銅川市地下水資源分布規律及其富水地段研究

呂恩普

(陜西省銅川市水務局，陜西 銅川 727031)

銅川市是一個以煤炭建材冶金為主的工業城市，人均占有水資源量只有270 m3左右，十二五期間，工業及城市將缺水4 000～4 500萬 m3，水資源成為國民經濟和社會發展的瓶頸，。本地的水資源開發利用率達70%以上，從區外調水難度大，一時難以實現。當前只有立足本地，深入挖掘當地水資源潛力。銅川市地下水資源占全市供水量的40%左右，是經濟社會的主要水源，但其分布較為復雜，開發利用難度較大。特別是有些富水地段長期掠奪性開采，造成含水層疏干、地面沉降、地面塌陷、降落漏斗擴展等一系列水環境問題(如耀州的漆沮河谷區)，而有些地下水富水地段還沒有開發利用。另外，深層巖溶水，由于其賦存規律和特點，在某些區域水量較大，具有很大的開發利用潛力，應出臺優惠政策，鼓勵自備水源單位優先開發利用。

1 銅川地區區域概況

銅川屬于暖溫半旱半濕潤大陸性季風氣候，其特點是冬長夏短、雨熱同季，溫度較低;雨量偏少而集中，地區差異明顯，日照時間長且多干風，蒸發量大，氣侯較為干燥。全市多年平均降雨量630.2 mm，由西北向東南遞減，年際年內分配極不均勻。多年平均蒸發量為1 108 mm，干旱指數1.78。

全市河流眾多，分屬石川河、洛河兩大支流單元，石川河支流單元由漆水河、沮河、趙氏河、濁峪河、清峪河等6條河流組成，在本市的流域面積為2 251.73 km2。洛河水系由白水河、雷原河、五里鎮河、青河等5條河流組成，在本市的流域面積 1 656.83 km2。

銅川市地處黃土高源和關中盆地的過渡地帶。根據其地貌形態，全區可分為低中山區、黃土梁峁丘陵溝壑區、黃土塬區及河流階地四個地貌單元，各單元之間沒有明顯的界限劃分。

銅川市地處祁、呂、賀山字型構造盾地前弧撓褶帶，南與渭河地塹毗鄰。南部構造形態多與渭河地塹—系列階梯狀斷層相仿，向北側漸向巖層平緩、構造簡單的向斜過渡。區內褶皺、裂隙較為發育，斷層活動多發。

區內出露的地層以第四系為主，全區廣泛發育更新統黃土，河谷區有第四系沖積層分布。前第四系各地層僅出露在基巖山區和河道溝谷的底部及其兩巖。從老到新有:奧陶系灰巖(O1+2)、石炭系上統(C3)泥巖頁巖、二疊、三疊砂巖礫巖、以及第四系松散堆積巖。

2 銅川地區地下水類型及分布特征

本次研究區域為銅川市3 882 km2的范圍，通過對已有的水文地質勘察資料進行分析研究，提出研究區內地下水的分布特征，為其開發利用提供指導。研究區地下水按巖性和地下水賦存特征可分為:碎屑巖裂隙水、碳酸鹽巖裂隙巖落水和松散堆積層孔隙水三種類型。

2.1 碎屑巖裂隙水

2.1.1 裂隙水的分布特征

研究區內的基巖裂隙水主要分布在西北部的土石山區，自上石炭統——三迭統全為砂泥巖互層的砂礫巖，由于褶皺、斷層、裂隙的發育，使砂泥巖分布區內的基巖裂隙水普遍存在。

區內基巖裂隙水的水文地質條件十分復雜，按其運動特征可分為裂隙潛水和裂隙承壓水，二者密切聯系，在一定的條件下可相互轉化。

研究區裂隙潛水多位于河流基準面以上，一般埋藏較淺。地下水在裂隙發育的砂礫巖中大致順層由高向低運動，當河谷切割到此層時，裂隙水以下降泉的形式泄出。

在北部基巖山區，裂隙潛水與大氣降水關系密切，季節性變化較為明顯，與降雨的變化規律基本一致。在南部黃土梁峁區，裂隙潛水和降水關系不太密切。

本區裂隙承壓水的形成與砂泥巖互層地區裂隙發育的相對成層性有關，通常集中在河流基準面以下，埋藏較深，當河谷切割含水層時成上升泉泄出。由于區內較大的溝谷的底部多被沖積層覆蓋，故裂隙承壓水多直接補給沖積層水或基巖頂部的裂隙潛水，很少發現從基巖中直接泄出成泉。而在一些小支溝底部，基巖裸露，上升泉較多，且流量較大。

