對(duì)北票市山間河谷區(qū)潛水含水層富水規(guī)律及開采方案的分析與探討

裴立斌,蔣向東,付 華,葛國(guó)志

(1.遼寧省觀音閣水庫(kù)管理局,遼寧 本溪 117100;2.遼寧省北票市地質(zhì)打井隊(duì),遼寧北票 122100)

北票市山間河谷在漫長(zhǎng)的內(nèi)外動(dòng)力作用下,沿河谷兩岸呈條帶狀廣泛分布著潛水含水層。由于構(gòu)造動(dòng)動(dòng)的控制,山間河谷縱向基底起伏大,橫向含水層厚度極不均一。地下水富存隨含水層厚度的變化而產(chǎn)生差異。為合理開發(fā)利用山間河谷區(qū)的地下水,必須運(yùn)用潛水含水層的富水規(guī)律尋找地下水,確定正確的開采方案,更好的為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

1 山間河谷區(qū)潛水含水層的分布特征

1.1 地形地貌控制了山間河谷發(fā)育走向

北票市山間河谷發(fā)育走向有其獨(dú)特性和規(guī)律性。區(qū)內(nèi)干流為大凌河,走向北東,南西向,在北票市南部穿過。大凌河北部有八條支流匯入。一級(jí)支流為忙牛河、東官河、西官河、龍?zhí)逗?二級(jí)支流有黑城子河,寶國(guó)老河、十八臺(tái)河、蒙古營(yíng)河,走向都為北西,南東向。支流都有序成平行排列。其規(guī)律性完全受其地形,地貌的控制。

區(qū)內(nèi)地貌為中低山與丘陵?；鶐r大部分裸露地表。地形西北高,東南底,分水嶺呈北西,南東走向。境內(nèi)河谷發(fā)育都是由北西流向東南,所以地形,地貌控制了山間河谷的平行排列與發(fā)育走向。河谷分布見圖 1。

圖1 北票市河流分布圖

1.2 構(gòu)造控制了山間河谷的縱向基底起伏

大凌河北部八條支流,橫跨兩個(gè)大地構(gòu)造單元。以斷親山一東官營(yíng)子逆斷層為界,北側(cè)為內(nèi)蒙地軸,南側(cè)為燕遼沉降帶。

內(nèi)蒙地軸是穩(wěn)定的地臺(tái)區(qū),出露的地層為太古界深變質(zhì)或淺變質(zhì)的片麻巖,板巖和花崗巖侵入體。

燕遼沉降帶出露的是薊縣系霧迷山組和揚(yáng)莊組,硅質(zhì)白云灰?guī)r,紫紅色白云巖與白云質(zhì)泥灰?guī)r。

中性代侏羅系時(shí)期發(fā)生了強(qiáng)烈的燕山運(yùn)動(dòng)。內(nèi)蒙地軸處于相對(duì)上升,地層遭受剝蝕,河谷下切強(qiáng)烈,兩岸堆積物較厚。斷親山一東官營(yíng)子逆斷層以此,是七條支流的發(fā)源地,源頭受構(gòu)造影響,河谷基底深,第四紀(jì)堆積物厚。

燕遼沉降帶在中生代時(shí)期由于強(qiáng)烈的燕山運(yùn)動(dòng),沉積了巨厚的陸相碎屑巖系和廣泛的煤系地層,同時(shí)伴隨火山噴發(fā),使地形高低起伏,形成大大小小的盆地。北票地區(qū)以上奈林皋—雙廟逆斷層(既南天門斷層)為界,北部發(fā)育了北票—哈爾腦盆地。南部發(fā)育了金嶺寺—羊山盆地。南天門斷裂沿震旦系石灰?guī)r地層南部邊界穿過。

由于構(gòu)造控制,區(qū)內(nèi)支流由內(nèi)蒙地軸,流入燕遼沉降帶,河谷基底發(fā)生了起伏。中生代沉積了巨厚的地層,硬結(jié)成巖,使河谷變淺,第四紀(jì)松散沉積物的厚度變薄。內(nèi)蒙地軸河谷第四紀(jì)松散堆積物由 20 m以上,到燕遼沉降帶河谷第四紀(jì)松散堆積物變成 5到 10 m。但接近北票盆地南部邊緣,南天門斷裂處,第四紀(jì)松散堆積物變厚,由 10m左右增加到30至 60m。河流穿過斷裂后又變淺。

由于構(gòu)造控制,山間河谷基底起伏的規(guī)律是：深—淺—深—淺,第四紀(jì)松散堆積物復(fù)蓋厚度的規(guī)律是：厚—薄—厚—薄。

境外流入北票市內(nèi)的大凌河,穿越的是金嶺寺盆地。忙牛河穿越的地層為中生代侏羅系砂頁(yè)巖與火山巖。構(gòu)造微弱,河谷基底起伏不大,第四紀(jì)松散堆積物厚度僅 5～12 m。雖然河流長(zhǎng),但地下水不十分豐富。

