广西隆安县抗旱找水工作中储水构造的空间特征

广西隆安县抗旱找水工作中储水构造的空间特征

1利用多种方法进行定井中国西南部岩质区的地下水主要分布在洞穴、管道和裂缝中。由于溶解发育的不均匀性（沈照理等人，1985）及其平坦部分的污泥，登水区居民的饮用水明显不足。岩溶地区供水勘探孔成功率较低,长期徘徊在30%左右(王宇等,2006)。究其原因,除了其本身勘查难度大外,应与物探技术方法的选择、水文地质与物探工作脱节息息相关。90年代初期,岩溶地区找水主要采用音频大地电场法、甚低频法、联合剖面法、α杯法、电测深法、激发极化法等。受找水技术方法及水文地质条件认识不足等多因素限制,定井成功率约30%(陈伟海等,2001)。目前,除以上几种方法之外,又增加了高密度电阻率法、地震法(张致付等,2003)、音频大地电磁测深法和核磁共振法等。其中,音频大地电场法和(或)α杯法、联合剖面法用于确定储水构造的平面位置;直流电测深法、高密度电阻率法、地震法、音频大地电磁测深法等用于详细刻画储水构造的空间发育特征;激发极化法和核磁共振法用于判断储水构造的富水性(李淑莹等,1988;潘玉玲等,2000;朱庆俊等,2001;武毅等,2002;杨湘生,2002;李金铭,2004;郭韶华,2005)。工作中针对岩溶水的赋存条件、地形条件等,基于有效性和经济性的目的常选择不同物探方法的组合工作模式,有效提高了成井率,基本达到了70%,但是工作周期长,成本高。2010年春季,按照国土资源部抗旱找水打井指挥部统一部署,广西隆安抗旱找水工作组在隆安县的丁当镇和屏山乡14个村屯开展了找水打井工作,以解决隆安县旱区的人畜饮水困难。工作中,采用水文地质条件分析(地形地貌、岩性、落水洞及泉点的分布等)确定找水靶区,进而利用音频大地电磁测深法刻画储水构造的空间特征、确定井位的工作模式,提高了工作效率(一至两天定井一眼)和成井率。抗旱工作共施工15眼钻孔,成井14眼,成井率达到93.3%(朱庆俊等,2011)。本文以丁当镇红阳村板久屯定井工作为例,说明抗旱找水工作模式的具体应用及通过电性特征和水文地质条件分析判别储水构造中泥质充填问题(吴英隆,1990)。2该地区的水文条件2.1露地层与构造广西隆安县地处桂西南岩溶山地,右江自西北而入,东南而出,斜贯全境。地貌以丘陵和喀斯特为主,右江谷地及开阔地带形成的小平原,其地势为东北、西及西南部向中部右江河谷逐步倾斜。出露地层以泥盆系-三叠系为主,碳酸盐岩涵盖了全县的绝大部分面积。构造形迹表现为纬向构造体系主导全区,多种构造体系(北西向构造、经向构造、山字型构造)复合的特征。参见图1。构造对地形地貌具有明显地控制作用:北西向构造断裂带形成北西-南东向右江河谷平原;东北部的经向构造,产生北东向和北西向两组裂面(北东向为主),控制了条形谷地及山地呈北东方向有规律地平行延伸;纬向构造形迹起主导作用的西部及西南部,由于产生北东向和北西向“X”断裂和节理面,构成棋盘式格局组合的谷地、洼地和山体排列(钟孝先等,1978;张永信,1993)。2.2裂构造对地下水富水性的影响断裂构造控制着本区岩溶的发育,也控制了地下水的赋存与运移(胡海涛等,1980)。岩溶管道、溶洞、断裂构造带及其影响带不仅是地下水赋存的空间,而且是其运移的通道。由于断裂构造线性特征,造成地下水以带状、脉状为主的非均匀性分布;溶潭、溶斗、天窗、漏斗等岩溶个体形态发育,60m以浅的溶洞多被地表水携带的近地表物质填充,从而其富水性较差。地下水的非均匀性分布及浅部贫水特征,增大了地下水勘查工作的难度。3典型抽样分析3.1新南背斜地层红阳村位于丁当镇西北部的山间谷地,该村三个屯共1082人,人畜饮水困难,需到3km外村屯拉水解困。在构造部位上处于新南背斜的东翼,出露基岩为石炭系-泥盆系厚层灰岩,发育北东向和北西向两组断裂,以北东向断裂占优,控制着各谷地沿北东向发育,近平行排列。背斜的核部一带,成为当地地表、地下水分水岭,地下水接受大气降水补给,循北东向收敛运动,形成地下河,排泄于东部的武鸣河。3.2电导率成像系统为精细刻画储水构造的空间特征,选择基岩裂隙水勘查中成熟的方法-音频大地电磁测深法(EH-4电导率成像系统)展开工作。