「找水经验」太行山南段岩溶地下水勘查案例

2022-11-03
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南峧村位于太行山南段东侧,东、南、西三面环山,沿西侧和南侧山脊为南铭河和漳河的地表分水岭,村庄及周边难以存蓄水资源。通过水文地质调查,确定找水方向为赋存于深大断裂中的岩溶水。


地质构造

工作区位于太行山隆起的东侧,属新华夏系的一级构造太行山隆起和华北拗陷的交界处。构造活动主要发生于燕山时期,喜马拉雅时期继续活动。

由于经受南北构造体系和新华夏系构造体系的复合作用,构造较为复杂,构造类型和形式多样。南北构造体系和新华夏系构造体系( N10°~20°E)的各级规模和各序次的构造以各种复合方式互相交织在一起,构成区内复杂的构造轮廓。

区内SN向构造迹象不明显,以新华夏系构造形迹为主。新华夏系构造是在南北构造的基础上进一步发展和改造的结果,主压应力面表现为一系列的NNE向断裂,与之配套的横张裂面也是在南北构造体系的基础上进一步发展起来的,此处,还发育了一系列低序次的NE向断裂和各式旋扭构造。本区构造在构造线方向上,具有不严格的SN走向或NNE方向。

同时,在结构面力学性质方面,具有明显的性质转化。断裂构造以高角度正断层为主,张性结构面,但是晚期则向压性结构面转化,具压性结构面特征。


水文地质条件

南岭村属于单斜断块盆地溶隙水区—峰峰黑龙洞溶隙水亚区—寒武—奥陶系石灰岩溶隙弱含水段,处于地下水分水岭,属峰峰黑龙洞溶隙水亚区的上游,为寒武系奥陶系裸露区。地下水直接接受大气降水补给,以垂直运动为主。地下水赋存、运移受构造控制,呈脉状分布,富水性不均一。


找水方向及技术路线

工作区处于分水岭地带,地下水理深大,找水方向为赋存于深大断裂中的岩溶水。地下水埋深大,增大了勘查难度,技术路线为:在详细水文地质测绘的基础上,选择多个靶区,对比分析论证,查明各类构造及其关系及岩性在垂向的变化;采用综合物探手段,查明断层构造的空间特征,判断其富水性,最终综合对比分析,确定孔位。


找水靶区

南沟

沟谷走向NW50°,平直,纵向长350m,横剖面呈“V”形。沟底第四系覆盖,标高600~670m。两侧山坡出露奥陶系石灰岩。

断层F9,于沟口通过,与沟谷斜交,断层产状要素N10°~32°E/NW∠69°,破碎带宽8~10m,构造角砾岩为主,局部糜棱岩化,断层面较为平直;F17 沿沟底发育,由于第四系覆盖,无明显的构造迹象,据物探测量结果判断其产状 N55°W/NE∠80°,F17应为与F9。配套发育的横张断层。断层F₂于沟中部通过,产状N48°E/NW∠81°,断层破碎带宽度约为10余米,挤压破碎作用明显,于沟底被 F₁₇ 错断。

为查明F9和 F17 ,断层的平面位置及其空间分布特征开展了音频大地电场和EH-4勘测工作。从北向南排列的4条音频大地电场曲线对F,断层均有反映,表明断层宽度约10m;

F17断层由上游向下游呈衰减趋势,至沟口有尖灭迹象。EH-4测量剖面表明(图1),F9断层破碎带发育深度达400m左右,断层带电性值与围岩电性差异较小,表明断层带岩石破碎程度差、岩性以角砾岩为主;F17 断层破碎带发育深度为270m。


北沟

北沟位于南岭村北约900m处,沟谷中下游近EW向发育,沟源呈SN方向,纵向长约500m,标高550~680m。沟谷下游较为宽阔,向上逐渐变窄。谷底第四系覆盖,两侧出露奥陶系石灰岩。断层F₁破碎带于公路旁的沟口两侧出露,其产状要素N25°E/SE∠75°,与北沟斜交。该断层构造破碎带宽度15~18m,以棱角状构造角砾岩为主,局部糜棱岩化,断层面不清晰。断层 F₁₈沿沟底发育,与北沟中下游走向基本一致,由于第四系覆盖,未见角砾岩,但沟谷向南转折处岩层产状混乱,据物探资料确定其产状N55°W/SE∠80°。F18应为与F₁配套发育的横张断层。

两条断层的音频大地电场曲线异常明显,规律性强。EH-4勘查结果见图2:TE模式和TM模式的结果均彰显出F₁断层的存在及其平面位置,TM模式结果较TE模式更佳地反映了断层的横向发育规模和浅部断层的空间分布,而TE模式更佳地反映了地层的纵向分布和深部构造;F₁断层规模较大,其影响带较宽,断层破碎带发育深度可达500m,但断层岩性泥质含量较高,断层带以糜棱岩为主;F₁₈断层破碎带发育深度为350m,断层带以构造角砾岩为主。


钻探工艺及施工过程

钻探工艺采用空气潜孔锤钻进。

开孔孔径φ325mm,钻进至基岩3m后,变径为φ220mm,一径到底;上部7m下入井壁管(φ250mm钢管),管外注水泥浆3m封闭,上部用黏土充填,变径以下裸孔成井。


钻探结果

钻探至400m,见地下水,随着向下钻进,水量逐渐增大,钻进至450m停钻。400~420m构造裂隙发育为主要出水层位,静水位埋深为341.8m。


工程总结

工作区处于分水岭地带的深埋岩溶水,勘查难度大,应加大投入勘查工作量,选择多个靶区,对比分析论证。不仅要查明各类构造及其关系,而且注意岩性在垂向的变化,防止地下水位之下含水层岩性变差。

由于地下水位理深大,应以区域性断裂构造为目标。相对来说,次级构造受限于发育深度,不适宜布置地下水开采孔。


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