銅川市地下水資源分布規(guī)律及其富水地段研究

呂恩普

(陜西省銅川市水務(wù)局，陜西 銅川 727031)

銅川市是一個(gè)以煤炭建材冶金為主的工業(yè)城市，人均占有水資源量只有270 m3左右，十二五期間，工業(yè)及城市將缺水4 000～4 500萬 m3，水資源成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的瓶頸，。本地的水資源開發(fā)利用率達(dá)70%以上，從區(qū)外調(diào)水難度大，一時(shí)難以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前只有立足本地，深入挖掘當(dāng)?shù)厮Y源潛力。銅川市地下水資源占全市供水量的40%左右，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)的主要水源，但其分布較為復(fù)雜，開發(fā)利用難度較大。特別是有些富水地段長(zhǎng)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(kuò)展等一系列水環(huán)境問題(如耀州的漆沮河谷區(qū))，而有些地下水富水地段還沒有開發(fā)利用。另外，深層巖溶水，由于其賦存規(guī)律和特點(diǎn)，在某些區(qū)域水量較大，具有很大的開發(fā)利用潛力，應(yīng)出臺(tái)優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)自備水源單位優(yōu)先開發(fā)利用。

1 銅川地區(qū)區(qū)域概況

銅川屬于暖溫半旱半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，其特點(diǎn)是冬長(zhǎng)夏短、雨熱同季，溫度較低;雨量偏少而集中，地區(qū)差異明顯，日照時(shí)間長(zhǎng)且多干風(fēng)，蒸發(fā)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(nèi)分配極不均勻。多年平均蒸發(fā)量為1 108 mm，干旱指數(shù)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(zhèn)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(guān)中盆地的過渡地帶。根據(jù)其地貌形態(tài)，全區(qū)可分為低中山區(qū)、黃土梁峁丘陵溝壑區(qū)、黃土塬區(qū)及河流階地四個(gè)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(gòu)造盾地前弧撓褶帶，南與渭河地塹毗鄰。南部構(gòu)造形態(tài)多與渭河地塹—系列階梯狀斷層相仿，向北側(cè)漸向巖層平緩、構(gòu)造簡(jiǎn)單的向斜過渡。區(qū)內(nèi)褶皺、裂隙較為發(fā)育，斷層活動(dòng)多發(fā)。

區(qū)內(nèi)出露的地層以第四系為主，全區(qū)廣泛發(fā)育更新統(tǒng)黃土，河谷區(qū)有第四系沖積層分布。前第四系各地層僅出露在基巖山區(qū)和河道溝谷的底部及其兩巖。從老到新有:奧陶系灰?guī)r(O1+2)、石炭系上統(tǒng)(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(qū)地下水類型及分布特征

本次研究區(qū)域?yàn)殂~川市3 882 km2的范圍，通過對(duì)已有的水文地質(zhì)勘察資料進(jìn)行分析研究，提出研究區(qū)內(nèi)地下水的分布特征，為其開發(fā)利用提供指導(dǎo)。研究區(qū)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(qū)內(nèi)的基巖裂隙水主要分布在西北部的土石山區(qū)，自上石炭統(tǒng)——三迭統(tǒng)全為砂泥巖互層的砂礫巖，由于褶皺、斷層、裂隙的發(fā)育，使砂泥巖分布區(qū)內(nèi)的基巖裂隙水普遍存在。

區(qū)內(nèi)基巖裂隙水的水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜，按其運(yùn)動(dòng)特征可分為裂隙潛水和裂隙承壓水，二者密切聯(lián)系，在一定的條件下可相互轉(zhuǎn)化。

研究區(qū)裂隙潛水多位于河流基準(zhǔn)面以上，一般埋藏較淺。地下水在裂隙發(fā)育的砂礫巖中大致順層由高向低運(yùn)動(dòng)，當(dāng)河谷切割到此層時(shí)，裂隙水以下降泉的形式泄出。

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

本區(qū)裂隙承壓水的形成與砂泥巖互層地區(qū)裂隙發(fā)育的相對(duì)成層性有關(guān)，通常集中在河流基準(zhǔn)面以下，埋藏較深，當(dāng)河谷切割含水層時(shí)成上升泉泄出。由于區(qū)內(nèi)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(bǔ)給沖積層水或基巖頂部的裂隙潛水，很少發(fā)現(xiàn)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(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較強(qiáng)烈，褶皺發(fā)育，深部地層在不遠(yuǎn)的地方出露，具有較好的補(bǔ)給條件。而南部相對(duì)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(bǔ)給區(qū)相對(duì)較遠(yuǎn)，動(dòng)態(tài)變化亦較穩(wěn)定。

根據(jù)地下水的賦存特性，區(qū)內(nèi)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(qiáng)的富水層段分布在照金、前列橋，崖家塔、前柳灣等地區(qū)。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(bǔ)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(duì)于裂隙水而言，裂隙的存在是巖石可能含水的內(nèi)在因素。而地下水的補(bǔ)給和匯聚條件則是其含水的外在因素。通過對(duì)裂隙水形成的兩個(gè)條件——巖石的裂隙性和水的補(bǔ)給匯聚條件作分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)基巖裂隙水有以下幾個(gè)特征:

