張家界市永定區西溪坪街道楊家溪村巖溶地下水地質特征及阻水模式探討

宋厚園，譚佳良，賈朋遠

（湖南省地質調查院，湖南 長沙 410116）

我國巖溶地下水資源豐富，但是由于其儲存空間分布和相互連通的高度不均勻，給巖溶地下水資源開采帶來了極大的挑戰［1－2］。我國地質工作者在這方面做了大量的工作，取得了一系列的研究成果［3－5］。近年來，為打贏好脫貧攻堅戰，鉆井開采地下水資源在解決貧困地區群眾用水困難方面發揮了重要作用。筆者在張家界市永定區西溪坪街道楊家溪村開展野外調查時發現，咸水坪片區和灰窯崗片區地下水賦存特征顯著不同，從而阻水模式也明顯不同。本文總結兩個片區巖溶地下水賦存特征及阻水模式，對于指導巖溶高山地區找水打井具有重要意義。

1 缺水現狀

張家界市永定區西溪坪街道辦事處楊家溪村地質結構為喀斯特地貌，地表水源嚴重不足。灰窯崗片區和咸水坪片區共268戶1 047人，平時全靠小水池儲存山上地表水，搭接水管入戶，每遇干旱季節，人畜飲水困難，給當地群眾生產生活帶來嚴重影響。該村為省級貧困村，為打贏好脫貧攻堅戰，確保全村貧困戶“二不愁三保障”，該村幫扶單位湖南省交易中心于2018年12月特向湖南省自然資源廳申請找水支持。

2 研究區巖溶地下水地質特征

2.1 地形地貌

灰窯崗片區和咸水坪片區地貌類型為低山溝谷峰叢谷地，主要由震旦系燈影組和陡山沱組白云巖、白云質灰巖、灰巖等組成，海拔200～800 m，切深200 m以上。溝谷多成“V”字形，山坡多為復式坡。白云巖分布區溶洞、地下河、洼地不發育，灰巖分布區漏斗、洼地、落水洞多見。

2.2 地質構造

工作區位于武陵斷彎褶皺帶，褶皺發育有楠木山背斜，斷裂發育有莊家峪—溪口斷裂，斷裂附近次級斷裂甚為發育（見圖1）。

圖1 研究區水文地質圖

楠木山背斜：出露于竹園塔－蘇家溶一帶，延伸長15.8 km。為平緩型短軸背斜，軸面近直立，兩翼產狀較穩定，傾角在16°～32°之間，樞紐水平，北端被北坪斷裂破壞，北西翼被莊家峪—溪口斷裂破壞。南東翼出露較全，核部出露青白口系五強溪組，兩翼出露南華系南沱組至寒武系清虛洞組地層。

莊家峪—溪口斷裂F1：走向NE49°～79°，產狀310°～350°∠40°～79°，長大于29 km，寬5～60 m，見劈理化、碎裂巖化、構造透鏡、斷裂角礫巖、弱硅化帶、初糜棱巖化；角礫形態多呈次圓狀、次棱角狀，少量棱角狀，細小方解石脈較發育，牽引小褶皺、次級斷面發育，斷裂面舒緩波狀，見擦痕及階步，顯示左行壓扭性特征。斷裂早期經歷了先逆沖、后拉張兩期變形，拉張斷面傾角70°～79°。切割地層Z1d?∈4l，為平移逆斷裂。

F2斷裂為F1斷裂的次生斷裂，走向近南北，傾向東，為壓性斷裂，長度約1.5 km。

2.3 地下水賦存特征

地下水徑流嚴格受含水巖組、構造及地形條件的控制，裂隙水在地下水滲透流動中受到相對隔水層的阻滯，就會形成集中滲流，流態有一定的方向性（沿斷裂帶或隔水邊界），常具承壓性。

地下水排泄方式主要有巖層接觸帶排泄或沿斷裂帶排泄等形式，主要受地貌和巖層含水性及斷裂性質控制。地表水系是當地的排泄基準面，是地下水最終聚集的場所，因此河谷往往是地下水的排泄帶。區內地下水總體排向澧水河。

研究區內存在4處泉點，均出露于震旦系下統陡山沱組地層，泉點流量約0.05～0.1 L／s。對泉點Q01進行采樣分析，根據檢測結果，水質類型為HCO3—Ca型，pH為7.32，溶解性總固體為300.67 mg／L，總硬度為276.97 mg／L，各項指標均符合《生活飲用水衛生標準（GB5749—2006）》，且鍶含量達到0.495 mg／L，為優質的鍶礦泉水。

