地质通报  2020, Vol. 39 Issue (12): 1891-1898  
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魏良帅, 黄安邦, 罗雲丰, 贾逸, 舒勤峰, 和铭. 乌蒙山昭通地区玄武岩地下水赋存规律及开发利用[J]. 地质通报, 2020, 39(12): 1891-1898.
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Wei L S, Huang A B, Luo Y F, Jia Y, Shu Q F, He M. Occurrence regularity and exploration and utilization of groundwater in Zhaotong area of Wumeng Mountain[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(12): 1891-1898.
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基金项目

中国地质调查局项目《乌蒙山连片贫困缺水区1:5万水文地质调查项目(中国地质科学院探矿工艺研究所)》(编号:DD20160287)

作者简介

魏良帅(1979-), 男, 高级工程师, 从事水文地质、工程地质与环境地质调查与研究。E-mail:53831087@qq.com

文章历史

收稿日期: 2020-07-10
修订日期: 2020-10-28
乌蒙山昭通地区玄武岩地下水赋存规律及开发利用
魏良帅, 黄安邦, 罗雲丰, 贾逸, 舒勤峰, 和铭    
中国地质科学院探矿工艺研究所, 四川 成都 611743
摘要: 乌蒙山区是新一轮扶贫开发攻坚的主战场之一,其中昭通地区长久以来面临取水难、用水难的问题。通过地面调查、水文地质试验、测试分析等综合研究手段,查明了该地区峨眉山玄武岩分布面积仅次于可溶岩,占21.52%,以面状覆盖和条带展布两大特征出露,裂隙的发育和较平缓的地形地貌条件为地下水的富集提供了良好基础,泉点数量多、分布广且水质总体良好,Ⅲ类及以上地下水达到89.29%,适宜生活饮用,对于农户居住分散的地区具有重要意义。研究成果为指导地方寻找优质饮用水源,解决乌蒙山连片贫困缺水区吃水难题提供依据。
关键词: 乌蒙山    玄武岩    地下水赋存规律    开发利用    
Occurrence regularity and exploration and utilization of groundwater in Zhaotong area of Wumeng Mountain
WEI Liangshuai, HUANG Anbang, LUO Yunfeng, JIA Yi, SHU Qinfeng, HE Ming    
Institute of Exploration Technology, Chinese Academy of Geological Sciences, Chengdu 611743, Sichuan, China
Abstract: Wumeng Mountain area is one of the main fields of the new round of poverty alleviation and development in China.The scattered farmers in Zhaotong area have long been faced with the problem of water intake and water use.On the basis of the 1:50000 hydrogeological survey project of Wumeng Mountain and through the means of ground investigation, hydrogeological test, test analysis and comprehensive research, the authors found that the distribution area of Emeishan basalt in this area is only next to soluble rock, accounting for 21.52%. It is exposed with two major characteristics of areal coverage and stripe distribution.The conditions of development of fractures and relatively gentle landform provide good prerequisite for groundwater enrichment.The number of springs is large, the distribution is wide, and the water quality is generally good.The groundwater of class Ⅲ and above reaches 89.29%, which is suitable for drinking.It is of great significance for water supply in areas where farmers live scattered.This paper aims to provide a reference for the local government to find high-quality drinking water source and solve the problem of draught in the contiguous poverty-stricken areas of Wumeng Mountain.
Key words: Wumeng Mountain    basalt    groundwater occurrenceregularity    development and utilization    

峨眉山玄武岩(P3β)由赵亚曾于1929年创名于四川省乐山市沙湾镇,主要分布在云南、四川西部、贵州西部、西藏昌都等地区,分布面积约40×104 km2[1]。玄武岩地下水赋存于玄武岩类岩石的孔隙、裂隙和孔洞中,形成了裂隙水、裂隙孔隙水、裂隙孔洞水和洞穴水4种地下水类型[2]。中国玄武岩地下水绝大部分为无色、无味、无嗅、低矿化度、低钠、含有Sr、Zn等对人体有益元素的优良天然矿泉水[3-5]。前人对玄武岩区地下水的研究主要集中于典型构造[6-8]、矿泉水[9]、水化学[10-11]等方面,水文地质钻探目标层位以碳酸盐岩、砂岩或构造为主,少见以玄武岩为开采层位[12]。乌蒙山区即乌蒙山集中连片贫困特困区,集革命老区、民族地区、边远山区、贫困地区于一体,是贫困人口分布广、彝族、苗族等聚集多的连片特困地区,是中国新一轮扶贫开发攻坚主战场,解决贫困地区吃水用水难的问题被纳入脱贫的硬性指标。2016—2018年项目组在乌蒙山昭通地区完成了13个图幅的1:5万水文地质调查(图 1),由北至南控制了昭通地区主要岩性分布、地貌单元和构造单元。调查成果显示,峨眉山玄武岩在区内分布较广泛,占整个地区的17.30%,出露面积占调查区面积的21.52%,是本区具有重要供水意义的含水层之一。本次工作调查泉点共383个,泉流量0.01~20 L/s,实施探采结合井9口,单井出水量53~504.04 m3/d。水质分析结果显示,地下水质量Ⅲ类及以上比例达89.29%,地下水水质优良,适宜生活饮用。岩溶地下水是研究区主要的地下水资源,缺少对玄武岩地下水的系统研究。本文在野外水文地质条件调查的基础上,通过钻探及水文地质试验等手段,查明了昭通地区峨眉山玄武岩(以下简称玄武岩)地下水基本分布规律,提出了玄武岩地区地下水开发利用建议,为解决乌蒙山连片贫困缺水区分散农户吃水难题提供参考。

