劉心彪，盧造權(quán)，張龍生

(1.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050，2.甘肅省慶陽市環(huán)保局，甘肅 慶陽745000)

環(huán)縣位于甘肅省東部，慶陽市西北部，地處毛烏素沙漠邊緣的黃土丘陵溝壑區(qū)，干旱少雨，是全國43個(gè)扶貧開發(fā)重點(diǎn)縣和甘肅省21個(gè)干旱縣之一，當(dāng)?shù)?2.27萬人和36.6萬頭牲畜的飲用水源主要依靠降雨集水(窖水)。縣城西部毛井、車道等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，地表和淺層地下水60%以上為人畜不宜飲用的苦咸水，是甘肅省有名的“苦水區(qū)”，地下水礦化度一般為3～6 g/L，最高達(dá)18 g/L，地表水礦化度3～10 g/L，基本無法飲用。2004年9月到2007年9月，環(huán)縣經(jīng)歷了有氣象記載以來最嚴(yán)重的干旱，在長達(dá)一千多天的日子里，幾乎沒有一次有效降雨，地表水?dāng)嗔鳎?5.4萬眼水窖中有10.8萬眼窖中無蓄水。為了維持生計(jì)，當(dāng)?shù)厝罕姾馁M(fèi)人力物力遠(yuǎn)距離運(yùn)水，生活用水每噸價(jià)格高達(dá)70～80元，形成了“水貴如油”的困難局面。嚴(yán)重干旱缺水直接威脅到人民群眾的生存安全，而且制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，解決吃水問題是當(dāng)?shù)厝罕娚姘l(fā)展的頭等大事1。

1 自然地理

1.1 氣象水文

環(huán)縣屬溫帶半干旱氣候帶，具有干旱少雨多風(fēng)的氣候特點(diǎn)。根據(jù)環(huán)縣氣象站資料，多年平均氣溫8.6℃，最冷月(元月)平均氣溫 －13℃，最熱月(七月)平均氣溫28.9℃，極端最高氣溫37.5℃，極端最低氣溫 －23.2℃(發(fā)生在1975年12月12日)，最大凍土深度1.50 m，無霜期142～185天。

降水量自東南向西北方向遞減，而蒸發(fā)量則逐步遞增。年平均降水量為330 mm，年平均蒸發(fā)量為1 861.3 mm。年內(nèi)降水量季節(jié)性分布明顯，降水主要集中在7、8、9三個(gè)月，約占全年降水量的62.8%，常以暴雨的形式出現(xiàn)，日最大降水量88.5 mm，1小時(shí)最大降水量51.7 mm，均出現(xiàn)在1988年7月18日，其日降雨量占全年降雨量的14%，而小時(shí)降雨量占日降雨量的58%。另外，年際降水量分布極不均衡，最大降雨量為812.9 mm(1964年)，年最小降雨量為277.2 mm(1987年)。

區(qū)內(nèi)河流主要有蒲河、環(huán)江及其支流馬坊川、羅山川、西城川、合道川、安山川等，多為季節(jié)性溝谷。水質(zhì)苦咸，礦化度很高，不宜直接灌溉和人畜飲用。

1.2 地形地貌

區(qū)內(nèi)地處黃土高原丘陵溝壑區(qū)，地形復(fù)雜，山、川、塬兼有，梁、峁、谷相間。地勢大致西北高東南低，海拔一般為1 200～2 000 m。依據(jù)地貌的形態(tài)特征，可分為河(溝)谷川區(qū)、梁峁丘陵區(qū)兩種地貌類型。河(溝)谷川區(qū)分布于環(huán)江較大的一級(jí)支溝谷區(qū)，河谷寬度0.5～1 km，橫剖面呈狹窄的“U”字型。梁峁丘陵溝壑區(qū)分為掌形地發(fā)育的梁峁丘陵溝壑區(qū)和干杖地發(fā)育的梁峁丘陵溝壑區(qū)。掌形地發(fā)育的梁峁丘陵溝壑區(qū)分布于甜水堡－車道一線以東，平面上形如手掌，發(fā)育在梁間溝腦地帶，其間沖溝發(fā)育，切割深度40～60 m，單掌面積在1 km2左右，掌面坡降比20‰～300‰，沖溝切割密度0.5～2 km/km2;干杖地發(fā)育的梁峁丘陵溝壑區(qū)分布于毛井、車道一帶，處于梁峁之間，呈一長條形凹地，杖面平坦，寬度 100～600 m，長度 1.5～5 km，坡降比 15‰ ～100‰，中上段無沖溝，杖地北坡陡，南坡緩，在主杖南側(cè)發(fā)育有支杖呈梳狀展布。