構(gòu)造控制了北票河流基底的起伏與第四紀(jì)松散堆積物的厚度。

1.3 外動(dòng)力地質(zhì)作用控制河谷橫向含水層的分布

山間河谷區(qū)的外動(dòng)力地質(zhì)作用,主要是河流的侵蝕作用,搬運(yùn)作用和沉積作用。

山間河谷的特點(diǎn),河道狹窄,多呈“V”字型河谷,縱坡降大。在外動(dòng)力地質(zhì)作用下,水流速度快,攜帶泥沙多。洪水期兩岸松散堆積物沉積厚度不均一,兩岸階地形成不對(duì)稱,含水層厚薄不均。

太古界與震旦界地層的巖石經(jīng)過漫長(zhǎng)的物理風(fēng)化與化學(xué)風(fēng)化作用,表層巖石破碎。當(dāng)發(fā)洪水時(shí),水流沿河谷向下侵蝕,風(fēng)化破碎的巖石以及松散堆積物被洪水沖走。只有在水量,流速較小的枯水期,水流搬運(yùn)能力降低,粗大的巖石碎屑,卵石、礫石、粗砂便在河谷兩岸和河床開闊地段堆積下來。老地層下蝕作用時(shí)間長(zhǎng),堆積物比較厚。當(dāng)下蝕作用達(dá)到侵蝕基準(zhǔn)面后,側(cè)蝕作用加強(qiáng)。造成山間河谷兩岸不同河段松散堆積物的分布面積與沉積厚度極不對(duì)稱。例如：東官河西岸紡織廠處,第四紀(jì)松散堆積物的厚度為 30多米,河?xùn)|岸土城子松散堆積物的厚度 10多米。同時(shí)河谷兩岸第四紀(jì)地層分布面積也不均一。西官河西官段河水沿西山坡基巖流動(dòng),直接切割基巖無階地。東岸則分布大面積一、二階地。

外動(dòng)力地質(zhì)作用控制了山間河谷橫向含水層的分布面積與含水層的厚度。

2 山間河谷區(qū)潛水含水層地下水的富存規(guī)律

山間河谷潛水含水層受地形、地貌、地層、巖性、構(gòu)造的控制,其分布范圍與覆蓋厚度極不均一,地下水富存的差異性比較大。隨著地下水的不斷開發(fā),實(shí)踐證明：山間河谷區(qū)潛水含水層富存規(guī)律與山間河谷潛水含水層的分布特征是相輔相成的。

2.1 山間河谷區(qū)的地形,地貌形態(tài)決定了地下水的富存

山間河谷兩側(cè)多為剝蝕的低山丘陵,山脊線有時(shí)順河谷方向發(fā)育,河道的走向受兩側(cè)低山丘陵的限制造成彎曲。在迎水山頭河道轉(zhuǎn)彎的一側(cè)形成面積較大,沉積較厚的第四紀(jì)松散堆積物,是地下水易于富集的地區(qū)。例如：東官河莊頭營(yíng)西山頭處,第四紀(jì)覆蓋厚度 20～30m,單井出水量 50～80 m3/h。

山間河谷支流匯合處,是地下水的富集區(qū)。洪水時(shí)支流攜帶泥沙在入口處沉積,形成較厚的松散堆積物,豐水時(shí)干流水返補(bǔ)地下,形成地下水。例如：大凌河三官營(yíng)子就是兩河交匯處,第四紀(jì)松散堆積物厚度比大凌河一級(jí)階地厚約

5～ 8 m,單井涌水量 50m3/h。

山間河谷流向開闊地段,形成山間盆地,地層成因復(fù)雜,既有洪積層又有沖積層,盆地邊緣地下水接受山前補(bǔ)給,形成集水盆地。例如：桃花吐大洼,地下水豐富,單井涌水量50～100 m3/h。

山間河谷的地形,地貌復(fù)雜,尋找有利地段是開采地下水的主攻方向。

2.2 山間河谷潛水含水層的厚度決定了地下水的富存

山間河谷比較狹窄,兩岸階地呈條帶狀鑲嵌在河谷兩岸。河道縱坡降比較大,地下水流速比較快,只有松散堆積物沉積厚度大,構(gòu)成含水層,才能易于地下水富存。北票市山間河谷第四紀(jì)松散堆積物以斷親山—東官營(yíng)子逆斷層以北的七條支流(除忙牛河外)第四紀(jì)松散堆積物的厚度達(dá)18～35m同,含水層厚度 10～20 m,地下水位埋深 10～13m,單井涌水量 50～80m3/h。七條支流中游含水層比較薄只有靠近南天門斷裂,中生代北票—哈爾腦盆地南緣,第四紀(jì)松散堆積物厚度增加,一般在 16～40 m,地下水豐富,單井涌水量在 50m3/h以上。下游含水層較薄,不利于地下水富存。

