某坝址区水文地质条件

浅谈某水库坝址区水文地质条件水库坝址地层为须家河组砂泥岩互层，以砂岩为代表的含水层和泥岩为主的相对隔水层构成多层含水层，由于岩层分布、埋深及径流条件差异较大，其含水层特点也各不相同。关键词：基岩裂隙潜水、基岩裂隙承压水、透水性。1、前言自贡市水库位于四川省荣县保华、留佳镇境内岷江支流越溪河上，距离荣县城约40km。该水库正常蓄水位为431m，最大坝高为98m，水库库容约1.8亿m3。工程地处低山区和丘陵地带，其主要地层为三叠系须家河组砂泥页岩互层，也属自贡主要含盐卤水区。砂岩多为含水层，而泥页岩为相对隔水层，独立含水层系统较多。因此，研究坝址区水文地质条件对于建坝防渗论证具有重要意义。2、基本地质概况工区处于铁山背斜核部一带。铁山山脊线呈北东东—南西西向延伸，与构造线基本一致，铁山地形整体趋势为北东高而南西低，顺两翼地貌由低山逐渐过渡为丘陵。坝址区属低山峡谷区，海拔高程为342~520m，相对高差80~180m。越溪河呈反“S”形大致由北向南方向流经坝址区。上下坝址分别位于铁山背斜北南两翼，其核部发育为F1铁山断层（上游）、F2瓜瓢洞断层（下游），两断层互为对冲式。两坝址基本属单斜构造。坝址区内地层主要为三叠系上统须家河组(T3xj)砂泥岩互层，共分为六段，第四段分三层，第三段共分七层，其特征分布见表1。地表泉点分布于河床两岸，在七十年代勘探时下坝址轴线上游280m处高程350m发育一上升泉，流量为0.02L/S。其余泉点为下降泉，流量一般为0.01~0.3L/S，泉点多分布在砂岩与下部泥页岩分界面附近，为接触泉，长观资料表明，大多数泉点流量随季节降雨量变化较大。区内地下水按其含水层性质和埋藏条件主要分为第四系松散堆积层孔隙潜水、基岩裂隙潜水、基岩裂隙承压水三种类型。孔隙潜水主要分布于河床、漫滩的松散堆积层中，且覆盖层较薄，水文地质意义不大，对工程影响甚微，且下坝址为推荐坝址，故以后主要是讨论下坝址的基岩裂隙潜水、承压水两种类型。地层岩性一览表表1地层单位地层代号岩性厚度（m）分布段层第五段第三层T3xj5由深灰色粉砂质质泥岩、泥泥岩、灰色色~浅灰色泥泥质粉砂岩岩互层夹砂砂岩组成，含含有薄煤层层。47~72主要分布于上、下下坝址两岸岸坡。第四段第三层T3xj4-3由浅灰色厚层~~巨厚块状状砂岩组成成，中部夹夹有泥质粉粉砂岩透镜镜体。55~77分布于上坝址河河床及下坝坝址两岸。第二层T3xj4-2由浅灰色~灰色色粉砂岩、泥泥质粉砂岩岩、砂岩等等组成，局局部夹有粉粉砂质泥岩岩。17~23下坝址两岸。第一层T3xj4-1由浅灰色厚层~~巨厚块状状砂岩组成成，局部夹夹有煤线。40~55第三段第七层T3xj3-7由浅灰色~灰色色粉砂岩、泥泥质粉砂岩岩等组成。2~13下坝址上游及河河床坝基下下。第六层T3xj3-6由深灰色泥岩、粉粉砂质泥岩岩夹泥质粉粉砂岩、炭炭质页岩等等组成，10~15第五层T3xj3-5由浅灰色~灰白白色砂岩、泥泥质粉砂岩岩夹粉砂质质泥岩等组组成。18~25河床坝基下。第四层T3xj3-4由深灰色粉砂质质泥岩、泥泥岩组成。3~5第三层T3xj3-3由浅灰色~灰白白色粉砂岩岩、砂岩等等组成，局局部夹有粉粉砂质泥岩岩。27~30第二层T3xj3-2由深灰色泥岩、粉粉砂质泥岩岩夹砂岩等等组成。20~25第一层T3xj3-1由浅灰色砂岩、粉粉砂岩夹粉粉砂质泥岩岩、炭质页页岩等组成成，下部以以粉砂质泥泥岩、泥岩岩为主。