青海青石坡地區(qū)基巖裂隙水形成機(jī)理與富水性分析

嚴(yán)維德 張豐雄 彭 亮 唐保春 張盛生 王 斌

（青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院 青海省水文地質(zhì)及地?zé)岬刭|(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810008）

0 引言

青石坡地區(qū)位處西寧盆地西南緣拉雞山北麓山區(qū)。總體地勢(shì)由南高北低，南側(cè)拉雞山山脈西段為侵蝕構(gòu)造中、高山區(qū)，山勢(shì)陡峻，群峰林立；中部發(fā)育樹枝狀水系，由西南向東轉(zhuǎn)最終匯集于青石坡地區(qū)，形成甘河河谷。分布于甘河河谷兩側(cè)的山體，海拔3500～4200m，相對(duì)高差300～500m，山體陡峭，巖性由白云巖、結(jié)晶灰?guī)r、千枚巖及泥質(zhì)結(jié)晶灰?guī)r組成，表層風(fēng)化強(qiáng)烈，溶洞較發(fā)育。坡體表層一般風(fēng)化較強(qiáng)烈，殘坡積物沿坡腳呈裙?fàn)罘植肌Ｔ诟屎雍庸葍蓚?cè)山區(qū)巖溶地貌發(fā)育，巖溶分布特征受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和水動(dòng)力條件等限制，一般發(fā)育有溶洞、溶隙和溶槽，巖溶槽主要分布于斷裂附近，特別是青石坡兩側(cè)山體，其展布方向與斷裂方向一致。由于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，以及水文網(wǎng)的強(qiáng)烈侵蝕，山體較為破碎，巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育。

區(qū)內(nèi)為高而寬厚的山體，受地質(zhì)構(gòu)造的控制及水文網(wǎng)的強(qiáng)烈切割，顯得支離破碎，致使地表及地下水徑流迅速、交替劇烈、排泄暢通，地下水埋藏條件十分復(fù)雜，富水性強(qiáng)弱極不均一，構(gòu)成地表水及地下水徑流的起點(diǎn)。山區(qū)分布的碳酸鹽巖可溶性較大，由于地下水在循環(huán)徑流過(guò)程中長(zhǎng)期溶蝕、溶濾作用，溶溝、溶隙、溶孔、溶洞等巖溶現(xiàn)象比較發(fā)育，為巖溶裂隙水的賦存創(chuàng)造了良好的條件。在碳酸鹽巖分布區(qū)，構(gòu)造、巖溶發(fā)育地段通常也是富水性強(qiáng)的地段，巖溶裂隙泉具有極好的水質(zhì)和較大的水量。基巖山區(qū)也是流域內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給區(qū)。

1 基巖裂隙水形成機(jī)理

1.1 地下水形成特征

區(qū)內(nèi)地下水主要類型為碳酸鹽巖裂隙巖溶水，賦存于灰?guī)r溶隙、裂隙中。裂隙巖溶水含水層分布廣泛，巖性主要為克素爾組、湟源群青石坡組、花石山群北門峽組白云巖、結(jié)晶灰?guī)r，含水層厚度大于300m，巖石硬脆，破碎，溶溝、溶隙、溶孔、溶洞等巖溶現(xiàn)象發(fā)育，且?guī)r溶溶隙、裂隙分布極不均勻，地下水的徑流通道復(fù)雜，根據(jù)資料顯示，各個(gè)鉆孔的巖溶的發(fā)育程度不一，反映了巖溶裂隙分布的不均勻性質(zhì)巖溶分布極不均勻，巖溶溶隙的通道復(fù)雜。由于灰?guī)r的溶隙和裂隙相對(duì)不發(fā)育和巖溶裂隙水的不均勻性，從W1-W1′物探剖面解譯推斷來(lái)看，在甘河河谷西部，巖溶300 以淺巖溶較發(fā)育，300～700m 為巖溶水強(qiáng)徑流帶，由此可見，地下水的徑流通道規(guī)律復(fù)雜。