图 1 乌蒙山昭通地区1:5万水文地质调查工作进展图 Fig.1 Map showing the progress in the 1:50000 hydrogeological survey of Zhaotong area in the Wumeng Mountain
1 水文地质概况

乌蒙山昭通地区是金沙江和北盘江的分水岭,地处滇东高原向黔中山原、四川盆地过渡的斜坡地带,东北部与四川盆地毗连。受区域构造控制,山脉走向与构造线展布大体一致,呈南北向或北东向延伸,是由断层抬升形成的年轻山地,地势由西向东呈阶梯状下降,最高山峰高程达4000余米,最低侵蚀面金沙江水面高程不足300 m,平均海拔约1700 m。区内褶皱西部紧密,南北向、北北东向、北东向和东西向的构造格局控制了地下水的分布。地下水类型以碳酸盐岩类裂隙溶洞水为主,基岩裂隙水次之,松散岩类孔隙水主要分布于昭鲁盆地区等断陷盆地,其余沿河谷地带、山间盆地零星分布,如金沙江、牛栏江等主、干流谷地,一般赋水性差,仅含少量孔隙潜水和上层滞水。

2016—2018年昭通地区开展了面积为4050 km2的1:5万水文地质调查工作,其中玄武岩调查面积871.56 km2,调查区玄武岩富水性受裂隙发育、汇集条件、地形地貌等多种因素影响,在不同区域其富水性差异较大。在调查区中部和西南部广大的高台地区、台地地带和断陷盆地区,地形平缓,植被发育,岩石风化强烈,地下水补给条件好,富水性较强。

2 玄武岩分布及地下水出露特征 2.1 玄武岩分布规律

玄武岩在工作区分布甚广,其分布形迹受构造控制,厚度不一,向南北向变化不大,由西向东厚度明显变薄,与下伏茅口组呈假整合关系[13],属晚二叠世早期陆相喷发产物。本次在开展的13个图幅中,根据玄武岩分布特征和泉水出露特点,选取了具有代表性的4个图幅进行对比(图 2),玄武岩出露面积占比8.37%~29.32%,在少数行政区范围内,玄武岩亦大面积分布,如昭通市昭阳区玄武岩分布面积达到46.97%(图 3)。由图 3可见,断裂构造控制了玄武岩的展布和区域地下水的径流方向。

图 2 重点调查图幅玄武岩及泉点分布图 Fig.2 Distribution of basalt and springs in the key survey area
图 3 昭通市昭阳区玄武岩分布及富水性等级图 Fig.3 Distribution of basalt and classification of water abundances in Zhaoyang District, Zhaotong City
2.2 地下水出露基本特征

在玄武岩地层中调查天然泉点383个,泉点流量0.01~10.0 L/s,最大达20.0 L/s,以流量小于1.0 L/s的泉点为主,占总调查点数的86.68%(表 1)。

表 1 玄武岩地层出露泉点流量 Table 1 Springwater flow statistics in basalt formations

龙海、海子、奎香等地位于调查区东北部(图 2),以构造剥蚀中-高山地貌为主,玄武岩主要以条带状出露,出露的泉点密度较小,分布不均匀,泉水主要受大气降水补给,地下水沿玄武岩中的基岩裂隙径流,因受地形切割出露,泉水流量较小。位于调查区西南部的马树盆地,面积约6.7 km2,地形平缓,地下水主要接受大气降雨入渗补给及四周风化带玄武岩裂隙水侧向补给,补给条件好,泉水流量普遍偏大。

2.3 钻探揭示地下水特征

2016—2018年,在玄武岩分布区累计施工9口探采结合井,单井涌水量53.00~504.04 m3/d(表 2),成井率100%,说明玄武岩供水较好,但是不同地区钻探揭示的地下水富集特征差异性较大,分布于调查区东北部中-高山区的ZK18、ZK22和ZK26号钻孔,玄武岩以条带状展布,补给条件差,单井涌水量53.00~56.86 m3/d;分布于调查区中部和西南部的低山丘陵台地区和断陷盆地区的钻孔,地形平缓,节理裂隙发育,补给条件好,最大单井涌水量可达504.40 m3/d。