18~20第二段T3xj2由浅灰色砂岩、泥泥质粉砂岩岩夹泥岩组组成。70~75第一段T3xj1由深灰色泥岩、粉粉砂质泥岩岩夹泥质粉粉砂岩等组组成。>303、水文地质条件3.1、基岩裂隙潜水基岩裂隙潜水主要分布在T3xj4-3层和T3xj4-1砂岩层中。T3xj4-3层由于所处位置较高受风化卸荷影响，裂隙较发育，不利于地下水贮藏，仅砂岩层底部靠T3xj4-2层局部有地下水出露，其水化学类型为重碳酸钙型水，矿化度为150~200mg/L。长观一号泉点表明，该泉点流量随季节性变化明显，而其它该层中钻孔长观表明，水温及水位年变化较小。T3xj4-1层底板处于河床以下，由于河流切割，地下水埋藏于此层下部，水位略高于河水。地下水化学类型为重碳酸钙镁型、重碳酸钠型、氯重碳酸钠型水，矿化度为132~850mg/L。各钻孔终孔水位表明，该层地下水位线平缓。3.2、基岩裂隙承压水基岩裂隙承压水主要分布在T3xj3-5、T3xj3-3、T3xj2层砂岩中，其特征见表2（承压水特征主要来源于七十年代资料）。承压含水层特征及涌水试验成果表表2含水层钻孔编号含水层厚度(mm)（顶板埋深(mm)）地下水位(m))（标高(m)）降深（m）流量(m3/d)渗透系数(m//d)单位涌水量(LL/sm))T3xj3-5CK1528.11（32.0）-1.79（349.65）1.524.230.1070.0322CK518.28（39.3）-4.40（399.02）6.027.630.3950.0533CK823.33（45.3）-2.70（348.29）1.6712.960.2700.09CK3319.59（53.1）-3.74（349.26）2.211.900.0490.01CK1416.36-8.41（349.13）1.433.910.1200.036T3xj3-3CK1530.34（55.2）-0.6（348.46）0.3123.432.0660.894CK525.78（61.6）-4.47（349.09）3.20.0370.0120.000144CK831.4（69.2）-29.88（375.47）25.7512.960.0550.0056CK3330.09（74）-16.04（361.06）13.8085.540.580.072T3xj2CK1572.98（128）-47.5（393.36）46.6951.8711.910.24CK317.0-55.22（421.26）49.04.4320.0105T3xj3-5层含水层厚度约为20~28m，以T3xj3-6、T3xj3-4层为相对隔水顶底板。坝段初始水头较稳定，高程为348~350m，由于岩层倾向下游，倾角为10~12°，其实际水头为50~80m甚至更大。本层水化学类型为氯钠型水，矿化度为2000~10000mg/L。长观资料表明，其水化学动态稳定。在坝轴线上游分布一上升泉，出露高程也与钻孔揭示的初始水位基本一致。T3xj3-3层含水层厚度约为30m，以T3xj3-6、T3xj3-4层为相对隔水顶底板。坝段承压水头高程约为370m，高出含水层顶板约为100m。本层水化学类型为氯钠型水，矿化度为10000~12000mg/L。长观资料表明，其水化学动态稳定。T3xj2层含水层厚度约为70m，以T3xj3-2、T3xj3-1层为相对隔水顶板。