿越碳酸巖地層,河谷走向 SE,碳酸巖地層傾向 NW,河谷與巖層傾向斜交。碳酸巖層易于接受地表水沿層間或層間裂隙的補給,形成局部面狀含水系統。在高出河床 10～30 m的高度上,距河谷 1 000 m的范圍內,1984至 1999年在章家洼打了四眼深井,井深 90m至 150 m不等,出水量 15m3/h以上。但地下水位不在一個水平面上,有的 70 m見水,遠離河床深井,靜水位達 90m。

3.2 壓斷裂上盤或低序次斷裂帶內形成條帶狀含水系統

南天門壓性斷層穿越碳酸巖地層與侏羅系砂頁巖與火山巖地層,碳酸巖地層逆沖地侏羅系地層之上。主應力來自北西,斷層內帶多為糜棱巖,角礫巖,斷層泥,一般為弱含水層。但巖性不同,斷層內帶富水性也不同,1978年在涼水河柳條溝村打一眼農田灌溉井,井位布在斷層內帶上,上盤為霧迷山組,灰黑色燧石條帶白云灰巖,下盤為大虹裕組石英砂巖,井深 96.4 m,當水位降到 8.4 m時,涌水量達到60 m3/h。其二,斷層兩盤巖性軟硬不同時,斷層外帶含水。西大溝鉆孔布在斷裂上盤,高于莊組Z2g石灰巖上,距斷層線三十米,孔深六十米時,因巖溶發育,出現嚴重漏水,無法施工。當水位降 0.8 m時,涌水量 50m3/h。其三,壓性斷裂影響帶,低序次小型張扭性斷裂富水。1993年在涼水河鄉,十家村南側,在南天門壓性斷裂上盤發育一條 SW向張扭性斷裂,距主斷裂八百多米,布一眼深井,孔深 70 m,當水位降深1.2 m時,涌水量 80 m3/h。

3.3 不整合接觸帶形成線狀含水系統

碳酸巖地層北側在北票至臺吉一帶與侏羅系,興隆溝組成角度不整合接觸。不整合面傾向 SE,傾角 20°～30°。興隆溝組火山角礫巖與石灰巖,在接觸面上有烘烤現象,并有泥巖出現。起阻水作用,一九八九年在不整合接觸帶上,打三眼深井,井深 120m～150 m,水位埋深 70 m～90m,涌水量 9 m3～13 m3/h,解決了人畜飲水與工廠用水。

3.4 灰綠巖侵入體邊部條帶狀含水系統

在區內西部,印支期侵入體輝綠巖,呈巖床侵入于震旦系霧迷山組燧石條帶白云質灰巖中,形成了較寬的圍巖蝕變帶。有的輝綠巖脈沿斷裂侵入。在桃花吐鄉、閆家山一走向NE10°的輝綠巖脈沿走向 NE65°的逆斷層侵入。巖脈寬度50 m。使本來就非破碎的巖體更加破碎。使接觸帶裂隙發育,有豐富的地下水。一九九四年在接觸帶上布一眼深井,井深 150m,靜水位 37m,抽水實驗,當水位下降 5 m時,涌水量 60m3/h。

4 結語

北票市碳酸巖地層作為一個獨立的地下水類型加以分析與研究,分析結果表明:碳酸巖地層富水不均是含水層的一個主要特點,但在地形、地貌、巖性、構造的控制下,地下水富存呈現一定的規律性。形成局部含水系統,是農田灌溉,人畜飲水有效開采區段。

P641.134

B

1004-1184(2011)01-0039-02

2010-10-13

裴立斌(1966-),男,遼寧本溪人,工程師,主要從事水利工程管理工作。