1)相對(duì)成層性

由于巖石裂隙發(fā)育的相對(duì)成層性，使本區(qū)地下水的裂隙發(fā)育巖層(主要指砂巖)中大致成“層”狀存在，裂隙水從補(bǔ)給到徑流。匯聚以至于排泄都具有大致順層的特征，對(duì)某個(gè)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(lián)系較差，這證明裂隙水分布具有相對(duì)成層性。

造成裂隙水分布上的成層性只是相對(duì)的，這是因?yàn)樵S多因素可以破壞這種成層性，如巖層的尖滅、斷層的錯(cuò)動(dòng)、泥巖中不太發(fā)育的裂隙在一定水頭壓力下的透水性等。同時(shí)這種相對(duì)成層性的裂隙水在賦存地域上又受構(gòu)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(gòu)造部位的差異性

不同構(gòu)造部位，不但裂隙水發(fā)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(gòu)造部位而異的特征。

(1)較大的向斜構(gòu)造往往是地下水的富集地，向斜似盆具有良好的補(bǔ)給和儲(chǔ)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(chǔ)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?yàn)檫@些地方斷裂比較發(fā)育，在向斜部位由于弧內(nèi)側(cè)處于擠壓，弧外側(cè)處于拉張，所以在有限深度內(nèi)，則形成深部較淺部裂隙發(fā)育，在抽水試驗(yàn)上表現(xiàn)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(fā)育，巖石破碎，為地下水的賦存造成了良好的條件。當(dāng)具有良好的地下水補(bǔ)給條件時(shí)，往往會(huì)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(bǔ)給條件對(duì)裂隙水分布的制約性，除上述巖性和構(gòu)造影響裂隙水的分布外，地下水補(bǔ)給、匯聚和排泄條件對(duì)裂隙水的分布起著制約作用，具有良好的巖性及構(gòu)造部位，而無良好的補(bǔ)排條件的配合，仍不能形成富水地段。

在其它條件相對(duì)一致的情況下，地形地貌條件，植被好壞不同，其補(bǔ)給程度不同。地形簡(jiǎn)單，地面坡度小，植被發(fā)育者有利于降水的補(bǔ)給。在分水嶺地帶不利于補(bǔ)給，近河地段則易接受河水和溝間地下徑流的補(bǔ)給。相反溝谷發(fā)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(gòu)造裂隙十分發(fā)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(fā)育和有利于水的補(bǔ)給和匯聚這兩個(gè)基本條件。從前述的巖性、構(gòu)造和補(bǔ)給條件對(duì)裂隙水分布特征影響的分析可以看出，研究區(qū)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(fā)育的砂巖。尤其是厚度較大的砂巖。以及具有一定的補(bǔ)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(nèi)。

2)有良好的補(bǔ)給條件的背斜冀部由陡轉(zhuǎn)緩部位

該部位裂隙發(fā)育，形態(tài)上似一歪斜的向斜，有利于裂隙水的匯聚，如有良好的補(bǔ)給來源，?？尚纬筛凰囟巍Ｈ缌鵀车囟?、武家河地段、王家河老礦部地段。

3)未影響到奧陶系灰?guī)r的張扭性斷裂帶

研究區(qū)北部的張扭性斷裂帶，未影響到奧陶系灰?guī)r，在補(bǔ)給條件較好時(shí)，可形成富水帶。如金鎖關(guān)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(fēng)化加強(qiáng)，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(bǔ)給淺部基巖裂隙水，而基巖洼地本身是良好的聚水構(gòu)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(qū)的東南部，區(qū)域上處于渭北奧陶系灰?guī)r的北緣，是渭北巖溶水的組成部分。

2.2.1 巖溶發(fā)育的基本特征

本區(qū)奧陶系為一套碳酸鹽巖組成的海相沉積、具有可溶性特點(diǎn)。該地層年代古老歷經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，巖體中裂隙、斷裂十分發(fā)育，為巖溶的形成提供了良好的儲(chǔ)水空間和運(yùn)動(dòng)條件，巖溶形態(tài)主要有溶溝、溶槽、溶洞、溶縫、溶隙等。

以區(qū)內(nèi)最深的銅川交通大廈地?zé)峋疄檠芯繉?duì)象，桃曲坡組以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主，厚層，塊狀，質(zhì)地較純，不溶性夾層少見，為巖溶發(fā)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(zhì)頁巖，泥巖及凝灰?guī)r，不利于水的運(yùn)動(dòng)和溶蝕，巖溶發(fā)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(qū)內(nèi)巖溶水位埋深達(dá) 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(qū)內(nèi)現(xiàn)有奧灰?guī)r溶水井孔11眼，其中8眼集中于新區(qū)。最深為銅川交通大廈地?zé)峋_(dá)1 586 m，且做了三次詳細(xì)的抽水試驗(yàn)及水文測(cè)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(duì)其進(jìn)行了封閉，奧陶系背鍋山組，以灰?guī)r及泥灰?guī)r為主，本井揭露厚度為63 m，富水性較差;桃曲坡組為石灰?guī)r，厚度為256 m，為巨厚層狀，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，構(gòu)造裂隙十分發(fā)育，為銅川新區(qū)主要含水地層，新區(qū)的所有井均以此為取水目的層，具有水量大、水質(zhì)優(yōu)的特點(diǎn)。

