景佳俊， 陶文杰， 管 禎

(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊，徐州 221004)

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徐州市第四系孔隙水特征研究

景佳俊， 陶文杰， 管 禎

(江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊，徐州 221004)

徐州市是全國40個嚴(yán)重缺水的城市之一。近年來，徐州市水質(zhì)型缺水較嚴(yán)重，向城市供水的地面水水源地遭受污染，而第四系孔隙水主要開采區(qū)位于徐州市下轄縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)，以往工作程度較低。為合理開發(fā)和保護徐州市第四系孔隙水資源，在開展徐州市經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀、水文地質(zhì)調(diào)查和區(qū)域農(nóng)田水利調(diào)查資料分析的基礎(chǔ)上，通過抽水試驗及對以往資料進行對比分析，研究徐州市第四系孔隙水水文地質(zhì)特征，總結(jié)富水規(guī)律及富集特征。徐州市第四系孔隙水主要分為潛水和承壓水，潛水富水性強區(qū)域集中在沿故黃河高漫灘一帶，直接接受大氣降水和河流側(cè)向徑流補給，其余區(qū)域富水性差； 東部地區(qū)中更新統(tǒng)孔隙承壓水的富水性、水質(zhì)優(yōu)于西部地區(qū)，而西部地區(qū)下更新統(tǒng)至中、上新統(tǒng)孔隙承壓水的富水性、水質(zhì)優(yōu)于東部地區(qū)。

徐州市； 第四系孔隙水； 含水層； 富水規(guī)律

0 引言

徐州市位于江蘇省西北部，是全省水資源最貧乏的地區(qū)。徐州市年平均降水量為836.7 mm，在水資源開發(fā)利用中，由于地面水資源匱乏，工業(yè)及城市生活用水以開采地下水為主。以往資料顯示[1-5]，徐州市年缺水近10億m3。除城區(qū)及賈汪區(qū)以開采巖溶水作為城市供水水源外，豐縣、沛縣、邳州市、睢寧縣均以第四系孔隙水為主要地下水水源。徐州市主城區(qū)因開采巖溶水引發(fā)巖溶地面塌陷[6]以來，該區(qū)做了大量相關(guān)工作，目前巖溶地面塌陷已得到遏制。其余縣市因處于縣城，未開展相關(guān)研究工作。近年來徐州各縣均出現(xiàn)不同程度的降落漏斗，引發(fā)地面沉降[5]，對水資源環(huán)境造成了較大影響。因此，本文擬通過對徐州市第四系孔隙水特征研究，總結(jié)第四系孔隙水富水規(guī)律，為該市水資源的合理開發(fā)、管理與保護提供參考。

1 地形地貌特征

徐州市位于116°22′～118°40′E、33°43′～ 34°58′N，總面積11 258 km2，屬于華北平原的東南部。區(qū)域內(nèi)除中部和東部存在少數(shù)丘崗(約占全市面積的10%)外，其余皆為平原。該市主要地貌類型可分為構(gòu)造剝蝕地貌、剝蝕堆積地貌和堆積地貌[6]。

徐州地處古淮河支流沂、沭、泗諸水下游，以黃河故道為分水嶺，形成北部沂沭泗水系和南部濉-安河水系，兩水系間由京杭大運河和徐洪河相連。

2 第四系孔隙水特征

通過研究人類活動影響下的第四系含水層補徑排條件，確定第四系含水層結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，分析第四系孔隙水補給方式、過程和強度的變化，揭示第四系孔隙水補給質(zhì)與量的變化及其形成機理和時空演變特征，為區(qū)域地下水資源的演變提供理論依據(jù)。

通過對比研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征、地貌條件、沉積環(huán)境、富水條件及地層剖面，將徐州市分為2個第四系區(qū)[7]，即豐縣-沛縣-銅山區(qū)地區(qū)(Ⅰ)和銅山區(qū)-邳州市-睢寧縣地區(qū)(Ⅱ)(圖1)。

3 第四系含水層特征

第四系為松散巖類孔隙水，包括全新統(tǒng)至上更新統(tǒng)淺層孔隙潛水—弱承壓水、中更新統(tǒng)中深層孔隙承壓水、下更新統(tǒng)至中、上新統(tǒng)深層孔隙承壓水[8](圖2、表1)。

