红层丘陵地区水文地质特征

第3章区域水文地质条件3.1含水层分布特征1、风化带特征据1： 20万区域水文地质资料，区域内红层丘陵区岩性以白垩系上统灌口组泥岩 夹砂岩、夹关组砂岩夹泥岩为主，侏罗系中统遂宁组、上统蓬莱镇组泥岩夹砂岩次之, 局部为中下统自流井组及中统沙溪庙组砂泥岩。由天然露头所见，砂岩风化带薄，裂 隙不发育；泥岩及粉砂质泥岩易风化成碎土或碎屑，裂隙发育细小，强风化带厚一般 2m3m，大者5m左右，向下为沿构造裂隙发育的中、弱风化带。微张的构造和层面 裂隙是风化作用向深部延伸的必备条件，风化使裂隙开启度加大、贯通，水流作用易 沿微张裂隙向深部进行；难以沿紧闭裂隙向深部扩展。因此，风化裂隙在地表3m5m 内发育好，向下渐趋减弱以至消失。中、弱风化带地下水以微张切层裂隙为纵向补给 通道、层面及层间裂隙为贮、运水空间的开放性裂隙系统。此外，白垩系上统灌口组 中上部砂泥岩中发育溶蚀孔洞（照片3-1）。照片3-1灌口组地层发育的溶蚀孔洞其单层厚一般1m2m，薄的0.5m。溶蚀孔洞多呈椭圆形，长轴一般与层面方向 一致，轴长1cm3cm不等，大的5cm以上，小的0.5cm左右；短轴多与层面垂直或 略为斜交，轴长0.5cm1.5cm不等，大的3cm以上，小的0.2cm左右。约30%50% 的溶蚀孔洞被切层或层间裂隙贯通，其余呈孤立状，裂隙孔洞率10%20%，洞壁见 1mm3mm厚的结晶膏盐，被裂隙贯通者部分覆有泥膜。孔洞只有被开启裂隙贯通后 才具水文地质意义。受三苏背斜构造及地形地貌控制，三苏一黄家一带在风化带之下发育有构造裂隙 系统，其中裂隙发育的砂岩成为地下水的贮运空间；不发育的泥岩成为隔水层。单斜 构造的西部低山虽也有层间裂隙系统，但分布零散，埋藏较深、已不属浅层之列。据调查访问及区域资料，风化带富水性一般是30m之内强、30m50m弱，60m 下基本无水。2、含水层特征区内含水层按分布范围及空间位置可分为上层滞水含水层和下层区域含水层；按 含水介质空间特征可分为裂隙含水层、裂隙孔洞含水层和层间承压含水层。其中上层 滞水层的贮水空间为砂泥岩风化裂隙、部分有上覆土层或泥砾孔隙，分布不连续、含 水层呈透镜状，厚薄受季节、分布范围、采水强度等因素控制。下层区域含水层主要 分布在梁坡下部及整个谷地，分布连续，厚薄、范围受季节影响，是一个分布较稳定 的含水层。（1）风化裂隙含水层该含水层是区内分布最广的含水层，按岩性组合可分为以泥岩为主或砂岩为主或 砂泥互层三种类型，其中以泥岩为主夹中薄层粉细砂岩者，泥岩风化裂隙发育、密集 细小、均一，砂岩层间裂隙发育。当泥岩中的裂隙被风化微张裂隙与层间裂隙贯通后， 成为具有供水意义的含水层；若泥岩中裂隙保持紧闭，则仅表部强风化带为含水层， 厚度薄。当泥岩为砂质泥岩时，构造裂隙和风化裂隙较发育，多开启状，延伸好，含 水层厚而均一。以砂岩为主的含水层主要分布在白垩系上统夹关组（KJ）地层中及其 它地层砂岩集中地段，砂岩钙质或泥钙质胶结，较坚硬、抗风化能力强，地貌上为低 山峡谷或窄谷，含水层以构造裂隙为主，发育不均、裂宽较小，厚度随地貌部位不同 而异。砂泥岩互层的含水层在多数地层中都有分布，单层厚一般小于1m，风化与构 造裂隙均较发育，切层裂隙与层间裂隙贯通性好，具一定开启性，含水层贮运水能力 强。含水层厚度受裂隙发育深度、地下水埋深及地貌部位等诸多因素综合控制。在示 范井成井深度范围内，未发现咸水，若风化裂隙发育深度以30m计，含水层厚度主要 取决于地下水位埋深及地貌部位。