地球物理勘察技術在成縣巖溶水水源地勘查的應用

楊紹虎

（甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730030）

據《甘肅省武都 -天水地區區域水文地質普查報告》（1：50萬）中也認為碳酸鹽巖是我國北方的重要分布區，巖溶水受斷裂構造控制顯著，含水層呈弱 -強富水性，有進一步勘查開發利用前景。本文根據此次勘查實踐對巖溶水及基巖裂隙水水文地質特征進行分析，為成縣縣城及周邊石炭系、三疊系石灰巖巖溶水指出了方向，特別是對受斷裂控制的巖溶裂隙水有了一定的認識。

成縣碳酸鹽類地區找巖溶裂隙水成果是在對資料的研究、多種物探方法及地面勘查的基礎上取得的，對拋沙河一帶斷裂發育進行重點勘查，充分對比研究直流激電測深測量、廣域電磁法測量（抗干擾電磁法）和淺層人工地震等物探技術手段，結合鉆探勘查成果，隨著鉆探深度的增加巖溶水顯示出富水性愈強、地下水頭壓力愈大趨勢，證明深部有更豐富的巖溶承壓含水層存在。

1 地質背景

境內河流屬長江流域嘉陵江水系，主要河流有東河、南河、犀牛江和洛河，拋沙河是東河支流南河的一級支流，自北向南流穿越勘查區，干流長約 46km，至拋沙鎮附近匯入南河，據有關資料，拋沙河年平均徑流量 4352萬m3。拋沙河河谷兩側和豐泉河河谷兩側，海拔 1030m ～ 1500m，相對高差為 150m ～ 470m。以基巖梁、峁間峽谷地貌為主，微地貌可見巖溶漏斗、孤立的石牙，谷坡壁上發育有溶洞、溶槽、溶溝等巖溶地貌。因長期受水流侵蝕切割作用，地形較強烈，樹枝狀沖溝發育，局部發育寬淺短溝。

（1）地層巖性。區內地層比較復雜，概括起來主要為泥盆系（D）、石炭系（C）、三疊系（T）、新近系(N)和第四系（Q），除新近系與下覆的地層呈不整合接觸外，泥盆系、石炭系、三疊系之間均為斷層接觸。現由老至新簡述如下 ：泥盆系（D）：出露于拋沙河流域水泥廠西側谷坡，巖性為灰 -灰白色鈣質砂巖、粉砂巖、灰巖、大理巖、千枚巖夾灰巖、片巖夾變質頁巖。石炭系（C）：分布并出露于拋沙河磨壩峽西南北山地區，巖性為灰 -灰白色中厚層塊狀灰巖、深灰色中薄層燧石灰巖，局部夾板巖，在磨壩峽與三疊系西坡組之間呈斷層接觸，產狀 310°∠ 40 ～ 50°。三疊系（T）：出露于馬家崖一帶，巖性為灰色、灰黃色中厚層角灰巖夾鈣質板巖、板狀灰巖。在勘查區西部磨壩峽水庫壩址區以中厚層灰巖夾薄層灰巖，產狀 210°∠ 40 ～ 50°。新近系（N）：主要出露于小莊至轉彎里西部一帶，巖性為紅色砂礫巖、粉砂、粉砂巖夾石英砂巖，覆蓋于上述老基巖之上。第四系中上更新統（Q2-3）：指分布于本區的馬蘭、離石黃土及其高階地沖洪積物。

（2）構造。本勘查區地處徽 -成盆地西南邊緣，對區內影響最大的是云屏 -成縣斷裂，該斷裂為徽 -成盆地的西南邊界，為多條斷裂組成的束狀構造帶，從勘查區西南部外圍附近通過。該斷裂系近東西向展布，長達 170km，由一系列高角度斷層組成。在巖溶含水層中，斷層帶常常是巖溶集中發育的地段，富水性強，常形成巖溶地下水的強徑流帶。特別需要注意的是，同一條斷層沿走向和傾向的不同部位，其導水性能也有明顯差異。經收集已有區域地質資料，結合野外踏勘驗證，在勘查區西部的基巖出露段發育兩條走向分別為 NEE、NNE斷層（圖 1），依次編號為 F1斷層、F2斷層。F1斷裂 ：為壓扭性質，出露于牛斜山基巖山地，將泥盆系與三疊系分割開來，向東沒入拋沙河河谷，被第四系、新近系所覆蓋。實測走向 70°～ 80°，傾向南，傾角70°～ 85°。F2斷裂 ：屬壓扭性斷層，出露于磨壩峽出口地段，斷層線呈“弧”形展布，沿吊溝北側 -磨壩峽口發育，傾向西北，傾角 70°～ 82°。

