四川盆地南緣紅層咸水發育規律探討及避采建議

董建興，王亞麗，魏良帥，孫東，張志鵬

四川盆地南緣紅層咸水發育規律探討及避采建議

董建興1，2，王亞麗3，魏良帥4，孫東1，2，張志鵬1，2

（1.四川省地質礦產勘查開發局成都水文地質工程地質中心，成都 610081； 2. 四川省華地環境科技有限責任公司，成都 610081；3. 中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司，成都 610051；4.中國地質科學院探礦工藝研究所，成都 611734；）

相比四川盆地內部，盆地南緣分布的紅層區，具有地貌類型眾多、構造發育的特點，對其咸水發育規律的研究鮮有報道。本文通過調查、水文地質鉆探、取樣分析測試等工作手段，發現咸水發育主要與地層巖性、深度、斷層等相關。得出的結論有：①砂泥巖互層、含泥巖地層相比砂巖地層，更易發育咸水，故優先考慮在砂巖分布區開發利用地下水；②深度主要影響了地下水的循環交替條件，淺部地下水循環交替強烈發育淡水，深部循環交替滯緩則會發育咸水；宜選取井深淺，井數多的分散式開發利用方式。③斷裂帶深部成分復雜的咸水會因淺部地下水的開采而上涌，造成淺部地下水咸化，宜避開斷裂帶開發利用地下水。本研究對于在四川盆地南緣紅層區找水過程中避開咸水層具有借鑒意義。

TDS；地層巖性；深度；斷層

四川盆地南緣紅層區多數為水資源貧乏區，且易發育咸水，為了獲取優質的淡水資源，我們必須研究咸水的發育規律，避開咸水層，提高成井效率，切實解決居民飲水困難。部分學者、水文地質人員對西南紅層嚴重缺水區地下水的咸水發育特征進行了研究（朱春林等，2009；朱春林，2010；周緒綸，2007；聶世平，1986；胡繼賢等，1980；孫熠等，2007；張福存等，2008；樊新慶等，2010；鄧忠勛等，1977），認為地下水的循環交替滯緩是咸水形成的必要條件。針對盆周構造發育地區、斷裂構造與咸水發育作用相關研究較少。本文在前人基礎上，通過調查、水文地質鉆探、取樣分析測試等工作手段，探討四川盆地南緣地層巖性、深度、斷裂構造對咸水發育的影響。

1 研究區概況

本次研究區位于四川盆地南緣屏山縣、綏江縣一帶，處于川滇南北向構造-小江斷裂帶之東緣與其東側的北東向構造的結合部位。屬于旋扭構造中的馬邊-沐川帚狀構造體系，由一系列褶皺軸面及伴生的斷裂面組成旋迴面，收斂于馬邊，向東撒開，呈帚狀。地貌類型主要有構造侵蝕階梯狀中-高山地貌，條形龍脊狀中-高山地貌，巖溶中山峽谷、環狀溶蝕山地地貌等，出露地層主要為三疊系飛仙關組、嘉陵江組、雷口坡組、須家河組，侏羅系自流井組、沙溪廟組、遂寧組、蓬萊鎮組，白堊系上統等。其中侏羅系、白堊系為紅層砂泥巖，地層傾角6°～80°不等，普遍大于盆地中部紅層區。

研究區內地下水類型眾多，按大類可分為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水、碎屑巖孔隙裂隙水、巖漿巖變質巖裂隙水4種，每個大類下又分亞類，共計8類。其中，以碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖組的富水性最好，局部泉水流量可達5000～10000m3/d；碎屑巖孔隙裂隙含水巖組和巖漿巖變質巖裂隙含水巖組的富水性相當，單井涌水量一般<300m3/d；松散巖類孔隙含水巖組富水性較差，單井涌水量<100m3/d。

