袁 偉， 闞艷伶， 喬海濤

(四川省地質(zhì)工程勘察院集團有限公司,四川 成都 610071)

越西盆地呈南北向橢圓形展布于小相嶺和大涼山之間,越西河自南向北貫穿整個盆地[1]。第四系沖積、沖洪積物廣泛分布于越西河谷盆地內(nèi),這些松散堆積物在水流的作用下,形成分選良好、透水性強、含水豐富的含水層。20世紀六七十年代,前人在研究區(qū)先后開展1∶20萬區(qū)域地質(zhì)、區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查工作[2-3],基本明確盆地地層、時代、巖性巖相的大致變化情況,查明越西斷裂壓碎帶阻水、影響帶充水的水文地質(zhì)特征。宮會玲[1]通過精細測量和年代學研究,獲得越西盆地內(nèi)各種構造地貌的變形資料以及形成年代。陳長云[4]對越西盆地活動構造進行研究,分析越西盆地新生代以來的構造演化。這些研究成果為本次工作提供了重要參考,但受限于工作精度和工作重點,對越西盆地第四系松散巖類孔隙水的研究程度較低,對盆地第四系承壓含水層垂向分布特征及富水性等條件的研究還處于空白。本文以盆地中上游集水面積約260 km2的丁塘、鄧家壩水源地為研究對象,對越西盆地第四系松散巖類孔隙水賦存特征進行分析,為科學指導區(qū)域水資源合理開發(fā)利用與保護提供水文地質(zhì)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 地形地貌

越西斷陷河谷盆地東西寬0.2～2 km,南北長約50 km,面積約81 km2,地形開闊、平緩。研究區(qū)地處盆地中上游地帶,受河流侵蝕堆積作用影響,地貌形態(tài)主要表現(xiàn)為河漫灘、一級階地、二級階地和洪積扇。河漫灘不太發(fā)育,一般呈舌狀、新月狀斷續(xù)分布于越西河河心或兩岸,寬度一般<50 m,長度多<250 m,灘面向下游或河心傾斜,洪水期被淹沒。一級階地廣泛發(fā)育,構成河谷盆地主體,階地前緣一般高出河水面2 m左右,階面略向河心及下游方向傾斜。二級階地及洪積扇在越西河兩岸不對稱發(fā)育,二級階地主要發(fā)育于越西河東岸,呈帶狀不連續(xù)分布于近山腳地帶,多遭破壞或被扇體掩覆,階面一般高出河水面15～30 m;洪積扇分布于各山體河口、溝口地帶,平面形態(tài)多呈扇狀,從河口、溝口向下、四周緩慢傾斜,在東岸同時切蝕、掩覆二級階地。

1.2 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于揚子準地臺西南緣,處于川滇南北向構造帶北段之涼山褶斷帶西亞帶。該帶斷裂少,褶皺舒緩開闊,構造應力相對微弱，主要構造形跡有越西河斷裂、米市向斜。

越西河斷裂為一區(qū)域性大斷裂,縱貫南北,在爛田壩以北略偏向西,往北順越西河延伸,向南與黑水河斷裂相接,長70 km左右。一般傾向北或北東,傾角75°～85°,屬高角度壓性沖斷裂,斷距較大,致使中奧陶系地層覆于上三疊系地層之上。破碎帶發(fā)育,兩盤牽引擠壓劇烈,北端為一東西向橫張斷裂切割,從斷層性質(zhì)來看,該斷裂為導水斷裂。斷裂從河谷盆地東側山體附近通過,研究區(qū)即位于該斷裂西盤。

米市向斜北起越西下普雄,向南經(jīng)喜德米市至西昌轎頂山,軸線呈北北東向延伸,全長約75 km,最寬可達57 km。由侏羅系、白堊系地層組成,兩翼傾角10°～40°,形體略不對稱,東陡西緩,核部寬緩。向斜中段、南段保存尚好,北段受越西河斷裂破壞。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of the study area

2 盆地第四系地層結構特征

研究區(qū)第四系地層主要有全新統(tǒng)沖積層、沖洪積層，上更新統(tǒng)冰水堆積層，中—下更新統(tǒng)冰漬—冰水堆積層。ZK01鉆孔揭露地層情況見表1。

表1 ZK01鉆孔揭露地層統(tǒng)計表Table 1 Statistics table of strata exposed by ZK01 borehole