北部裂隙承壓水埋藏深度及水頭比南部較淺，這是由于北部的構造運動比較強烈，褶皺發育，深部地層在不遠的地方出露，具有較好的補給條件。而南部相對來說這些條件較北部差。

由于裂隙承壓水的埋藏深度較大，補給區相對較遠，動態變化亦較穩定。

根據地下水的賦存特性，區內的碎屑巖含水巖組可分為兩組，即砂泥巖互層裂隙水含水巖組及砂礫巖孔隙裂隙水。較強的富水層段分布在照金、前列橋，崖家塔、前柳灣等地區。該層段含水巖組由中下紙坊組(Tz1)一上銅川組(T3t1)組成.為砂泥巖互層，砂巖占6%以上，單孔涌水量大于300 m3/d。中等富水層段由孫家溝組(P1S)，劉家溝組(T1L)組成，其中砂巖含量占40% ～60%，由于這兩組地層的上部均存在有較厚的泥巖，使該層段的地下水的補給條件受到一定限制，故其富水性稍遜于銅川組和紙坊組。單井涌水量常在100～300 m3/d，大于 300 m3/d。

對于裂隙水而言，裂隙的存在是巖石可能含水的內在因素。而地下水的補給和匯聚條件則是其含水的外在因素。通過對裂隙水形成的兩個條件——巖石的裂隙性和水的補給匯聚條件作分析，發現研究區內基巖裂隙水有以下幾個特征:

1)相對成層性

由于巖石裂隙發育的相對成層性，使本區地下水的裂隙發育巖層(主要指砂巖)中大致成“層”狀存在，裂隙水從補給到徑流。匯聚以至于排泄都具有大致順層的特征，對某個地段而言，同一層的裂隙水多相互溝通，而層與層之間的水力聯系較差，這證明裂隙水分布具有相對成層性。

造成裂隙水分布上的成層性只是相對的，這是因為許多因素可以破壞這種成層性，如巖層的尖滅、斷層的錯動、泥巖中不太發育的裂隙在一定水頭壓力下的透水性等。同時這種相對成層性的裂隙水在賦存地域上又受構造部位、埋藏深度等的制約，裂隙水沿同一巖層呈層狀存在只局限于一定的范圍，通常呈條、片狀分布。

2)裂隙水分布隨構造部位的差異性

不同構造部位，不但裂隙水發育程度不同，而且水的匯聚條件也有差異，從而形成使裂隙水分布隨構造部位而異的特征。

(1)較大的向斜構造往往是地下水的富集地，向斜似盆具有良好的補給和儲存條件，往往此處有豐富的地下水、柳灣、何家坊等向斜就是如此。但是在向斜中最容易儲水的地方則是向斜軸部及背部，向斜過渡帶的巖層由陡變緩處，因為這些地方斷裂比較發育，在向斜部位由于弧內側處于擠壓，弧外側處于拉張，所以在有限深度內，則形成深部較淺部裂隙發育，在抽水試驗上表現為上段的涌水量小于下段。

(2)斷裂帶及擠壓帶往往是地下水的富集地。這些地帶裂隙發育，巖石破碎，為地下水的賦存造成了良好的條件。當具有良好的地下水補給條件時，往往會形成地下水的富集。如前列橋斷層，姬家塔斷層，田家咀背斜北冀擠壓帶等都成為地下水的富集地。

(3)補給條件對裂隙水分布的制約性，除上述巖性和構造影響裂隙水的分布外，地下水補給、匯聚和排泄條件對裂隙水的分布起著制約作用，具有良好的巖性及構造部位，而無良好的補排條件的配合，仍不能形成富水地段。

在其它條件相對一致的情況下，地形地貌條件，植被好壞不同，其補給程度不同。地形簡單，地面坡度小，植被發育者有利于降水的補給。在分水嶺地帶不利于補給，近河地段則易接受河水和溝間地下徑流的補給。相反溝谷發育且切深大的溝間地帶何家坊向斜北冀陡立，巖層傾角大于50°，使巖層的真正出露面較小，盡管那里巖層受擠，構造裂隙十分發育，但鉆孔的涌水量較小。

2.1.2 裂隙水富水地段的主要類型

基巖裂隙水富水地段的形成必須具有異水裂隙發育和有利于水的補給和匯聚這兩個基本條件。從前述的巖性、構造和補給條件對裂隙水分布特征影響的分析可以看出，研究區裂隙水的主要富水地段可以分以下幾種類型:

1)由厚砂巖組成的向斜部位

良好的匯水條件是向斜部位可能富水的主要原因，該部位只要存在裂隙發育的砂巖。尤其是厚度較大的砂巖。以及具有一定的補給來源，常可形成富水地段，如上河地段。此外，在某些緊密擠壓的小向斜軸部、常拌隨著小型斷層，也可造成裂隙水局部的富集，如黃堡隨近的支溝內。

2)有良好的補給條件的背斜冀部由陡轉緩部位

該部位裂隙發育，形態上似一歪斜的向斜，有利于裂隙水的匯聚，如有良好的補給來源，常可形成富水地段。如柳灣地段、武家河地段、王家河老礦部地段。

3)未影響到奧陶系灰巖的張扭性斷裂帶

研究區北部的張扭性斷裂帶，未影響到奧陶系灰巖，在補給條件較好時，可形成富水帶。如金鎖關地段。

4)黃土覆蓋的基巖洼地

該類型的裂隙水富水地段多埋于黃土下伏基巖的頂部，因后期風化加強，裂隙帶中、厚層黃土的覆蓋有利于大氣降水通過黃土層滲入補給淺部基巖裂隙水，而基巖洼地本身是良好的聚水構造，故可形成富水地段，如小河溝頭附近即是如此。

2.2 碳酸鹽巖裂隙巖溶水

分布于研究區的東南部，區域上處于渭北奧陶系灰巖的北緣，是渭北巖溶水的組成部分。

2.2.1 巖溶發育的基本特征

本區奧陶系為一套碳酸鹽巖組成的海相沉積、具有可溶性特點。該地層年代古老歷經多次構造運動，巖體中裂隙、斷裂十分發育，為巖溶的形成提供了良好的儲水空間和運動條件，巖溶形態主要有溶溝、溶槽、溶洞、溶縫、溶隙等。

以區內最深的銅川交通大廈地熱井為研究對象，桃曲坡組以灰巖、白云質灰巖為主，厚層，塊狀，質地較純，不溶性夾層少見，為巖溶發育的主要層位。其上的背鍋山組巖層多呈薄層狀，并夾有較多鈣質頁巖，泥巖及凝灰巖，不利于水的運動和溶蝕，巖溶發育很差。其下的涇河組和三道溝組巖溶裂隙均不如桃曲坡組。

2.2.2 含水巖組及其富水性

區內巖溶水位埋深達 200～500 m，水位高程 386.6～398.6 m，各地雖有差異，但仍比較接近。

研究區內現有奧灰巖溶水井孔11眼，其中8眼集中于新區。最深為銅川交通大廈地熱井達1 586 m，且做了三次詳細的抽水試驗及水文測井工作。

該井第四系及石灰二疊系砂巖厚度為496 m，在成井中對其進行了封閉，奧陶系背鍋山組，以灰巖及泥灰巖為主，本井揭露厚度為63 m，富水性較差;桃曲坡組為石灰巖，厚度為256 m，為巨厚層狀，隱晶質結構，構造裂隙十分發育，為銅川新區主要含水地層，新區的所有井均以此為取水目的層，具有水量大、水質優的特點。

徑河組上部為灰巖及白云巖，底部為泥灰巖及石灰巖互層，厚度為422 m，上部裂隙相對發育，在組井深度1 004 m時，做了一次抽水試驗，在降深為9.42 m時獲得出水量為40.35 m3/h，溶解散性固體為 0.478 g/L，總硬度為 230 g/L，F－為 0.98 g/L，鍶含量為 2.36 g/L，其水質最好;三道溝組以白云巖為主，質純，泥質含量很小，只在中間夾有一段7 m厚的泥灰巖，本井在1 507 m和1 586 m進行了兩次抽水試驗，從水量來看，比上部要大，降深為1.05～1.42 m時獲得出水量為50 m3/h以上，但從水質上看，則不如上面好，溶解性固體為 0.822 ～0.77 g/L 有所提高，F－為 1.26 ～1.05 g/L，超出國家生活飲用水標準，鍶含量為 2.40～2.20 g/L。

總體來說，奧灰巖溶水在區內1 000 m以內具有水量大的特點，而在1 000 m以下則相對較差。用平均布井法，理論估算新區下高埝塬區巖溶水可開采量為230 400 m3/d。

另外，根據抽水資料在1 000 m附近水溫最高，大于1 000 m則水溫逐漸低的特點，交通大廈地熱井在1 004 m、1 057 m、1 586 m時的井口水溫分別為33℃、31℃、30℃。

