松桃縣雞爪溝背斜富水特征及地下水開發利用

田小林

（貴州省地質礦產勘查開發局一一四地質大隊，貴州 遵義 563000）

貴州是我國西南地區典型的巖溶石山區，國土面積為17.6167萬km2，其中碳酸鹽巖巖溶區面積達10.90萬km2，占全省國土面積的61.9%[1]。巖溶石山地區強烈的巖溶作用形成了特殊的地表、地下雙層空間結構，造成地表水嚴重缺乏，地下水隱伏埋藏、開發利用難度大的格局，加之部分地區不合理的人為工程活動造成水資源的污染，使得可供有效開發利用的地表水資源嚴重短缺，嚴重制約了農業生產和經濟建設的發展，隨著社會經濟發展的需要，科學合理開發巖溶地下水資源勢在必行。

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

區內氣候屬中亞熱帶濕潤季風氣候區。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℃，年活動積溫為5138.9℃，無霜期293天。年降水量1378.3mm，年均陸地蒸發量4943mm，平均年雨日為183天，年平均日照數為1228小時。區內的主要河流為松桃河，該河流屬長江流域沅江水系，全長127.7km，流域面積1544km2，發源于梵凈山東北麓三陽溪的馬泉，自南向北徑流，于雞爪溝處向北東方向徑流。

區內農作物主要以水稻、玉米、小麥、洋芋、甘薯、豆類、高梁為主；經濟作物以油菜、花生、煙草、茶葉、魔芋為主。

由于碳酸鹽巖層分布面積廣，巖溶發育強烈、地質構造復雜，大量巖溶水存在于地下深部，占該區水資源總量的 80%以上。地表天然水點以孔隙水、基巖裂隙水等狀態出露，泉水量小、易斷流，導致區內農田灌溉及人蓄飲水困難。

1 區域地質概況

雞爪溝背斜處于松桃縣北部，區域總面積73.4km2，地處貴州高原向湘西丘陵過渡地帶，也是貴州地勢第三梯級地面，地勢總體上形成了西高東低、南高北低，地形起伏相對較小，相對高差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該區域總面積的 75%，地形完整、平坦、開闊。背斜富水區域北至長興堡鎮北部，西至黃板鄉，南抵松桃縣，東至世昌鄉，總面積約36.7km2。

圖1 雞爪溝背斜交通位置圖

區域內地下水類型根據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組合特征、巖溶發育程度以及水動力條件，進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，區內主要以溶孔—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。其中寒武系地層構成了該區地層主體，婁山關群碳酸鹽巖地層以一套巨厚的白云巖形成了該區域的主要巖溶水含水巖組，富集、存儲了該區域95%以上的巖溶地下水。

區內構造以北東向、北北東向構造為主，褶皺構造主要為雞爪溝背斜，該背斜核部地層為寒武系下統杷榔組，巖性為灰綠、暗灰色板狀頁巖、粉砂質頁巖，局部夾薄層泥灰巖，兩翼開闊、寬緩，主要為婁山關群白云巖，巖層傾角20°～30°，為該背斜區域巖溶地下水的主要富集區。斷裂構造主要為梅江張性斷裂，該斷裂呈北東—南西向延伸，上、下盤巖層產狀無明顯變化，傾向北西，傾角20°～40°，該斷裂的導水性促使南西部地區地下水向雞爪溝背斜西翼匯集，形成了雞爪溝背斜區域地下水富集區（圖2）。

圖2 雞爪溝背斜區域巖溶地下水富集示意圖

2 儲水構造富水特征

2.1 系統結構

雞爪溝背斜地下水富集系統平面形態呈近南北向展布寬緩的谷地形狀，長約7.5km，寬3.2～5.0km，谷地東西兩側地形起伏遞增，形成中間低、東西兩側高、南北略微起伏的緩丘谷地地貌形態。區域內發育有大量巖溶漏斗、豎井、洼地等巖溶個體形態，成為大氣降水補給地下水的天然通道。系統空間結構相對較復雜，接受大氣降水補給后主要通過溶蝕裂隙等轉為地下水，補給面積約 73.4km2。以東西兩側及背斜核部泥、頁巖劃分為東西兩部分地下水富集區，根據西翼富水區實施的 CK2、CK3、CK5、CK6[3]號機井資料顯示，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