2 地質(zhì)與水文地質(zhì)

2.1 地質(zhì)概況

研究區(qū)大地構(gòu)造位置上位于賀蘭褶皺帶，地處“南北古脊梁”隆起，地殼運(yùn)動(dòng)頻繁，地層之間多為斷層銜接，新近系、古近系、白堊系地層分布于斷陷洼地之中(圖1)。賀蘭褶皺帶元古界地層經(jīng)受加里東期運(yùn)動(dòng)后，形成了S～N向構(gòu)造雛形，以后經(jīng)歷海西、燕山和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)，形成了一系列近S～N向斷裂構(gòu)造;其東部伊陜盾地經(jīng)受加里東期運(yùn)動(dòng)后一直處于下沉狀態(tài)，具有相對(duì)穩(wěn)定性，下白堊系巖層褶皺平緩，僅有天環(huán)向斜。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造有:

1)甜車大斷裂(F1):南北向貫穿環(huán)縣境內(nèi)，北伸至甜水，南延伸到車道坡，斷裂東側(cè)是中、新生界凹陷，西側(cè)是古生界隆起。

2)沙坡子－張中莊斷層(F2):走向近正南北，北起沙坡子九連山，南至張中莊，傾向西，傾角70°～80°，屬高角度正斷層。

3)白家溝－櫻桃溝大斷裂(F3):走向近南北，斷層面傾向東，傾角70°～80°，斷層?xùn)|部下陷，西部上升，為一正斷層。

4)塬峁推測斷裂(F4):在張中莊以西小南溝以北呈南北向展布，向南延伸到環(huán)縣西南盤龍坡附近，斷層性質(zhì)不明。

5)楊東掌大斷裂(F5):走向近S～N，斷層西側(cè)為古生界地層，出露標(biāo)高1 950 m，東側(cè)為新生界老第三系地層，出露標(biāo)高1 750 m，明顯形成陡坎。

6)沙灘斷裂(F6):走向近EW向，東起大天池經(jīng)秦團(tuán)莊向西延伸至山城鄉(xiāng)楊咀子。在西端走向北東80°，傾向北西，傾角75°，斷裂東段走向?yàn)楸睎| 70°～80°，傾向北西，傾角40°～50°，該斷裂為逆斷層，斷層線上西端有泉水溢出，水質(zhì)咸苦。

區(qū)內(nèi)第四系風(fēng)積黃土大面積分布，基巖主要出露在溝谷谷坡、坡腳部位(圖1)，賀蘭褶皺帶除缺失志留系、泥盆系和石炭系外，從震旦系到第四系均有分布;伊陜盾地主要是下白堊系各套巖層，東部為一套泥巖、砂巖、河湖相碎屑巖，西部為一套洪積相礫巖，二者成鋸齒狀銜接，褶皺平緩。

2.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水的賦存條件和含水介質(zhì)類型，區(qū)內(nèi)地下水主要為松散巖類孔隙水和碎屑巖類孔隙裂隙水、巖溶裂隙水三大類型。

1)松散巖類孔隙水主要為黃土潛水，賦存于黃土梁峁丘陵溝壑區(qū)，主要在干杖地和掌形地發(fā)育區(qū)富水，分布于虎洞、王家大掌等掌形地，毛井－宋杖一帶的干杖地，含水層為上更新統(tǒng)早期(Q31)粉土和黃土狀亞砂土，上部疏松，具孔隙裂隙，下部致密。掌區(qū)含水層厚度一般都小于10 m，毛井－宋杖一帶含水層厚度10～50 m，富水性不均勻，滲透系數(shù)一般1.0～5.0 m/d。大氣降水通過飽氣帶土層，沿黃土的孔隙裂隙下滲，在下部有粘土隔水層時(shí)，形成黃土潛水，黃土潛水補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)距離很短，微地貌控制地下水的徑流，每一沖溝成為獨(dú)立補(bǔ)給、徑流、排泄系統(tǒng)，徑流方向基本與地形坡向一致;含水層大多被沖溝切穿，地下水呈泉溢出。

2)碎屑巖類孔隙裂隙水

①下白堊系孔隙裂隙水分布于斷陷盆地中，主要賦存于下白堊系保安群砂巖、泥質(zhì)砂巖及六盤山區(qū)礫巖孔隙裂隙和層間裂隙之中，水量較為貧乏，富水性較差，單泉流量一般為0.01～0.05 l/s，呈南北向條帶狀分布，深部具有承壓性，下白堊系孔隙裂隙水主要接受大氣降水及黃土潛水的補(bǔ)給，在溝谷地段地表水滲入補(bǔ)給，由于含水層膠結(jié)之謎、泥質(zhì)含量，地下水徑流緩慢，在溝谷地帶多呈片狀滲流排泄補(bǔ)給地表水。

