水文地質(zhì)調(diào)查與物探在巖漿巖地區(qū)找水中的應用
——以田黃鎮(zhèn)律莊村地下水勘查為例

楊傳偉,劉啟蒙,王琳琳,李衛(wèi)利,張立川,萬 方

(1.安徽理工大學 地球與環(huán)境學院,安徽 淮南 232001;2.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)大隊),山東 濟寧 272100)

田黃鎮(zhèn)地處鄒城市東北部,位于沂蒙山區(qū)西部邊緣,巖漿巖大面積分布,是典型的缺水地區(qū),部分村莊更是常年季節(jié)性缺水,水井淺、水質(zhì)差、生活用水難,已嚴重影響人民日常生活、制約經(jīng)濟的發(fā)展[1]。為發(fā)揮水文地質(zhì)調(diào)查工作在服務公益找水、民生用水、脫貧扶貧、鄉(xiāng)村振興等方面的重要作用,在山東省多個省、市財政項目的支撐下,在田黃鎮(zhèn)下轄的50多個村莊開展了大比例尺水文地質(zhì)調(diào)查和水文物探勘查工作,圈定富水靶區(qū),比選出較佳的鉆孔靶位,并經(jīng)鉆探驗證[2-5],多數(shù)鉆井打出了滿足當?shù)卮迕裥枨蟮纳钣盟?為同類地區(qū)開展找水打井工作提供重要借鑒。本文以鄒城市田黃鎮(zhèn)律莊村找水為例,在該村莊的有限區(qū)域內(nèi),根據(jù)當?shù)氐牡匦蔚孛?、地質(zhì)條件,首先開展水文地質(zhì)調(diào)查,確定找水方向,進而采用物探勘查工作,進一步圈定含水有利區(qū)域,通過鉆探驗證成功解決了該村長期以來的缺水問題。

1 自然地理概況

律莊村位于田黃鎮(zhèn)西2.5 km,人口852人,耕地1 085畝,人均耕地1.27畝左右。標高為130～200 m,相對高差為70 m,屬低山丘陵地貌,整體地勢西高東低,地面坡度小于20°。村民生活用水方式為“集中供水+分散開采”,集中供水是通過開挖大口井蓄水,井深8 m;分散開采則是依靠村民家中自備井取水,井深多在20～40 m之間,井徑較小,水量一般1～2 m3/h。由于巖漿巖淺部風化裂隙水主要補給來源為大氣降水,受季節(jié)變化影響較大,尤其是在干旱季節(jié)持續(xù)抽水極易疏干,村民的飲用水難以得到保障,迫切需要開展找水打井工作。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)及構造背景

律莊村整體處于山間谷地,南、北、西三面環(huán)山,沿河谷兩側和山麓前沿分布大面積第四系沖洪積層,巖性主要為黃色粘土、亞粘土、含砂礫等,具垂直節(jié)理,半膠結,厚度小于3 m;下伏基巖以閃長巖為主,村東發(fā)育一條較大的輝綠巖脈,巖性為輝綠巖,致密,為阻水巖脈。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構造發(fā)育簡單,附近無較大斷層,僅在河谷地段見小型斷層露頭。

2.2 地下水的賦存特征

區(qū)內(nèi)第四系基本不含水,地下水以巖漿巖類、變質(zhì)巖類裂隙水為主,主要賦存于各期巖漿巖、變質(zhì)巖裂隙中,受補給條件、裂隙發(fā)育程度的影響,富水性分布極不均勻,淺部風化裂隙帶深度一般小于30 m,構造裂隙空間發(fā)育差[6-7],單井涌水量一般小于100 m3/d。在地勢低洼、匯水條件良好的溝谷地帶,或受構造、巖脈侵入作用影響巖石裂隙發(fā)育地區(qū),富水性增強,單井涌水量可大于200 m3/d。地下水的埋藏較淺,水位一般在2.0～6.0 m之間,年變化幅度小,一般小于2.0 m。地下水主要靠大氣降水補給,通過殘坡積層及基巖風化裂隙入滲,并向低洼處排泄。

3 找水技術與方法

3.1 水文地質(zhì)調(diào)查

通過野外水文地質(zhì)調(diào)查,村西南發(fā)現(xiàn)兩處斷層,一處位于村西南角路邊,為壓性斷裂,走向66°,傾向東南,后期沿斷層侵入石英巖脈,規(guī)模較小且不連續(xù);另一處位于村西南的東西向沖溝內(nèi),斷層面陡立,走向340°,西盤為閃長巖,表面風化嚴重,東盤為花崗巖,具明顯擠壓面,具片理化,裂隙不發(fā)育,表面蝕變嚴重,為斷層的碎裂巖帶。

村西和西南見花崗巖脈,村西巖脈產(chǎn)狀變化較大,且連續(xù)性差(圖1);村西南路邊見花崗巖脈,走向北西,寬約10 m,風化程度中等,表面擠壓明顯,裂隙不甚發(fā)育(圖2)。另外,村東北溝谷內(nèi)見一閃長玢巖,裂隙發(fā)育,分析為構造運動擠壓形成,為燕山晚期形成,經(jīng)歷構造運動次數(shù)少,寬5 m,走向350°。沿著沖溝可見一北西向斷層面,走向182°,傾角53°,傾向東92°,分析此處閃長玢巖裂隙發(fā)育為斷層影響所致。主要斷層及巖脈位置見圖3。