(1)全新統(tǒng)至上更新統(tǒng)淺層孔隙潛水—弱承壓水廣布全市，含水層底板在12～50 m以淺。由于沉積物來源和成因不同，含水層巖性、結(jié)構(gòu)、富水性也不相同，以邳州北部車幅山—八義集—睢寧縣—桃園一線為界，分為東、西2部分。

西部地區(qū)全新統(tǒng)以土黃、灰黃、淺灰色亞砂土為主，夾薄層亞黏土，底部有厚1～4 m的淤泥質(zhì)亞黏土，厚6～15 m。上更新統(tǒng)以黃褐、棕黃色亞黏土與亞砂土互層為主，夾粉細(xì)砂及少許中粗砂薄層或透鏡體，粉粒含量較高、空隙大、疏松，似黃土狀結(jié)構(gòu)，含鈣質(zhì)結(jié)核，厚20～35 m，屬于湖河相沉積物。含水層巖性主要為亞砂土、含鈣質(zhì)結(jié)核亞黏土，沿故黃河高漫灘一帶分布厚2～6 m的粉砂，含水層厚度一般20～30 m，富水性中等，鉆孔單位涌水量為0.18～1.733 L/(s·m)(注： 該數(shù)據(jù)為區(qū)域內(nèi)已知抽水試驗的極大值和極小值，不代表實際范圍，下同)。地下水水質(zhì)良好，水化學(xué)類型主要為HCO3-Ca·Mg(Na)型，次為HCO3·SO4-Na·Mg、HCO3·Cl-Ca·Mg·Na或HCO3-Na型，礦化度約1 g/L，局部地區(qū)(豐縣首羨、華山、歡口、沛縣崔寨、銅山縣劉集西部)礦化度>2 g/L。

東部地區(qū)全新統(tǒng)上部為灰黃色亞砂土與亞黏土互層，底部為灰黑色亞黏土，厚度一般5～10 m，分布較廣泛，部分地區(qū)亞砂土直接覆蓋在基巖上。上更新統(tǒng)以褐黃、灰黃色含鈣質(zhì)結(jié)核亞黏土為主，夾亞砂土和薄層砂，厚度一般為10～15 m，局部地區(qū)直接出露地表，屬河流相沉積。含水層巖性主要為中細(xì)砂、細(xì)砂、亞砂土與亞黏土互層，厚度為10～25 m，由北向南顆粒由粗變細(xì)，富水性由強變?nèi)?，北部鉆孔單位涌水量為0.117～8.27 L/(s·m)，南部鉆孔單位涌水量為0.05～5.75 L/(s·m)[9]。水化學(xué)類型多屬于HCO3-Ca·Mg或HCO3-Ca·Na型，局部為HCO3·Cl-Ca型，礦化度<1 g/L。地下水位埋深一般為2～5 m，年變幅為2～3.5 m。

(2)中更新統(tǒng)中深層孔隙承壓水廣布全市，由于沉積環(huán)境不同，其富水性和水質(zhì)差異性較大，以徐州市西部為界，分為東、西2部分。

西部地區(qū)中更新統(tǒng)以棕黃、棕紅色夾灰綠色亞黏土為主，夾薄層狀或透鏡狀亞砂土、粉砂、中細(xì)砂層，亞黏土中含鈣質(zhì)結(jié)核和鐵錳結(jié)核，局部富集成層，厚度由東北或東南向西南或西逐漸增厚，一般為30～110 m，屬于河湖相—湖相沉積物。西部包括銅山縣西北部及豐縣、沛縣地區(qū)，含水層頂板埋深為25～50 m，巖性為亞黏土夾中細(xì)砂、細(xì)砂、亞砂土。鉆孔單位涌水量為0.004～0.074 L/(s·m)，地下水位埋深為3～6 m，水質(zhì)較差，該層下部水質(zhì)優(yōu)于上部水質(zhì)。水化學(xué)類型主要為HCO3·SO4-Na·Mg型、 SO4·Cl-Na·Mg型，礦化度一般為1～2 g/L。豐縣王溝、趙莊、沛縣棲山、崔寨、銅山縣郝寨等地區(qū)礦化度為2～3.5 g/L，屬于鹽堿水。大沙河以西及沿湖一帶礦化度<1 g/L。