此外，在 F1南側還發育有一條近東西向逆斷層，斷層北側為泥盆系灰巖夾大理巖，而斷層以南為石炭系中厚層狀灰巖。

上述不同走向、不同規模斷層的發育，不僅使地層巖性發生急劇變化，而且也促使沿這些斷裂帶產生密集的構造裂隙，加速了這一地區石灰巖巖溶裂隙的發育。

2 水文地質特征

（1）碳酸鹽巖類巖溶裂隙水。按照區域地層巖性條件，成縣巖溶水主要分布于拋沙鎮、沙壩鄉、小川鎮的石炭系灰巖大面積隆起裸露區。表部含水層主要為灰巖頂部的強風化帶，巖溶裂隙較發育，這些溶隙的發育還受局部斷裂及巖性變化多重影響，形成弱－中等富水性含水層，多數表現為潛水，動態變化較大，單泉流量 3L/s ～ 10L ／ s。

據《天水 -武都區域水文地質普查報告》，一般在地形切割較深的溝谷底部，巖溶泉呈股狀流出。在枯水季節地下水徑流模數小于 0.2L ／ s·km2～ 0.9L ／ s·km2。該類巖溶水水質良好，礦化度小于 0.5g/L，除大部分自然排泄轉化為地表水和其它類型地下水外，一部分為當地人畜飲用水源。

（2）巖溶裂隙水。深層巖溶水的分布完全受斷裂構造的控制，呈帶狀沿斷裂帶和斷裂影響帶分布，為巖溶裂隙承壓水，含水層厚度、底界、透水性及富水性等決定于斷裂發育規模。拋沙河上游最近打成的三疊系巖溶水勘探孔（K1）孔深 250m，水頭埋深7.23m，降深 70.4m時，單井涌水量 1220m3/d。

K1從地面物探解釋和鉆探過程水文地質觀測顯示，深部還有多層巖溶裂隙水存在。而在沙壩與小川鎮附近施工的石灰巖鉆孔（秦基 -12和秦基10），孔深分別為160m和200m，流量僅36m3/d ～ 6m3/d。說明本地區巖溶裂隙水遵循斷裂構造發育規律，富水性極不均勻。受斷裂構造控制的深層巖溶含水層埋藏較深加之地層覆蓋，普遍具有承壓性，水文地質條件有利地段可作為城鎮集中供水水源。

3 地球物理勘察技術方法

（1）可控源音頻大地電磁測深。可控源音頻大地電磁法在拋沙河重點勘查區，總共布設2條剖面，K1剖面長4.0km，K2剖面長1.4km，測量點距為 50m，總長5.40km。K1剖面解譯斷層2個分、別為FK1-1、FK1-2。其中 FK1-1為正斷層，傾向南東、傾角70°，FK1-2為逆斷層傾向北西、傾角 43°。K2剖面解譯斷層 1個，編號為FK2-1，為逆斷層，傾向北西、傾角 52°。

（2）人工淺層二維地震反射法。人工淺層地震反射法在拋沙河及上游重點勘查區并與可控源音頻大地電磁測深剖面線位置重疊，共布設2條剖面，DZ1剖面長4.27km ；DZ2剖面長1.1km ；道距5m、炮距 20m。總長 5.37km。本次地震勘探經過嚴密的野外數據采集和數據處理，基本查明了勘測區內的 500m 以淺構造發育及地層巖性情況。2 條地震剖面上共發現斷點 4 處，編號分別為 ：DZ1 線 F1-1、F1-2、F1-3 ；DZ2 線 F2-1。

（3）可控源與地震綜合分析。本次可控源音頻大地電磁測深法 2條剖面共解譯斷層 3個，分別為FK1-1、FK1-2、FK2-1 ；人工淺層地震反射法勘測 2 條剖面共解譯斷層 4 個，分別為 F1-1、F1-2、F1-3、F2-1。其中，淺層地震解譯 F1-2與可控源音頻大地電磁測解譯 FK1-1平面位置基本吻合，相距 17m 左右 ；淺震解譯 F1-3 與可控源音頻大地電磁測解譯 FK1-2 平面位置基本吻合，相距 25m 左右。淺震解譯出的F1-1斷層但在可控源音頻大地電磁測深 K1剖面中因外界電磁場干擾顯示不明顯（圖 2）。

圖2 可控源音頻大地電磁測深與淺層二維地震推測斷層平面位置對比圖

（4）新技術新方法的運用。首先通過地面調查和物探方法手段，發現并初步圈定了應急水源和后備水源的分布范圍，確定了實施鉆探的有力靶點，并制定了科學的施工打井方案。采用了超高壓大排量潛孔錘沖擊鉆工藝，有效的解決了過去泥漿鉆探對含水層堵塞的問題，在較短的時間內完成了鉆探及成井。本次采用潛孔錘鉆探工藝克服了地層巖性變化下掉塊、卡鉆等多種不利因素，鉆探深度達到 250m，為我省首例。

4 結論與建議

該項目的成果實施，實現了成縣及隴南地區巖溶水勘查的重大突破，具有重要的示范意義。推翻了過去認為成縣沒有深層巖溶水的資源，為今后類似地區提供了重要水文地質依據。并解決了成縣城區 12萬城鎮居民飲水問題。