在碎屑巖孔隙裂隙水大類中，砂巖孔隙裂隙水主要賦存于三疊系上統須家河組（T3）、白堊系下統（K1）地層中；砂巖夾泥巖孔隙裂隙水主要賦存于侏羅系中統沙溪廟組（J2）、上統蓬萊鎮組（J3）地層中；泥巖夾砂巖孔隙裂隙水主要賦存于侏羅系中-下統自流井組（J1-2）、上統遂寧組（J3）地層中。

在碎屑巖孔隙裂隙含水層中，淺部主要賦存風化帶裂隙水；深部主要賦存構造裂隙水，其中砂巖夾泥巖、泥巖夾砂巖孔隙裂隙含水層中會賦存層間裂隙水，一般具承壓性。

圖1 研究區水文地質略圖

松散巖類孔隙水：1.單井涌水量<100m3/d。

碳酸鹽巖裂隙巖溶水：2.泉水流量5000-10000m3/d；3.泉水流量1000～5000m3/d；4. 泉水流量300～1000m3/d；5. 泉水流量100～300m3/d；6.泉水流量<100m3/d；碳酸鹽巖夾碎屑巖裂隙巖溶水：7.單井涌水量100～300m3/d；碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙巖溶水：8.單井涌水量10～50m3/d。

砂巖孔隙裂隙水：9.單井涌水量100～300m3/d；10.單井涌水量50～100m3/d；11.單井涌水量10～50m3/d；12.單井涌水量<10m3/d。砂巖夾泥巖孔隙裂隙水：13.單井涌水量>300m3/d；14.單井涌水量50～100m3/d；15.單井涌水量10～50m3/d；16.單井涌水量<10m3/d。泥巖夾砂巖孔隙裂隙水：17.單井涌水量>300m3/d；18.單井涌水量10～50m3/d；19.單井涌水量<10m3/d；20.相對隔水層。

玄武巖裂隙水：21.單井涌水量>1000m3/d；22.單井涌水量50～300m3/d；23.單井涌水量10～50m3/d。24.斷層；25.水文地質界線；26.地層界線；27.鉆孔；28.機民井；29.地層產狀；30.地層代號

2 研究方法

本研究通過調查、鉆探、取樣分析測試等工作手段，掌握研究區地層巖性、含水層結構、構造條件、水質特征等；利用機民井、鉆孔地下水中的溶解性總固體（TDS）指標，參照水文地質手冊（第二版）（中國地質調查局，2012）中地下水溶解性總固體分類表，來判別地下水的咸淡；分析地層巖性、深度、斷層對地下水TDS的控制作用，探討咸水發育規律。

3 咸淡水發育特征

在研究區內統計了17處鉆孔、機民井的水質數據，其中包括一般紅層水井、斷裂帶上紅層水井。水井的TDS數據顯示出咸淡水的發育規律，現分別敘述如下：

3.2 一般紅層區井水TDS特征

由表1可得，紅層區水井中地下水的TDS值有以下特征：

表1 紅層水井TDS特征

（1）TDS與巖性具有一定的相關性。如表1、圖2所示，砂巖、泥質砂巖中的井水TDS一般較低，均未超過450mg/L；砂泥巖互層、含泥巖地層（砂質泥巖+砂巖、鈣質泥巖+砂巖）中的井水TDS相對較高，超過1000mg/L的3個水點均發育于砂泥巖互層中；LA118也位于砂泥巖互層之中，TDS亦較低，認為是受井深淺，淺部地下水徑流快的影響。

圖2 含水層巖性、水井深度與TDS的對應關系圖

注：紫紅色點含水層為砂泥巖互層；綠色點含水層為含泥巖地層；藍色點含水層為砂巖、泥質砂巖層

（2）TDS與水井的深度具有一定的相關性。如表2、圖2所示，TDS較高的一般發育于較深的水井中，超過1000mg/L的水點（ZK33、A62、ZK05）的井深均大于60m；井深小于20m的地下水TDS小于250mg/L；部分井深大于100m地下水TDS也較低，認為是由于地層巖性為砂巖的緣故。

