許昌市地下水含水層組劃分和同位素對比研究

張富有

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪地理信息院，河南 鄭州 450006)

許昌市地下水含水層組劃分和同位素對比研究

張富有

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪地理信息院，河南 鄭州 450006)

許昌市為全國30個重點缺水城市之一，為查明許昌市地下水水文地質(zhì)特征，對許昌市地下水類型、含水層組進行劃分。將許昌市地下水分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水和基巖裂隙水四種基本類型。含水層組劃分為淺層含水層(組)、中深層含水層(組)、深層含水層(組)、超深層(熱儲層)含水層(組)、二疊系碎屑巖含水層(組)、碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層(組)、層狀巖類裂隙含水層(組)等七大含水層(組)。同時，通過對許昌市地層和地下水同位素分析結果進行對比研究，劃定許昌市淺層地下水與中深層地下水含水層界線定為埋深60 m，與依據(jù)地層劃分的界限一致。

許昌市；地下水；水文地質(zhì)類型；含水層；同位素

許昌市位于河南省中部，是河南省糧食核心區(qū)，同時也是全國30個重點缺水城市之一[1]。許昌市地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件復雜，地下水資源匱乏，缺水類型為結構型缺水和水質(zhì)型缺水并存。本文在對1:10萬許昌市幅區(qū)域開展水文地質(zhì)調(diào)查的基礎上，研究了許昌市的地下水水文地質(zhì)特征，研究區(qū)包括許昌市城市規(guī)劃區(qū)全部，許昌縣北部，長葛市大部，禹州市、新鄭市、尉氏縣、襄城縣部分，西起無梁、郭連，東到石象，北起官亭，南至許昌市。

1 地下水的賦存條件和分布規(guī)律

地下水的形成是由多種因素決定的，巖性、構造、地貌和氣候條件是主要因素，其中巖性是基礎，地貌和氣候條件是背景，構造則起控制作用。在漫長的地質(zhì)歷史時期中，在諸多因素的影響下，為地下水的賦存、運移、富集提供了復雜的自然地理、地質(zhì)環(huán)境。

西北部基巖分布區(qū)，由元古代變質(zhì)巖、侵入巖和古生代碳酸鹽巖、碎屑巖組成。遍布著近東西方向褶皺和相伴而生的同向斷裂及一組扭裂隙等。沿斷裂發(fā)育著擠壓片理化帶、破碎影響帶和裂隙密集帶，控制著巖溶裂隙水、基巖裂隙水及裂隙孔隙水的形成和分布；山前傾斜平原和東部沖積平緩平原，堆積著巨厚的第四系松散地層和新近系松散至半膠結地層，控制著孔隙水的形成和分布。

在雙洎河、潁河及其支流河谷中，階地、漫灘呈帶狀發(fā)育，砂、礫、卵石廣泛分布，地形一般平坦，接受大氣降水入滲，賦存著豐富的孔隙潛水。一般情況，顆粒粗、厚度大、分布位置低、地形平坦，結構疏松、地下水賦存條件好。反之就差。

雙洎河、清潩河沖積平緩平原，第四系和新近系松散堆積層厚達近千米。砂礫石、中粗砂、中砂、細砂及粉砂等粗粒相組成含水層。上部(60 m以上)易接受大氣降水補給，一般在河流主流帶、故道處含水豐富，向兩側泛流帶，隨著顆粒的變細，賦存條件相應變差；下部靠側向徑流補給，賦存條件好壞決定著含水層厚度、顆粒結構等因素，大部為孔隙承壓水。

2 地下水類型和含水層組的劃分

研究區(qū)內(nèi)地層發(fā)育齊全，根據(jù)地下水賦存條件、水理性質(zhì)及水力特征，將本區(qū)地下水劃分為四種基本類型，分別為：松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水、基巖裂隙水。根據(jù)含水介質(zhì)的巖性組合特征及埋藏深度、地下水的賦存條件及水動力特征，結合本區(qū)目前的地下水開采深度，將本區(qū)含水層組劃分為七大含水層(組)：淺層含水層(組)、中深層含水層(組)、深層含水層(組)、超深層(熱儲層)含水層(組)、二疊系碎屑巖含水層(組)、碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層(組)、層狀巖類裂隙含水層(組)。

2.1 松散巖類孔隙水

2.1.1 淺層含水層組(埋深60 m以淺)