2.1 全新統(tǒng)沖積層

該層由南向北呈蛇曲帶狀分布于越西河河道內(nèi),組成現(xiàn)代河床及河漫灘,厚度一般<3 m。巖性主要以卵石為主,磨圓度較好。卵石粒徑一般4～10 cm,含量約60%～65%；漂石約占5%～10%；礫石約占5%。成分主要為石英巖、流紋巖、灰?guī)r、砂巖等,弱—中等風化。由約25%粉細砂充填,其中粉粒約占5%,充填物局部密集。在河漫灘地帶,其表面常覆蓋薄—中厚層狀粉土。

2.2 全新統(tǒng)沖洪積層

該層主要呈南北向帶狀分布于越西河現(xiàn)代河床兩側,組成寬闊平緩的一級階地平壩,在山前溝口地帶則呈沖洪積扇狀分布,為河谷盆地內(nèi)主要土體。河谷平壩內(nèi)主要由粉土、粉質(zhì)黏土、礫石、卵石土組成,鉆探揭露層厚33.78 m。表層普遍見一層厚度<2.0 m的棕紅色粉土分布。單層厚1.90～8.20 m,主要分布于深度4.80～13.00 m，粉土局部含礫卵石。粉質(zhì)黏土呈層狀分布于沖洪積層卵石土底部,分布于深度30.10～33.78 m,厚3.68 m,底部0.40 m含約40%的礫卵石包含物。礫石土埋藏深度13.00～19.70 m，其中,礫石含量約占55%,粒徑多為3～10 mm；卵石含量約占30%,粒徑一般3～6 cm,個別15 cm左右,粉細砂及粉黏粒充填,充填物局部富集。卵石土分布于深度19.70～30.10 m,厚2.80～5.70 m，其中,漂石呈長橢圓狀,含量約占5%；卵石呈次圓狀,含量約50%～70%,粒徑一般4～12 cm；礫石呈次棱角、棱角狀,含量約占5%；粉細砂、粉黏粒充填,局部粉黏粒富集。

在研究區(qū)西側的大花河、南箐河河谷及越西河東側的螞蟥溝、夾石溝等溝口地帶呈扇狀分布的沖洪積堆積層，厚2.00～30.00 m,其物質(zhì)組成具二元結構,上部多為粉質(zhì)黏土、粉土,下部為礫卵石夾粉質(zhì)黏土、粉土層。

2.3 上更新統(tǒng)冰水堆積層

上更新統(tǒng)冰水堆積層伏于河谷平壩沖洪積層以下,局部呈點狀出露于越西河西側大花溝的蘿卜地、南箐溝的龍灘、馬車洛處,東側則呈條帶狀分布于山體近坡腳地帶,組成二級階地。其物質(zhì)組成具二元結構,上部為棕紅色粉質(zhì)黏土,可見層厚約2 m左右；下部巖性為砂、砂礫石與泥質(zhì)砂土、粉質(zhì)黏土互層。

埋藏于河谷平壩下的冰水堆積層主要由粉土、粉質(zhì)黏土及細中砂、粗砂、卵石土組成。夾于卵石土中的粉土多呈灰黃、黃灰、黃褐色,濕—稍濕,稍密—密實,局部含約10%～20%的礫卵石包含物，單層厚1.10～6.75 m,其中最厚一層分布于深度65.26～72.01 m；粉質(zhì)黏土分布于深度53.10 m下的卵石土中,單層厚0.55～1.40 m,局部含約10%的礫卵石包含物；細中砂埋藏深度61.20～63.30 m,單層厚2.10 m,約含15%的礫卵石包含物；粗砂埋藏深度75.21～75.95 m,單層厚0.74 m,約含25%的黏粒,底部見礫卵石包含物分布；卵石土深度53.10 m以上主要由粉細砂、局部粉黏粒充填,其下至80.88 m段則主要以粉黏粒、局部砂粒充填。

2.4 中—下更新統(tǒng)冰漬—冰水堆積層

該層巖性以粉質(zhì)黏土為主。鉆探顯示,粉質(zhì)黏土在埋深84.70 m以下發(fā)育厚度大且分布連續(xù),單層厚度>10.29，局部含約20%～25%的礫卵石包含物。卵石土呈夾層狀分布于深度82.61～84.70 m段,由約30%的粉黏粒充填,局部富集。