EH-4电导率成像系统磁头高频响应范围为10Hz～100kHz,一个对数间距内的采样频点为10个,具备纵向高分辨率和灰岩区勘探盲区(通常埋深<20m)小、地形影响小、场地条件要求宽松、快捷方便等特点,在山区找水工作中具有广泛适宜性和优越性(郭建强等,1998;伍岳,1999;孙升林等,2001;武毅等,2001;刘伟等,2010)。3.3断层富水性分析红阳村西部山地与谷地交界处形成陡崖,其下季节性泉水(S1)出露,并有落水洞发育,判断存在NNE向断裂构造(F1);南部山脊发育一垭口,中间深凹、两侧陡立,走向NEE方向,判断存在断层F0;北部山坡发育NW向凹地,在其方向上谷地内存在落水洞,暴雨时亦有水从中冒出,认为其为沿断裂构造(F2)发育的溶洞。由于北部施工进场困难,工作重点为查明F0、F1断层的空间发育特征,判断其富水性,布置两条物探测线(见图2)。EH-4测量结果见图3。Ⅰ线断面图于剖面40m处存在明显垂向低阻异常,异常带视电阻率值与完整围岩的视电阻率比值小于1/3;测线西侧的山脊垭口发育北东向断层,推断该低阻异常为此断层反映(F0,断层倾向剖面起始端,倾角陡),宽约30m,发育深度大于200m。Ⅰ线尾端(120～150m)亦出现低阻特征,异常深度小于60m,由于未能完整反映,不能确定其是落水洞亦或发育较浅的断层的反映。Ⅱ线与Ⅰ线交于123m(Ⅰ线)处,断面图显示:在剖面起始端(0～10m)和60～80m处存在两处垂向低阻带,推测前者为沿山前发育的NNE向断层(F1),受工作条件限制,断面图未能完整反映其形态;后者为另一条断层,从平面位置及低阻异常特征判断,此断层与Ⅰ线所显示的断层为同一断层,即F0。F1断层发育深度120m左右,倾向剖面尾端,倾角较陡,其中深度80m以上岩石破碎,有低阻圈闭特征,具有富水可能性。F0断层中心位于剖面70m处,发育深度可达160m,断层近乎直立,倾向剖面尾端。3.4地质调查结果Ⅰ线断面图低阻异常明显,断层明确,与本区主要发育的北东向断裂的方向相吻合,井位(1#)定于剖面38m处,以断层带富水段为取水目的层,设计井深140m。钻进方法采用泡沫空气潜孔锤技术,钻进至88m,其间除在50～80m间揭穿3层1.0～2.0m厚的灰岩外,其余各段均为粘土或含碎石粘土,无水,由于潜孔锤钻进施工困难,停钻。综合分析钻孔资料、物探成果及已有的水文地质调查结果:低阻异常确为断层带反映,且沿断层带岩溶发育,井位处为垂向发育的溶井,其深度大于88m,被地表水携带的近地表物质所充填;由于垂向上没有完整灰岩相隔,视电阻率断面图上完全显示为断层带的低阻特征;埋深100m～140m,视电阻率出现低阻圈闭,表明断层带充填物发生变化,判断其为断层带破碎程度不同或溶洞发育,仍有富水的可能性。对比分析断层的低阻异常带的电性特征,可看出,F1断层带的视电阻率明显高于F0断层带。据调查,该区表层岩溶发育,S1泉水即使在洪水期也为清水。故此,判断F1较于F0储水构造的泥质充填少、富水性好,利于成井,2#井位移至视电阻率值相对较高的F1断层位置。受施工条件限制,井位定于剖面起始端处。2#孔成井深度110m,单井出水量达1000m3/d。全孔整体上较为破碎,证明钻孔位于断裂带上。沿断裂带0～110m深度内发育四层溶洞,见表1。孔内地下水位埋深46.0m,而第三层溶洞埋深51.0～54.0m,且为半充填状态,但无水,说明此层及其60m以浅岩溶溶洞由于被粘土充填而不富水。4研究地质条件和井位(1)在西南岩溶石山地区,采用水文地质条件分析确定找水靶区,进而利用音频大地电磁测深法刻画储水构造的空间特征、确定井位的工作模式,提高了工作效率。(2)音频大地电磁测深法(EH-4)适用于西南岩溶区找水工作。物探资料的解释应与水文地质条件分析相结合,分析物探断面的电性特征,判断断裂构造的发育特征和岩溶发育程度及充填物性质等。(3)井位的确定宜依据物探测量结果,综合考虑本区的水文地质条件,避开储水构造的泥质充填,提高成井率、降低成井难度。工作中总结出的高阻中找低阻、低