依据区内机民井调查及相关钻孔资料综合分析，该类含水层平均厚度为16.76m。（2）裂隙孔洞含水层主要分布在白垩系上统灌口组（K2g）中上部的西部浅丘和东部浅缓丘地带，面 积约243.50km2。含水层除具有上述风化裂隙含水层特征外，还有自身特征。溶蚀孔 洞层的存在，使含水层的贮水空间由单一的裂隙变为裂隙孔洞，但孔洞之间距离大， 5m20m高的人工岩壁上只见到一层厚0.5m2.0m的溶蚀孔洞，在示范井深内，最多 钻遇两层，总厚度不足4m,且夹于风化裂隙含水层中，故将其风化裂隙含水层合并 为裂隙孔洞含水层。（3）浅层层间承压含水层主要分布在东坡区南部三苏背斜轴部及两侧的侏罗系中统遂宁组（J2sn）、上统蓬 莱镇组（J3P）及白垩系上统夹关组（Kj）地层中，面积38.3km2。据三苏乡陈沟村及 黄家乡群光村一带机民井调查，含水层具承压性，水位近地表，局部微自流，具多层 性。据村民介绍，民井开挖到强风化层下砂岩的开启裂隙后，地下水从裂隙内呈股状 上涌至近地表处，这一现象说明该区浅层层间承压含水层的存在。3.2红层地下水分布及富水性3.2.1地下水类型及分布按地下水赋存介质及水力特征，红层丘陵区地下水类型主要有上层滞水、浅层风 化带裂隙水、溶蚀孔洞水及浅层层间承压水四种类型（表3-1）。1、上层滞水断续分布于红层丘陵（含低山）区各地貌单元的不同地貌部位，贮水空间为表部 砂泥岩强风化带网络裂隙或与其有水力联系的上覆土层孔隙。属孔隙裂隙潜水，多埋 藏在4m8m内，富集带主要在汇水条件好、下伏隔水层较稳定的谷、洼、槽地，含 水层厚3m6m。富水性不均一，谷中多为0.1m3/d2.5m3/d；梁地多为0.05m3/d1.0m3/d， 到枯季不同程度缺水，有的出现干涸。隔水层为致密的泥岩（遇水软化为粘土）或完 整砂岩，位处强风化带中部，它的存在对上层滞水至关重要。据调查访问，挖井遇到 含水的粘土就有水，否则无水（井深多在12m内）；岭坡洼槽冲沟上层滞水因隔水层 切露而渗出成泉，流量在0.05L/S以下，否则，无水。3-1红层丘陵地区地下水类型及特征简表地下 水类 型分布地域含水层时代含水层岩性构造及地貌备注上层 滞水断续分布于 红层区Q严、J2+3、K2g土层及砂泥岩。土层覆盖的单斜；剥 蚀侵蚀构造低山、丘 陵红层出露的 地域风化 带裂 隙水呈不规则带 状分布于谷 地及其附近 坡脚J2s、J2sn、J3p KJ、K2g、 E1+2m大多为泥岩夹 砂岩，少数为砂 岩夹泥岩单斜；剥蚀侵蚀构造 浅缓丘、浅丘、中浅 丘、中深丘及中谷窄 岭、窄谷窄岭低山红层出露的 地域溶蚀 孔洞 水散布在灌口 组中上部地 层分布的丘 陵区K2g泥岩夹砂岩单斜；剥蚀侵蚀构造 丘及浅缓丘郑军至广 济、土地至 柳圣一带。浅层 层间 承压 水三苏背斜轴 部及其两翼J2sn、J3p、大多为泥岩夹 砂岩、少数为砂 岩夹泥岩背斜、轴部发育小断 层；剥蚀侵蚀构造中 浅丘三苏至黄家 一带2、风化裂隙水主要分布在东部土地一柳圣一带中宽谷圆顶浅缓丘，西部中宽谷圆顶浅丘、中谷 圆顶中浅丘及中谷窄岭、窄谷窄岭低山的部分沟谷中。含水介质以侏罗系中统沙溪庙 组（J2s）、遂宁组（J2sn）、上统蓬莱镇组（J3p）和白垩系上统灌口组（K2g）泥岩夹砂 岩或互层为主，少数为白垩系上统夹关组（KJ）砂岩夹泥岩及下第三系名山群（E1+2m） 泥岩夹砂岩a】。含水空间为风化带网络裂隙及受风化的构造裂隙，发育深度在地表下30m40m。顺谷地呈带状连续分布，平面展布成树枝状。