延慶舊縣—石槽巖溶水特征分析

牛升晟 李鈁

摘? 要：延慶盆地中部第四系下伏基巖以薊縣系霧迷山組白云巖為主，為了摸清該區(qū)域巖溶水分布特征與規(guī)律，在舊縣鎮(zhèn)平原區(qū)布置了兩眼基巖勘探井，鉆探成果顯示，薊縣霧迷山組巖溶裂隙發(fā)育、滲透性好、導水性強，影響半徑小，巖溶含水層富水性良好，水化學類型為重碳酸鈣鎂型水，巖溶含水層的滲透系數(shù)為1.7020m/d，導水系數(shù)為506.17m2/d。綜合分析認為，延慶舊縣-石槽勘查區(qū)巖溶水資源具有一定的開采潛力。

關(guān)鍵詞：巖溶水;白云巖;延慶;滲透系數(shù)

中圖分類號：P641.134? ? ?文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1007-1903（2018）04-0067-04

0 前言

北京是世界上嚴重缺水的大城市之一。當?shù)厝司Y源量僅相當于全國人均的1/8，世界人均的1/30。南水北調(diào)進京后，水資源短缺形勢雖然可得到緩解，但作為外來水引水工程一旦出現(xiàn)問題，將威脅北京城市供水安全。為緩解北京市水資源不足，保證城市建設(shè)發(fā)展和居民生活用水，2011年7月北京市發(fā)展和改革委員會批準實施北京巖溶水資源勘查評價工程。

延慶盆地位于北京西北，巖溶水勘查程度較低，巖溶水資源尚未大量開發(fā)利用。

舊縣—石槽地區(qū)為重點勘探區(qū)，該工程以探采結(jié)合的方式，查明巖溶含水層的分布、埋藏特征及其巖溶地下水的賦存富集規(guī)律，掌握巖溶地下水的補給、徑流、排泄條件，施工勘探井，圈定水源地靶區(qū)。

1 勘查區(qū)概況

延慶盆地處于燕山沉降帶西端，是華北平原向張北高原的過渡地帶，其東、北、南三面被群山環(huán)抱。延慶盆地由東北向西南延伸，東西長35km，南北最寬處16km，山區(qū)屬軍都山山脈（衛(wèi)萬順，2008）。舊縣鎮(zhèn)屬山前平原地帶，舊縣鎮(zhèn)山前有殘丘，石槽地區(qū)為山區(qū)。山區(qū)地勢東北高西南低，石槽地區(qū)南猴頂沿線構(gòu)成地表分水嶺，分水嶺兩側(cè)沖溝發(fā)育;盆地平均海拔500m，山地平均海拔1000m。YQ-K-1號井和FC-T-8號井都位于延慶區(qū)舊縣鎮(zhèn)東龍灣村東北，團山村村南，兩眼井水平距離相距436m。

2 地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

2.1 地層分布

區(qū)域基底主要由太古界組成，由于長期出露遭遇侵蝕而未能接受沉積，地層缺失較多。延慶盆地四周山區(qū)出露有白堊系、侏羅系、寒武系、薊縣系、長城系及太古界，西北部海坨山有花崗巖巖體出露（圖1）。

勘查區(qū)為第四系沖洪積平原地貌，下伏基巖主要為薊縣系碳酸鹽巖。第四系分布于平原區(qū)及溝谷地帶，第四系厚度從永寧鎮(zhèn)東部山前，自東向西逐漸增加（王曉紅等，2016），在YQ-K-1號井和FC-T-8號井附近增加到200m左右，至延慶城區(qū)東北處和官廳水庫附近，第四系最深可達1900m左右?；鶐r主要為中上元古界薊縣系霧迷山組，主要由燧石條帶白云巖、疊層石白云巖、瀝青質(zhì)白云巖及少量含粉砂內(nèi)碎屑白云巖、硅質(zhì)巖組成，厚度約1780～3490m，該組地層裂隙較發(fā)育，富水性較好。

2.2 斷裂構(gòu)造

從區(qū)域構(gòu)造單元來看，勘查井位于延慶新斷陷的東部邊緣。主要斷裂有北東走向的五里營-古城斷裂、康莊-沈家營斷裂，南北走向的舊縣斷裂。

（1）五里營-古城斷裂

該斷裂位于勘查井北側(cè)，延慶盆地北部，是一條隱伏斷裂，走向北東，從官廳水庫延伸至古城村一帶。斷層傾向南東，南東盤下降，北西盤上升的正斷層，斷裂延伸較遠，與佛峪口—黃柏寺斷裂共同控制了盆地北部的地層沉積。

