【干货】北方石灰岩分布地区,如何寻找地下水?(补给区篇)

2022-01-14
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我国北方普遍分布有下古生界硅质石灰岩、白云质石灰岩和石灰岩等碳酸盐类岩层。它们出露的厚度很大,一般是几十米到几百米。我国北方石灰岩分布地区的地貌和水文地质特征与我国南方有所不同。


在北方,岩溶洼地、落水洞、地下暗河等都十分少见,这可能是因为北方石灰岩大部属于下古生界,地质时代较老,大部已经硅化和白云岩化,性质脆硬,溶解度较低,再加上雨量和气温不高故难于形成上述一些岩溶景观。


北方石灰岩分布地区,大部是块状隆起的山地。在广大的地下水的补给区,地下水水位很深,地表岩溶干谷纵横,水源十分缺乏,这些地方的地下水,集中排泄于区域内最低的河谷和山前地带。在排泄区,出露有大型的岩溶泉水,水质清澈,汹涌趵突,蔚为壮观。它们的流量达到0.5-15立方米/秒。


北方石灰岩地区的地下水,补给区、径流区和排泄区情况有很大的不同,在此艾都勘探分享一下,关于石灰岩地下水的补给区如何找水的内容。




石灰岩地下水的补给区


辽阔的块状隆起山地,是石灰岩地下水的补给区。在补给区,石灰岩地下水水位的深度一般可达200-500米,在这里寻找地下水源,主要是寻找一些水量有限的上层滞水。


值得注意的是,开采这种上层滞水,不得打穿下伏隔水层,否则可能引起上层滞水的漏失。另外,还有一些季节性泉水可以利用。现将季节性泉水的特点和寻找上层滞水的主要方向如下:







一、寻找沿层面出流的季节性泉水


大面积石灰岩岩层倾角在20左右的地方,在适当的地形条件下,雨后沿层面往往有季节性泉水出流。它们的流量一般是0.01-1升/秒,雨后连续出流几天到几十天。在缺水的地方,修建蓄水池,蓄积这种季节性泉水,可能解决当地人畜的用水问题。

山西省五台县寺沟,附近寒武奥陶系石灰岩倾角15°左右,补给面积约0.08平方公里。雨后沿层面出流泉水,流量1-2立方米/昼夜,连续出流5-15天(图52)。




二、寻找河床冲积层中的上层滞水



在石灰岩山区,全新统冲积层中大部不含地下水,只有在冲积层中夹有隔水的粘土层的地方,才可能保留一些上层滞水。

西省平定县移稂附近,河庆砂卵石层以下有01-0.5米厚的粘土层。水平集水管道埋深7米,4--10月份出水量可达1080立方米/昼夜,其水质较差,细菌和悬浮物质较多(图53)。




三、寻找第三系红土中的上层滞水



在石灰岩山地的第三纪夷平面上,常常残留有第三系红土。这种暗红色的断面有黑色薄膜的粘土,其有少最的裂隙,在红土的厚度大于15米分布面积大于01平方公里的地方,红土中往往保留有微量的地下水。

平定县东回,在红土中开挖的水井有100多眼。其中村南一井,井深18米,水位埋深16米,上部为红土,下部有胶结的砂砾岩,日出水015--15立方米(图54)。



四、寻找石炭系砂岩中的上层滞水



石灰岩山区,在一些小型向斜构造的轴部,往往残留有石炭系砂岩页岩。石灰岩透水性强,地下水向下漏失,水位很深,不宜开采,而这些上覆的砂岩页岩却有可能保持少量的地下水。这种上层滞水,水位埋藏不深,便于开采,有些地方可以满足生活用水的需要。

平定县柏井,在石炭系砂岩页岩中开挖水井30多眼。村东南一井,深11米,穿过上石炭统薄层砂岩、砂质页岩及中石炭统铝土页岩,水位埋深2米,日出水10立方米(图55)。



五、寻找泥灰岩夹层的上层滞水



在石灰岩岩层之中,尤其是一个沉积旋迥的底部(如中奥陶统底部),常常夹有泥灰岩夹层,厚1-20米左右。较厚的泥灰岩夹层,透水性较差,可以保持一些地下水。

平定县井沟,中奥陶统底部夹有泥灰岩。附近一个水井,井深10米,地面以下有3米厚的土砂及碎石,再下即为泥灰岩。该井水位埋深88米,日出水1立方米(图56)。



六、寻找石灰岩下伏页岩中的裂隙水



下寒武统页岩透水性微弱,在这种页岩分布的地区,水井比较普遍。就单井而言,在适当的地形地质条件下,如果能够接受上覆石灰岩渗人水的补给,则水量较大;反之,无水或水量极小。

平定县前洪井,井深18米,井下全部是下寒武统灰绿色页岩夹薄层灰岩,水位埋深165米雨季水位可以升高3米。该井能够接受上覆长500米、宽300米中、上寒武统石灰岩渗入水的补给,枯水期日出水06-1立方米(图57)。



七、寻找柱状陷落中的上层滞水



在中奥陶统地层出露的地区,由于石膏层岩溶的结果,往往有柱状陷落分布,直径数十至数百米。这种由杂乱的砂岩、页岩碎块和土砂组成的柱状陷落堆积,含有微弱的孔隙性上层滞水。

平定县石板庙附近,柱状陷落长120米,宽70米。块石由白色粗砂岩、紫色页岩、灰绿色砂质页岩、杂色粗砂岩等组成,直径01-1米,其间夹有十砂。附近岩层平缓,属中奥陶统上部层位。柱状陷落堆积层中的一个水井,位于沟侧,井深6米,日出水01-02立方米(图58)。



八、寻找断层破碎带中的上层滞水



断层的角砾岩带和糜棱岩带,透水性较弱,可能保持少量的上层滞水。

平定县老母窑,断层方向北20°东,断层两侧下奥陶统白云岩与下震旦统石英岩直接接触,断层角砾岩及强烈褶曲的牵引褶皱带宽50-100米。沟底有水井3处,井深1.4--2米,井下全部是白云岩碎块,单井日出水0.2一1立方米。断层带两侧白云岩及石英岩透水性强,地下水水位很深,不宜开采(图59):



九、寻找火成岩侵入体中的裂隙水



花石灰岩分布地区,可以找到小型的火成岩侵入体。这些小型的火成岩体,常常含有少量的裂隙水。

山西省平顺县石匣沟,有一个小型的闪长岩岩株侵入体。一组主要的节理裂隙向东倾斜,倾角75°。闪长岩裂隙水补给面积约06平方公里,枯水期泉水流量08升/秒(图60)。



十、寻找宽谷砂卵石层中的上层滞水



在石灰岩山地的第三纪夷平面上,遗留有唐县期宽谷。这些宽谷的底部堆积有10-40米厚的红土和砾石层,是一个面积较大的隔水层。在红土的上面,更新统黄土中夹有砂卵石层,其中含有地下水。这种地下水不仅可以解决人畜用水,并且往往可以作为小型灌溉水源。

例如,山西省壶关县店上水井,井深62米,水位埋深55米,日出水2-5立方米(图61)。

在这种大型宽谷中寻找地下水的时候,井位应布置在支沟洪积扇附近。否则,地下砂卵石层不厚,水量较少。


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