3.3 斷裂帶上紅層井水TDS特征

由表2可知，在斷裂帶上的紅層水井，成井后立即（2017年8月）測定的TDS均在1000mg/L以下，適宜人蓄飲用。鉆孔開采大約一個月之后再次測定水中的TDS，均超過了2000mg/L，達到了微咸水標準，認為是斷裂帶的作用。

表2 斷裂帶上紅層水井TDS特征

3.4 咸淡水發育規律

在上述17個水點中，發育淡水12處，發育微咸水5處，其發育具備一定的規律：

淡水一般發育于井深小、巖性為砂巖的含水層中；咸水發育于砂泥巖互層的含水層中；位于紅層區的斷裂帶上2個水點，呈現出先淡后咸的特點。

4 成因模式探討

4.1 地層巖性影響

紅層區地下水易發育咸水，主要是受沉積環境的影響，在紅層中普遍含有石膏、巖鹽、芒硝等，NaCl、Na2SO4、CaCl2等可溶性礦物含量較高，并且易溶于水，在地下水的溶解作用下，礦物中的離子進入下水中，使得地下水的TDS升高（朱春林等，2009；朱春林，2010）。

由3節可知，紅層中砂泥巖互層或含泥巖地層中地下水的TDS高于砂巖，認為有以下3個原因：

（1）泥巖中可溶性礦物的含量相比砂巖中要高（周緒綸，2007）；

（2）如照片1所示，泥巖中發育的是短小的網狀裂隙，而砂巖中發育較寬大的構造裂隙，地下水流經泥巖時，相比砂巖來說，與巖體接觸面積大，接觸時間長，能溶解更多的礦物；

照片1 泥巖與砂巖裂隙發育特征對比

（3）砂泥巖互層或含泥巖地層中，泥巖可以作為良好的隔水層，砂巖為含水層，形成層間裂隙水或層間承壓水，補給徑流途徑變長，水巖相互作用時間增加，TDS升高（聶世平，1986）。

4.2 鉆孔(徑流)深度的影響

由表2可得，水井深度小于60m時，地下水的TDS均較小。當水井加深后，在特定的條件下發育咸水。認為無論是風化裂隙還是構造裂隙，發育程度均會隨著深度增加而減弱，使得紅層地下水隨著深度的增加水循環條件變差，水巖相互作用時間充分，TDS隨著深度的增加而增高（胡繼賢等，1980；孫熠等，2007；張福存等，2008；樊新慶等，2010）。

4.3 斷層的影響

在斷層帶實施的2個鉆孔，剛成井后測試地下水TDS均較低，開采一段時間過后再次測試，TDS飆升至2000mg/L以上。

一般認為咸水井抽水開采，地下水徑流循環條件增強，同時將巖層中的可溶鹽分帶走，井水的TDS會呈現降低的趨勢，但此處確恰恰相反。

認為鉆孔前，斷層帶淺部為大氣降雨入滲補給的淡水，深部為經過深循環、成分復雜的咸水（鄧忠勛等，1977）。隨著鉆孔水的開采，淺部淡水減少，同時水頭降低，深部咸水在壓力的驅使下上涌與淺層水混合，導致了水質TDS增高。

5 避采建議

鑒于四川盆地南緣紅層區咸水受地層巖性、鉆孔深度及斷層的影響，建議在開發利用地下水時，通過以方法避開咸水層，獲取優質的地下水資源。

（1）優先考慮在白堊系下統（K1）砂巖層中，開發利用地下水，一般能獲取水量水質均較好的地下水資源；

（2）在侏羅系（J）各地層中，優先考慮在砂巖分布區開發利用地下水資源；

（3）在泥巖或砂泥巖互層區鉆掘地下水時，宜選取井深淺，井數多的分散式開發利用方式，既能保證水量充足，也能保證水質優良；

（4）避開斷裂帶，避免深部咸水上涌，污染淺層優質地下水。

6 結論

四川盆地南緣紅層區咸水發育主要受地層巖性、深度、及斷層的影響，在開發利用中應盡量避開咸水層。

（1）砂泥巖互層、含泥巖地層相比砂巖地層，更易發育咸水，故優先考慮在砂巖分布區開發利用地下水資源；

（2）深度影響地下水的循環交替條件。在淺部巖石裂隙發育，地下水循環交替強烈，長期水巖相互作用，使極易溶于水的Na+、K+，Cl-遷移，為淡水；在深部，巖石裂隙不發育，地下水循環交替滯緩，Na+、K+，Cl-未遷移，發育咸水；宜選取井深淺，井數多的分散式開發利用方式。