東部地區(qū)中更新統(tǒng)廣泛分布全區(qū)，屬于河流相沉積。由于沉積環(huán)境不同，東、西部巖性差異性較大。邳州邢樓—宿羊山—八義集—睢寧縣姚集一線以西，以黃褐、淺棕褐色夾灰綠色亞黏土夾亞砂土為主，普遍含鈣質(zhì)結(jié)核和鐵錳結(jié)核，厚度為15～30 m； 該線以東巖性分2部分，上部為黃褐、棕褐色亞黏土夾亞砂土和薄層中細(xì)砂，含鐵錳結(jié)核和鈣質(zhì)結(jié)核，厚20～30 m； 下部為灰黃、褐黃色含礫中粗砂、中細(xì)砂、細(xì)砂夾亞黏土、亞砂土，一般厚5～30 m，最厚達30～40 m。在山麓或山間地帶，包括徐州市、銅山縣東部及邳縣、睢寧地區(qū)，還有坡、洪積相的褐紅色含碎石亞黏土、亞砂土沉積，厚3～15 m。含水層頂板埋深為30～40 m，主要為含礫中粗砂、粗砂，厚10～20 m。該含水層局部地段直接覆于可溶巖之上，構(gòu)成雙層介質(zhì)統(tǒng)一含水體。含水層的富水性強弱與砂層厚度、顆粒粗細(xì)及埋藏條件密切相關(guān)，一般厚度大、顆粒粗、埋藏淺的含水層富水性強。該區(qū)含水層富水性變化規(guī)律為東部強于西部，北部強于南部。鉆孔單位涌水量為0.024～4.790 L/(s·m)，承壓水水位埋深為1～3 m。地下水水質(zhì)良好，化學(xué)類型主要為HCO3-Ca·Na(Mg)型，礦化度<1 g/L。中深層孔隙承壓水主要靠上覆淺層孔隙潛水垂直越流或入滲補給，東部地區(qū)中深層孔隙承壓水水位常年高于巖溶水水位，因此，擬定水頭垂直向下伏巖溶含水層進行排泄。

(3)下更新統(tǒng)至中、上新統(tǒng)深層孔隙承壓水主要分布在邳州北部，睢寧縣邳州以東及豐縣、沛縣地區(qū)，中部缺失。

西部地區(qū)下更新統(tǒng)以灰綠、棕紅、棕黃，雜灰白色亞黏土、亞砂土夾中細(xì)砂及含礫中粗砂為主，呈松散至半固結(jié)狀態(tài)，砂礫分選性和磨圓度差，長石砂多發(fā)生高嶺土化。亞黏土中含鈣質(zhì)結(jié)核、鐵錳結(jié)核及石英礫石，具有“東薄西厚”的變化規(guī)律(圖1)，屬于冰水-河相-湖相沉積物。該含水巖組頂板埋深為100～180 m，巖性為含礫砂(粗、中、細(xì)、粉砂)及亞黏土，由4～10層組成，總厚度為10～30 m，最厚達48.27 m。富水性強弱與砂層厚度、層次、顆粒粗細(xì)密切相關(guān)，砂層厚度越大、層次越多、顆粒越粗，其富水性越強。鉆孔單位涌水量為0.105～1.24 L/(s·m)，水位埋深4～6 m。地下水質(zhì)一般良好，水化學(xué)類型為HCO3·SO4·Cl-Na·Ca·Mg型或HCO3·SO4·Cl-Na型，礦化度<1 g/L，局部地區(qū)(沛城以東及豐縣常店附近)礦化度>2 g/L。該含水巖組下部第三系孔隙承壓水勘探資料較少，抽水孔資料表明，地下水水質(zhì)較差，屬于Cl·SO4-Na·Ca型，礦化度>2 g/L。該含水巖組地下水氟含量在某些地區(qū)(順河、豐城、華山、棲山、范樓一線西部)偏高，超過飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

