陇东黄土高原白垩系盆地水文地质条件及缺水区找水方向_田辽西.pdf

第 37 卷第 4 期干旱区资源与环境Vol 37No 42023 年 4 月Journal of Arid Land esources and EnvironmentApr 2023文章编号:1003 7578(2023)04 186 08doi:1013448/j cnki jalre2023102陇东黄土高原白垩系盆地水文地质条件及缺水区找水方向*田辽西1，2，王具文2，3，冯建宏2，3，康亮1，2(1 甘肃省地质矿产勘查开发局，兰州 730000;2 甘肃省地下水工程及地热资源重点实验室，兰州 730000;3 甘肃省地质矿产勘查开发局水文地质工程地质勘察院，张掖 734000)提要:甘肃陇东黄土高原由于水文地质条件复杂及地下水深埋等原因，使这一带 11 个县区 65 56 104人口长期饮用“苦咸水”，严重危害人民群众的身心健康，制约了当地社会经济的可持续发展。因此，解决陇东红色革命老区缺水问题刻不容缓。文中根据已有勘查研究成果，深入总结分析了分布于黄土高原下部白垩系碎屑岩盆地的水文地质条件，自上而下划分为泾川 罗汉洞组、环河组和宜君 洛河组 3 大含水岩组;不同地带各含水岩组埋藏深度、富水性、水化学特征在垂向上均存在一定差异。相对而言，下部宜君 洛河含水岩组分布广泛，含水层富水性较强，水质较好，是未来解决缺水区的主要目的层。关键词:陇东黄土高原;白垩系盆地;含水岩组;水文地质条件;找水方向中图分类号:P641文献标识码:A陇东黄土高原系指六盘山以东、甘肃省境内的黄土分布区，面积 3 5 104km2，行政区划包括庆阳市全部 8 个县(区)和平凉市除静宁、庄浪县以外的其余 5 个县(区)，总人口 380 12 104人(2020 年)。境内蕴藏着丰富的煤炭、石油、天然气、铝土、铀等矿产资源，开发潜力巨大，是国家重要的能源基地蒙陕甘宁能源“金三角”的重要组成部分，也是甘肃省未来区域发展的战略重点1。但该区属于我国典型的黄土高原梁、峁、塬分布区，地形支离破碎，水土流失严重，地质灾害频发，生态环境脆弱，地表水和浅层地下水60%以上为人畜不宜饮用的苦咸水，部分地带是甘肃省著名的“苦咸水区”，加之深层地下水埋藏条件复杂、水质变化大、开采及使用成本高等原因，致使陇东黄土高原水资源严重短缺，制约着当地社会经济的快速发展和人民群众的身心健康2 3。目前，绝大多数城市工业供水十分紧张，农业基本上靠天吃饭，环县、华池等广大北部地区人畜饮水主要靠窖水供给4。近年来，陇东革命老区严重缺水问题得到了中央及省委、省政府的高度重视，连续作出重要批示:“要增强紧迫感，深入调研，科学论证，提出解决方案，认真加以落实，使群众能喝上 放心水”等。文中根据十余年来从事水工环地质勘查所掌握的资料，对陇东黄土高原白垩系盆地水文地质条件进行了归纳总结，探讨了碎屑岩类孔隙裂隙水的开发利用。期望对缺水区寻找地下水资源提供参考依据。1材料与研究方法1 1研究区概况境内西部为六盘山，东部为子午岭，北部为白于山和毛乌素沙漠，南与渭北隆起衔接，总的地势由东北西三面向东南方向倾斜，表现出三面环山、西南部开口的非封闭性盆地地貌景观特征，海拔 900 2748m，庆城县以北多为黄土丘陵，以南多为黄土残塬5。该区地处中纬度南温带，属典型的大陆性季风气候，驿马关 庆城县城一线以北属半干旱气候区，以南属半湿润气候区，具有降水少、蒸发大、湿润度低、纬向分*收稿日期:2022 11 2;修回日期:2022 12 26。基金项目:甘肃省地下水工程及地热资源重点实验室开放基金项目(20190512);中国地质科学院 中国矿产地质志甘肃卷水气资源 项目(DD20160346;DD20190379)资助。作者简介:田辽西(1982)，男，汉族，甘肃天水人，高级工程师，从事水工环地质及地质灾害勘查防治研究。E mail:49373739qq com通讯作者:王具文(1988 )，男，汉族，甘肃会宁人，工程师，主要从事水工环地质调查评价等工作。