如何利用地質構造尋找地下水源

黃培 盧仁甫

摘要：地下水開發是近年來政府非常重視的一個民生問題，地層巖性是含水層重要基礎介質，構造又是影響地下水補給、徑流和富集的重要因素。在此，本人通過多年的地質工作經驗分別對地層含水性及地質構造控制和影響地下水進行分析研究。

關鍵詞：地下水；含水層；地質構造

前言

尋找和分析地下水資源的方法很多，有地質的、物探的、鉆探的等等。其中，物探是最先行方法，與地質方法相互呼應，相互確認；鉆探是壓軸方法，是對地質方法和物探方法的最終解譯；地質則貫穿于尋找和分析地下水資源的全過程。如何在地質條件允許的情況下找到各種地下水資源，這關系到地質工作者們的職責。現就我在實踐中利用地質構造影響因素尋找各含水層富水情況及有關地質構造控制因素，并對之進行分析，以便發現和尋找地下水源。

1.地質構造影響因素

地層巖性是地下水賦存的基礎，地質構造的復雜性又是地下水和地表水乃至大氣降水富集、滯留、流向的內在因素。地質構造是地球的巖石圈在漫長的歲月中衍化的結果，有其復雜性和多樣性，主要表現在地層和構造兩個方面。

1.1地層因素

根據巖石的成因分類，可將巖石地層分為三大類，既火成巖地層、沉積巖地層和變質巖地層。

（1）火成巖主要是火山噴發冷凝固結所形成的巖石，可分為噴出巖和侵入巖。噴出巖是巖漿噴出地表后迅速冷凝固結的，由于地表條件復雜，使噴出巖具有不相同的地質特征。具有隱晶質結構、致密塊狀構造的粗面巖、安山巖、玄武巖等。當這類巖石具有明顯的流紋、氣孔構造或含有原生節理時，孔隙度增加，抗水性降低。部分為火山灰或火山蛋，易風化，可形成火山碎屑巖，可含水。侵入巖是侵入地下圍巖中的熔巖流，又可分為淺成侵入巖、深成侵入巖。礦物結晶良好，顆粒之間連接牢固，多呈塊狀構造，致密堅硬，因此，侵入巖孔隙率低、抗水性強，透水性弱，一般不含水。

（2）沉積巖地層以沉積成因固結而成的巖石，具有層理構造，可分為碎屑巖、黏土巖和化學及生物化學巖三大類。碎屑巖是碎屑顆粒被膠結構膠結在一起而形成的巖石，其含水性質主要取決于膠結物顆粒大小、膠結方式，造成孔隙度、致密性等差異，其巖石含水性差異也大。從膠結物成分看，按礫巖、粗砂巖、細砂巖、粉砂巖的順序，顆粒依次變小，孔隙度依次降低。從膠結方式看，基底膠結的巖石膠結緊密，孔隙度小，含水性弱；孔隙膠結巖石與碎屑顆粒成分、形狀及膠結物成分有關，含水性變化很大；接觸式膠結巖石的孔隙度大，透水性強，含水性強。黏土巖抗水性差、親水性強，黏土巖孔隙細小所含的是結合水，這種水在自然條件下要自由滲出非常困難。化學及生物化學巖主要為石灰巖、泥灰巖、白云巖及硅藻土、巖鹽、石膏、煤炭、石油等；其中石灰巖、白云巖致密與泥灰巖都能溶解于水，易產生風化裂隙，透水性強，含水性強。

（3）變質巖地層由母巖風化殘留或變質作用而成的各種不同變質程度的次生巖石，具有片狀構造、片麻狀構造、千枚狀構造、板狀構造及塊狀構造，透水性差，含水性差。其含水性能因裂隙多少各不相同。

1.2構造因素

構造是由于構造運動而形成的各種褶曲、斷裂構造。

（1）巖層受水平力擠壓后，形成波狀起伏的構造，一個波狀的彎曲就是褶曲，一系列褶曲連在一起就是褶皺。主要形成背斜及向斜兩種基本形式。背斜即巖層向上凸起的彎曲，其裂隙向頂部散開；向斜即巖層向下凹陷的彎曲，其裂隙向下部散開。

（2）巖層受地引力作用下，破壞了它的完整性，發生破裂或沿破裂面錯動稱為斷裂構造，分為劈理、裂隙（節理）與斷層。裂隙是巖石中的裂縫，沒有或有微小位移，它是地下水的通道，水沿裂隙滲入，巖石為可溶性石灰巖、石膏等時，水沿裂隙流動，能發展成溶洞。裂隙如被黏性土等物質充填后，透水性降低。巖石斷裂后發生顯著相對位移叫斷層；分為正斷層、逆斷層和平移斷層；可形成深谷、溪澗、湖泊或成排的泉水出露。劈理是巖石塑性變形時，巖石內部各點之間發生相對滑動，產生一系列滑動面，即為劈理，一般不含水和不導水，但受到后期改造后，可以發展成開裂隙。