勘察鉆孔深度94.99 m,未揭穿第四系地層,據(jù)工程物探成果(圖2、圖3),該套地層平均厚度達110 m。在鉆孔內(nèi)不同深度的含水層處取礫、卵石代表性土樣進行顆粒分析,分析結果如表2所示。土粒不均勻系數(shù)均>10,曲率系數(shù)介于0.285～3.139,其中全新統(tǒng)沖洪積層礫石的曲率系數(shù)為0.285,為級配不良礫石,其余卵石的曲率系數(shù)為1.025～3.139之間,屬級配良好卵石。

圖2 高密度電阻率法反演成果圖Fig.2 The inversion result diagram of high-density resistivity method

圖3 物探解譯成果圖Fig.3 Map of geophysical interpretation results

表2 顆粒分析試驗成果統(tǒng)計表Table 2 Statistical table of particle analysis test results

3 第四系孔隙水賦存特征

松散巖類孔隙水廣泛賦存于區(qū)內(nèi)第四系砂礫卵石層中,一般屬孔隙潛水,但在河谷盆地內(nèi)受粉土、粉質(zhì)黏土組成的相對隔水層(頂、底板)影響,使下部的孔隙水具微承壓性而成為孔隙承壓水。

3.1 含水層及富水性

按含水層結構及埋藏分布特征，將含水層分為第四系全新統(tǒng)砂礫卵石含水層和上更新統(tǒng)含泥砂礫卵石含水層。

3.1.1全新統(tǒng)砂礫卵石含水層

(1) 沖積層含水層。呈南北向帶狀分布于河谷盆地越西河河道和河漫灘,分布范圍較小,由全新統(tǒng)沖積砂礫卵石組成孔隙水含水層,含水層厚度較薄,與地表水聯(lián)系緊密。

(2) 沖洪積層含水層。主要分布于越西河一級階地、大花河、南箐河和越西河東側支溝溝口、溝道內(nèi),厚度變化較大,分布不均,在山前溝口一帶厚度較大,扇體邊緣及溝道內(nèi)厚度較小,富水性由河谷中央向兩側減弱。

鉆孔揭露該含水層共有兩段。第一段含水層分布于深度4.80 m之上,由卵石組成,卵石間主要由粉細砂充填,滲透性較好。該層頂部0.40 m為粉土,少見粒徑5 cm左右卵石包含其中,含量約5%,見植物根系分布。該層透水性較好,為孔隙潛水含水層,水位埋深一般0.4～1.6 m。第一段含水層之下分布一層厚度達8.2 m的粉土,該層總體透水性差,灰黑色黏粒局部密集,顯出水平層理,為相對隔水層。第二段含水層埋藏于深度13.00～30.10 m段,由礫石、卵石組成。礫卵石間主要由粉細砂充填,滲透性較好,利于地下水儲存、運移。地下水水位埋深一般0～1.0 m,為承壓含水層。據(jù)抽水試驗,地下水水位埋深0.20 m,降深4.90 m,單井出水量487.81 m3/d,單位涌水量99.55 m3/(d·m),滲透系數(shù)7.76 m/d,富水性較好。該含水層為承壓含水層,其上覆蓋由粉土組成的8.2 m厚的相對隔水層,可以有效地防止含水層被污染,加之該段含水層富水性較好,埋深較淺,從水源地供水安全和取水工程技術經(jīng)濟條件考慮,縣城供水水源地取水目的層應以該含水段為主。第二段含水層以下分布連續(xù)的粉土、粉質(zhì)黏土層,粉土中黏粒分布不均,局部密集。該層總體透水性差,不含水或含水微弱,為相對隔水層。

3.1.2上更新統(tǒng)含泥砂礫卵石含水層

主要分布于全新統(tǒng)沖洪積層含水層之下,以及呈南北向不完整帶狀分布于河谷盆地東側山體近坡腳地帶,所處位置較高。含泥砂礫卵石層上為棕紅色粉質(zhì)黏土,下由砂、砂礫石與泥質(zhì)砂土、粉質(zhì)黏土互層組成,含水不均勻,單井出水量一般<1 000 m3/d。