总体为潜水、局部受裂隙系 统影响微具承压性，分布广泛，含水空间大，是红层丘陵区最重要的一种地下水类型。3、溶蚀孔洞水主要分布在东部土地一柳圣的中宽谷圆顶浅缓丘和西部郑军一广济的中宽谷圆顶 浅丘。含水介质以白垩系上统灌口组（K2g）中上部地层为主，岩性为砂岩、泥岩、 泥质粉细砂岩及砂质泥岩，含水空间为被裂隙贯通的溶蚀孔洞。含水层单层厚 0.5m2.0m。据1： 20万区域水文地质资料，将其与风化带裂隙水合并试段抽水，当 降深2.95m19.9m时，单井出水量225.5m3/d1441.3m3/d，推算的最大单井出水量 279.5m3/d1905.0m3/d，溶解性总固体0.32g/L0.77g/L （背斜翼部），水质较好。4、浅层层间承压水主要分布在三苏一黄家间的三苏背斜轴部及两翼。含水介质主要为侏罗系中统遂 宁组（J2sn）、上统蓬莱镇组（J3p）及白垩系上统夹关组（K）、灌口组（K2g）下部 地层，含水层为层间裂隙发育的砂岩、泥质砂岩，隔水层为裂隙不发育或裂隙呈闭合 状的泥岩、砂质泥岩。含水空间以构造裂隙为主，富水性取决于裂隙开启程度和补给 区风化裂隙水的汇水条件。地下水连续层状分布、承压，个别自流。3.2.2地下水富水性分区及分布依据技术要求富水性分区在井深小于25m、水质满足标准要求的前提 下再根据单井出水量小于 0.3m3/d、0.3m3/d5.0m3/d、5.0m3/d20.0m3/d、大于 20.0m3/d 的标准将其划分为水量贫乏的、水量中等的、水量较丰富的和水量丰富的四个富水等 级（表32 ）。（1）水量丰富的，单井出水量20m3/d主要分布在东部中宽谷圆顶浅缓丘、西部中宽谷圆顶浅丘的中宽阔平坦主谷中下 游及大支谷下游，含水层以白垩系上统灌口组（K2 ）泥岩、砂质泥岩夹砂岩，泥质粉 2g细砂岩为主。部分地段为砂质泥岩与泥质砂岩互层或夹层，裂隙溶蚀孔洞较发育。水位埋深一 般1.40m8.30m,最大16.82m；含水层厚8.18m24.50m。据示范井试水及简易抽水试 验，当水位降深 1.71m14.70m时，单井出水量一般 25.40m3/d72.00m3/d，最大 72.00m3/d、最小 20.90m3/d。表3-2红层丘陵区地下水富水性划分表分区单井出水量（m3/d）等级分布范围水量丰富的20I宽阔平坦主谷中下游及大支谷下游。水量较丰富的520II主谷上游、大支谷中上游、谷侧部分地段。水量中等的0.3 5III较小支谷、坡脚、高度小于10m梁地、谷侧 部分地段。水量贫乏的0.3高度大于20m的梁坡中上部、低山斜坡。经计算，渗透系数一般0.0272m/d1.69m/d，影响半径10.18m48.54m。水化学类 型为HCO3-CaMg （或CaNa，或Ca ）型，溶解性总固体含量一般 598.5mg/L712.3mg/L，定深取样资料表明，个别机井孔深超过30m,受到咸水的部分 影响，出现SO4-Ca型水，溶解性总固体含量约2000mg/L。该富水地段的形成，一是有地势低洼、地形宽阔平坦的谷地，汇水条件好；二是 上游地带有广阔的汇水区域，有丰富的水流汇聚和过流此地段，水源条件好；三是含 水介质的岩性组合有利于裂隙空间的形成，微张切层和层间裂隙发育好，自身有较佳 的地下水贮存和运移空间；四是地下水补给源多样，除大气降水外，还有引、灌水或 塘水；五是上游地带地形平缓、植被发育，或地表强风化带发育，周边环境有利于地 表水入渗而形成地下径流。上述诸条件的有机匹配便促成了该富水地段的形成。