据CK15、CK3钻孔表明，其水头地面超高分别为47.5m、55.22m。CK15钻孔涌水量较大，最达951.87m3/d，钻孔水化学类型为氯钠型水，矿化度为2650mg/L，其水化学动态稳定。3.3、岩体透水性特征钻孔压水、抽水、涌水试验表明：坝段岩体透水性受岩层分布、风化卸荷、裂隙发育程度、连通性、以及软弱夹层的分布特征等控制。特征如下：（1）、T3xj4-2、T3xj3-6、T3xj3-4等岩层主要为泥页岩，岩体透水率大多小于1lu，透水性微弱，可视为相对隔水层。（2）、T3xj4地层两岸砂岩随着深度的增加，岩体透水性逐渐减弱，但受裂隙发育程度的影响，局部透水率较大，大于100lu，属强透水层，且其分布规律性不强。一般而言，钻孔深50~70m以下，岩体透水率小于3Lu。河床中T3xj4-1砂岩含水层由于位于谷底，由于层面及构造裂隙发育，与地表水水力联系明显，单位涌水量多在1L/sm以上，且涌水量随降深增加不明显；抽水试验成果表明，T3xj4-1河床砂岩渗透系数为4.58~14.28m/d，影响半径为68~166m；在斜硐T3xj4-1砂岩中抽水时，地下水多沿层面及横向裂隙以股状呈悬挂式向汇点集中，随深度增加，出水点也向下迁移，证明其裂隙是普遍存在的，且周围的长观孔地下水位显著降低，形成降落漏斗，由于岩体渗透性差异，观测分析表明，降落漏斗影响范围向左岸约25~30m，而向右岸约85~90m。（3）、T3xj3-5、T3xj3-3、T3xj2层涌水试验表明：T3xj3-5、T3xj3-3层水头较高而流量较小，单位涌水量多在0.1L/sm以下，其渗透系数分别为0.049~0.395m/d、0.012~2.066m/d，部分钻孔揭示该层未见有承压水或不明显，反映出岩体裂隙发育极不均匀，各向异性大。T3xj2层水头大，为176.5m，涌水量大，但深埋地下，具有极大的非均匀性。3.4、地下水类型、补给与排泄及动态变化铁山背斜由北东向南西方向倾伏，地形整体也北东高南西低。地下水主要沿砂岩裂隙由北东向南西方向运动，呈层分布，坝址为地下水的排汇和径流区。T3xj4-1、T3xj4-3层地下潜水长观表明：同一层中地下水变化较大，这与构造和地层分布息息相关。由于地表裂隙切割，部分泉点直接受大气降水补给，径流途径极短，季节性变化明显，矿化度低。T3xj4-3层向北东或南西方向出露长度为4~5km以上，为该层的主要补给区，地表水和大气降水沿裂隙渗入地下，地下水顺层向坝址低谷方向运动。岩层上部地层中分布有泥页岩，隔水性较好，地下水径流过程中地表雨水不易直接补给入地下，所以钻孔地下水长观动态稳定。本层地下水矿化度低的特点，也证实了其地下水循环交替积极、径流较短的特点。T3xj4-1层近坝两岸一带出露长度各约2~3km，向北东方向约8~10km以上才有该地层出露，为该层的主要补给区，地下水顺层向坝址低谷方向运动，由于上部有泥岩相对隔水层，上部地下水及地表水不易补给于该层中。岩层埋藏于地下，裂隙大多闭合，流量小，加之渗流途径较长，地下水交替程度较缓，形成了矿化度比上部T3xj4-1地层较高的特点。坝址两岸钻孔压水试验资料表明：相对隔水层顶板线坡降较大，约为20~35°，而钻孔地下水位线平缓，约3~8°，也说明了其流量小的特点。