徑河組上部為灰?guī)r及白云巖，底部為泥灰?guī)r及石灰?guī)r互層，厚度為422 m，上部裂隙相對(duì)發(fā)育，在組井深度1 004 m時(shí)，做了一次抽水試驗(yàn)，在降深為9.42 m時(shí)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(xiàn)－為 0.98 g/L，鍶含量為 2.36 g/L，其水質(zhì)最好;三道溝組以白云巖為主，質(zhì)純，泥質(zhì)含量很小，只在中間夾有一段7 m厚的泥灰?guī)r，本井在1 507 m和1 586 m進(jìn)行了兩次抽水試驗(yàn)，從水量來看，比上部要大，降深為1.05～1.42 m時(shí)獲得出水量為50 m3/h以上，但從水質(zhì)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(xiàn)－為 1.26 ～1.05 g/L，超出國(guó)家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，鍶含量為 2.40～2.20 g/L。

總體來說，奧灰?guī)r溶水在區(qū)內(nèi)1 000 m以內(nèi)具有水量大的特點(diǎn)，而在1 000 m以下則相對(duì)較差。用平均布井法，理論估算新區(qū)下高埝塬區(qū)巖溶水可開采量為230 400 m3/d。

另外，根據(jù)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(diǎn)，交通大廈地?zé)峋? 004 m、1 057 m、1 586 m時(shí)的井口水溫分別為33℃、31℃、30℃。

從研究區(qū)內(nèi)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?guī)r井水量較大。而處于地塹外10 km的奧灰?guī)r井的水量不足20 m3/h?？梢姌?gòu)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(qū)內(nèi)孔隙水分布區(qū)內(nèi)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(fēng)積黃土的含水巖組:廣布于全區(qū)，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(cè)單井抽水量不超200 m3/d，屬較弱富水巖組。

B、風(fēng)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(tǒng)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(shù)米至10 m，局部可達(dá)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(gòu)成具有統(tǒng)一水位的潛水。由于溝谷發(fā)育，排泄條件良好，一般水位埋深60～90 m，單井出水量為數(shù) m3/d至數(shù)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(dá)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(nèi)，漆水河沖積層及下伏下更新統(tǒng)洪積層組成，該巖組在河谷內(nèi)其含水特征及富水性差異較大，沮河河谷區(qū)富水性較好，單井涌水量達(dá)2 000～3 000 m3/d，漆水河河谷區(qū)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(qū)。在含水巖性特征、厚度、富水性等方面，在趙氏河?xùn)|西兩側(cè)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，含水層粘度較細(xì)。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(jié)構(gòu)單一，富水性較好，單孔出水量1 000～1 700 m3/d，屬強(qiáng)含水巖組。

3 地下水富水地段及開發(fā)利用前景分析

研究區(qū)內(nèi)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(jù)現(xiàn)有的地下水調(diào)查分析評(píng)價(jià)和勘探資料統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)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(jīng)全部得到了開采，其中有些已經(jīng)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(qū)地區(qū)和黃堡地區(qū)是城市主要經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)，需水量很大，用水缺口也很大，而在近期當(dāng)?shù)氐乇硭蜏\層地下水難以滿足用水需求，缺口達(dá)3500萬立方米左右，從區(qū)外調(diào)水在短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。所以巖溶水是解決新區(qū)及黃堡地區(qū)水資源危機(jī)的唯一途徑。

表1 銅川市地下水主要富水地段統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語

銅川地區(qū)淺層裂隙水和空隙水富水地段的形成與地形地貌，地質(zhì)構(gòu)造，補(bǔ)給條件關(guān)系密切，文中得出了四個(gè)條件下可以形成富水地段，并總結(jié)得出了裂隙水的相對(duì)成層性，隨構(gòu)造部位的差異性，補(bǔ)給條件對(duì)裂隙水分布的制約性等規(guī)律，列表得出了全市各富水地段區(qū)間位置，可開采量等開采現(xiàn)狀。對(duì)于深層巖溶水，經(jīng)分析研究得出巖溶水的含水巖組，富水性新區(qū)黃堡兩個(gè)區(qū)域的富水區(qū)域位置和可開采量。為進(jìn)一步開發(fā)和保護(hù)地下水資源提供依據(jù)。

［1］呂恩普.銅川市地下水資源分析計(jì)算與評(píng)價(jià).陜西銅川市水務(wù)局.1986.8.

［2］陜西第二水文地質(zhì)隊(duì).耀縣河谷供水水文地質(zhì)報(bào)告.1985.9.

［3］樊小舟等.銅川新區(qū)奧灰?guī)r溶水賦存規(guī)律研究.中國(guó)煤田地質(zhì).第19卷4期2007.8.