東部地區(qū)下更新統(tǒng)以棕黃、棕褐、灰綠色亞黏土為主，夾含礫粗砂、中細(xì)砂或薄層亞砂土，亞黏土中粉粒含量達10%～30%，細(xì)砂含量為5%～10%，厚度為40～60 m，主要分布在桃園、凌城、巷上凹陷內(nèi)，屬于河流相沉積物。含水巖組頂板埋深為70～100 m，主要為砂和鈣質(zhì)結(jié)核沉淀層。邳北砂層含泥量較高，厚度薄(3～12 m)，上部有20 m厚的穩(wěn)定隔水亞黏土，補給條件差，富水性弱，鉆孔單位涌水量為0.032～0.143 L/(s·m)。睢寧東部含水巖組與中深層承壓孔隙水之間分布5～20 m的亞黏土，砂層厚10～50 m，局部可達百米，富水性由西向東逐漸增強。鉆孔單位涌水量為0.158～1.116 L/(s·m)，地方上多以該層作為日常飲用水，涌水量為500～2 000 m3/d。該層地下水位埋深多<1 m，水化學(xué)類型主要為HCO3-Na·Ca型，局部地區(qū)為HCO3·SO4-Na·Ca型，礦化度<1 g/L。

4 第四系孔隙水補徑排條件

受含水巖組巖性、水動力條件等綜合因素的影響[10]，徐州市孔隙水運移及富集在區(qū)域上具有明顯差異，孔隙水運移及富集規(guī)律歸納如下。

(1)補給條件。因含水層位不同，第四系地下水主要補給源的表現(xiàn)方式不同。第四系潛水主要補給源為大氣降水的入滲，其次是農(nóng)灌水回滲，地表水入滲僅發(fā)生在故黃河及大沙河沿岸地帶，其地表水水位高于地下水； 第四系承壓含水層(Q2，Q1)主要補給源為上部含水層的越流補給。

(2)徑流條件。第四系地下水徑流方向與地表水徑流方向基本一致，在Ⅰ區(qū)自西南向東北徑流； Ⅱ區(qū)自北、西北向南、東南徑流。在豐縣、沛縣及睢寧縣等地區(qū)，由于第四系承壓含水層(Q2，Q1)開采量大，形成區(qū)域性地下水降落漏斗，地下水流向發(fā)生變化，由四周向縣城方向流動。

(3)排泄條件。故黃河沖積壟狀高地為區(qū)內(nèi)地表水和孔隙潛水的分水嶺，在其沿線地帶，孔隙潛水向兩側(cè)徑流，主要排泄途徑為蒸發(fā)、人工開采、側(cè)向徑流、向地表水流泄和越流補給下伏含水層； 第四系承壓水主要排泄途徑為人工開采。

5 第四系孔隙水富集因素

受不同水動力條件控制，特定沉積環(huán)境中形成的松散沉積物，呈現(xiàn)巖性與地貌規(guī)律性的變化，并決定了賦存于其中的地下水特征[11-13]。其中孔隙水含水巖組沉積物成因及變化是地形和水流狀態(tài)共同作用的結(jié)果。影響第四系孔隙水富集的主要因素有以下幾點。

(1) 地形地貌。徐州市故黃河呈隆起狀，總體地勢北西高于南東，但徐州市中部多出露山地丘陵地貌。該市地形變化為漸變式，所以孔隙含水層也是連續(xù)漸變的，由山前平原區(qū)的含礫中粗砂轉(zhuǎn)變?yōu)槠皆瓍^(qū)的中粗砂、細(xì)砂。沉積厚度由薄向厚漸變。顆粒較粗、沉積厚度較大的沉積物為地下水的富集提供了較好的儲水空間。

(2) 河流水系及基巖裸露區(qū)。徐州市河流水系較發(fā)育，河道中沉積有粉土、細(xì)砂，滲透性較好，有利于接受地表水和降雨的入滲補給。雨季河道中匯集的大量降水入滲補給地下水，故黃河水位常年高于地下水平均水位，地表水補給地下水，在故黃河周邊形成潛水的相對富水區(qū)。