鉆孔揭露該含水層共有兩段,分別為第三、第四段含水層。第三段含水層埋藏于深度39.43～53.10 m段,層厚13.67 m,由卵石組成,濕,中密—密實。礫卵石間由粉細砂及粉黏粒充填,充填物細粒物質(zhì)較多,結構較緊密,透水性相對較差,滲透性也較差,為次含水層,含孔隙承壓水。據(jù)ZK2孔測量,自流量為3.5 m3/d,水頭高度為+0.50 m。第三段含水層以下分布連續(xù)的粉質(zhì)黏土、粉土,間夾薄層卵石、細中砂,為相對隔水層。其中,卵石、細中砂多由粘粒充填,粘粒局部富集,透水性較差。第四段含水層分布于75.95～79.78 m深度段,層厚3.83 m,由卵石組成,稍濕,中密。礫卵石間由中砂、粉黏粒充填,充填物局部富集,透水性相對較好,滲透性也較好,為次含水層,含孔隙承壓水。據(jù)ZK02孔測量,自流量為96 m3/d,單位涌水量達24 m3/(d·m),水頭高度為+4.00 m,富水性較好,具備供水潛力。

圖4 研究區(qū)含水層結構圖Fig.4 Aquifer structure map of the study area

3.2 包氣帶滲透性能

水源地含水層上部包氣帶主要由粉質(zhì)黏土、粉土和粉砂組成。本次工作在一級階地進行試坑滲水試驗,測得區(qū)內(nèi)粉土垂向滲透系數(shù)為2.72×10-4cm/s,粉砂垂向滲透系數(shù)為1.22×10-3cm/s,滲水試驗過程曲線見圖5。試驗結果表明,區(qū)內(nèi)包氣帶滲透系數(shù)較小,具有一定的防污性能,同時也對地下水的垂向補給有一定的影響。

圖5 雙環(huán)滲水試驗Q-t曲線Fig.5 Q-t curve of Double-ring infiltration test

3.3 地下水補、徑、排條件

研究區(qū)處于河谷盆地區(qū),地勢平緩、開闊,大氣降雨是區(qū)內(nèi)天然條件下地下水補給的主要來源。區(qū)內(nèi)降雨豐沛,年均降雨量達1 129.3 mm,尤其在5—9月,月均降雨天數(shù)達20.4 d,降雨量達全年的81.54%,該時間段是地下水接受大氣降雨補給的主要時間段。天然狀態(tài)下,河谷區(qū)地下水除接受大氣降雨外,還接受地表河水、河谷兩岸斜坡第四系孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙層間水、碎屑巖類裂隙水和碳酸鹽巖裂隙溶洞水的排泄以及上游第四系松散巖類孔隙水的徑流補給。第四系孔隙承壓水除接受其上游的地下水遠程徑流補給及基巖裂隙水側向徑流補給外,在局部地段尚存在接受其上部孔隙潛水補給的可能。

第四系孔隙潛水徑流主要受地形和季節(jié)的影響,在天然條件下,豐水期地下水總體上是由河心向兩岸、上游向下游徑流、排泄；枯水期則是由兩岸向越西河床、上游向下游徑流、排泄。區(qū)內(nèi)地下水徑流總體方向同河流方向一致,為由南向北。另外,在枯水期越西河兩岸階地中的地下水向河床徑流,徑流至階地前緣時一部分補給河谷中砂卵石含水層,一部分排泄出地表補給河水。下部的第四系松散巖類孔隙承壓水接受補給后,順越西河由南向北、從上游向下游徑流、排泄。

因此,越西河谷區(qū)既是地下水的埋藏區(qū),同時又是地下水的徑流、排泄區(qū)。區(qū)內(nèi)人工開采利用地下水程度相對較低,主要以引泉管網(wǎng)供水作為人類生活用水,但在局部地區(qū)當?shù)卮迕癯槿〉叵滤鳛樯睢⑸a(chǎn)用水,也是地下水的排泄途徑之一。

4 地下水資源評價

4.1 地下水資源量

研究區(qū)集水面積約260 km2,大氣降雨豐沛,一部分入滲形成地下徑流,一部分匯集成地表徑流。河谷盆地作為區(qū)內(nèi)最低處,地表、地下徑流均從河谷盆地流過。上游集水面積內(nèi)出露地層主要以侏羅系和三疊系砂巖、粉砂巖為主,其次為震旦系可溶巖。參考區(qū)域資料,降雨入滲綜合取值α=0.2,初步得出河谷盆地地下水徑流補給量Q=α×P×F=0.2×1.13×260×106/365=16.1×104m3/d,式中：年降雨量P=1.13 m；集水面積F=260×106m2。由此可見,研究區(qū)所處的越西河河谷盆地區(qū)地下水天然補給量充足,供水保證率較高。

