松桃縣雞爪溝背斜富水特征及地下水開(kāi)發(fā)利用

田小林

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局一一四地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000）

貴州是我國(guó)西南地區(qū)典型的巖溶石山區(qū)，國(guó)土面積為17.6167萬(wàn)km2，其中碳酸鹽巖巖溶區(qū)面積達(dá)10.90萬(wàn)km2，占全省國(guó)土面積的61.9%[1]。巖溶石山地區(qū)強(qiáng)烈的巖溶作用形成了特殊的地表、地下雙層空間結(jié)構(gòu)，造成地表水嚴(yán)重缺乏，地下水隱伏埋藏、開(kāi)發(fā)利用難度大的格局，加之部分地區(qū)不合理的人為工程活動(dòng)造成水資源的污染，使得可供有效開(kāi)發(fā)利用的地表水資源嚴(yán)重短缺，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，科學(xué)合理開(kāi)發(fā)巖溶地下水資源勢(shì)在必行。

雞爪溝背斜位于貴州省銅仁地區(qū)松桃縣北部，行政區(qū)劃屬黃板鄉(xiāng)、世昌鄉(xiāng)、長(zhǎng)興堡鎮(zhèn)，有省道及鄉(xiāng)村公路通過(guò)該區(qū)域，此外，各鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村與主干公路間均有次級(jí)公路連接交通較便利（圖1）。

區(qū)內(nèi)氣候?qū)僦衼啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。冬冷夏熱，春溫秋爽，四季分明，氣候宜人，雨量充沛，熱量豐富。全年平均氣溫16.5℃，最熱的7月份日均27.3℃，最冷的一月份日均氣溫4.3℃。全年總積溫5800℃，年活動(dòng)積溫為5138.9℃，無(wú)霜期293天。年降水量1378.3mm，年均陸地蒸發(fā)量4943mm，平均年雨日為183天，年平均日照數(shù)為1228小時(shí)。區(qū)內(nèi)的主要河流為松桃河，該河流屬長(zhǎng)江流域沅江水系，全長(zhǎng)127.7km，流域面積1544km2，發(fā)源于梵凈山東北麓三陽(yáng)溪的馬泉，自南向北徑流，于雞爪溝處向北東方向徑流。

區(qū)內(nèi)農(nóng)作物主要以水稻、玉米、小麥、洋芋、甘薯、豆類、高梁為主；經(jīng)濟(jì)作物以油菜、花生、煙草、茶葉、魔芋為主。

由于碳酸鹽巖層分布面積廣，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，大量巖溶水存在于地下深部，占該區(qū)水資源總量的 80%以上。地表天然水點(diǎn)以孔隙水、基巖裂隙水等狀態(tài)出露，泉水量小、易斷流，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)農(nóng)田灌溉及人蓄飲水困難。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

雞爪溝背斜處于松桃縣北部，區(qū)域總面積73.4km2，地處貴州高原向湘西丘陵過(guò)渡地帶，也是貴州地勢(shì)第三梯級(jí)地面，地勢(shì)總體上形成了西高東低、南高北低，地形起伏相對(duì)較小，相對(duì)高差30～80m，平均海拔700m左右；地貌類型主要有溶蝕緩丘谷地、丘陵谷地、峰叢溝谷等類型，其中溶蝕緩丘谷地地貌占據(jù)該區(qū)域總面積的 75%，地形完整、平坦、開(kāi)闊。背斜富水區(qū)域北至長(zhǎng)興堡鎮(zhèn)北部，西至黃板鄉(xiāng)，南抵松桃縣，東至世昌鄉(xiāng)，總面積約36.7km2。

圖1 雞爪溝背斜交通位置圖

區(qū)域內(nèi)地下水類型根據(jù)含水巖層類型及其組合特征，分為第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖類巖溶水[2]。其中，碳酸鹽巖類巖溶水可按不同純度的碳酸鹽巖類含水巖組的含水介質(zhì)組合特征、巖溶發(fā)育程度以及水動(dòng)力條件，進(jìn)一步分為純碳酸鹽巖類裂隙—溶洞水、溶孔—裂隙水；不純碳酸鹽巖溶洞—裂隙水三類，區(qū)內(nèi)主要以溶孔—裂隙水為主。

