渝南红层区地下水主要赋存特征及影响因素研究

摘要:本文结合08、09年度南川区红层找水打井工程实例,在研究南川红层地区不同地形地貌、地质及水文地质条件的基础上,对渝南红层区地下水的赋存特征和影响因素进行了研究,对指导下一步渝南地区红层找水打井工作有一定的实际意义。

关键词:红层;地下水;赋存特征;影响因素;南川

引言

近年来,重庆市人民政府,重庆市国土资源和房屋管理局在重庆西部和南部红层严重缺水区广泛实施红层找水“民心工程“,缓解和解决农村群众人畜饮水困难,改善农村饮水质量,提高农民生活水平,构建和谐的社会主义新农村,促进农村经济的可持续发展。

1 渝南红层

所谓红层是指大陆环境形成的红色沉积层。主要以砂岩、粉砂岩、页岩组成,局部夹有薄层砾岩,石灰岩、泥灰岩。红色为沉积物中高价氧化铁形成,显示在大气中受氧化作用。渝南红层主要是指侏罗系中、上统的泥岩和砂岩,分布在南川区北部。

2 地下水主要赋存特征

南川区位于重庆市东南部,四川盆地与云贵高原的接合地带,大娄山脉西侧。侏罗系中、上统红色砂、泥岩互层,约占图幅面积的30.2%,包括中统上沙溪庙组(J2s)上部,上统的遂宁组(J3s)和蓬莱镇组(J3p)地层,第四系(Q)散岩类沿丘陵沟谷和河流两侧零星小块分布。

研究区位于南川区北部,侏罗系中、上统砂、泥岩为本区主要含水层,其岩性组合、岩石成分的差异和岩相的区域变化无疑是决定区域赋水特征、富水性及其变化的主要因素。

研究区内主要构造为神童逆断层和石溪向斜。构造作用中等,岩层较缓,倾角一般10°～30°,构造裂隙在构造复合、转折部位发育较好。地质构造既是控制红层承压水及构造裂隙水形成和富水性变化的决定性条件;构造裂隙和构造破裂面又是区内风化裂隙发育的重要基础。红层区地下水性质属裂隙水(风化裂隙、构造裂隙、基岩裂隙等),岩石裂隙展布的空间,就是地下水储集、运移的空间,裂隙富集层段就是地下水富集层。基岩裂隙水广泛分布全区,地表出露普遍,井、泉众多,为当地居民之主要饮用水源,一般埋深较浅,几乎都产出在风化带影响范围之内。含水层的埋藏特点、补给、径流、排泄条件,决定区内地下水的水质、水量。地下水主要赋存特征如下:

2.1 地下水分布特点

研究区地下水多属裂隙水,且分布十分广泛,少数地段在第四系松散沉积物内含有孔隙水,但在区内分布不均匀,呈零星分布。

基岩风化带网状裂隙水:它埋藏于地下浅部砂岩、泥岩之风化带中,以砂岩裂隙和泥岩网状微裂隙储存为主,在河图长坪村~土溪黎香湖一带,由于其主要分布遂宁组钙质泥岩,在泥岩内部形成一些溶蚀孔隙,在这一带地下水还兼有溶蚀孔隙裂隙水。基岩风化裂隙水多属潜水类型,部分微具承压特点(如NC20080709号井),该类型地下水分布十分广泛,凡是在具有一定汇水条件的地方均可见及。

松散沉积物孔隙水:它埋藏在地表松散沉积物粒间孔隙之中,深度一般在0~3m之间,在研究区内均有分布,但不连续,不具开采价值,在机井成井后一般都采用护壁管将其止水。

2.2 各地段地下水富水性

区内各个地段的富水性差异较大,水量分布极不均匀,这与该地方的岩性、构造、裂隙发育条件、汇水条件等因素密切相关,总的来说在切割弱岩层倾角缓节理裂隙发育汇水面积大的山麓地带,其富水性比较好,反之在切割强烈岩层倾角陡节理裂隙不发育且汇水面积相对较小的山腰及山脊地段,其富水性相对较差,据107地质队《重庆市南川区2008年度红层地区找水勘查项目竣工报告》统计,在土溪乡四方村的3、4社,切割较弱,属浅蚀丘陵,岩性为遂宁组泥岩夹中厚层砂岩,倾角较缓(10~20°),丘陵与中山过度的山麓地带,富水性较好,平均单井日出水量经折算后为0.8m3/d,而在姜家村的9、10社,切割较强烈,岩性为沙溪庙组厚层块状砂岩,倾角较陡(20~40°)的山腰和山脊地带,其富水性较弱,平均单井日出水量经折算后为0.3m3/d。