（3）斷裂帶深部地下水循環交替滯緩，Na+、K+，Cl-未遷移，發育成分復雜的咸水，因淺部地下水開采過程中，水頭降低而上涌，造成淺部地下水咸化，宜避開斷裂帶開發利用地下水。

朱春林，邢志會，饒春富，胡國華．2009．滇中紅層含鹽層水文地質特征[J]．云南地理環境研究，21（6）：1-7.

朱春林．2010．滇中紅層地下水富集規律及開發利用研究[D]．北京：中國地質大學（北京）．

周緒綸．2007．四川盆地紅層淺層風化帶裂隙水及其合理開發利用[J]．四川地質學報，27（3）：184-191.

聶世平．1986．川中北白堊系紅層咸水水文地質特征及形成條件的初探[J].水文地質工程地質，（5）：20-22.

胡繼賢，袁炳華，萬清庭，劉子福．1980．犍為幅1:20萬區域水文地質普查報告[R].四川：四川省地質局水文地質工程地質隊.

孫熠，鄧太平，劉玉潔，時云峰．2007．四川紅層分布區地下水水化學若干問題探討-以自貢市為例[J].西南民族大學學報（自然科學版），33（3）：408-413.

張福存，鄢毅，劉安云，李旭峰．2008．西南紅層淺層地下水特征及其開發利用模式[J].水文地質工程地質，（3）：53-56.

樊新慶，李彪，溫金梅，呂玉香．2010．重慶市紅層地區飲用水水質問題及飲水對策研究[J].中國農村水利水電，（12）：141-142.

鄧忠勛，趙承德，陳榮生，袁炳華．1977．宜賓幅1:20萬區域水文地質普查報告[R].四川：四川省地質局水文地質工程地質隊革命委員會，51.

中國地質調查局．2012．水文地質手冊[M]．第二版．北京: 地質出版社.

Discussion on Development Regularities of Salt Water and Suggestions on Avoiding Mining on the Southern Margin of the Sichuan Basin

DONG Jian-xing1,2WANG Ya-li3WEI Liang-shuai4SUN Dong1,2ZHANG Zhi-peng1,2

(1-Chengdu Center of Hydrogeology and Engineering Geology, SBGEEMR, Chengdu 610081; 2-Sichuan Huadi Environmental Technology Co., Ltd, Chengdu 610081;3-Southwest Oil and Gas Field Branch of China National Petroleum Corporation, Chengdu 610051; 4-Institute of Exploration Technology, CAGS，Chengdu 611734)

The red bed area on the southern margin of the Sichuan basin is characterized by many types of landforms and developed structures. The study indicates that the development of salt water in the red bed area is related to lithology and depth of the red bed and fault development. The conclusions are as follows: ①Sand-mudstone interbedded and mudstone-bearing strata are easier to develop salt water than sandstone strata.So it is preferred to develop and utilize groundwater in sandstone area; ②Circulation and alternation of groundwater are affected by the depth. Fresh water is developed in the shallow due to strong groundwater circulation and alternates and salt water is developed in the depth due to slow circulation and alternates. So, decentralized development and utilization mode with large number of shallow wells should be selected; ③The salt water with complex composition in the deep part of the fault zone will rise up due to the extraction of shallow groundwater, causing the shallow groundwater to be salted. The development and utilization of groundwater should be far away from fault zone.

TDS; lithology; depth; fault

P641

A

1006-0995（2022）01-0087-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.01.017

2021-02-05

董建興（1984— ），男，河北刑臺人，碩士研究生，高級工程師，主要從事水文地質環境地質及新能源方向研究