②古近系孔隙裂隙水主要賦存于固原統(tǒng)砂礫巖孔隙裂隙之中，分布在甜水－車道一線以西，屬山間凹陷型堆積，四周被中古生界巖層包圍，由于含水層上部是泥巖、粉砂巖，地下水補(bǔ)給不足，僅在局部富水性較好，單位涌水量0.1～5 m3/d.m。在毛井以南，主要接受來自固原一帶地下水的徑流補(bǔ)給，其它地段接受地表水、潛水及元、古、中生界地下水的入滲補(bǔ)給后，自南向北徑流，主要以地下徑流的方式排泄。

3)灰?guī)r巖溶裂隙水

分布于毛井－張中莊－甜水堡一線以西，由于受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，斷裂發(fā)育，褶皺強(qiáng)烈，地層之間大多呈斷層接觸，含水層富水性不均，地下水為構(gòu)造裂隙承壓水。含水層巖性為震旦－奧陶系灰?guī)r、白云巖。受構(gòu)造、巖性、地貌、氣象和水文諸因素的制約和影響，南北古脊梁隆起不僅分割著兩側(cè)不同的儲(chǔ)水盆地，構(gòu)成地下水分水嶺，其本身也是一個(gè)狹長的碳酸鹽巖裂隙巖溶水儲(chǔ)水帶。該含水層中，水位埋藏深，水量、水質(zhì)變化大，地下水賦存條件復(fù)雜。地下水礦化度在毛井以北為2～5g/L，水化學(xué)類型屬CL－SO4－Na－Mg型水。該類地下水主要接受遠(yuǎn)距離徑流補(bǔ)給，其次，接受境內(nèi)地表水和潛水滲漏補(bǔ)給，地下水總體徑流方向是自北向南。

3 勘查部署實(shí)施

3.1 勘查思路

區(qū)內(nèi)黃土掌形地潛水由于含水層厚度小，受溝谷切割分布不完整，不利于地下水的富集，加之該區(qū)干旱降雨補(bǔ)給不足，作為應(yīng)急開采意義不大。碎屑巖類孔隙裂隙水含水層含泥質(zhì)較多，膠結(jié)嚴(yán)密，裂隙不發(fā)育，或受地層空間結(jié)構(gòu)的影響，不利于地下水下滲補(bǔ)給和運(yùn)移，僅局部洼陷盆地有少量地下水，且礦化度高，基本沒有供水意義。該區(qū)構(gòu)造強(qiáng)烈，震旦系－奧陶系灰?guī)r受多期區(qū)域構(gòu)造作用斷層發(fā)育，斷層帶巖層節(jié)理裂隙有利于地下水的運(yùn)移和富集，在阻水?dāng)嗔褞Ц浇兴|(zhì)較好，水量豐富的地下水，如南湫鄉(xiāng)斷裂上升泉流量603.36 m3/d，水質(zhì)較好。利用以往地質(zhì)、水文地質(zhì)研究成果，結(jié)合嚴(yán)重缺水地區(qū)人畜飲用水缺乏問題，在重點(diǎn)調(diào)查區(qū)開展1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查，通過對(duì)地質(zhì)、水文地質(zhì)、物探資料分析，合理部署物探剖面，解譯追溯深部控水構(gòu)造，布井探查構(gòu)造裂隙巖溶水是環(huán)縣西部找水的新思路。

3.2 勘查實(shí)施

工作區(qū)地形條件復(fù)雜，溝壑縱橫，且地表覆蓋厚層第四系黃土，是巖溶裂隙地下水勘查的空白區(qū)，地面調(diào)查地質(zhì)、水文地質(zhì)信息較少。已有的重力布格異常圖(圖2)顯示，區(qū)內(nèi)構(gòu)造方向以南北向?yàn)橹?，重力異常高低相間，重力梯級(jí)帶對(duì)應(yīng)了兩組斷裂，方向自NW—NNE—N總體呈反“S”狀展布，基本反映出了這兩組斷裂構(gòu)造受到外力擠壓、扭曲的特點(diǎn)。為了真實(shí)的反映斷層空間展布特征及水文地質(zhì)條件布設(shè)物探測深。在分析已有資料的基礎(chǔ)上布設(shè)3條可控源音頻大地地磁測深(CSAMT)剖面，1、2剖面為NW向，3剖面為NE向，剖面長度分別為:8.7 km、8.9 km 和 12.3 km，點(diǎn)距 100 m?？煽卦匆纛l大地地磁測深(CSAMT)是大地電磁發(fā)(MT)和音頻大地電磁法(AMT)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種人工源頻率域電磁測深方法，具有使用人工場源，改變頻率測深的特點(diǎn)，是目前中等深度(1000 m)水文地質(zhì)勘查中的主要測試方法。本次勘查中其主要地質(zhì)任務(wù)是:探測高阻灰?guī)r頂面起伏，研究其與上覆地層構(gòu)造的繼承關(guān)系，以查明構(gòu)造斷裂的的空間展布規(guī)律及其富水特征。