（2）水量较丰富的，单井出水量5m3/d20m3/d主要分布在上述浅缓丘、浅丘及中浅丘的主谷上游、大支谷中上游及谷边部分地 段，面积2.52km2。含水层以白垩系上统灌口组（K2 ）泥岩夹砂岩为主，侏罗系中统2g沙溪庙组（J2s）、遂宁组（J2sn）、上统蓬莱镇组（J3p）、下第三系名山群（E1+2m）泥 岩夹砂岩及白垩系上统夹关组(KJ)砂岩夹泥岩次之，裂隙较发育。水位埋深一般 0.93m9.85m,含水层厚15.15m22.92m。据示范井试水及简易抽水试验，当水位降深 5.94m11.46m 时，单井涌水量一般 6.25m3/d12.00m3/d,最大 12.83m3/d,最小 5.74m3/d。 经计算，渗透系数 0.030m/d0.169m/d，影响半径12.22m27.51m。水化学类型为 HCO3-Ca Mg、HCO3 SO4-Ca Mg、SO4 HCO3Ca (或 Ca Mg)型，溶解性总 固体含量一般 718.9mg/L989.1mg/L，个别达 1389.1mg/L。该富水地段的特点是：谷宽一般50m100m，谷面略有起伏、纵坡降稍大，汇水 条件较好；上游有较大汇水区域，较多的水源流经此地段；含水介质裂隙、孔洞较发 育，贯通性较好，地下水易在其中贮存和运移；地下水补给源有大气降水及引、灌、 塘等地表水；周边地形较平缓、植被较发育，强风化带较厚，环境对表水入渗补给有 利，地下水较丰富。(3) 水量中等的，单井出水量0.3m3/d5.0m3/d主要分布在浅缓丘、浅丘、中浅丘较小支谷、坡脚、高度10m左右的梁地以及谷 侧部分地段，零散带状或小块状分布，面积2.95km2。含水介质以白垩系上统灌口组 (K2g)泥岩、砂质泥岩夹砂岩，泥质粉细砂岩为主，地下水贮存、运移空间以裂隙 为主，个别地段有溶蚀孔洞。水位埋深一般0.93m16.61m，含水层厚8.39m19.52m。 据示范井试水及简易抽水试验，当水位降深4.20m9.76m时，单井出水量一般1.59m3/d4.32m3/d,最大 4.99m3/d、最小 0.50m3/d。经计算，渗透系数 0.00730.083m3/d， 影响半径6.022.23m。水化学类型为HCO3Ca Na、HCO3 SO4Ca Na、SO4 HCO3Ca 型，溶解性总固体含量326.6mg/L706.6mg/L，个别达1534.3mg/L。该富水地段地势低洼、位处谷地、坡脚，谷宽较小，多在30m50m之间，地表 阶状起伏、纵坡降大，地表水停留时间短；接近分水岭，汇水区域有限，过境水量少; 地下水埋深大，在25m井深内有效含水层厚度较薄或有效储水空间较窄，单井供水量 不足，富水性变化大，井位布设难度大。(4) 水量贫乏的，单井出水量小于0.3m3/d主要分布在高度大于20m的梁坡中上部、低山斜坡，零散带状或连片块状分布，面 积9.86km2。含水介质为侏罗系中下统自流井组(J1+2zl)、中统沙溪庙组(J2s)、遂宁组 (J2sn)、上统蓬莱镇组(J3p)和白垩系上统夹关组(Kj)、灌口组(K2g)及下第三系名山群 (E1+2m)泥岩、砂质泥岩夹砂岩、泥质粉细砂岩或砂岩夹泥岩。含水空间为裂隙及少量 溶蚀孔洞。近年来，西部低山村民在山岭的不同部位已打机井20多口，井深浅者50m、 深的70余m，其中约三分之一位于岭坡下部，水位埋深26m35m，单井出水量满足 农户人畜饮用水要求；约三分之一位于高差较大(一般50m左右)的岭坡中上部，水 位埋深35m45m,单井出水量满足分散农户人畜饮用水尚有困难，缺水问题只得到部 分解决；约三分之一位于分水岭附近的机井，在60m70m深度未见地下水。