表 2 玄武岩地层水文地质钻孔涌水量 Table 2 Statistics of hydrogeological borehole water in basalt formations
2.4 地下水水质综合评价

2016—2018年,在玄武岩分布区内共开展简分析、全分析等测试90组,从测试结果可知,玄武岩地层地下水化学类型以重碳酸-钙型和重碳酸-钠钙型为主,占测试数据的61.11%,其次为重碳酸盐硫酸-钙型、重碳酸盐硫酸-钠型和重碳酸盐硫酸-钠钙型,分别占测试数据的14.44%,13.33%和8.89%(表 3)。简分析数据地下水质量Ⅲ类及以上占测试数量的89.83%,全分析数据地下水质量Ⅲ类及以上比例占测试数量的83.87%(表 4)。可见峨眉山玄武岩地区地下水质量总体良好,适宜生活饮用。

表 3 玄武岩地层地下水化学类型 Table 3 Statistics of groundwater chemical types in basalt formations
表 4 玄武岩地层地下水质量分级 Table 4 Statistics of groundwater quality classification in basalt formations
3 玄武岩富水性控制因素 3.1 玄武岩成因及分类

调查区内的玄武岩属晚二叠世早期陆相喷发的产物,岩性主要为致密玄武岩、杏仁状(含杏仁)状玄武岩、斑状(含斑)玄武岩夹火山岩[14],主要化学成分见表 5

表 5 玄武岩主要岩石化学成分及矿物含量 Table 5 Statistics of main petrochemical composition and mineral content of P3β
3.2 裂隙发育程度的影响

根据岩性和成因时代,可分作下、中、上3段,从表 5可以看出,不同期次成因玄武岩的化学成分相近,但由于成因条件不同,岩石的生成结构和性质对其赋水性有很大影响。下段岩性主要为灰绿色、暗灰色、灰黄色角砾凝灰岩(图 4-a),中段以斑状及含斑玄武岩为主(图 4-b),下、中2段岩石结晶程度好,多为玻晶胶结,气孔、节理不发育,对地下水的补给、储集很不利,富水性差。上段主要为致密、杏仁、气孔状玄武岩,具球状风化特征,柱状节理发育(图 4-cd),是岩浆喷发后迅速冷却的表现,迅速冷却导致六面柱状节理发育,加之后期构造和风化破坏,裂隙非常发育,富水性强。

图 4 上段角砾凝灰岩(a)、斑状玄武岩(b)、玄武岩球状风化特征(c)和柱状节理裂隙(d) Fig.4 Upper breccia tuff(a), porphyritic basalt(b), spheroidal weathering characteristics(c) and columnar joint fissure(d) of basalt
3.3 地形地貌的影响

地形地貌是地下水富集、运移和排泄的主要影响因素之一,调查区东北部玄武岩分布的中-高山区,地形坡度多在30°以上,地下水补给条件差,加之沟谷切割较深,地下水排泄途径短,富水性中等-差;调查区中部及西南部玄武岩分布的低山丘陵台地区和盆地区,地形坡度多在10°~20°,地形平缓,补给条件好,加之节理裂隙发育,富水性强。

4 玄武岩地下水赋存规律

根据玄武岩的泉点出露特征及水文地质钻孔数据分析,玄武岩地表出露具有面状覆盖和条带状展布的特征。面状覆盖地区又可进一步划分为断陷宽谷盆地区、面状覆盖山地区和面状覆盖丘陵台地区。各类玄武岩地区地下水赋存规律分述如下。

(1) 断陷宽谷盆地区:柱状节理相对发育,为地下水的赋存提供了必要空间(图 5),主要接受大气降雨入渗补给及四周风化带玄武岩裂隙水侧向补给,富水性强,具有极大的开采价值,泉点流量一般较大,可作为集中供水水源。探采结合井单井涌水量分别为329.50 m3/d和504.40 m3/d。

图 5 面状覆盖宽谷盆地区模式图 Fig.5 Model of broad valley basin area with areal coverage Qhdel—第四系全新统残坡积;Qhal—第四系全新统冲积;Qp31—第四系更新统冲积;P2β—峨眉山玄武岩

(2) 面状覆盖山地区:以网状风化裂隙为主,赋水条件差,主要接受大气降雨补给,地形切割深度较大,地下水径流途径短,具有泉点数量多、分散排泄、泉流量小的特点(图 6),宜解决分散农户饮用水问题。探采结合井单井涌水量53.00~59.63 m3/d。

图 6 面状覆盖山地区典型模式图 Fig.6 Model of areal covered mountain area Q4—第四系;P2β—峨眉山玄武岩;P1m—下二叠统茅口组