在拉雞山西段分布的碳酸鹽巖層在地史演變過(guò)程中，發(fā)育形成的眾多溶溝、溶槽、溶孔（洞）及構(gòu)造裂隙為巖溶裂隙水的運(yùn)移儲(chǔ)存創(chuàng)造了良好的空間條件。區(qū)內(nèi)祼露型巖溶裂隙水主要賦存于巖溶溶洞、溶隙和斷裂帶中，其空間分布不均勻。

1.2 構(gòu)造控制特征

青石坡地區(qū)位處西寧盆地西南緣拉雞山高角度逆沖斷隆地帶。在大地構(gòu)造位置上處于祁連褶皺系的拉雞山優(yōu)地槽帶，拉雞山隆起帶北麓，花石山復(fù)向斜東端，系由湟源群青石坡組和花石山群克素爾組、北門峽組組成。花石山復(fù)向斜由于后期斷層破壞成西窄東寬之帶狀分布，復(fù)向斜主要由青石坡向斜、花石山同斜向斜及其間的背斜組成，次級(jí)背、向斜軸線呈波狀。上述褶皺軸面均向南傾斜，且傾角愈往南愈大，而褶皺亦漸趨正常；褶皺脊線總體向西或西北傾伏，往東有封閉趨勢(shì)，褶皺軸線向東收斂，向北西撒開（圖1）。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造略圖

在區(qū)域上受拉雞山南側(cè)主干斷裂的控制，拉雞山北麓深大斷裂由數(shù)條大小不一，平行排列的斷裂組成，為壓扭性斷裂，呈NW—NWW向展布。勘查區(qū)發(fā)育有壓扭性高角度逆沖斷層（F1、F2），北東向次級(jí)的正斷層（F3、F4）。可以看出，區(qū)內(nèi)F1 為阻水?dāng)鄬樱現(xiàn)3、F4 為導(dǎo)水?dāng)鄬樱現(xiàn)2 為阻水?dāng)鄬印^(qū)內(nèi)儲(chǔ)水構(gòu)造嚴(yán)格受斷裂所控制，最終排泄于青石坡河谷區(qū)。整體而言，拉雞山西段北麓中上部地段的基巖山區(qū)接受大氣降水的補(bǔ)給，構(gòu)成了地表與地下徑流的起點(diǎn)。在中段受透水性差的F1壓性斷裂相隔，形成了一道相對(duì)阻水屏障，由此上游的地下水借助于橫切山體的溝谷，次級(jí)張性斷層及其破碎帶向下游青石坡方向排泄。

圖2 W1—W1’物探剖面可控源地質(zhì)解譯推斷圖

從物探解譯成果來(lái)看，W1-W1’剖面顯示在剖面西側(cè)（圖2），基底面起伏不大，相對(duì)平緩且埋深淺，埋深約70m，東側(cè)出山口青石坡村與朱家莊之間推斷為斷層，其斷層性質(zhì)為西側(cè)山體隆升，東側(cè)盆地下降的山前正斷層，斷層控制著古近系的展布厚度，致使斷層西側(cè)古近系殘留厚度較東側(cè)薄，僅900m。基底埋深也是東深（600～1950m）西淺（10～100m）。可以看出，該斷層對(duì)區(qū)內(nèi)地下水深部徑流有一定的阻流形式。

