水利工程地質含水岩組

1. 含水岩組劃分及其特徵

區域內含水岩組按其含水類型可分為如下4種類型。

1.鬆散岩類孔隙含水岩組

孔隙水儲存在鬆散層中，主要分布在山間河谷的沖、洪積層中。

（1）第四系全新統砂、礫石含水岩組：分布在較大溝谷中，由分選磨圓較差的砂、礫、卵石等組成，厚0～30m，含孔隙潛水。本層埋藏淺，開采方便，多為民井，經與泥河灣組至馬蘭組地層混合抽水試驗，單位涌水量0.507～3.855L/s·m。富水性強。由於埋藏淺，易受污染。

（2）第三系保德組砂、砂礫（岩）含水岩組：主要分布在西煙、東凌井、長溝等地，為砂、砂礫（岩）、細砂岩，厚0～120m。本組在長溝一帶底部常發育有膠結的礫岩，厚5～15m左右，裂隙較發育，中—下部常見有1～3層分選磨圓較好的中—粗砂岩，厚6～10m左右。但由於含水層分布有限，供水和礦井充水意義不大。

2.碎屑岩類裂隙含水岩組

主要為一套以陸相沉積為主的二疊系粗碎屑岩類含水層。

（1）山西組：厚48～97m，含水層主要位於基底砂岩K₃和8號煤上的砂岩。K₃砂岩厚5～30m。砂岩裂隙一般不太發育，富水性弱，鑽孔單位涌水量0.013～1.17L/s·m。

（2）下石盒子組：厚90～100m，主要含水層為底部的K₄及K₅砂岩，一般裂隙不發育，富水性較弱，鑽孔單位涌水量0.033～0.184L/s·m。

（3）上石盒子組：厚350～450m，主要含水層為基底的K₆及K₇砂岩，該組是構成本區基岩風化殼的主要含水層，基岩風化殼裂隙發育，東山有許多鑽孔鑽至基岩風化殼時涌水，鑽孔單位涌水量0.04～0.45L/s·m。

本類型含水層含水量有限，僅以淋水的形式排入礦井和少量開采井供水，但供水量不大。

3.碎屑岩中的碳酸鹽岩裂隙岩溶含水岩組

上石炭統太原組為一套海陸交互相沉積，由砂岩、泥岩、煤層和4～5層灰岩組成，厚85～110m。含層間岩溶裂隙水，富水性的強弱取決於岩溶與裂隙發育程度，一般在淺埋區岩溶發育，富水性較好，隨著埋藏深度的增加岩溶裂隙發育程度減弱，逐漸以裂隙含水為主，富水性減弱。該組含水層鑽孔單位涌水量0.0024～0.205L/s·m。

4.碳酸鹽岩類岩溶含水層組

東山岩溶地下水含水層位從上到下，有中奧陶統峰峰組含水層組、上馬家溝組含水層組、下馬家溝組含水層組，下奧陶統含水層組，上寒武統鳳山組含水層組，中寒武統張夏組上部岩溶含水層組。其中以中奧陶統上馬家溝組含水最為豐富，賦水性最好。

（1）中奧陶統峰峰組含水層組：該層厚111～179m，一般厚140m左右，主要由泥質灰岩、石灰岩、角礫狀泥質灰岩組成。鑽孔單位涌水量0.024～46.9L/s·m。由於該段位於奧陶系頂面，遭受到嚴重剝蝕，因而，不同位置保留的厚度不等。同時由於其頂面曾長期處於剝蝕作用下，裂隙充填粘土較多，影響岩溶的發育和富水性。

（2）中奧陶統上馬家溝組：全組厚249m。鑽孔揭露厚度257.5m，主要由石灰岩、豹皮狀灰岩，泥質灰岩組成，岩溶裂隙發育，野外剖面上分布溶洞甚多，在鑽孔中大部分揭露該層時都出現涌（漏）水現象，為本組主要含水層段，單位涌水量0.195～77.73L/s·m，是區域內最強的含水層。