（2）康莊-沈家營斷裂

該斷裂位于勘查井南側(cè)，為區(qū)域隱伏斷裂，走向北東，傾向北西的正斷層。斷裂西北側(cè)是延慶盆地的沉積中心，在新生代曾有過強烈的沉陷。該斷裂控制著延慶盆地南部邊緣。

（3）舊縣斷裂

該斷裂北部在黑峪口山區(qū)有出露，南部隱伏于第四系之下，經(jīng)舊縣、艾官營至井莊村，總體走向近南北，斷層面傾向西，為正斷層。由物探資料推斷勘查井西側(cè)有一隱伏斷裂，走向南北，斷距約為200m，傾向西的正斷層。

2.3 水文地質(zhì)條件

勘查區(qū)及其周邊地下水包括孔隙水、裂隙水和巖溶水。文中以碳酸鹽巖溶裂隙水為研究對象。

延慶舊縣—石槽巖溶水分布區(qū)屬山前巖溶地下水分布區(qū)，勘查區(qū)內(nèi)巖溶地下水的補給以大氣降水入滲補給為主，另外媯水河、古城河河水流經(jīng)白云巖地層時也有一定的滲漏量，徑流方向由北東流向南西，排泄方式主要為地下水側(cè)向徑流及少量巖溶水開采，巖溶水開發(fā)利用程度低（李宇等，2009）。

FC-T-8號井和YQ-K-1號井取水目的層為薊縣系霧迷山組白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，為覆蓋型巖溶水，含水層厚度大，巖溶裂隙發(fā)育、滲透性好、導水性強，有利于大氣降水入滲。

3 巖溶水特征分析

3.1 鉆探

北京巖溶水資源勘查評價工程在延慶實施了兩眼勘探井。

（1）揭露地層

第四系（Q）：YQ-K-1號井揭露深度為0～237m，F(xiàn)C-T-8號井揭露深度為0～205m，巖性以粘砂、細砂為主夾砂礫石層。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)志資料，勘查區(qū)內(nèi)第四系巖性以山前坡、洪、沖積混雜而成的砂類土夾碎石及粘性土為主，與下伏地層不整合接觸。

薊縣系霧迷山組（Jxw）：YQ-K-1號井揭露深度為237～605m（未穿），F(xiàn)C-T-8號井揭露深度為205～502m巖性主要為灰色、灰白色、灰黑色白云巖，視厚度分別為368m和297m。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)志資料，勘查區(qū)內(nèi)下伏基巖巖性主要為白云巖、燧石條帶白云巖。

為了確定勘探井附近地區(qū)地層結(jié)構(gòu)及基巖埋深，勘查區(qū)內(nèi)布設(shè)了5條CSAMT剖面。CSAMT測線反演電阻率等值線及地質(zhì)推斷顯示該區(qū)域西部第四系較厚，約500m，東部第四系較薄，厚度約200m左右。

YQ-K-1號井和FC-T-8井鉆探揭露的地層與區(qū)域地質(zhì)資料、物探解譯吻合一致。

（2）泥漿漏失與測井

YQ-K-1號井鉆井過程中，281.5～284m，泥漿漏失20m3;337～339m，泥漿漏失50m3;390～393m，泥漿漏失25m3;432～433m，泥漿漏失42m3。FC-T-8號井在310m以后泥漿漏失不斷，采取了多次的泥漿堵漏措施，構(gòu)造裂隙比起YQ-K-1號井更加發(fā)育，說明延慶盆地下伏薊縣系霧迷山組白云巖是良好的富水段。

分析取水段測井曲線，YQ-K-1號井248～510m段電阻率數(shù)值以低阻為主，曲線呈小峰狀起伏，低值為300～600Ω·m，高值為2400Ω·m，低值多達十幾處;放射性數(shù)值以低值為主，曲線呈齒狀，數(shù)值40API以下。FC-T-8號井和YQ-K-1號井在280m以下有相同的電阻率和放射性變化特點。根據(jù)實鉆錄井，兩口井在霧迷山組白云質(zhì)灰?guī)r內(nèi)鉆進速率較快，最高達3m/h。綜合分析認為：該井取水段巖溶裂隙發(fā)育，滲透性好。