徐州市山前平原區(qū)與基巖裸露區(qū)相鄰，主要以黏性土為主，透水性較差，該區(qū)多形成地表徑流，故與山前平原相鄰的黃泛沖積平原區(qū)直接接受地表徑流入滲，形成相對富水區(qū)。

(3) 第四系孔隙含水巖組特征。根據(jù)徐州市水文地質(zhì)分區(qū)結(jié)果(圖1)，徐州市第四系孔隙地下水可分為3部分，即全新統(tǒng)至上更新統(tǒng)淺層孔隙潛水—弱承壓水、中更新統(tǒng)至中、上新統(tǒng)深層孔隙承壓水及下更新統(tǒng)中深層孔隙承壓水。主要含水巖組由砂及亞砂土組成，因分布位置不同，各含水巖組組成特征不同，靠近山前的含水巖組(主要位于東部)以含礫中粗砂為主，隨地形變緩，顆粒逐漸變細(xì)，含水巖組以亞砂土、粉砂和中細(xì)砂為主。

6 結(jié)論

(1)徐州市第四系孔隙水主要為潛水和承壓水，潛水富水性強的區(qū)域集中分布在沿故黃河高漫灘一帶，直接接受大氣降水和河流側(cè)向徑流補給，其余區(qū)域富水性較差； 東部地區(qū)中更新統(tǒng)孔隙承壓水富水性、水質(zhì)優(yōu)于西部地區(qū)，西部地區(qū)下更新統(tǒng)至中、上新統(tǒng)孔隙承壓水富水性、水質(zhì)優(yōu)于東部地區(qū)，而豐縣、沛縣多開采下更新統(tǒng)至中、上新統(tǒng)孔隙水，邳州市、睢寧縣多開采中更新統(tǒng)孔隙水。

(2)影響地下水富集的主要因素有地形地貌的起伏導(dǎo)致沉積環(huán)境不同，造成含水層厚度起伏變化，河流水系及基巖裸露區(qū)的徑流入滲形成局部富水區(qū)，第四系孔隙含水巖組的補徑排條件受局部采水影響，形成相對富水區(qū)。

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(責(zé)任編輯： 常艷)

Study on the characteristics of Quaternary pore water in Xuzhou City

JING Jiajun,TAO Wenjie,GUAN Zhen

(The5thGeologicalTeam,JiangsuGeology&MineralExplorationBureau,Xuzhou221004,China)

Xuzhou is one of the 40 cities with severe water shortage in China. In recent years, the water shortage caused by the worse water quality is serious, because the surface water, as the source of city water, suffered from pollution. The main mining areas of Quaternary pore water is located in the county and township of Xuzhou, and previous work is not detail enough. On the basis of the analysis of economic development, hydrology geology investigation and irrigation and water conservancy survey，the authors studied the hydrogeological characteristics and summarized the enrichment law and characteristics of Quaternary pore water for reasonable development and protection through pumping experiments and analysis of previous data. The results show Quaternary pore water is mainly divided into two parts, phreatic water and confined water. The enrichment area of phreatic water is located in the high floodplain area of the Yellow River, with water supplies from atmospheric precipitation and river side runoff. And the water abundance of the other areas is poor. The water abundance and quality of Middle Pleistocene pore confined water in eastern area are better than those in western area, and the water abundance and quality of Lower Pleistocene, Pliocene and Miocene pore confined water in western area are better than those in eastern area. This paper can provide scientific basis for the reasonable development, management and protection for water resource.

Xuzhou; Quaternary pore water; aquifer; water abundance law

10.19388/j.zgdzdc.2017.02.09

2016-04-19；

2016-07-20。

徐州市國土資源局“徐州城市地質(zhì)調(diào)查(編號： SGTZH2014-268)”項目資助。

景佳俊(1983—)，男，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)研究。Email: 393599289@qq.com。

景佳俊，陶文杰，管禎.徐州市第四系孔隙水特征研究[J].中國地質(zhì)調(diào)查,2017,4(2): 73-77.

P641.136

A

2095-8706(2017)02-0073-05