（3）中奧陶統下馬家溝組：全組厚118～157m。該組岩性以灰岩、豹皮狀灰岩為主，岩溶較發育，是主要含水層段。TS-19號孔該含水層組單位涌水量為1.303L/s·m。

（4）下奧陶統含水層組：下奧陶統含水層組分冶里組和亮甲山組。冶里組厚39～74m，鑽孔揭露39m，為中—薄層結構；亮甲山組厚42～90m，鑽孔揭露57m，為厚層狀。所以，雖然都為白雲岩，但前者為弱富水層，後者為中等富水層，溶蝕較強。

（5）上寒武統鳳山組含水層組：該組岩性以白雲岩為主，厚88～122m，剖面上有較多的溶洞和溶孔，東山瓜地溝TS-19號孔水位標高813.94m，單位涌水量1.31L/s·m。

（6）中寒武統張夏組含水層組：該組以鮞狀灰岩為主，厚55～141m，鑽孔揭露厚度112m，在野外剖面中可見有溶蝕洞穴，鑽孔中由於埋藏較深的原因，含水性較差。TS-19號孔單位涌水量0.01L/s·m，水位標高813.94m，與奧陶系水位接近。

2. 含水的岩層就是含水層嗎 工程地質判斷題

含水層必須是透水性能好空隙性好的岩石，只含水不透水（束縛水）也不能成為含水層。

3. 含水帶、含水岩段、含水岩組與含水岩系

含水層的概念對於層狀的、均勻的岩層是適合的，因為其含水、隔水邊界與岩層邊界一致。但對於不均勻的岩層或岩體就顯得不準確。在基岩中，一個含水的斷裂帶可以切穿不同的岩層或岩體;在同一個岩層或岩體里，斷裂破碎的地方含水，沒有斷裂的地方就不含水。所以，基岩中的含水、隔水邊界，在多數情況下不受岩層、岩體形態的控制，與岩層、岩體並不一致，而是受地質構造的控制。籠統地把某一不均勻的岩層或岩體全部都看做含水層或隔水層，是不符合實際的。為此需要有含水帶、含水岩段、含水岩組、含水岩系的劃分。

1.含水帶

含水帶是指局部的、呈條帶狀分布的含水地段。在含水極不均勻的岩層中，如果簡單地把它們劃歸為含水層或隔水層，顯然是不符合實際的，特別是在裂隙或溶穴發育的基岩山區，應按裂隙、岩溶的發育和分布及含水情況，在平面上劃分出含水地段———含水帶。如穿越不同成因、岩性、時代的含水斷裂破碎帶，可劃分為一個含水帶。

2.含水岩段

含水岩段是指同一厚度較大的含水層，按其含水程度在剖面上劃分的區段。例如華北一些地區的奧陶系石灰岩，厚度達幾百米，而且其中沒有很好的隔水層，從上部到下部有水力聯系，可以劃分為一個統一的含水層。但在生產實踐中發現，該灰岩含水並不均勻，某些地段裂隙、岩溶比較發育，水量較大;有些地段裂隙、岩溶不發育，水量很小。因此，有必要進一步把它劃分為強富水段(強含水岩段)、弱富水段(弱含水岩段)或相對隔水段，這就為礦山建設、疏干排水和礦區供水設計提供了更加具體，更加適用的資料。

3.含水岩組

含水岩組是指具有統一的水力聯系和一定的水化學特徵的多層含水層的空間組合，即把幾個水文地質特徵基本相同(或相似)且不受地層層位限制的含水層歸並在一起，稱為一個含水岩組。如我國北方晚古生代煤田，其中上、下石盒子組砂頁岩互層，多達數十層，總厚度數百米，可將其歸並為幾個含水岩組。有些第四系鬆散沉積物的砂層中，常夾有薄層黏性土(或呈透鏡狀)，但其上下砂層之間有水力聯系，有統一的地下水位，化學成分亦相近，可劃歸為一個含水岩組。

4.含水岩系

對於同一構造旋迴中的幾個含水岩組，彼此之間可以有相同的補給來源，或有一定的水力聯系。當研究區的范圍較大時，可把他們劃為一個含水岩系。如在開展地區性的大范圍水文地質研究和編圖時，往往將幾個水文地質條件相近的含水岩組劃為一個含水岩系。同一含水岩系的幾個含水岩組彼此之間可以有隔水層存在。如第四系含水岩系、基岩裂隙水含水岩系或岩溶水含水岩系等。

復習思考題

1.什麼是岩石的空隙性?為什麼要研究岩石的空隙性?自然界岩土的空隙有哪幾種?各有什麼特點?它們各用什麼指標來表示?影響孔隙度大小的因素有哪些?影響孔隙大小的主要因素是什麼?