另外,这种不均匀性还表现在同一局部地区或同一含水层富水性的悬殊上,这大概正是基岩风化裂隙水的特点。由此可见,水量的多少实际上与具体井位的选择有很大关系;即使在同一含水层中,由于岩性、裂隙发育程度的变化,其含水性在不同的井中也可能相差十分悬殊。

2.3 地下水的埋深

研究区地下水位高,埋深浅。本区基岩裂隙水一般为潜水,其埋深80%以上的在0～5m 之间,尤以0～3m为多。但在上沙溪庙组分布的丘陵区,如土溪乡以西一带,也有水位较深者。另外,在裂隙潜水广泛分布的背景下,亦有时可见局部承压水出现。总之,在通常情况下,地面坡度大的地方,潜水面的坡度也大,但是后者总是小于前者。

2.4 地下水动态平衡及补、径、排

研究区地下水主要接受大气降雨补给,大气降水到达地面以后,一部分转变成地表径流,一部分在汇水区汇集,经包气带孔隙裂隙下渗,一部分水以结合水、毛细水的形式滞留在包气带中,再一部分通过包气带入渗补给含水层,这部分水在含水层的裂隙中储藏运移,在重力作用下通过静水压力由高水位的地方流向低水位的地方,这中间由于要克服摩擦阻力做功,会出现一定的水头损失,最后在最低洼出以泉的形式排出地表、以泄流的形式直接排入河流或以被人工开采的形式排泄。区内大部分地段补给排泄条件良好,径流途径较短。

区内地下水动态不稳定,影响区内地下水动态的主要因素为气象条件、和人为活动,在降雨较集中的4~9月,地下水为普遍较高,对于单井而言如果两个机井相隔距离在50米范围内的话,它们之间就会互相产生影响,当一个机井抽水地下水位降低时,另一口井就会对其进行补给,从而降低自身水位。

3 影响地下水赋存和富集的主要因素

一个地区的水文地质条件,必将与特定的区域地质环境有关。本区基岩裂隙水尽管比较贫乏,但也贫中有富,存在相对富水地段,甚至有些富水地段水量还相当丰富。其影响因素如下:

3.1 气候的影响

本区属亚热带湿润季风气候,据南川区气象站资料,该区年平均气温18.1℃,极端最高气温42.4℃(1958年8月26日),极端最低气温-3.7℃(1975年1月2日);年平均气压约为1000mmHg;多年年均降雨量约1160mm,雨量分布不均,4-9月降雨量占全年的76%,且多大雨、暴雨,最大年降雨量为1449.5mm(1989年),最小年降雨量为846.9mm(1973年),多年最大日降水量为231.1mm(1978年6月5日);年相对湿度80%,绝对湿度17.6%,年均风速5.5m/s。

气候因素对本区地下水的影响普遍而明显,降雨的分布、历时影响地下水的补给,气温、湿度、风速影响潜水的蒸发。大体上由4月至8、9月先后进入雨季,降雨显著增多,补给量增强,此时气温上升,空气湿度也相对增大,故蒸发并不加强,甚至有所减弱,因此,潜水水量增加,水位上升,到降雨最集中的时期,潜水位达到最高峰。9月以后,补给减少,潜水通过径流及蒸发排泄,水位逐渐下降。到翌年春季,气温回升,蒸发加强,径流排泄继续进行,潜水位降到最低位置。另据相关资料显示,在红层地区,渗入系数只有0.01~0.04,地下水不可能很丰富,同时,由于降雨时间分配不均,枯水期长达6～7个月。以上因素成为本区地下水贫乏的重要原因之一。

3.2 地层岩性的影响

区内红层有四种主要岩性:砂岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩和泥岩。砂岩和泥岩为两种基本岩性;泥质粉砂岩和砂质泥岩为其过渡类型。后两者含水性质相近,也可以合并为一种。据统计,砂岩中出露的水点最多,达70 %左右,流量等级也高;泥岩水点数位居第二,流量等级偏低。且水点绝大多数分布在砂岩底-泥岩顶的接触面附近,特别是一些流量较大的井,几乎全部出露在砂岩中。

区内以砂岩含水为主,因此,砂岩层次多,厚度大的地层,地下水的赋存条件一般较好,水量也一般较大。方山、孤丘,切割深、坡度大的砂岩层,一般不利于地下水的富集,连座的砂岩,厚度大,岩相稳定,特别是在枝状沟谷区,谷坡虽陡,但谷底平缓宽阔,范围大,连续完整,补给、径流条件良好,常可成为较好的含水层。