E mail:345384762 qq com带明显等气候特征。多年平均降水量 350 600mm，年均气温 8 2 10 0，自南东向北西逐步减少;年蒸发量 1380 1750mm，由南东向北西逐步增加;降水量在年内分配极不均匀，6 9 四个月的降水量占全年的 70%以上，并多以大雨、暴雨的形式出现，常发生春旱秋涝灾害，造成大面积的水土流失。境内以子午岭山为界分为西侧的泾河水系和东侧的洛河水系，均属黄河流域渭河水系;泾河支流主要有环江(马莲河)、柔远河、蒲河、洪河、汭河、茹河、黑河、达溪河等;洛河支流主要为葫芦河、沮河;河流多年平均总径流量12 41 108m3/a，径流的年内变化主要受大气降水的控制，表现为 6 9 月份的丰水季节径流量大、其他月份径流量小的变化特征;河流径流的年际变化总体上呈现自上世纪 80 年以来呈不断下降趋势，反映了近几十年来水资源利用量的不断提高和气候暖干化不断加剧过程的影响6(图 1)。图 1泾河(杨家坪站)多年径流过程曲线Figure 1 The annual runoff curves at the Yangjiaping station on Jinghe river1 2数据来源文中的水文地质数据来自于中国地质调查局和甘肃省国土资源厅组织开展的陇东能源基地地下水勘查项目及参考李彬的研究成果4，甘肃省地下水动态特征及水资源评价报告 庆阳市统计年鉴、平凉市统计年鉴 等。1 3研究方法(1)野外实地调查法。以生活供水需求为导向，从区域水文地质条件和供水水文地质条件两个层面开展野外实地调查，具体方法如下:1)在前期地下水勘查的基础上，收集、研究已有的地质、水文地质资料，掌握陇东地区地下水分布与赋存的基本特征、地下水资源开发利用的潜力，为该区域缺水区地区提供地下水资源依据。2)以供水水文地质为工作重点，通过深入调查了解研究区不同类型含水介质富水性和开采潜力，为解决地方群众生活用水和陇东能源基地工业园区布局提供集中开采水源地依据。(2)定性认识与定量分析相结合。通过钻孔抽水试验、动态观测等资料数据整理、对比定量分析，并结合对研究区水文地质条件的感性认识，从定性视角进行系统梳理与提升。2结果与分析2 1区域水文地质条件特征2 1 1地质与构造研究区总体上属中生代末期以来的内陆坳陷盆地，也是我国著名的鄂尔多斯盆地的重要组成部分。同时跨越了白垩系盆地及六盘山褶皱带(亦称西缘逆冲带)两大构造单元，浅表为黄土覆盖7 8。两大构造单元之间为一高角度、沿 SN 向展布的逆冲断裂(亦称磴口平凉大断裂)，是区内唯一的构造断裂带。位于西端的六盘山褶皱带地势相对高亢，南北向分布于环县罗山平凉四十里铺以西的狭长地带，地层岩性上部为白垩系半胶结砂岩、泥岩和砂砾岩，中部为石炭二叠系的坚硬砂岩，下部为奥陶系碳酸盐岩，地层被多期次强烈活动的逆冲推覆构造分割成条带状9。白垩系盆地结构主要受天环向斜控制，向斜核部南北向展布于环县镇原泾川一线，走向与盆地沉积中心基本一致，并向南倾伏。向斜的两翼很不对称，西翼宽 10 20km，地层倾角3 10，东翼宽240 300km，地层倾角1 5，产状均较平缓。白垩系保安群碎屑岩是盆地主体，地层厚度由东部边缘的 300 400m 逐步增大到向斜核部及断裂带附近的 1000m以上，岩性为砂岩、泥岩、粉砂岩重复交替互层结构的特点，整体上自下而上可划分为宜君洛河(K1l)环781第 4 期田辽西等陇东黄土高原白垩系盆地水文地质条件及缺水区找水方向河组(K1h)、罗汉洞(K1lh)泾川组(K1jc)两个沉积旋回，每个旋回地层在垂向上均具有下粗上细、粗细相间的沉积韵律，而横向上则表现出由东翼向核部地层颗粒逐渐变细的变化特征(图 2)10 12。白垩系碎屑岩盆地由于蕴藏有丰富的地下水资源而成为文中研究的主要目的层。2 1 2白垩系盆地水文地质条件(1)主要含水岩组。