3 阻水模式分析

3.1 逆斷層阻水模式

該阻水模式分布于咸水坪片區。由于逆斷層的侵蝕溶蝕作用而形成巖溶溝谷，谷地寬50～100 m。谷地為第四系耕植土，土層厚0.5～5 m。谷地沿10°方向延伸，與逆斷層走向一致，為逆斷層上盤地下水富集所致。逆斷層附近出露震旦系下統陡山沱組深灰色微?薄層含碳泥質粉晶泥晶灰巖，局部夾有灰黑色微層狀硅質巖。粉晶灰巖單層1～8 cm，層理清晰，層面平整，炭泥質、硅質常形成條帶，斷層產狀310°∠45°。

該逆斷層共軛次生西南向張性斷裂，控制地下水的徑流，地下水自西南側山體向鉆孔處谷地徑流排泄，西南側分布大片巖溶補給區，匯水條件較好。該斷層核部緊密，具有阻水條帶作用，將鉆孔處巖溶地下水系統與東側地下水聯系切斷，構成一個相對獨立的地下水系統單元。該斷層附近發育3處泉點，沿斷層呈條帶狀分布。據野外現場觀察，泉水沿斷層帶上升涌出，具有承壓性質。斷層附近巖層薄且脆，構造應力作用下易發生變形破碎，巖石透水性好，地下水水力聯系強，含水相對均勻，利于成井。

咸水坪片區內SK01鉆孔抽水試驗資料顯示（圖2）：穩定出水量114.91 m3／d，降深47.01 m；穩定出水量77.76 m3／d，降深32.88 m；穩定出水量38.88 m3／d，降深16.86 m。水位降深與對應的鉆孔出水量呈正比，說明該鉆孔地下水具有承壓性，含水介質相對均勻。對鉆孔水質采樣分析顯示：鍶含量達到0.489 mg／L，其他各項指標均符合《生活飲用水衛生標準（GB5749—2006）》，達到了礦泉水標準。對鉆孔巖樣采樣分析，鉆孔內巖石鍶含量達到3 086μg／g，SiO2含量5.43%，表明礦泉水的成因與巖石富鍶有關。

圖2 SK01鉆孔水文地質剖面圖

3.2 下覆淺變質巖阻水模式

該阻水模式分布于灰窯崗片區。由水流溶蝕侵蝕作用而形成沖溝，沖溝走向290°，寬約50～100 m，與兩側山體高差約170 m。沖溝中為第四系耕植土，土層厚度3～10 m。地質構造上位于楠木山背斜的東南翼，地層產狀135°∠15°。出露巖性為震旦系下統陡山沱組灰色、深灰色厚層?塊狀粉晶灰巖夾黑色微層狀硅質巖。北西側出露南華系上統南沱組青灰色厚層至塊狀含冰磧礫泥質粉砂巖。

經水文地質調查，受地形地貌及地層產狀的控制，地下水總體沿西排泄，其中震旦系下統陡山沱組為相對含水層，南華系上統南沱組為相對隔水層。在地層分界線附近，出露1處泉點，泉點流量約0.05 L／s，表明該處地下水相對富集。

灰窯崗片區內SK02鉆孔抽水試驗資料顯示（見圖3）：穩定出水量108 m3／d，降深52.37 m；穩定出水量74.30 m3／d，降深36.65 m；穩定出水量33.69 m3／d，降深17.86 m。水位降深與對應的鉆孔出水量呈正比，說明該鉆孔地下水具有承壓性。對鉆孔水質采樣分析顯示：鍶含量達到1.424 mg／L，偏硅酸達到26.00 mg／L，其他各項指標均符合《生活飲用水衛生標準（GB5749—2006）》，為優質的復合型礦泉水。對鉆孔巖樣采樣分析，鉆孔內巖石鍶含量達到130μg／g，SiO2含量63.83%，表明礦泉水的成因與巖石富鍶、富偏硅酸有關。

圖3 SK02鉆孔水文地質剖面圖

4 結論

（1）咸水坪片區為逆斷層阻水模式，斷層核部緊密，具有阻水條帶作用，斷層附近巖石破碎，透水性好，有利于地下水的富集。

（2）灰窯崗片區為下覆淺變質巖阻水模式，震旦系下統陡山沱組為相對含水層，南華系上統南沱組為相對隔水層，在地層分界線附近地下水相對富集。

（3）咸水坪片區地下水為富鍶型礦泉水，灰窯崗片區為富鍶富偏硅酸型礦泉水，礦泉水的成因與巖石富鍶、富偏硅酸相關。