雞爪溝背斜區域地下水儲水構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，碳酸鹽巖巖溶發育強烈，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所。地下水的循環及富集條件密切受區內地形地貌、地質構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婁山關群（∈2-3ls）白云巖，含水介質組合為溶孔、溶洞、溶（裂）隙。地層巖性、地質構造及地形地貌是區內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內地下水的地下分水嶺，控制著地下水的運動方向。該區域西部黃板鄉一帶奧陶系薄層灰巖、白云巖與志留系泥、頁巖的接觸帶，形成地下水的隔水邊界，地形起伏由西至東幅度減小，控制著該區地下水由西至東徑流，雞爪溝背斜核部寒武系下統杷榔組暗灰色板狀頁巖、粉砂質頁巖構成該區域東部隔水邊界，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一帶富水區域，背斜核部寒武系下統杷榔組暗灰色板狀頁巖、粉砂質頁巖形成該區域西部隔水邊界，東部弱透水層板溪群泥、頁巖及砂巖形成東部隔水邊界，東部地勢較高，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，在世昌鄉一帶婁山關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（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

雞爪溝背斜富水區域是一個完整的地下水富集系統，水的富集包含了補給來源、巖溶含水巖組、相對封閉巖溶儲水空間等條件。根據當地氣象資料，該區域雨量充沛，年降水量1378.3毫mm，年均陸地蒸發量 494mm，地下水補給量充足。該區含水巖組主要為寒武系中、上統婁山關群白云巖，巖溶發育較強烈，常見溶孔、溶隙等巖溶個體形態，溶洞、管道等相對較發育，對地下水的富集、運移及存儲提供了充足空間；該含水巖組相對較高的純度和巖溶發育的均勻性導致了該區地下水具備了均勻分布的特性。儲水空間為地下水補給、徑流、排泄的交換空間，以分水嶺、阻水泥頁巖、地下水排泄邊界劃分，該區域東至世昌鄉、西至黃板鄉分別出露板溪群及志留系弱透水泥、頁巖，形成相對隔水邊界，北至長興堡鎮、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，形成了一個相對封閉的巖溶儲水空間，為地下水的富集提供了良好的場所。

該區域接受大氣降水入滲轉為地下水，在溶孔、溶隙、溶洞、管道等徑流通道中運移、交換、循環，富集于背斜東西兩翼地勢相對低洼、相對封閉的存儲空間內，形成了東西兩部分富水塊段，成為一個完整的地下水富集系統。

3 開發利用

3.1 開發利用條件

雞爪溝背斜為白云巖山間盆地構造儲水類型，富水區域寬緩，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。婁山關組白云巖含水巖組富水較均勻，適用于機井開發地下水資源。

3.2 開發利用方法

根據區內水文地質條件及缺水狀況，本區域地下水資源開發適用于機井開發，以1∶1萬水文地質調查、水文地質物探、水文地質鉆探及水樣采集測試為具體工作方法。以區內缺水村寨為靶區，在 3.0km2范圍內進行1∶1萬水文地質調查，初步查明區內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，為后期物探、鉆探工作提供基本條件，為地下水開發工程提出可行性預測。