除西部基巖區(qū)外，工作區(qū)大部分地區(qū)分布淺層含水巖組。含水層上部為粉土、粉質(zhì)粘土；在西部山前傾斜平原下部為較厚的上更新統(tǒng)中細砂、中更新統(tǒng)卵石層和粉質(zhì)粘土夾砂礫石、中砂礫、細砂透鏡體；在東部為細砂、中細砂和中更新統(tǒng)泥質(zhì)卵石。淺層含水層基本類型為潛水或微承壓水。由于受構造控制，含水巖組底板埋深變化較大，含水巖層的空間分布不均，由剖面(圖1)可知，從山前向東部平原底板埋深逐漸增大，含水砂層厚度也逐漸增大，含水層頂板埋深5～50 m，底板埋深50～60 m，含水層一般分布1～3層，總厚度達5～30 m。

圖1 東西向水文地質(zhì)剖面圖

2.1.2 中深層含水層組(埋深60～300 m之間)

分布于雙洎河、清潩河沖積平緩平原及潁河河谷平原等。中深層含水層組主要由新近系河湖相沉積層及下更新統(tǒng)沖湖積層組成。巖性為新近系細砂、中細砂及粗中砂或砂巖，半膠結狀(圖2)。中深層含水層基本類型為承壓水。其中上部60～150 m層段為一層紅色粘土覆蓋層，粘土顆粒細，結構密實，埋藏深，面積大，出水水量小，分布不均勻，單獨開采較少，多與下部含水層混合開采。下部150～300 m層段發(fā)育呈西北—東南向沉積泥質(zhì)粉細砂、中粗砂、砂礫石，下部含水層厚度30～84 m。

圖2 雙洎河沖積平原水文地質(zhì)剖面圖

2.1.3 深層含水層組(埋深300～500 m之間)

深層含水層分布于雙洎河、清潩河沖積平緩平原。深層含水層組的砂層巖性以新近系細砂和粉細砂為主，部分地段夾有礫石。深層地下水含水層分布比較穩(wěn)定，含水層頂板埋深150～300 m，底板埋深300～500 m，含水層一般分布4～9層，含水砂層單層厚度為1.5～14.5 m，總厚度達20～40 m。

2.1.4 超深層(熱儲層)含水層組(埋深500～1 500 m之間)

分布在工作區(qū)中東部廣大地區(qū)，為中低溫傳導型地熱資源，熱儲呈層狀，巖性厚度穩(wěn)定。熱儲蓋層為巨厚的第四系粘土層和砂層。根據(jù)熱儲層埋藏狀況及熱儲介質(zhì)，為新近系孔隙熱儲層。其中新近系中新統(tǒng)館陶組孔隙熱儲層底板埋深在許昌西的90-18孔為619 m，向東到接近工作區(qū)外圍的許熱2孔增至1 081 m，熱儲層呈多層結構，粘性土與砂層互層。熱儲介質(zhì)為多層中、細砂及中粗砂，館陶組底部局部有礫巖。砂層厚度由西往東逐漸增大，西部砂層單層厚度一般小于7.0 m，東部砂層單層厚度多為10 m左右，最大達28.0 m；砂層層數(shù)約為6～16層，累計厚度西部10～40 m，東部77～123 m。砂層孔隙度高，亦屬中—高孔隙儲層。館陶組內(nèi)粘性土也呈西薄東厚的特點，但西部粘性土占該熱儲層總厚90%以上。粘性土層數(shù)7～17層，單層厚一般為6～20 m，最大為52.8 m。粘性土的厚度占該熱儲層總厚的64.1%～90%，平均為75.1%。砂層的厚度在西部占該熱儲層總厚的10%～18%，在東部約占36%，平均為24.9%。該熱儲層厚度為99～342 m左右，局部更大。

2.2 碎屑巖類裂隙孔隙水

分布于龍屯、無梁西南一帶的剝蝕壟崗區(qū)。由二疊系碎屑巖組成。砂巖、礫巖含水層由多層組成，之間為泥巖、砂質(zhì)泥巖、頁巖相隔，相互間水力聯(lián)系極差。因斷裂構造和地表水的侵蝕切割作用，形態(tài)上形成單面山，堅硬砂巖、礫巖組成單面山陡坎，地下水補給條件差，造成地下水水量小、壓力大、水頭高的特點。

2.3 碳酸鹽巖類裂隙巖溶水

主要為碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖組，分為裸露型和覆蓋型。

2.3.1 裸露型

廣泛分布于嵩、箕山背斜兩翼及嵩山背斜東部傾伏端處，在復向斜褶皺形成的的崗丘上也有出露。分布于無梁鎮(zhèn)周邊低山丘陵區(qū)。巖性主要為寒武系砂巖、砂礫巖質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。這些巖石都不同程度地發(fā)育巖溶裂隙。