2.岩石中有哪些類型的水，各有何特點?哪種形式的水是水文地質研究的主要對象?岩石空(孔)隙中的水在地下如何分布?什麼是包氣帶和飽水帶?飽水帶中有結合水嗎?為什麼?

3.什麼是岩石的水理性質?岩石水理性質有哪些?各用什麼指標表示?它們之間有什麼關系?岩石的給水性和透水性的大小取決於哪些因素?岩石顆粒愈大透水性愈好，給水性愈好，對嗎?

4.試分析孔隙的大小和多少對岩石滲透性的影響。

5.試比較砂和黏土的孔隙度和給水度的異同，並加以解釋。

6.什麼是含水層?含水層構成具有什麼條件?什麼是隔水層?為什麼它們具有相對性?

4. 岩溶裂隙含水岩組的水文地質特徵

一、岩溶裂隙發育狀況及分布特徵

本區出露地層較多，而岩溶裂隙的發育程度直接控制著其富水性的大小。岩溶裂隙的發育程度直接受地層岩性、地質構造、埋藏條件等因素制約。中奧陶統灰岩因其岩層厚度大、碳酸鈣含量較高，易形成大的溶洞、溶隙、陷落柱，因此地下水非常豐富；另外在地質構造較復雜的地段如開平向斜轉折端、城子庄背斜南北轉折端、荊各庄向斜邊緣、車軸山向斜北端、陡河斷層、小水坡斷層的影響帶等地，岩溶都很發育；唐山市東北部第四系厚度較小，孔隙水與岩溶水水力聯系密切，水交替強烈，易形成溶蝕裂隙及溶洞，地下水也很豐富，而被上覆隔水層掩埋的深部灰岩，因不能接受第四系孔隙水補給，水動力條件差，岩溶發育較差，供水價值不大。

（一）奧陶系岩溶裂隙分布特徵、發育狀況及其富水性

裸露型奧陶系灰岩主要分布在豐潤縣北部、灤縣西北部和唐山市東北部（開平向斜北翼），出露面積較小。覆蓋型奧陶系灰岩主要分布在開平向斜西北翼後屯至侉子庄一線；開平向斜東南翼巍峰山、塔坨、青坨營、李毫子庄一帶；車軸山向斜車軸山、韓城、四神庄一帶；荊各庄向斜一帶。其覆蓋層厚度不一，分布面積不等，發育程度差別較大。掩埋型奧陶系灰岩為石炭-二疊紀地層所掩埋，分布於各向斜的核部，岩溶不發育，但在向斜端部、翼部奧陶系灰岩淺埋區及斷層附近，古岩溶較發育。

奧陶系灰岩岩溶裂隙十分發育，連通性好，具有良好的導水性能。在同一構造單元的水位趨於一致，水力坡度在萬分之一左右，抽水影響范圍大，水位傳遞速度快，具有等幅、同步、面狀變化的特點。但在構造與構造之間，因地層岩性或阻水構造的分割，其水力聯系相當微弱。

（二）寒武系、青白口系、薊縣系和長城系岩溶裂隙發育狀況及分布特徵

寒武系、青白口系、薊縣系和長城系在北部山區有出露，岩性主要為鮞狀灰岩、豹皮狀灰岩、燧石結核白雲岩，岩溶裂隙較發育。在碑子院背斜軸部、開平向斜及車軸山向斜翼部，灰岩屬覆蓋型，覆蓋層厚度北部數十米，南部600m，大八里庄斷層西側厚達700m以上，岩溶裂隙一般不發育，僅在第四系厚度小於100m的地段岩溶較發育。