在1∶1萬水文地質調查圈定的打井靶區基礎上，開展水文地質物探工作，主要目的為查明成井區地下水主徑流帶的分布與埋深狀況；成井區的斷裂構造及通過認真分析物探資料，結合水文地質條件確定成井孔位。在本區域地下水屬淺埋型的基礎上，物探工作方法具體為聯合剖面法、對稱四極剖面法、對稱四極測深法、高密度電法測深、瞬變電磁法的綜合應用分析。通過對雞爪溝背斜各個勘探靶區物探資料分析，成井區內的基巖為白云巖，固有的電阻率高，土層為紅粘土，電阻率低，因此巖、土之間電阻率參數差異大；土層區為低電阻率區，基巖區為高電阻率區。裂隙發育帶是地下水富集、運移的場所，相對完整基巖為低電阻率區。淺部風化裂隙和深部裂隙發育帶以地下水為紐帶，形成連續的低電阻率區。測區內各巖、土體的電阻率參數如下：第四系土層ρ=20～100Ω·m；白云巖ρ=n×103～105Ω·m；地下水ρ=40～60Ω·m；裂隙發育帶ρ=100～1000Ω·m。通過電阻率參數異常分析確定成井孔位。

在物探解譯確定的成井孔位基礎上，以多工藝空氣鉆進為主，巖芯回轉鉆進為輔的方式進行鉆探施工鑿井。交通便利的鉆孔孔位，采用多工藝空氣潛孔錘鉆進；交通不便的孔位，則采用巖芯回轉鉆進。孔深則根據具體水文地質條件確定，一般為100～200m。施工鑿井結束后立即進行靜止水位進行觀測，水位穩定4小時以上可停止靜止水位觀

測，進行抽水試驗。抽水試驗采用單孔穩定流抽水，抽水設備為深井泵或空壓機。原則上每層次應作 3次降深穩定流抽水，對于對流量較大的鉆孔，深井泵抽水不能滿足三次降升要求的鉆孔，立即改為空壓機作抽水試驗。觀測頻率為抽水開始第1、3、5、10、20、30、40、50、60、75、90min，以后每30min觀測一次，穩定后每小時觀測一次，穩定時間依次為 24、16、8小時。抽水試驗結束后立即進行恢復水位觀測，穩定時間在4小時以上[5]。

抽水試驗結束前，應采集水樣送實驗室進行分析，對地下水質量進行評價。本區域已成功實施機井CK2、CK3、CK5、CK6共4口，按《地下水質量標準》（GB/T14848—93）[6]進行水質評價結果分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ、Ⅱ類，即優良—良好類別。

3.3 開發利用效益

本區域實施的機井參數及解決的飲水不安全人口、牲畜、農田灌溉的見表1。

通過上述各項參數及數據表明，雞爪溝背斜區域地下水資源豐富，水質優良，徹底解決了該區域人、蓄飲水不安全現狀及農田灌溉用水，帶來了極大的經濟效益，推動了地方經濟發展。

表1 雞爪溝背斜西翼實施機井特征表

4 結語

雞爪溝背斜富水區為受地質構造控制形成的封閉巖溶水系統，巖溶谷地地形平坦、開闊，婁山關群碳酸鹽巖類含水巖組富水性中等至強，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，直接開發地下水天然露頭，在無天然露頭分布的地帶，在查明地下水集中徑流帶的基礎上采用機井開采方式開采地下水，徹底解決了該區域人、蓄飲水及農田灌溉。

通過對雞爪溝背斜構造控水特征的分析，提出了在貴州地質構造相對復雜的巖溶山區尋找、開發利用巖溶地下水的條件和方法，可為其他相似構造類型地區巖溶水資源的開發所借鑒。

[1] 貴州省地礦局114地質大隊. 貴州省松桃縣地下水資源勘查報告[R]. 2007.

[2] 韓至鈞.金占省. 等. 貴州省水文地質志[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. 黔西北地區巖溶水系統劃分及找水方向[J]. 貴州地質, 2010

[5] 地質礦產部水文地質工程地質技術方法研究隊. 水文地質手冊[M]. 地質出版社, 1976

[6] 中華人民共和國國家標準. 地下水質量標準GB/T14848-93[S]. 中國標準出版社.1994