完整的砂岩并不一定富水,而含水的砂岩则大多裂隙十分发育。据地表观察,凡有张裂隙发育而又未被充填的砂岩,不仅其上的植物较为发育,而且一般都含水,有的水量甚至还相当大。

3.3 构造裂隙的影响

研究区地质构造简单,神童逆断层和石溪向斜并未真正起到控制本区地下水补给、运移和储存的作用。一般来说,不同的构造部位可对构造裂隙的发育程度和地下水的赋存与富集起到一定的控制作用,背斜或向斜轴部,地层平缓,裂隙很少发育,在挤压作用下,多为闭合裂隙,水流量小;褶皱翼部构造应力一般较强,容易产生垂直应力方向的裂隙,在拉张应力的作用下,其张开度较好,延伸较大,倾角陡,有利于雨水渗入,使岩石富水性增强。

另据野外观察,在一些厚度巨大的砂岩中构造裂隙并不发育,施工的浅机井水量极少;但在一些中层或薄层砂岩中,不论垂直裂隙还是水平裂隙都屡见不鲜,水量较丰富。

3.4 微地貌的影响

地貌既是岩性、构造及外营力综合影响和作用的结果,又是接受降雨补给的重要条件。是控制地下水补给、径流、排泄和影响地下水富集的最基本因素之一,尤其是在本区以浅层基岩裂隙水为主的红层丘陵区,其表现极为明显。大量观察表明:起伏大,切割细小的地形不利于地下水的富集;而宽缓低地或枝状宽谷汇合处,往往是地下水的富水区。但在不同地区,由于含水层性质不同,其控制和影响作用的程度和特点又不一样,因此必须结合各地的具体情况加以分析。

连片的低山、丘陵区砂岩含水层分布广,连续性较好,有利于地下水的补给和汇集,一般富水条件较好。尤其是当含水层与地形条件配置适当,厚层砂岩出露于沟谷中而又未被完全切穿(如乾丰新元村),或者埋藏较浅时最为有利。在山咀和大山乳包下机井水量较大,而谷底、山坳反而水量相对较小。这是因为地形突出部位,卸荷作用较强,砂岩在围岩水平应力卸载的情况下产生卸荷回弹,裂隙比较发育,从而更有利于地下水的富集。

低洼宽缓的地形有利于网状裂隙水汇集。这主要是指一些浅丘宽谷、中-深丘陵区的岭间宽谷、带状宽谷、条状、树枝状宽谷等,诸如河图长坪村、土溪四方村等地。此类地形风化裂隙含水层较厚,也有利于地下水的汇集,在局部地形汇水区,如:“大山低咀下“、“箕形“、“沟谷相交“地形汇水区。地下水比较富水;相反,深而陡的沟谷,较高的地形斜坡,风化带多已剥蚀,地形条件不利于汇水,如土溪姜家村以西地段,则比较贫水。

4 结论

红层地区地下水的富集是由含水层自身的条件及所处的一些外部环境所共同决定的,这些自身条件包括井点所处位置的岩性组合特征、厚度、展布空间、埋深、节理裂隙的发育程度等。外部环境是指其所处地段的构造形式、地貌及微地貌特点、汇水条件、气候等因素。其中岩性是地下水赖以存在的最基本条件,地形地貌则是控制地下水补给、运移、存储和富集的重要因素,气候因素中的降雨是地下水形成之本,降雨的多少、历时长短等在一段时期内对同一地段地下水量水多少起着控制性作用。一般来讲红层地区浅机井施工,机井位置宜选择在岩石风化裂隙发育、沟谷、洼地等地下水富集的地方,以及地貌控制明显的地带,如在两沟交汇的坡嘴处、山坡转折(凸部)、砂泥岩互层层间裂隙较发育地带、风化裂隙和构造裂隙相通等部位,且机井与机井间的距离宜大于50米,以免地下水相互影响。

参考文献

[1]杨立铮等.水文地质学教程[M].成都:成都理工大学出版社,2005.

[2]重庆地勘局107地质队.重庆市南川区2008年度红层地区找水勘查项目竣工报告[R].2008.

[3]张廷山等.四川盆地红层区地下水主要赋存特征及影响因素[J].四川地质学报,2005,25(2):97~100.

[4]刘玉洁.红层地下水的分布规律[J].华商,2005,4-5(B).

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