3.2 水文地質(zhì)參數(shù)計算

YQ-K-1號井和FC-T-8號井抽水試驗分為小、中、大3個降深，穩(wěn)定延續(xù)時間分別為8小時、16小時和24小時，出水溫度為13℃。抽水試驗成果見表1和表2（北京市地質(zhì)勘查技術(shù)院，2012a;北京市地質(zhì)工程勘察院，2013）。

YQ-K-1號井和FC-T-8號井運用非穩(wěn)定流配線法和穩(wěn)定流經(jīng)驗公式法計算了白云質(zhì)灰?guī)r的滲透系數(shù)和導水系數(shù)，對比結(jié)果，認為穩(wěn)定流的計算數(shù)值偏小，符合實際情況。計算結(jié)果見表3。

YQ-K-1號井和FC-T-8號井位于同一水文地質(zhì)單元內(nèi)，相距僅436m，滲透系數(shù)的計算值相差較大。這是因為在施工過程中，YQ-K-1號井在目的層出水段，多處發(fā)生孔內(nèi)坍塌現(xiàn)象，為了保障成井質(zhì)量，237～605m段下入了Ф127mm濾水管護壁，濾水管會影響該井的出水量，從而使?jié)B透系數(shù)的計算值低于其實際值。FC-T-8號井的目的層出水段為裸孔成井，因此滲透系數(shù)更能反應(yīng)真實地層的滲透系數(shù)值。

3.3 巖溶水水質(zhì)分析

YQ-K-1號井與FC-T-8號井在抽水試驗開始和結(jié)束時各取水樣一件，進行生活飲用水水質(zhì)全分析檢測。由檢驗報告得知：這兩口井的水無色無味，無肉眼可見物，水化學類型均為重碳酸鈣鎂型水，pH值為7.88～8.08，礦化度均為390mg/L，總硬度為206～214mg/L，屬于弱堿性、微硬水，水質(zhì)符合國家生活飲用水衛(wèi)生標準（GB 5749-2006）。

根據(jù)Piper三線圖解分區(qū)（圖2），總共劃分為9個區(qū)，落在菱形中的不同區(qū)域的水樣具有不同的化學特性，兩件水樣都位于1、3、5區(qū)。Piper圖分析結(jié)果顯示，延慶舊縣—石槽地區(qū)的巖溶水中，堿土金屬離子超過堿金屬離子，弱酸根離子超過強酸根離子，碳酸硬度超過50%，地下水化學性質(zhì)以堿土金屬和弱酸為主。

3.4 巖溶水資源潛力分析

通過YQ-K-1號井和FC-T-8號井的抽水試驗數(shù)據(jù)及水文地質(zhì)參數(shù)計算結(jié)果，可以判定舊縣—石槽巖溶勘查區(qū)內(nèi)的薊縣系霧迷山組碳酸鹽巖中，巖溶裂隙發(fā)育良好、滲透性好、導水性強、影響半徑小，富水性良好（北京市地質(zhì)勘查技術(shù)院，2012b）。

通過走訪調(diào)查，勘查區(qū)內(nèi)大部分水井取水目的層為第四系的農(nóng)業(yè)用水淺井，巖溶地下水基本上未開采，巖溶地下水儲量較豐富，可開采的巖溶地下水資源潛力較大，是理想的戰(zhàn)略應(yīng)急儲備水源地。

4 結(jié)論

（1）YQ-K-1號井和FC-T-8號井探明了舊縣-石槽勘查區(qū)薊縣系霧迷山組巖溶地下水的富水性。巖溶地下水單位涌水量172.32～346.19m3/d·m，水溫為13℃，滲透系數(shù)為1.70m/d，導水系數(shù)為506.17m2/d。

（2）舊縣—石槽勘查區(qū)薊縣系霧迷山組巖溶裂隙發(fā)育、滲透性好、導水性強，影響半徑小，巖溶含水層富水性良好，水質(zhì)優(yōu)良，符合生活飲用水水質(zhì)標準，是北京市西北地區(qū)理想的戰(zhàn)略應(yīng)急儲備水源供應(yīng)地。

參考文獻

北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，2008. 北京城市地質(zhì)[M]. 北京：中國大地出版社，69-71.

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