出露地層從寒武系至志留系均有出露，東部零星出露震旦系及板溪群地層。其中寒武系地層構(gòu)成了該區(qū)地層主體，婁山關(guān)群碳酸鹽巖地層以一套巨厚的白云巖形成了該區(qū)域的主要巖溶水含水巖組，富集、存儲(chǔ)了該區(qū)域95%以上的巖溶地下水。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造以北東向、北北東向構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造主要為雞爪溝背斜，該背斜核部地層為寒武系下統(tǒng)杷榔組，巖性為灰綠、暗灰色板狀頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖，局部夾薄層泥灰?guī)r，兩翼開(kāi)闊、寬緩，主要為婁山關(guān)群白云巖，巖層傾角20°～30°，為該背斜區(qū)域巖溶地下水的主要富集區(qū)。斷裂構(gòu)造主要為梅江張性斷裂，該斷裂呈北東—南西向延伸，上、下盤巖層產(chǎn)狀無(wú)明顯變化，傾向北西，傾角20°～40°，該斷裂的導(dǎo)水性促使南西部地區(qū)地下水向雞爪溝背斜西翼匯集，形成了雞爪溝背斜區(qū)域地下水富集區(qū)（圖2）。

圖2 雞爪溝背斜區(qū)域巖溶地下水富集示意圖

2 儲(chǔ)水構(gòu)造富水特征

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

雞爪溝背斜地下水富集系統(tǒng)平面形態(tài)呈近南北向展布寬緩的谷地形狀，長(zhǎng)約7.5km，寬3.2～5.0km，谷地東西兩側(cè)地形起伏遞增，形成中間低、東西兩側(cè)高、南北略微起伏的緩丘谷地地貌形態(tài)。區(qū)域內(nèi)發(fā)育有大量巖溶漏斗、豎井、洼地等巖溶個(gè)體形態(tài)，成為大氣降水補(bǔ)給地下水的天然通道。系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，接受大氣降水補(bǔ)給后主要通過(guò)溶蝕裂隙等轉(zhuǎn)為地下水，補(bǔ)給面積約 73.4km2。以東西兩側(cè)及背斜核部泥、頁(yè)巖劃分為東西兩部分地下水富集區(qū)，根據(jù)西翼富水區(qū)實(shí)施的 CK2、CK3、CK5、CK6[3]號(hào)機(jī)井資料顯示，地下水水位分別是3.40m、4.6m、11.2m、41.6m，平均水位 15.2m，屬淺埋型地下水。

2.2 富水因素

雞爪溝背斜區(qū)域地下水儲(chǔ)水構(gòu)造類型為山間盆地型，其特征是受褶曲控制，可溶巖與非可溶巖相間分布出現(xiàn)，碳酸鹽巖巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，沿該類地層分布地帶，地貌上多成谷[4]，地形平緩，系地下水富集的有利場(chǎng)所。地下水的循環(huán)及富集條件密切受區(qū)內(nèi)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造及地層巖性的影響和控制，其含水巖組主要為寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群（∈2-3ls）白云巖，含水介質(zhì)組合為溶孔、溶洞、溶（裂）隙。地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地形地貌是區(qū)內(nèi)地下水富集的主要控制因素，在碳酸鹽巖與碎屑巖接觸帶往往是區(qū)內(nèi)地下水的地下分水嶺，控制著地下水的運(yùn)動(dòng)方向。該區(qū)域西部黃板鄉(xiāng)一帶奧陶系薄層灰?guī)r、白云巖與志留系泥、頁(yè)巖的接觸帶，形成地下水的隔水邊界，地形起伏由西至東幅度減小，控制著該區(qū)地下水由西至東徑流，雞爪溝背斜核部寒武系下統(tǒng)杷榔組暗灰色板狀頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖構(gòu)成該區(qū)域東部隔水邊界，促使地下水匯集于雞爪溝背斜西翼寒武系婁山組白云巖溶蝕緩丘谷地中。

雞爪溝背斜東翼世昌鄉(xiāng)一帶富水區(qū)域，背斜核部寒武系下統(tǒng)杷榔組暗灰色板狀頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖形成該區(qū)域西部隔水邊界，東部弱透水層板溪群泥、頁(yè)巖及砂巖形成東部隔水邊界，東部地勢(shì)較高，西部較低，形成由東至西逐漸減小的緩斜坡地帶，東部溪溝地表水自東向西徑流，在世昌鄉(xiāng)一帶婁山關(guān)群白云巖溶蝕緩丘谷地中滲入地下，形成雞爪溝背斜東部富水區(qū)（圖3）。