已有的勘探与研究证实，陇东白垩系盆地含水层自上而下可划分为泾川 罗汉洞组(k1lh k1jc)、环河组(k1h)和宜君 洛河组(k1l)三大含水岩组(图 3)。1)泾川 罗汉洞含水岩组。泾川罗汉洞含水岩组分两个含水岩段，上部为泾川组含水岩段，下部为罗汉洞组含水岩段，隔水层为砂质泥岩和粉砂岩，但区域内没有形成稳定性隔水层。图 2陇东白垩系盆地东西向地质岩相剖面图Figure 2 The geological facies section from west to east of Cretaceous Basin in Longdong图 3陇东白垩系盆地东西向水文地质剖面图Figure 3 The hydrogeological profile from west to east of Cretaceous Basin in Longdong泾川组含水岩段分布在蒲河以西地区，上覆第四系松散层，属微弱的承压水。含水层岩性主要为半胶结 微胶结的粗、细砂岩;在茹河以北含水层厚度一般小于 100m，在茹河以南含水层厚度主要受天环向斜控制，含水层厚度在向斜核部崇信一带可达 200 300m，向东西两翼渐薄;含水层顶板埋深在河谷区一般为 10 60m，黄土覆盖区较大;含水层水头普遍较低，往东南逐渐增高，埋深均小于 10m。罗汉洞组含水岩段分布在环县 庆阳以西，大都伏于泾川组之下，属典型的承压水。含水层岩性以半胶结 薇胶结巨厚的881干旱区资源与环境第 37 卷图 4陇东白垩系盆地含水岩组富水性图Figure 4 Water enrichment in the water bearing rock formation of Cretaceous Basin in Longdong中细、中粗砂岩为主;在崇信 镇原县城附近含水层厚度为 150 250m，向 四 周 逐 渐 变薄，最薄处仅 10m 左右;在泾河以北的河谷 级阶地含水层顶板 埋 深 为 7 44 27 46 m，级阶地为50 60m，泾河及其支流因上覆泾川组，埋深达 100 300m，黄土覆盖区大于 300m;水头在河谷区埋深一般小于 60m，蒲河、茹河、洪河河 谷 的 三 岔、花 赵家、官亭以东地带水头高出地面 2 10m 而呈自流4。泾川罗汉洞组含水层富水性变化较大，西峰西部 镇原一带富水性最好，单井出水量大于 3000m3/d或1000 3000m3/d(图4)，渗透系数 1 0 15m/d，向北、向南富水性渐弱，环县西部单井出水量一般 100m3/d，渗透系数 0 005 01m/d;地下水 TDS 镇原 三岔一带 1 0 20g/L，局地(如西峰城区)小于 1 0g/L，水化学类型以 HCO3SO4 NaMg、SO4HCO3 NaMg 型水为主;其他地带 TDS 介于 2 0 5 0g/L 之间，水化学类型以 SO4HCO3 NaMg 型水为主。2)环河含水岩组。环河含水岩组也分为两个含水岩段，上部为环河组，下部为华池组，均属典型的承压水。隔水层主要为泥质砂岩和砂质泥岩，但没有形成区域性稳定的隔水层。上部环河组含水岩段除合水县太白镇附近以外，其余地带均有分布。含水层岩性由半胶结的砂质泥岩、泥岩及粉细砂岩组成，厚度自北向南、由西向东逐步递减，在环县县城以北为 200 300m，以南为 100200m;顶板埋深因地形及覆盖层厚度而异，河谷区多小于 50m，北部黄土覆盖区大于 100m，盆地西南部因上覆泾川罗汉洞组，埋深达 50 300m，泾河干流一带可达 400m 以上。水头埋深也因地形及上覆地层厚度而异，黄土覆盖区一般大于 100m，沟谷区一般小于 10 20m，河谷区多为自流水区，马莲河、元城川等地水头高出地面+1 4 +19 1m，庆城、政平一带可达+41 0 +59 23m。环河组下部含水岩段在区内均有分布，除合水县太白镇附近零星出露外，其余地带均伏于环河组上部含水岩段之下，含水层的岩性为半胶结的中细、中粗砂岩与砂质泥岩互层组成;含水层厚度由向斜东翼到核部逐步递增，一般在沟谷内为100 200m，在环县曲子 虎家