(3) 面状覆盖丘陵台地区:主要为浅层风化带含水层,岩石风化较强烈,一般风化厚度为0~40 m,最大调查厚度为80 m,补给来源主要为大气降水,汇水条件与断陷宽谷盆地区接近,富水性较强,因地形相对平缓,泉点出露少,宜采用探采结合井进行集中供水,单井涌水量为230.37~474.11 m3/d。

(4) 条带展布玄武岩区:与下二叠统相间出露,或在背斜谷地两翼出露,其出露面积较小,厚度薄,风化裂隙发育程度低,地下水赋存条件差,主要接受大气降水补给,沿层面径流于低洼处排泄,但往往与下二叠统茅口组(P1m)和栖霞组(P1q)共同形成了一个相对密闭的蓄水构造[15],为地下水富水块段(图 7),是地下水开发利用的优良靶区。在一定条件下,该地层是地热资源开发利用的主要目标层。此外,因受到岩溶水侧向补给,在条带展布的玄武岩区往往出露较大流量的泉点,呈线状分布,对于分散居住的农户具有重要的供水意义。

图 7 背斜谷地型地下水富水块段 Fig.7 Waterrich block of groundwater in folded region T1f—下三叠统飞仙关组;P2l—上二叠统雷口坡组;P2β—峨眉山玄武岩;P1q+m—下二叠统栖霞茅口组;S2h—上志留统
5 玄武岩地下水开发利用建议

峨眉山玄武岩在不同区域的地质出露条件不同,地下水赋存状态也不同。因此,针对乌蒙山昭通地区玄武岩的分布特征和地下水赋存规律,提出以下地下水开发利用建议。

(1) 在断陷宽谷盆地区,地势宽阔,多分布有乡镇或聚集区,玄武岩富水性较好,建议采用钻探技术开发利用地下水,可直接解决集中供水的难题。盆地周边居民可考虑利用已出露天然泉水进行开发利用,经济成本低。

(2) 在面状覆盖山地区,该区域玄武岩富水性差,地下水赋存条件差,钻孔一般涌水量小,不适合集中供水,但泉点分布较多,建议采用就近引泉、分散取水的供水方式,解决分散农户供水问题。

(3) 在面状覆盖丘陵台地区,该区域玄武岩富水性较强,地下水赋存条件好,地形平缓,居民居住相对集中,泉点出露少,钻孔涌水量大,建议利用钻探开发利用地下水。

(4) 在条带展布玄武岩区,该区域玄武岩出露面积一般较小,主要考虑在其下伏下二叠统茅口组中开发利用地下水,特别是在背斜谷地型山区,其下伏茅口组灰岩在强烈隆起的背斜轴部被河流侵蚀成峡谷,在褶皱构造影响下,节理裂隙发育,地下水沿构造裂隙及溶蚀裂隙向峡谷径流排泄,水量一般较理想,可利用钻探揭穿玄武岩地层后直接取水,对于附近有较大泉点出露的地区,亦可直接就近引泉、分散取水。

6 结论

通过峨眉山玄武岩地区的天然泉点调查、水文地质钻探、水文地质试验等手段,综合分析峨眉山玄武岩地下水在乌蒙山昭通地区的分布特征和赋存规律,提出了峨眉山玄武岩中地下水在该区域的开发利用建议,对解决乌蒙山连片贫困缺水区地方需水要求有重要的意义。

(1) 研究区共调查峨眉山玄武岩地层中分布的天然泉点383个,泉流量0.01~20 L/s,实施探采结合井9口,单井出水量53~504.04 m3/d。水质分析结果显示,地下水质量Ⅲ类及以上比例达89.29%,地下水水质优良,适宜生活饮用。

(2) 研究区峨眉山玄武岩富水性受裂隙发育、汇水面积、地形地貌等多种因素影响,在不同区域其富水性差异较大。研究区西南部盆地区域,富水性强,北东部中山区富水性中等-较弱。

(3) 峨眉山玄武岩在调查区地表出露具有面状覆盖和条带状展布的特征。其中,在面状覆盖沟谷盆地区和台地区,富水性强,钻孔单孔涌水量大,具备集中供水条件;在面状覆盖山地区,富水性差,钻孔单孔涌水量小,可直接开发利用已有泉点进行分散农户供水;在条带展布玄武岩区,可利用钻探技术揭穿玄武岩地层,取其下伏二叠系灰岩中的地下水,也可开发利用已有泉点实现供水。

致谢: 野外调查、采样及综合评价等工作均由项目组完成,样品测试在四川省地矿局成都综合岩矿测试中心完成,编写过程中得到中国地质科学院探矿工艺研究所刘民生教授级高工、四川水利职业技术学院郭蕾蕾博士的指导,审稿专家对本文提出了宝贵的修改意见,谨此一并表示衷心的感谢。

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