1.3 地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄特征

在青石坡地區(qū)南部山區(qū)碳酸鹽巖巖溶裂隙水主要接受大氣降水和冰雪融水補(bǔ)給，地下水沿基巖裂隙、巖溶溶隙方向流動(dòng)，當(dāng)遇到橫向裂隙或斷裂阻擋時(shí)，則匯于張性、張扭性斷裂破碎帶或影響帶的裂隙、空隙中，而后順著山勢(shì)，多以下降泉的形式向附近溝谷排泄。區(qū)內(nèi)巖溶裂隙水的賦存及分布受斷裂構(gòu)造控制較明顯，從拉雞山西段北麓中上部地段的基巖山區(qū)接受大氣降水的補(bǔ)給，構(gòu)成了地表與地下徑流的起點(diǎn)，地下水潛流方向總體由西南向東北方向運(yùn)移。至駱駝槽附近受到透水性差的F1 壓性斷裂阻隔，形成了一道阻水屏障，由此上游地下水借助橫切山體的溝谷，并伴隨發(fā)育F3、F4 次級(jí)張性斷裂，地下水繼續(xù)沿溝谷、次級(jí)張性斷裂及其破碎帶向下游方向排泄，由于青石坡溝谷北側(cè)山體的隆起，地下水一部分以泉的排泄于河谷，一部分以側(cè)向補(bǔ)給方式補(bǔ)給甘河河谷區(qū)地下水。而在鉆孔勘查過(guò)程中單獨(dú)對(duì)巖溶裂隙水的抽水試驗(yàn)中，巖溶裂隙的水位高于孔隙水水位，說(shuō)明區(qū)內(nèi)也存在巖溶裂隙水對(duì)孔隙水存在補(bǔ)給作用。

區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖類巖溶裂隙水的徑流相對(duì)復(fù)雜，受含水層的不均質(zhì)性及巖溶溶隙、裂隙的不均勻發(fā)育，地下水徑流通道錯(cuò)綜復(fù)雜，已有資料顯示部分地區(qū)巖溶裂隙通道相對(duì)不發(fā)育，巖溶裂隙水徑流相對(duì)較弱，而另一部分地區(qū)巖溶裂隙發(fā)育，巖溶裂隙水徑流相對(duì)強(qiáng)。從物探解譯成果來(lái)看，W1-W1’剖面顯示甘河?xùn)|側(cè)出山口東側(cè)出山口青石坡村與朱家莊之間推斷為斷層，其斷層性質(zhì)為西側(cè)山體隆升，東側(cè)盆地下降的山前正斷層，古近系泥巖明顯對(duì)地下水形成阻水，形成一個(gè)天然跌水屏障。總體來(lái)說(shuō)，區(qū)內(nèi)地下水徑流條件復(fù)雜。

據(jù)前人資料，在溝腦地區(qū)，裂隙巖溶泉水較發(fā)育，一般位于山坡坡腰和溝腦，且局部地區(qū)呈片狀泄出，而至中游地區(qū)，裂隙巖溶泉一般發(fā)育，泉水流量小于1L/s。至青石坡溝谷兩側(cè)，則為巖溶地貌最為發(fā)育地帶，山頂溶槽、溶溝、溶洞隨處可見，洞內(nèi)潮濕，可見水蝕痕跡，均為古巖溶地貌，受構(gòu)造抬升作用，現(xiàn)今都高于侵蝕基準(zhǔn)面。巖溶裂隙水一般以泉呈線狀流出，如南佛山山腰一處懸掛泉，泉口標(biāo)高3150m，調(diào)查瞬時(shí)流量0.033L/s，被當(dāng)?shù)厝朔顬椤吧袼保▓D3）。

圖3 “神水泉”（Q2）水文地質(zhì)剖面圖

青石坡地下水水質(zhì)主要為Ⅱ類水，水化學(xué)類型以HCO3—Ca，HCO3—Ca·Mg 型水為主，礦化度0.32～0.45g/L。各項(xiàng)指標(biāo)都符合供水水源地水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2 地下水富水性分析

2.1 富水性分級(jí)

為了便于統(tǒng)一評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)含水層的富水性，將鉆孔涌水量統(tǒng)一換算成10 吋口徑5m 降深時(shí)的涌水量（以下稱“單井計(jì)算涌水量”），由于鉆孔中上部和下部口徑不相同（上部550mm，下部450mm），口徑統(tǒng)一按450mm 進(jìn)行換算。