2.3 山間河谷區(qū)潛水含水層的巖性決定了地下水的富存

山間河谷區(qū)第四紀(jì)松散堆積物,是由不同成因,不同成份的堆積物組成,至使含水層的富水性也不同。山間河谷區(qū)的堆積物有沖積、沖洪積、風(fēng)積。沖積、沖洪積堆積物多為中粗砂夾礫,卵石,內(nèi)含薄層粉砂土。易于接受大氣降雨的補(bǔ)給。逕流,排匯暢通,是較好的含水層,也是地下水的富集區(qū)。

河谷與河谷巖性的不同,富水性差異比較大。境外流入市內(nèi)的大凌河,忙牛河是最長(zhǎng)的兩條河流。在境內(nèi)穿越的都是中生代地層,河谷兩岸堆積物大部分為粉細(xì)砂與粉砂土,有沖積,有風(fēng)積、富水性比較差。1988年用沖擊鉆在叉河營(yíng)林場(chǎng)忙牛河漫灘上打 2眼管井,井深 8米,涌水量 15 m3/h。1994年在白石水庫(kù)大凌河中心,打井 6米,出水量 10m3/h。

一條河谷上游與下游,東岸與西岸因巖性的不同,出水量也不同。例如：東官、西官河谷上游打井涌水量 50～80 m3/h。而中游最大涌水量 30～40m3/h,二龍臺(tái)川、三家窩鋪段巖性比較好,出水量 50～80 m3/h,而在對(duì)岸的房申打井26m,出水量 15m3/h。巖性造成地下水分布不均,在同一地段,井與井之間出水量相差懸殊。在下桃河谷中,兩眼井間距 240m,井深分別為 40 m和 35m,因巖性不同,一井出水量 80m3/h,而另一眼井出水量?jī)H 30m3/h。

山間河谷潛水含水層的巖性決定了地下水的富存。

3 山間河谷區(qū)含水層的富水規(guī)律決定了地下水的開采方式

依據(jù)含水層的富水規(guī)律,因地制宜,實(shí)事求是確定地下水的開采方案,就是用技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的集水工程,在最大限度奪取地下水的補(bǔ)給量和天然消耗量中能從含水層中取出來的最大水量。需要準(zhǔn)確布置井位,確定合理開采方案,布置合理的集水工程,才能最有效的開發(fā)利用地下水,為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

3.1 基巖深井開采區(qū)

適合第四紀(jì)松散堆積物厚,基巖風(fēng)化裂隙帶深,地下水位埋藏較深的地段。北票市以斷親山—東官營(yíng)子逆斷層以北,以及南天門斷裂邊緣地帶,巖性多為太古界片麻巖、花崗巖,中生界安山巖,震旦界石灰?guī)r,風(fēng)化帶深,裂隙發(fā)育。適合于基巖深井開采,既能取第四紀(jì)松散堆積物孔隙水,又能開采基巖風(fēng)化裂隙水。例如：西官河：尹仗子,大三家;東官河：炮手至小八溝蒙古營(yíng)河：南四家等地,基巖深井一般在50～80m深,水量 50～100 m3/h。即使大旱年間,地下水下降 10余米時(shí),井水仍能滿足農(nóng)業(yè)灌溉的需要。

3.2 第四紀(jì)松散層沖擊鉆開采區(qū)

適合于含水層中等,巖性較好。多為中粗砂與礫卵石層,透水性好,補(bǔ)給來源面積大,地下水逕流快。基巖多為中性代砂頁(yè)巖,是弱透水層,適合于沖擊鉆開采,例如：大凌河坤頭營(yíng)至八家子段,泉巨永洼地等,適合于沖擊鉆開采。一般井深 12～25m,涌水量 50 m3/h。

3.3 大口井、沉圈井開采區(qū)

適合于含水層比較薄,地下水位淺,巖性比較差,多為細(xì)砂,粉細(xì)砂,透水性較差的地段。例如：北票—哈爾腦盆地中部,忙牛河,長(zhǎng)皋河,黑城子河下游等地,適合于大口井、沉圈井開采。一般井深 8～12 m,涌水量 30～50m3。

3.4 截引潛開采區(qū)

適合于含水層比較薄,地下水比較豐富的地段,干旱季節(jié)有地下水溢出,可以采用截引潛工程或方塘提取地下水。如蒙古營(yíng)躍進(jìn),土城子,松臺(tái)溝等地,水量 30～50 m3/h。

4 結(jié)論

北票市山間河谷區(qū)潛水含水層既有普遍含水的特點(diǎn),又有富水不均的特征。實(shí)踐中必須運(yùn)用地形、地貌、巖性、構(gòu)造互相聯(lián)系有機(jī)結(jié)合的特點(diǎn),由表及里的進(jìn)行科學(xué)分析,從潛水含水層分布特征中總結(jié)出富水規(guī)律,從分析潛水層的差異中找出富水部位。準(zhǔn)確布置井位。依據(jù)含水層的厚度,巖性特點(diǎn),因地制宜確定開采方案,合理布置的集水工程,有效開發(fā)利用地下水資源。