二、岩溶裂隙含水岩組的富水性

岩溶裂隙含水岩組的富水性與其岩溶裂隙發育程度基本一致。

山區主要出露青白口紀、薊縣紀和長城紀燧石條帶白雲岩和白雲質灰岩，地下水直接接受大氣降雨補給。在豐潤縣上水路一帶，泉水流量為5800m³/d左右，為強富水區，在灤縣基岩出露區，泉水流量為1706.4m³/d，為中等富水區，山區其他基岩出露區基本沒有泉水出露，為較差富水區。

在山前傾斜平原區普遍發育有覆蓋型和掩埋型岩溶裂隙含水岩組，覆蓋型岩溶裂隙含水岩組頂板埋深多小於300m，因直接接受第四系入滲補給，富水性較強，具有供水意義。如在開平盆地趙各庄、馬家莊一帶，奧陶系灰岩含水層，埋深160～230m，岩溶裂隙發育，鑽孔單井出水量可達10000m³/d以上。較強富水區分布在唐山市東礦區，單井出水量為2165～10047m³/d；其他地帶碳酸鹽岩鑽孔因埋深和直接接觸的岩層不同，單井出水量差別很大，豐潤縣老莊子鎮北部以及豐南市王莊子北部，只有J10孔單井出水量為2257m³/d、C11孔單井出水量為3140m³/d，出水量較大，其他碳酸鹽岩鑽孔單井出水量均小於1000m³/d。

5. 含水層和含水岩組

水文地質研究者在研究短尺度的第四系和第三系沉積體系水文地質問題時最基礎、最基本的問題是劃分沉積體系的含水層和隔水層，在相當長的時期內成為傳統的研究方法之一。通常將粗顆粒的砂質岩類界定為含水層，而細顆粒的泥質岩類界定為隔水層，但在20世紀50年代末發現粘土岩和泥岩也是含水的，這就動搖了泥質岩類隔水層這個傳統提法。

由沈照理主編，武漢地質學院、長春地質學院、成都地質學院、河北地質學院和南京大學共同編著於1985年地質出版社出版的《水文地質學》，第一篇第一章題名就是「含水層和含水岩組」。在該章第一節「含水介質的水理性質」之前就點明了含水層是指貯存有地下水(主要是重力水)並在天然條件或人為條件下，能流出水來的岩石，由於含水岩石大多是呈層狀的，所以叫含水層。對一些復雜的含水層的組合稱為含水岩組、含水岩系、含水綜合體等。但有些含水的岩石並不是層狀的，而呈帶狀，甚至脈狀、塊狀等復雜的形狀，有的研究者認為應分別稱為含水帶、含水體等。這段表述迴避了隔水層這個術語，但在該章第二節「構成含水層的條件」中提到在無裂隙的粘土或泥岩中，其孔隙中可以含有大量的結合水，在常壓下不能自由流出，所以一般視為隔水層而不能構成含水層，但含水層與隔水層是相對的，而不是絕對的。並介紹了區分透水層與隔水層公認的數量指標是，岩石的滲透系數k小於0.001m/d的岩石均為隔水層，大於或等於這個數值的為透水層。這里又引入了透水層術語，並以滲透系數的大小來區分透水層與隔水層。堅硬岩石具有發育孔、縫的可溶性碳酸鹽岩定位含水層，而無裂縫的沉積岩和火成岩等定為隔水層。

用滲透系數指標來區分沉積物或堅硬岩石的透水能力是合理的，因為地殼內沒有不含水的岩石，只是含水量多寡或水的存在形式不同而已。

6. 含水岩層（組）的劃分

2.3.1.1 峽口沖積扇單一潛水區

該區分布於青銅峽口以北，黃河東岸。含水層岩性以砂卵石為主，向北夾砂層，岩性粒度向北變細。單井涌水量3000～5000m³/d，礦化度小於1g/L，為良好的生活用水。