4.2 地下水可開采量

據(jù)水文地質(zhì)勘察工作,區(qū)內(nèi)第四系全新統(tǒng)沖洪積層含水層中第二段含水層富水性較好,屬于孔隙承壓含水層,其上覆蓋由粉土組成的厚8.2 m的相對隔水層,可以有效地防止含水層被污染,且埋深較淺,從水源地供水安全和取水工程技術經(jīng)濟條件考慮,取水目的層可以該含水段為主。

根據(jù)現(xiàn)場情況,結合地下水賦存和徑流條件,如果沿河谷按平均布井法布井,預計有效面積約2.5 km2。根椐抽水試驗涌水量方程計算單井最大涌水量,取最大降深至含水層頂板,即最大降深h為10 m,最大出水量Q單為995 m3/d,影響半徑R為278 m,則可以布井數(shù)n=F/4R2=8,該區(qū)域內(nèi)地下水可開采量Q可=n×Q單=7 960 m3/d。

研究區(qū)100 m深度內(nèi)還存在第三和第四段含水層,且第四段含水層初步判斷富水性較好,測得承壓水頭高出地表4 m,自流量為96 m3/d,單位涌水量達24 m3/(d·m),初步估算該含水段的單井出水量能達到1 000 m3/d,加之下伏埋藏型的碳酸鹽巖含水巖組,富水性也較好,因此該水源地有供水10 000 m3/d的潛力。

4.3 地下水質(zhì)量

本次工作從鉆孔和機井中取水樣3組進行水質(zhì)分析，其中,第二含水段2組,第四含水段1組。分析結果表明pH值介于7.72～7.89之間,水化學類型主要為HCO3-Ca·Mg型,溶解性總固體329～385 mg/L,總硬度177～235 mg/L,屬中硬淡水。化學組分和微量組分中均未出現(xiàn)超標現(xiàn)象,其他檢測指標均符合國家《生活飲用水衛(wèi)生標準》,達到《地下水質(zhì)量標準》Ⅲ類標準。

4.4 開采方式分析

研究區(qū)內(nèi)地下水補給來源充足且穩(wěn)定,區(qū)內(nèi)地下水天然補給量約為16.1×104m3/d,第二含水段可開采量約為7 960 m3/d。根據(jù)地下水開采技術及水文地質(zhì)條件,對開采方式進行分析。

(1) 管井。受場地地形等條件限制,傳統(tǒng)井取水方式不具備實施條件。另外,井群長期抽水隨著時間增加,抽水井之間會產(chǎn)生抽水干擾,水位下降,出水量減小,而且井點數(shù)量多、工程分散,開采運行和管理難度大,成本高,該取水方案在技術條件和經(jīng)濟上不合理。

(2) 大口徑井。設計井徑為6 m、井深為22 m、容積為622 m3的大口徑井1口,分別設置井底進水、井壁和井底同時進水兩種情況,采用《給水排水設計手冊(第三版)》[5]中大口徑井出水量公式計算,得出大口徑井井底進水的出水量為708 m3/d；井底和井壁同時進水的出水量為2 391 m3/d。

(3) 輻射井。設計井深為22 m、井壁不進水的集水大口徑井,并在距地表18 m處施工一層12根長為15 m、管半徑為0.075 m的輻射管。根據(jù)《給水排水設計手冊(第三版)》[5]中適用公式計算,得出承壓水輻射井工程的出水量為4 588 m3/d。

(4) 大口徑井+輻射井。采用井底進水大口徑井+輻射井的取水方式,可取水量為708+4 588=5 296 m3/d。

對比發(fā)現(xiàn),采用大口徑井+輻射井能最高效地開發(fā)利用地下水,且工程相對集中,開采運行和管理難度均最小。

5 結論

(1) 研究區(qū)100 m深度內(nèi)共揭露4個含水段,其主要含水段為第二段,其次為第四段。其中,第二含水段可為主要取水目的層,埋藏于13.00～30.10 m,為承壓含水層,單井出水量487.81 m3/d(降深4.90 m),單位涌水量為99.55 m3/(d·m),滲透系數(shù)為7.76 m/d,富水性和滲透性均較好。第四段含水層富水性較好,加之下伏埋藏型的碳酸鹽巖含水層,有一定供水潛力。

(2) 研究區(qū)地下水天然補給量約為16.1×104m3/d,第二含水段可開采量約為7 960 m3/d。經(jīng)分析計算,若采用大口徑井+輻射井工程,單口出水量可達5 296 m3/d,且工程集中,開采運行和管理難度小,技術和經(jīng)濟上合理可行。