從研究區內已成井的資料分析來看，位于野狐坡斷層F1與文家堡斷層F2的形成地塹之中的奧灰巖井水量較大。而處于地塹外10 km的奧灰巖井的水量不足20 m3/h。可見構造在巖溶水賦存中的重要性。

2.3 松散堆積層孔隙水

2.3.1 松散堆積層孔隙水分布特征

研究區內孔隙水分布區內各河道砂卵層中及黃土層中，分為潛水和承壓水。

(1)潛水

A、風積黃土的含水巖組:廣布于全區，地下水賦存于裂隙孔隙中，含水巖組厚20～60 m，近塬邊薄，向塬間漸厚水位埋深30～70 m，無單孔抽水資料，推測單井抽水量不超200 m3/d，屬較弱富水巖組。

B、風洪積砂卵石含水巖組:分布在涼泉、阿姑社、董家河以北，含水巖組主要是由下更新統洪積砂石夾粘士組成，地下水賦存于砂卵石的孔隙中，含水層的厚度一般為數米至10 m，局部可達幾十米。該含水層上覆蓋有黃土層，通常不含水。與下伏洪積含水層混為一體，構成具有統一水位的潛水。由于溝谷發育，排泄條件良好，一般水位埋深60～90 m，單井出水量為數 m3/d至數10 m3/d。屬弱富水的含水巖組。

C、沖積砂卵石含水巖組:主要分布于沮河、漆水河兩河道的寬谷段。其中沮河陳家山、瑤曲一帶水量最豐富，單井涌水量1 000～3 700 m3/d。蘇家店——阿姑社地帶單井涌水量達600～700 m3/d。漆水河較寬闊，河段處該巖組也屬較弱富水的，單井出水量100～200 m3/d。其它河段含水巖層薄或分布范圍小，水量不豐富。

D、沖洪積層砂卵石含水巖組:分布在耀縣附近的沮河河谷內，漆水河沖積層及下伏下更新統洪積層組成，該巖組在河谷內其含水特征及富水性差異較大，沮河河谷區富水性較好，單井涌水量達2 000～3 000 m3/d，漆水河河谷區富水性較差。

(2)承壓水

洪積砂卵石含水巖組分布在涼泉、阿姑社、董家河以南漆水河以東地區。在含水巖性特征、厚度、富水性等方面，在趙氏河東西兩側有較大的不同，趙氏河以西該含水巖組由砂卵石、砂及粘土互層組成，結構復雜，含水層粘度較細。單孔涌水量一般小于200 m3/d，屬較弱富水巖組，趙氏河以東，含水巖組結構單一，富水性較好，單孔出水量1 000～1 700 m3/d，屬強含水巖組。

3 地下水富水地段及開發利用前景分析

研究區內淺層地下水資源總量為9 290萬 m3，可開采量5 900萬 m3，2010年全市地下水開采總量為3 805萬 m3，其中深層巖溶水為141萬 m3。根據現有的地下水調查分析評價和勘探資料統計，區內地下水的富水地段如表1。

從表可以看出，淺層孔隙水富水地段已經全部得到了開采，其中有些已經超采，并形成下降漏斗。基巖裂隙水的富水地段，有些還沒有得到開采。

新區地區和黃堡地區是城市主要經濟發展區，需水量很大，用水缺口也很大，而在近期當地地表水和淺層地下水難以滿足用水需求，缺口達3500萬立方米左右，從區外調水在短期內難以實現。所以巖溶水是解決新區及黃堡地區水資源危機的唯一途徑。

表1 銅川市地下水主要富水地段統計表

4 結語

銅川地區淺層裂隙水和空隙水富水地段的形成與地形地貌，地質構造，補給條件關系密切，文中得出了四個條件下可以形成富水地段，并總結得出了裂隙水的相對成層性，隨構造部位的差異性，補給條件對裂隙水分布的制約性等規律，列表得出了全市各富水地段區間位置，可開采量等開采現狀。對于深層巖溶水，經分析研究得出巖溶水的含水巖組，富水性新區黃堡兩個區域的富水區域位置和可開采量。為進一步開發和保護地下水資源提供依據。

［1］呂恩普.銅川市地下水資源分析計算與評價.陜西銅川市水務局.1986.8.

［2］陜西第二水文地質隊.耀縣河谷供水水文地質報告.1985.9.

［3］樊小舟等.銅川新區奧灰巖溶水賦存規律研究.中國煤田地質.第19卷4期2007.8.