2.3.2 覆蓋型

多分布在山前斜坡前緣和剝蝕崗地，呈條帶狀。分布于后山連—崗李—崗王一帶、靈井—七里店一帶和東部五女店一帶。巖性主要為寒武、奧陶系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。此類巖性巖溶裂隙相對較發(fā)育。靈井鎮(zhèn)和無梁鎮(zhèn)的碳酸鹽巖巖溶裂隙水是生活和工業(yè)用水的主要開采層，同時也是平禹一礦和泉店煤礦礦坑涌水的主要來源。古生界巖溶裂隙熱儲層在許昌西部七里店一帶頂板埋深約為300～700 m，東部五女店一帶埋深約為1 200～1 500 m，厚度約530～1 130 m，上覆地層為新近系和第四系。

圖3 氧-18豐度值與井深關系圖

2.4 基巖裂隙水

主要為層狀巖類裂隙水。分布于禹州無梁北、長葛陘山一帶。巖性以元古界(Pt)嵩山群石英巖、石英片巖為主，不易滲水，地下水貧乏，富水性差。地下水主要賦存于風化裂隙之中，形成裂隙潛水。

圖4 地下水年齡與井深關系圖

3 同位素對比分析

依據(jù)“淮河流域(河南段)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查報告”所做的大量同位素樣品分析結果，重氧分布可以劃分成兩個區(qū)域，區(qū)域A基本在-7～-8.6之間，且隨深度變化，并未呈相應的函數(shù)關系遞增或者遞減。區(qū)域B則波動很大，與區(qū)域A有明顯的差別。如今，在分析地下水中同位素時以新水老水來衡量，新水由于受地表及降雨的影響，重氧豐度值較老水偏高。從圖3可以明顯看出，在深度60米左右重氧豐度值呈明顯的分界，60 m以淺重氧值相近且偏高，說明此范圍的水成因時間相近，也就是說此范圍的含水層在縱向上是連續(xù)的。區(qū)域B中重氧的豐度值分散且普遍偏小，說明形成年代較久，且含水層系在縱向上沒有太多聯(lián)系[2]。

圖4是14C測年的結果，很明顯，60 m以淺和60 m以深水樣的年齡出現(xiàn)明顯差別。并且60 m以淺水樣年齡基本沒有差別，形成時期相近或者有混合，可以推斷在60 m以淺是在縱向上連續(xù)的含水層[2]。

由圖3、圖4得出：許昌市淺層地下水與中深層地下水的分界線定在60 m左右，與依據(jù)地層劃分的界線一致。綜合地層和同位素分析結果，將淺層和中深層地下水含水層界線定為60 m是合適的。

4 結語

(1)許昌市地下水分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水、基巖裂隙水等四種基本類型。

(2)根據(jù)含水介質(zhì)的巖性組合特征及埋藏深度、地下水的賦存條件及水動力特征，結合本區(qū)目前的地下水開采深度，將研究區(qū)含水層組劃分為淺層含水層(組)、中深層含水層(組)、深層含水層(組)、超深層(熱儲層)含水層(組)、二疊系碎屑巖含水層(組)、碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層(組)、層狀巖類裂隙含水層(組)等七大含水層(組)。

(3)根據(jù)許昌市地層和地下水同位素分析結果一致性對比研究，將許昌市淺層地下水與中深層地下水含水層界線定為埋深60 m。

[1]丁瑞雪，谷彥彬. 許昌市地下水超采引起的問題與對策[J]. 治淮.2015.22(7)：14-15.

[2]左正金，王獻坤，王付軍，等．淮河流域(河南段)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查報告[R]．鄭州：河南省地質(zhì)調(diào)查院.2007.

Division and isotope correlation study of groundwater aquifer group in Xuchang

ZHANG Fu-you

(Surveying and Mapping Geographic Information Institute of Geology and Mineral Resources Exploration and Development Bureau in Henan, Henan Zhengzhou 450006)

Xuchang is one of the 30 key water shortage cities in China. In order to find out the hydrogeological characteristics of groundwater in Xuchang, the groundwater type and aquifer group of Xuchang are divided. The underground water in Xuchang is divided into four types: loose rock pore water, clastic rock fissure water, carbonate fractured karst water and bedrock fissure water. The aquifer was divided into shallow aquifer (Group), in deep aquifers (Group), deep aquifers (Group), ultra deep (reservoir) aquifer (Group), the Permian clastic aquifer (Group), carbonate karst fractured aquifer (Group), layered rock the aquifer (Group) seven aquifer (group). At the same time, through a comparative study on the stratum of Xuchang and groundwater isotope analysis results, delineation of shallow groundwater in Xuchang city and the deep aquifer boundary as the depth of 60m, and consistent with boundaries based on stratigraphic division.

Xuchang；groundwater；hydrogeological type；aquifer；isotope

2017-03-03

張富有(1982-)，男，河南扶溝人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和地質(zhì)災害等研究工作。

P641.12

A

1004-1184(2017)04-0040-02