圖1 律莊村西溝谷內(nèi)巖脈

圖3 律莊村主要地質(zhì)點位置示意圖

3.2 地球物理勘探

3.2.1 物探工作布置

結合地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及野外調(diào)查情況,將花崗巖脈在侵入過程中造成脈體或圍巖的構造裂隙作為本測區(qū)找水的目標含水層。為驗證巖脈走向、發(fā)育情況及相互關聯(lián)性,進行了聯(lián)合剖面法的布置與測量,共完成聯(lián)合剖面測線2條,均位于村西(圖3)?；A極距主要采用的是AO=BO=80 m,需要驗證異常時,改變裝置為AO=BO=160 m,為達到更好的信號強度及數(shù)據(jù)穩(wěn)定性,本次測量采用直流高壓供電,供電電壓300～800 V,測量電流不小于300 mA,測量第一次電位差不小于30 mV。

3.2.2 物探結果分析

聯(lián)合剖面LZ-01線ρs曲線異常特征較為明顯,主要表現(xiàn)有ρs曲線的同步躍變、局部波動等異常。其中,54點出現(xiàn)低阻正交點,曲線分離不明顯,改變大裝置后正交點依然存在,分析此處存在一斷層,大極距低阻正交點相對于小極距存在向東側的位移,說明該斷層傾向東,主帶附近電阻率值變化較小,說明該斷層為壓性斷層;主帶兩側阻值差距明顯,向小號方向阻值明顯增大,10～42點同步高阻異常,視電阻率峰值遠遠高于正常圍巖,分析為斷層的碎裂巖帶;42～52號點為低阻異常,在界面附近ρSA和ρSB曲線呈階梯狀變化,靠近高阻巖體一側的電極排列曲線存在明顯的躍變,遠離界面低阻特征明顯,曲線平緩,可能為巖性變化和斷層裂隙帶共同作用所致;正交點向大號方向阻值相對增大,ρS曲線出現(xiàn)不規(guī)律波動現(xiàn)象,但曲線ρSA和ρSB曲線變化同步,且大極距ρSA和ρSB曲線表現(xiàn)出相同規(guī)律,分析該處為斷層影響帶,其中57～60點為高阻異常,改變裝置后仍有趨勢明顯,反映出脆性巖脈沿著裂隙侵入的特征(圖4)。

圖4 律莊村LZ-01線聯(lián)合剖面ρs剖面圖

聯(lián)合剖面LZ-02線ρS曲線,20點處出現(xiàn)正交點,但兩側分離較差,為壓性斷層碎裂巖帶,43～48點亦出現(xiàn)高阻異常現(xiàn)象(圖5)。

圖5 律莊村LZ-02線聯(lián)合剖面ρs剖面圖

結合地質(zhì)調(diào)查點情況,推測村西發(fā)育北西向斷層,并有花崗巖脈沿著斷層影響帶侵入,故井位布置在LZ-01線57號測點,勘查目標為巖脈儲水型蓄水構造[8]。

3.3 鉆探驗證

3.3.1 鉆探過程及施工工藝

施工設備采用空氣潛孔錘SL500C型鉆機,上部采用Ф400 mm鉆具鉆進,下入Ф325×7 mm護壁鋼管;下部采用Ф280 mm鉆具鉆進至100 m終孔;井管采用提吊焊接法,共下入φ325 mm鋼管12 m,管口高出地面0.5 m,管壁外采用水泥砂漿止水,基巖段裸孔。

3.3.2 成井結果

鉆孔成井深度100 m,揭露地層巖性由上至下依次為:0～10 m,含礫粘土,黃褐色;10～17 m,強風化花崗閃長巖,黃綠色;17～28 m,弱風化花崗巖夾閃長巖,肉紅色、灰綠色,其中18～24 m裂隙發(fā)育,為含水層;28～48 m,閃長巖夾花崗巖,灰黑色伴肉紅色,其中44～48 m裂隙發(fā)育,為含水層;48～100 m,花崗巖夾閃長巖,肉紅色伴灰綠、灰黑色,其中72～76 m見塊狀巖粉,鉆進時水量增加,為含水層(圖6)。終孔后,實施了抽水試驗、水質(zhì)分析等工作。

圖6 律莊村ZD11號鉆孔地質(zhì)剖面圖

對鉆孔進行了一個落程的簡易抽水試驗,抽水延續(xù)時間12 h,恢復水位時間4 h,靜止水位9.10 m,動水位27.60 m,水位降深18.50 m,抽水流量為372.0 m3/d。

該井水無色、無味、無嗅、透明、無懸浮物和肉眼可見物,感官性狀符合生活飲用水水質(zhì)要求;檢測的一般化學指標及毒理指標均符合《地下水質(zhì)量標準》(GB/T14848-2017)規(guī)定,初步評價為Ⅱ類地下水;根據(jù)國家現(xiàn)行的《飲用天然礦泉水標準》(GB8537-2018),偏硅酸含量30.1 mg/L,初步評價為偏硅酸型礦泉水。該井整體水質(zhì)、水量較好,極大地解決了當?shù)鼐用裼盟щy,取得了較好的社會效益。

4 結語

在巖漿巖地區(qū),閃長巖中侵入花崗巖脈,因其質(zhì)硬,性脆,在侵入過程中受到應力作用會使巖脈本身形成裂隙,當巖脈達到一定規(guī)模即可形成多個連通性較好的裂隙,有利于地下水的儲存和運移,形成巖脈儲水型蓄水構造,是找水的理想地段,也是本區(qū)地下水勘查的主要目標。本次通過水文地質(zhì)調(diào)查與物探相互結合的勘查方式,成功實施了一眼百米深井,解決了村民的生活用水問題,取得了理想的找水效果,為同類型水文地質(zhì)條件下找水定井起到了很好的示范作用。