综合上述来分析，T3xj4-3、T3xj4-1地下水并非严格意义上的潜水，它们有各自独立的隔水顶、底板，远离坝址一带，应具有（半）承压性质，只不过由于河流切割，在工区一带具有自己独立的自由水面，局部受大气降水影响明显，准确地说，应为（半）承压—潜水，T3xj4-1层地下水类型较复杂主要也是这方面的原因。T3xj3-5、T3xj3-3、T3xj2层中承压水为自贡井盐区盐卤水的一种类型，俗称为黄卤。其补给范围主要为越溪河上游的荣县双古、威远复立一带，距工区约15km以上，为铁山背斜核部，因沟谷切割侵蚀而使上述含水层有较大范围出露，该段最低高程为460m，因此坝段承压水头具有较高的特点。由于含水层的砂岩与泥页岩相间成层，使承压水表现较多的层次，也导致各含水层在水质、水量、水头等存在较大的差异。承压水循环径流途径长，交替缓慢，与岩石发生溶滤作用，导致地下水矿化度较高。T3xj2比T3xj3层水量较大、矿化度低的原因是由于该层厚度大，原生状水平裂隙发育，结构疏松，富水性能好，地下水交替相对较快。承压水揭穿后，随着时间的延长，承压水头和流量逐渐减小。先前钻孔揭穿后，后期的钻孔同一层含水层初期流量和水头都相对减小，经过一段时间后才趋于稳定。在2002年钻探时，河床钻孔揭穿了T3xj3层的主要承压含水层，从钻孔压水试验时内外管观测水位来分析，各试验段水位高程基本与河水位一致，引起了一些同志对承压水是否存在的怀疑，而同一钻孔地下水矿化度上下差异大，说明了承压水存在的可能。经笔者综合分析认为，在七十年代勘探时，河床中留下一些长观孔，它揭穿了整个含水层，经过几十年，流量和地下水位稳定，河床中CK33长观孔成为了坝段承压含水层的统一排泄基准面，相应承压水位高程也基本一致，这就是钻孔观测水位相差不大的原因。象这种类似的地质情况，如何去确定有否承压水，含水层位置、流量大小如何有待进一步探讨。4、坝址防渗帷幕深度的确定根据钻孔压水、抽水试验表明，坝基岩体中存在强~弱透水层，应进行帷幕防渗。左右岸存在明显的相对隔水层（透水率q<3Lu），帷幕应深入相对隔水层5~10m为宜，防渗帷幕深度55~85m。河床中存在多层含水层，砂岩类透水率变化较大，个别达65Lu，而泥岩类透水率小。坝址属单斜构造，岩层产状倾向下游偏右岸，虽然T3xj3-3、T3xj3-5层砂岩透水率较大，但其上部的T3xj3-6层泥岩厚度较大（10~15m）、稳定且往下游埋深逐渐增加，可作为河床坝基隔水层，防渗帷幕深入该层5~10m即可。由于在坝轴线上游局部T3xj3-6泥岩薄（厚度2~3m），且有T3xj3-5层出露的上升泉，蓄水后，库水势必与T3xj3-5层地下水连通，水工计算考虑扬压力时，其承压水头高程就不应是350m，而是正常蓄水位431m。5、F1、F2断层的渗漏评价F1、F2断层为区域性断层，横穿整个库区，其渗透性对整个水库蓄水构成一定的影响。断层破碎带宽2~8m，主要由糜棱岩、断层泥、断层角砾等组成。根据钻孔压水试验，透水率q一般小于1Lu，为微透水层。但勘察时，有些同志对断层影响带的透水性提出了怀疑，事实上，承压水的分布就是一个很好的反证。在F1、F2之间在五六十年代有自流的盐井，其层位为T3xj3-5，在F2上游上坝址河床钻孔在T3xj4-1层也发现了承压水，其承压水头为145m，地面超高为69m，流量为4.7L/s。地层分布表明，F1、F2上下游及其间的承压水含水层、隔水顶底板皆被F1、F2断层切断，若断层影响带是透水的，就不能形成层次多、高水头、矿化度差异大的承压水。所以，F1、