2.尋找地下水源分析

巖石空隙是地下水貯存的主要介質。巖石的空隙包括孔隙、裂隙和溶隙。存在于巖石和土的空隙中的各種形態的水，稱為地下水，亦稱滲入水。對于每個特定區域地層，它有自己的地層特征，根據地層特征分析是否含水，是強含水層還是弱含水層。要找地下水首先要找含水性較好的巖層，它下部還必須要有不透水層或弱透水層作為相對隔水層，才能形成一個完整的儲水構造，才能儲存地下水。

2.1根據巖石地層分析地下水源

（1）在三大巖石類型中，沉積巖含水性比火成巖和變質巖都好。其中火成巖中的碎屑巖、凝灰巖，玄武巖含氣孔狀構造或柱狀節理，含水性較好。其他火成巖和變質巖致密，透水性差，含水性差，火成巖地層和變質巖地層可作為相對隔水層，其含水性能因裂隙多少各不相同。泥巖及粉砂巖空隙細小，所含的是結合水，這種水在自然條件重力作用下要自由滲出非常困難，其透水性差含水性差，可作為儲水構造的相對隔水層。（2）巖石膠結致密的地層含水性、富水性相對較差。如基底膠結含水性差，孔隙膠結含水性較強，接觸膠結含水性最強。（3）巖層含水性的強弱決定于巖石顆粒表面吸附水的能力，主要與巖石顆粒大小有關，顆粒越小的巖石，吸附滯留的水越多，故含水性越大，反之亦然。（4）巖石中巖石的透水性決定于空隙的大小、數量和連通程度。巖石按其透水性分為透水的、半透水的和不透水的三類。透水的巖石包括砂巖、礫巖和溶隙發育的巖石；半透水的巖石包括粉砂巖、裂隙或溶隙發育較差的巖石；不透水的巖石包括黏土、黏土巖、頁巖等致密的巖石等。透水的巖石構成透水層；不透水的巖石構成相對隔水層。（5）一般來說，石灰巖、白云巖地層裂隙和溶洞比較發育，尤其是質純層厚的石灰巖，往往是很好的含水層富水性強，如巖溶地區的漏斗、洼地、落水洞等都是發現地下水的典型地貌特征。（6）在巖石組合中，利用巖石裂隙不均勻性，分散中找集中。例如在巖脈附近，由于巖脈的入侵，使其周圍的巖石破碎，產生較密集的裂隙而儲存地下水。在可溶巖和非可溶巖或弱可溶巖的接觸帶，如補給條件有利，常富集豐富的地下水等；但值得注意的是，含水的石灰巖巖層中并不是到處都有水，例如在石灰巖中打井，只有打到含水的溶洞和裂隙才有水，否則很可能是干孔。

2.2根據構造分析地下水

（1）根據褶曲分析地下水。①在褶曲地區找水，高處之中找低處，即“背斜找谷、向斜找軸”的經驗，就是根據褶曲裂隙發育規律總結出來的。因為背斜弧頂向上部散開發育放射狀橫張裂隙的巖層破碎，這里的巖層被裂隙切割成七零八落的小塊體，成為透水性很強的裂隙發育帶，容易被剝蝕成谷地，地形上也有利于匯集地下水。而向斜軸部發生塑型流變或扭裂方式產生構造變形，張裂隙發育，從地質構造上來說，向斜有利于匯集地下水，所以其軸部有可能成為地下水富集帶。②“四周環山掌心地，打井找水最適宜”。在幾面環山的山間盆地，山坡坡向集中，地表水易向掌心地匯流。如果四周山上的巖層也都傾向盆地中心時，則地下水更容易向掌心地匯集，因而在掌心地帶地下水埋藏淺，且水量豐富。因此盆地構造易于地下水補給匯聚。③傾伏背斜的急傾末端，張裂隙一般也比較發育，常常形成裂隙含水帶。

（2）根據斷裂分析地下水。斷層破碎帶常是儲水的空間和導水的通路，在找水工作中應當特別注意首先尋找這種張性裂隙發育帶。①正斷層多是張性斷層，一般由構造角礫巖及一系列張節理和少數扭節理構成，構造角礫巖結構疏松，空隙率大，導水性和含水性強。由于斷裂帶兩側裂隙發育，因此，張性斷層常是斷層兩側含水層的良好通道，大部分易于導水；逆斷層和逆掩斷層多為壓性斷層，斷裂帶巖石破碎程度劇烈，裂隙多呈閉合狀態，分布有不透水或透水性極低的糜棱巖、斷層泥及膠結緊密的構造角礫巖和壓片巖等，因此，壓性斷層的導水能力和含水性較低，常是阻水斷層；但如果張性、張扭性斷層構造巖的孔隙被后期物質充填膠結，其透水性和含水性也會變得很小。②主干斷層與分支斷層匯合處的部位或幾條斷層交叉部位，裂隙最發育，常形成斷層富水帶。③大斷層兩端尖滅帶巖石裂隙發育，常成為斷層富水帶。④活斷層（包括新生斷層和老斷層復活）的破碎帶裂隙尚未充填膠結，一般有較大的透水性和含水性。

結論

綜上所述，根據巖石結構特征等確定地層巖石的含水性和透水性可以尋找地下水源；通過構造類型分析裂隙或斷裂帶的性質等，尤以膠結松散斷層帶和正斷層，最好尋找地下水源。