3.3地下水补、径、排特征（1）地下水的补给特征红层丘陵浅层风化裂隙水受大气降水、引灌水、库塘水入渗补给，其特点一是具 季节性：在每年6月9月为主要降雨期，5月7月为引、灌水期，受降水和引、灌水 入渗补给、被疏干的含水空间逐渐得到恢复，并渐达丰值；10月至翌年5月的平枯水 期和停引灌季节，地下水补少耗多、含水空间渐被疏干而变小，水位不断下降而至枯 值，季节性补给消耗特征明显。库、塘水对附近及下游地下水具常年弱补给作用，个 别水库有跨梁向侧谷（槽沟谷地）地下水补给的作用。二是补给具年际变化特征：据 村民介绍，过去不太缺水，即使有也仅几天时间，可近年来缺水严重，部分井水干涸。 三是补给具普遍性和地域性特征：大气降水入渗补给是普遍的，遍及整个红层丘陵地 区；而地域性主要是指引、灌、库、塘水附近，可常年有此种水的入渗补给，故具地 域性。四是补给受地形地表条件影响的特征。一般是梁地宽厚、梁坡缓长、地表岩性 以砂质泥岩为主、森林覆盖率高者，受补条件好，入渗补给多，民井水有保证；而梁 地窄小、谷地不宽而陡、梁坡短而直，或地表由钙质砂岩组成、植被覆盖率低者，受 补条件差，水位埋深大，水量无保证。（2）地下水径流、排泄特征地下水径流由补给区、径流区和汇集区构成一个完整有机的径流系统。在此过程 中有效地实现大气降水、多种地表水入渗向地下水的转化和贮存、运移。其中季节性 径流区，即传统意义上的补给区，它分布于山梁斜坡中上部或整个窄的斜坡，仅在雨 季分布有不均匀，或断或续的地下径流；至平枯水季节基本消失。强径流带位处宽梁 长斜坡下部及坡脚处，地下水流来自斜坡中上部及本区域内降水或地表水的入渗和调 蓄（含水空间的增减），在地势作用下沿风化裂隙网络由高处向谷地作强径流。弱径流 带为平坦开阔的谷地，汇水条件好，为红层丘陵区地下水的主要富集地；受地势控制， 地下水径流的驱动力较小、径流速度较慢，水循环较弱；地下水由沟槽向支谷、由支 谷向主谷、由谷地上游向谷地下游径流，从而形成一个完整的径流系统。在雨季以补 给促进径流，在径流中又不断得到补给；枯季径流以消耗自身（含水层范围或厚度的 缩减）而实现。排泄多以侧渗方式进行，梁谷、主支谷、沟谷与支谷、区内与区外谷地等边界既 实现排泄、也成为入补；极个别于坡脚处出露而以下降泉的形式排泄，泉流量一般 O.OlL/s0.05L/S；部分渗到地表成湿地而以蒸发形式排泄；近年来民井开挖采水已成 为主要开采形式，基本做到修房挖井、有房有井，多数民井采用机械抽水，故采水排 泄在红层丘陵区已占有重要位置，随着红层丘陵区找水打井工程的实施，采水强度将 进一步加大，采水将成为这一地区地下水的一种重要排泄形式。3.4地下水化学特征据1: 20万区域水文地质资料境内地下水化学类型资料以HCO3-Ca、 HCO3CaNa（或CaMg）型水为主，局部有HCO3NaCa及SO4HCO3CaNa 型水，其中红层区基本为HCO3Ca、HCO3CaMg （或CaNa）型水。地下水水化学类型与地下水径流途程长短、速度快慢、水交替循环强烈程度、含 水介质中盐份多少等水化学场的环境极为密切。降水或地表水进入地下径流场后，大 部分地域地下水循环交替强烈，水化学类型仍为重碳酸盐型；少数受介质盐分、径流 缓慢影响，水交替循环较弱，水中盐分增加，出现了以硫酸盐为主的水化学类型。地 下水化学特征在大的规律基本一致的前提下，更显复杂性、多样性。