圖3 雞爪溝背斜黃板一世昌剖面示意圖

2.3 富水條件

雞爪溝背斜富水區(qū)域是一個(gè)完整的地下水富集系統(tǒng)，水的富集包含了補(bǔ)給來(lái)源、巖溶含水巖組、相對(duì)封閉巖溶儲(chǔ)水空間等條件。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，該區(qū)域雨量充沛，年降水量1378.3毫mm，年均陸地蒸發(fā)量 494mm，地下水補(bǔ)給量充足。該區(qū)含水巖組主要為寒武系中、上統(tǒng)婁山關(guān)群白云巖，巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈，常見(jiàn)溶孔、溶隙等巖溶個(gè)體形態(tài)，溶洞、管道等相對(duì)較發(fā)育，對(duì)地下水的富集、運(yùn)移及存儲(chǔ)提供了充足空間；該含水巖組相對(duì)較高的純度和巖溶發(fā)育的均勻性導(dǎo)致了該區(qū)地下水具備了均勻分布的特性。儲(chǔ)水空間為地下水補(bǔ)給、徑流、排泄的交換空間，以分水嶺、阻水泥頁(yè)巖、地下水排泄邊界劃分，該區(qū)域東至世昌鄉(xiāng)、西至黃板鄉(xiāng)分別出露板溪群及志留系弱透水泥、頁(yè)巖，形成相對(duì)隔水邊界，北至長(zhǎng)興堡鎮(zhèn)、南至松桃縣城北部分別為分水嶺及松桃河地下水排泄邊界，形成了一個(gè)相對(duì)封閉的巖溶儲(chǔ)水空間，為地下水的富集提供了良好的場(chǎng)所。

該區(qū)域接受大氣降水入滲轉(zhuǎn)為地下水，在溶孔、溶隙、溶洞、管道等徑流通道中運(yùn)移、交換、循環(huán)，富集于背斜東西兩翼地勢(shì)相對(duì)低洼、相對(duì)封閉的存儲(chǔ)空間內(nèi)，形成了東西兩部分富水塊段，成為一個(gè)完整的地下水富集系統(tǒng)。

3 開(kāi)發(fā)利用

3.1 開(kāi)發(fā)利用條件

雞爪溝背斜為白云巖山間盆地構(gòu)造儲(chǔ)水類型，富水區(qū)域?qū)捑?，地下水資源豐富，地下水埋深一般小于50m，平均水位約15.2m，屬淺埋型地下水。婁山關(guān)組白云巖含水巖組富水較均勻，適用于機(jī)井開(kāi)發(fā)地下水資源。

3.2 開(kāi)發(fā)利用方法

根據(jù)區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件及缺水狀況，本區(qū)域地下水資源開(kāi)發(fā)適用于機(jī)井開(kāi)發(fā)，以1∶1萬(wàn)水文地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)物探、水文地質(zhì)鉆探及水樣采集測(cè)試為具體工作方法。以區(qū)內(nèi)缺水村寨為靶區(qū)，在 3.0km2范圍內(nèi)進(jìn)行1∶1萬(wàn)水文地質(zhì)調(diào)查，初步查明區(qū)內(nèi)含水巖組分布及巖層富水性，地下水集中徑流帶或富水塊段，初步圈定打井靶區(qū)，為后期物探、鉆探工作提供基本條件，為地下水開(kāi)發(fā)工程提出可行性預(yù)測(cè)。

在1∶1萬(wàn)水文地質(zhì)調(diào)查圈定的打井靶區(qū)基礎(chǔ)上，開(kāi)展水文地質(zhì)物探工作，主要目的為查明成井區(qū)地下水主徑流帶的分布與埋深狀況；成井區(qū)的斷裂構(gòu)造及通過(guò)認(rèn)真分析物探資料，結(jié)合水文地質(zhì)條件確定成井孔位。在本區(qū)域地下水屬淺埋型的基礎(chǔ)上，物探工作方法具體為聯(lián)合剖面法、對(duì)稱四極剖面法、對(duì)稱四極測(cè)深法、高密度電法測(cè)深、瞬變電磁法的綜合應(yīng)用分析。通過(guò)對(duì)雞爪溝背斜各個(gè)勘探靶區(qū)物探資料分析，成井區(qū)內(nèi)的基巖為白云巖，固有的電阻率高，土層為紅粘土，電阻率低，因此巖、土之間電阻率參數(shù)差異大；土層區(qū)為低電阻率區(qū)，基巖區(qū)為高電阻率區(qū)。裂隙發(fā)育帶是地下水富集、運(yùn)移的場(chǎng)所，相對(duì)完整基巖為低電阻率區(qū)。淺部風(fēng)化裂隙和深部裂隙發(fā)育帶以地下水為紐帶，形成連續(xù)的低電阻率區(qū)。測(cè)區(qū)內(nèi)各巖、土體的電阻率參數(shù)如下：第四系土層ρ=20～100Ω·m；白云巖ρ=n×103～105Ω·m；地下水ρ=40～60Ω·m；裂隙發(fā)育帶ρ=100～1000Ω·m。通過(guò)電阻率參數(shù)異常分析確定成井孔位。