吳忠市地下水類型主要為第四系鬆散岩類孔隙水，在150m深度內除淺層潛水外，下部有承壓水。潛水層含水層的岩性為沙礫岩、中粗砂、細砂，其厚度由西向東變薄，普遍小於20m，水位埋深大於10m。承壓水分布在洪積傾斜平原前緣細粒帶與沖積平原交錯部位，含水層厚度不穩定，含水層岩性為細砂、厚度為10～30m，最厚達50m，水位埋深1～10m，承壓水接受潛水的越流補給及側向地下水徑流補給。第四系最厚達1600m，巨大的第四系鬆散岩類孔隙水為地下水型水源地存在提供了良好條件，是建設水源地的主要含水層，典型的水文地質剖面如圖2.5所示。

圖2.5 青銅峽黃河沖積扇水文地質剖面圖

1—全新統沖湖積層；2—更新統沖湖積層；3—新近系；4—礫石；5—沙礫石；6—砂黏土；7—含礫石黏土；8—砂黏土；9—泥質砂岩；10—砂質泥岩；11—水位線；12—地層界線

2.3.1.2 潛水-承壓水多層結構含水區

上覆潛水、含水層以砂卵石、粉細砂為主，厚10～50m，單井涌水量小於2000m³/d，礦化度1～3g/L，局部小於1g/L 或大於3g/L，有一定供水價值。下伏承壓水在300m 勘探深度內一般有兩組承壓水。第一承壓水含水岩組岩性以粉細砂為主夾中粗砂層，單井涌水量1000～2000m³/d；第二承壓水含水岩組岩性以粉細砂為主，單井涌水量1000～3000m³/d（圖2.6）。承壓水水質一般在黃河沿岸地區水質較好，多為礦化度小於1g/L的淡水，吳忠市——新華橋以東地區水質較為復雜，礦化度多為1～3g/L的微鹹水。

7. 含水岩段、含水岩組和含水帶

在一些地區存在厚度很大的含水層，但是由於組成含水層的岩性並非很均一，在不同層段其裂隙或岩溶發育程度有差異，致使不同層段之間的給水性或透水性差異明顯，而各層段之間通過裂隙或斷層有較好的水力聯系。故可以根據不同岩性劃分為不同含水岩段，為供水、排水和滲漏等的研究提供更詳細的資料。

多個成因類型相同的含水層在空間上可以組合在一起，構成一個含水岩組。含水岩組內的各含水層地下水通過弱透水層發生水力聯系，具有相近的水化學特徵。例如沖洪積或沖湖積平原地下往往有多個砂或砂礫石含水層，它們之間存在粘性土弱透水層或者粘土隔水層或隔水透鏡體，不論是含水層還是弱透水層、隔水層，厚度均不大，含水層之間有水力聯系，可以將它們歸並為一個或幾個含水岩組。

含水層的概念對於空間上呈層狀分布的鬆散沉積物和沉積岩顯然是十分適用的。但是，由於沉積作用或構造作用的影響，致使鬆散沉積物的分布特別是堅硬岩石中裂隙的發育和溶穴的分布具有帶狀特點，構成沿某一個方向給水性和透水性相當好的帶狀含水體( 稱為含水帶) ，含水帶內空隙發育，含水帶兩側逐漸過渡到弱透水或不透水岩層或岩石。含水帶既可以分布在同一岩性的岩層或岩石中，也可以貫穿不同岩層或岩石中。在沖積平原的古河道中常分布粗大顆粒的砂礫石，構成良好的含水層。在基岩山區，張性斷層及其破碎帶、岩脈發育帶、侵入岩與圍岩接觸帶以及岩溶水徑流帶等，通常是良好的含水帶。

同樣，隔水層也並非總是呈層狀分布，有些呈帶狀、塊狀、透鏡體狀或不規則狀，這時稱為隔水體就更恰當些。

8. 解釋水利工程地質

水利工程地質內容包括：岩石及其工程地質性質、地質構造及區域構造穩定性、水流的地質作專用與庫壩區滲漏屬的工程地質條件分析、岩體的工程地質特性、壩基岩體穩定性的工程地質分析、岩質邊坡穩定性的工程地質分析、地下洞室圍岩穩定性的工程地質分析、水利水電工程地質勘察。究其一點就是當地地質條件適不適合建水利工程。