圖1 物探剖面布置圖

根據(jù)三條CSAMT斷面(圖3)推斷次低阻電性層和下部低阻電性層推斷為白堊系地層，呈厚層狀西厚(1 500 m)東薄(200 m)以不整合接觸關(guān)系超覆在碳酸鹽巖上。在三條地電斷面高阻碳酸鹽巖中，出現(xiàn)垂向相對(duì)低阻帶，低阻帶呈南北向展布，呈高角度西傾，分布在重力推斷基底隆起部位，對(duì)此低阻帶初步推斷為裂隙破碎帶，三條斷面低阻帶呈南北向展布推斷為斷層裂隙破碎帶。

圖2 CSAMT電阻率及地質(zhì)解譯斷面圖

3.3 鉆孔孔位確定及實(shí)施結(jié)果

經(jīng)地面調(diào)查及物探分析鉆孔孔位定在2－2'物探剖面138點(diǎn)南大臺(tái)子村，設(shè)計(jì)深度1 000m。其主要依據(jù):一、區(qū)內(nèi)巖溶裂隙水呈脈狀賦存于斷裂帶及其影響裂隙帶中，斷裂構(gòu)造對(duì)地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄起控制作用，斷裂構(gòu)造是的存在是地下水富集的基本條件，物探顯示斷裂構(gòu)造帶呈高角度西傾，鉆孔宜布設(shè)斷層上盤，鉆探深度宜進(jìn)入斷層影響帶中;具備良好的施工條件和用水條件，該處交通便利、地形平坦，溝谷有地表水可供施工，施工條件有利，鉆孔成井后易于管理，組織安排群眾的用水，能夠解決嚴(yán)重缺水地區(qū)人畜飲用水這個(gè)突出問題。

鉆孔采用全孔取芯，實(shí)施深度991.75 m，終孔后進(jìn)行水文測井(圖4)、抽水試驗(yàn)及水質(zhì)分析等工作。鉆孔揭露與物探測深基本吻合，地層從上到下為:

1)0～42 m:第四系(Q)，風(fēng)積黃土。

2)42－324.60米:白堊系(K15)羅漢洞組紫紅色砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖。

2)324.60 ～991.75 米:奧陶系(O)灰?guī)r，呈灰色、淺灰色厚層狀構(gòu)造，該層裂隙發(fā)育，主要的巖溶水賦存層位。

水質(zhì)分析表明溶解性總固體2 450 mg/L。地下水靜水位90 m，主要富水位置在430～900 m內(nèi)灰?guī)r破碎帶。實(shí)際抽水降深47.9 m，出水量400 m3/d，推算降深80m，出水量540 m3/d。

4 結(jié)論及建議

1)地質(zhì)構(gòu)造對(duì)脈狀地下水來說，不僅控制含水層和隔水層的分布規(guī)律，而且對(duì)地下水的形成、運(yùn)移及賦存具有決定性的影響，水文地質(zhì)調(diào)查與綜合物探有機(jī)結(jié)合是查找?guī)r溶構(gòu)造裂隙水的一種有效的技術(shù)方法。

2)通過環(huán)縣西部深部巖溶裂隙水的首次探測，證實(shí)了在環(huán)縣西部水資源貧乏地區(qū)，通過深入的研究與勘查，能夠找到了具有一定開發(fā)前景的水資源，這對(duì)對(duì)改善了當(dāng)?shù)鼐用竦纳姝h(huán)境有積極的意義。

3)按國家規(guī)定的生活飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，通常把礦化度小于1 g/L的地下水，稱為淡水。但對(duì)極度缺水的環(huán)縣西部而言，建議礦化度小于2.5 g/L的地下水作為生活飲用水。

4)受工作條件、投入資金限制，對(duì)環(huán)縣西部深部地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件還未完全查清，在以后勘查工作中有待進(jìn)一步提高和完善。

［1］崔旭東，張彥林，王延江等.鄂爾多斯盆地地下水勘查(甘肅)報(bào)告.甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，2008年

［2］甘肅省環(huán)縣農(nóng)田供水勘查報(bào)告.甘肅省地礦局第一水文地質(zhì)隊(duì)，1976年