在物探解譯確定的成井孔位基礎(chǔ)上，以多工藝空氣鉆進(jìn)為主，巖芯回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)為輔的方式進(jìn)行鉆探施工鑿井。交通便利的鉆孔孔位，采用多工藝空氣潛孔錘鉆進(jìn)；交通不便的孔位，則采用巖芯回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)?？咨顒t根據(jù)具體水文地質(zhì)條件確定，一般為100～200m。施工鑿井結(jié)束后立即進(jìn)行靜止水位進(jìn)行觀測(cè)，水位穩(wěn)定4小時(shí)以上可停止靜止水位觀

測(cè)，進(jìn)行抽水試驗(yàn)。抽水試驗(yàn)采用單孔穩(wěn)定流抽水，抽水設(shè)備為深井泵或空壓機(jī)。原則上每層次應(yīng)作 3次降深穩(wěn)定流抽水，對(duì)于對(duì)流量較大的鉆孔，深井泵抽水不能滿足三次降升要求的鉆孔，立即改為空壓機(jī)作抽水試驗(yàn)。觀測(cè)頻率為抽水開(kāi)始第1、3、5、10、20、30、40、50、60、75、90min，以后每30min觀測(cè)一次，穩(wěn)定后每小時(shí)觀測(cè)一次，穩(wěn)定時(shí)間依次為 24、16、8小時(shí)。抽水試驗(yàn)結(jié)束后立即進(jìn)行恢復(fù)水位觀測(cè)，穩(wěn)定時(shí)間在4小時(shí)以上[5]。

抽水試驗(yàn)結(jié)束前，應(yīng)采集水樣送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，對(duì)地下水質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。本區(qū)域已成功實(shí)施機(jī)井CK2、CK3、CK5、CK6共4口，按《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848—93）[6]進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ、Ⅱ類，即優(yōu)良—良好類別。

3.3 開(kāi)發(fā)利用效益

本區(qū)域?qū)嵤┑臋C(jī)井參數(shù)及解決的飲水不安全人口、牲畜、農(nóng)田灌溉的見(jiàn)表1。

通過(guò)上述各項(xiàng)參數(shù)及數(shù)據(jù)表明，雞爪溝背斜區(qū)域地下水資源豐富，水質(zhì)優(yōu)良，徹底解決了該區(qū)域人、蓄飲水不安全現(xiàn)狀及農(nóng)田灌溉用水，帶來(lái)了極大的經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)了地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

表1 雞爪溝背斜西翼實(shí)施機(jī)井特征表

4 結(jié)語(yǔ)

雞爪溝背斜富水區(qū)為受地質(zhì)構(gòu)造控制形成的封閉巖溶水系統(tǒng)，巖溶谷地地形平坦、開(kāi)闊，婁山關(guān)群碳酸鹽巖類含水巖組富水性中等至強(qiáng)，含水均勻，地下水水位埋深一般小于 50m，靠近分水嶺帶局部大于 50m，巖溶水資源較豐富。在有地下水天然露頭分布地帶，直接開(kāi)發(fā)地下水天然露頭，在無(wú)天然露頭分布的地帶，在查明地下水集中徑流帶的基礎(chǔ)上采用機(jī)井開(kāi)采方式開(kāi)采地下水，徹底解決了該區(qū)域人、蓄飲水及農(nóng)田灌溉。

通過(guò)對(duì)雞爪溝背斜構(gòu)造控水特征的分析，提出了在貴州地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜的巖溶山區(qū)尋找、開(kāi)發(fā)利用巖溶地下水的條件和方法，可為其他相似構(gòu)造類型地區(qū)巖溶水資源的開(kāi)發(fā)所借鑒。

[1] 貴州省地礦局114地質(zhì)大隊(duì). 貴州省松桃縣地下水資源勘查報(bào)告[R]. 2007.

[2] 韓至鈞.金占省. 等. 貴州省水文地質(zhì)志[M].北京：地震出版社，1996.

[3] 張林, 等. 貴州省地下水資源勘查[R]. .2007.

[4] 王偉, 等. 黔西北地區(qū)巖溶水系統(tǒng)劃分及找水方向[J]. 貴州地質(zhì), 2010

[5] 地質(zhì)礦產(chǎn)部水文地質(zhì)工程地質(zhì)技術(shù)方法研究隊(duì). 水文地質(zhì)手冊(cè)[M]. 地質(zhì)出版社, 1976

[6] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn). 地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T14848-93[S]. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.1994