1）降深換算公式：

式中：Q——統(tǒng)一降深、統(tǒng)一口徑的鉆孔涌水量(m3/d)；

Q1——原鉆孔抽水時(shí)的涌水量(m3/d)；

Q2——統(tǒng)一口徑的涌水量(m3/d)；

S1——與Q1 相應(yīng)的水位降深(m)；

S2——換算的統(tǒng)一水位降深(m)，統(tǒng)一換算成5m；

D1——鉆孔原口徑(m)；

D2——換算的鉆孔口徑(m)，統(tǒng)一換算成10 吋；

H——含水層厚度(m)。

根據(jù)單井計(jì)算涌水量，其富水性可分為三級(jí)：

1）水量極豐富的：?jiǎn)尉?jì)算涌水量大于5000m3/d；

2）水量豐富的：?jiǎn)尉?jì)算涌水量3000～5000m3/d；

3）水量中等－貧乏的：?jiǎn)尉?jì)算涌水量小于3000m3/d。

2.2 富水性分區(qū)

1）水量極豐富地段

分布于甘溝出山口青石坡河谷中心地帶，呈條帶狀東西向分布，含水層為全新統(tǒng)卵礫石層和薊縣系花石山群克素爾組白云質(zhì)灰?guī)r，含水層厚度大于300m，上部孔隙水含水層的調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，下部巖溶裂隙水富水性具有不均勻性，混合水水位埋深2.79～4.74m，滲透系數(shù)27.99～154.55m/d，單井計(jì)算涌水量5782.5～18366m3/d。

2）水量豐富地段

分布于甘溝河谷區(qū)中心兩側(cè)，順河谷呈條帶狀分布，含水層為全新統(tǒng)卵礫石層和薊縣系花石山群克素爾組白云質(zhì)灰?guī)r，孔隙水含水層厚度一般10～40m，巖溶裂隙水含水層厚度大于228m，混合水水位埋深一般5～10m。單井計(jì)算涌水量一般3000～5000m3/d。

3）水量中等—貧乏地段

分布于甘溝寬溝谷地帶及河谷邊緣地帶，含水層為為全新統(tǒng)卵礫石層和薊縣系花石山群克素爾組白云質(zhì)灰?guī)r，孔隙水含水層厚度不均勻，一般5～20m，巖溶裂隙水含水層厚度大于228m。混合水水位埋深一般大于3m，單井計(jì)算涌水量一般小于3000m3/d。

3 結(jié)論

青石坡基巖地區(qū)地下水類型主要為碳酸鹽巖類巖溶裂隙水，主要接受大氣降水和冰雪融化補(bǔ)給，地下水主要賦存于灰?guī)r溶隙、裂隙中，且?guī)r溶溶隙、裂隙分布極不均勻，其空間分布不均勻，儲(chǔ)水空間和徑流通道與斷裂構(gòu)造關(guān)系密切，地下水徑流通道復(fù)雜，其水文地質(zhì)條件復(fù)雜。

據(jù)已有資料顯示，本區(qū)存在有水量豐富和較好水質(zhì)的基巖裂隙水，為了緩解本地區(qū)生產(chǎn)生活需水矛盾，應(yīng)在該地區(qū)開展多種有效方法的找水工作，進(jìn)一步掌握和查明區(qū)內(nèi)基巖裂隙水的水文地質(zhì)條件，為開發(fā)利用提供可靠的理論依據(jù)。

［1］杜文臣.西北干旱地區(qū)找水方向[J].陜西地礦信息，1996，22(1)：16-25.

［2］劉喜存.干旱基巖山區(qū)找水勘探方法及有關(guān)問(wèn)題探討[J].地質(zhì)裝備，2004，5(3).

［3］青海省湟中縣甘河工業(yè)園區(qū)供水青石坡水源地水文地質(zhì)勘查報(bào)告.1：2.5 萬(wàn)[R].青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，2011.

［4］中華人民共和國(guó)西寧－樂(lè)都幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告.1：20 萬(wàn)[R].青海省第二水文地質(zhì)隊(duì)，1984.

［5］青海省湟中地區(qū)農(nóng)業(yè)供水水文地質(zhì)勘察報(bào)告.1：5 萬(wàn)[R].青海省地質(zhì)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，1981.

［6］青海省湟中縣區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.1：10 萬(wàn)[R].青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，1998.

［7］西寧地區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合勘察評(píng)價(jià)報(bào)告.1：20 萬(wàn)[R].青海省第二水文地質(zhì)隊(duì)，1990.