9. 水文地質分區及含水岩組富水性

山東省在國家水文地質分區中,位於東部大平原半濕潤氣候季風帶水文地質區的黃淮海平原亞區。山東省水文地質工作者根據地質地貌、構造,將我省分為魯西北平原鬆散岩類水文地質區(Ⅰ)、魯中南中低山丘陵碳酸鹽岩類為主水文地質區(Ⅱ)和魯東低山丘陵鬆散岩、碎屑岩、變質岩類為主水文地質區(Ⅲ)3個區,進一步分為14個亞區、70個地段。

按山東省水文地質分區,昌樂縣北部屬於魯西北平原鬆散岩類水文地質區(Ⅰ)山前沖洪積平原低礦化淡水水文地質亞區(Ⅰ₁)白浪河、濰河沖洪積扇強富水地段(Ⅰ_1-1);南部屬於魯中南中低山丘陵碳酸鹽岩類為主水文地質區(Ⅱ),西南部為平陰-臨朐單斜水文地質亞區(Ⅱ₁)臨朐盆地裂隙、孔隙弱-強富水地段(Ⅱ_1-9),東部為沂沭斷裂帶水文地質亞區(Ⅱ₆)安丘谷地裂隙、孔隙弱-強富水地段(Ⅱ_6-1)。

根據水文地質條件的不同,將昌樂縣概括為如下5個水文地質分區(見圖1-8-1)。

(一)北部彌河-白浪河沖洪積扇鬆散岩類孔隙水為主水文地質區(1區)

大致分布於五圖街道南郝—縣城—朱劉街道一線以北地區(大部分位於朱劉店斷裂以北),這一地區第四系、新近系、古近系厚度較大,石炭、二疊系及奧陶系分布普遍,奧灰頂板埋深較大,一般在700～1100m。含水岩組類型為鬆散岩類孔隙水,主要為丹河、桂河等沖洪積形成,含水層岩性為細砂、中粗砂夾礫石,砂層顆粒自南向北變細,砂層厚度5～30m,頂板埋深5～40m,富水性強,單井涌水量1000～3000m³/d,局部沖洪積扇軸部達3000～5000m³/d。

(二)西南部似層狀火山岩裂隙-碎屑岩孔隙水水文地質區(2區)

這一地段在昌樂縣主要分布於南郝—崔家埠以南、沂沭斷裂帶以西、五圖斷裂西南地區,主要發育新近紀火山岩及碎屑岩,含水岩組類型為裂隙-孔隙水,含水層岩性為新近紀牛山祖、堯山組火山岩和山旺組砂岩、砂礫岩,單井涌水量100～1000m³/d,局部＜100m³/d。該區山間谷地分布第四系孔隙水,水量一般＜500m³/d。

(三)東部碳酸鹽岩夾碎屑岩岩溶裂隙水為主水文地質區(3區)

分布於朱劉街道、五圖街道灰岩出露區,岩性為寒武紀長清群硃砂洞組、饅頭組及九龍群張夏組、崮山組、炒米店組灰岩夾頁岩、砂岩。因地形地貌和岩溶發育程度不同,富水性差別較大,在＜500～5000m³/d之間。

(四)東南部塊狀變質岩類裂隙水為主水文地質區(4區)

該區分布於沂水-湯頭斷裂帶以東地區,岩性主要為古元古代二長花崗岩,含水岩組類型為塊狀侵入岩風化裂隙水,富水性一般＜100m³/d。

該區谷地中分布有第四紀鬆散岩類孔隙水,北部朱劉街道一帶單井涌水量一般＜500m³/d,南部紅河鎮山間沿河谷地帶3000～5000m³/d。

(五)鄌郚-葛溝至沂水-湯頭斷裂帶碎屑岩類為主裂隙-孔隙水水文地質區(5區)

碎屑岩呈帶狀分布於鄌郚-葛溝斷裂和沂水-湯頭斷裂之間,含水岩組類型為白堊紀碎屑岩類為主風化帶裂隙、孔隙水。岩性為砂岩、礫岩以及局部花崗岩。單井涌水量＜100～1000m³/d。