水利工程地质含水岩组

1. 含水岩组划分及其特征

区域内含水岩组按其含水类型可分为如下4种类型。

1.松散岩类孔隙含水岩组

孔隙水储存在松散层中，主要分布在山间河谷的冲、洪积层中。

（1）第四系全新统砂、砾石含水岩组：分布在较大沟谷中，由分选磨圆较差的砂、砾、卵石等组成，厚0～30m，含孔隙潜水。本层埋藏浅，开采方便，多为民井，经与泥河湾组至马兰组地层混合抽水试验，单位涌水量0.507～3.855L/s·m。富水性强。由于埋藏浅，易受污染。

（2）第三系保德组砂、砂砾（岩）含水岩组：主要分布在西烟、东凌井、长沟等地，为砂、砂砾（岩）、细砂岩，厚0～120m。本组在长沟一带底部常发育有胶结的砾岩，厚5～15m左右，裂隙较发育，中—下部常见有1～3层分选磨圆较好的中—粗砂岩，厚6～10m左右。但由于含水层分布有限，供水和矿井充水意义不大。

2.碎屑岩类裂隙含水岩组

主要为一套以陆相沉积为主的二叠系粗碎屑岩类含水层。

（1）山西组：厚48～97m，含水层主要位于基底砂岩K₃和8号煤上的砂岩。K₃砂岩厚5～30m。砂岩裂隙一般不太发育，富水性弱，钻孔单位涌水量0.013～1.17L/s·m。

（2）下石盒子组：厚90～100m，主要含水层为底部的K₄及K₅砂岩，一般裂隙不发育，富水性较弱，钻孔单位涌水量0.033～0.184L/s·m。

（3）上石盒子组：厚350～450m，主要含水层为基底的K₆及K₇砂岩，该组是构成本区基岩风化壳的主要含水层，基岩风化壳裂隙发育，东山有许多钻孔钻至基岩风化壳时涌水，钻孔单位涌水量0.04～0.45L/s·m。

本类型含水层含水量有限，仅以淋水的形式排入矿井和少量开采井供水，但供水量不大。

3.碎屑岩中的碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组

上石炭统太原组为一套海陆交互相沉积，由砂岩、泥岩、煤层和4～5层灰岩组成，厚85～110m。含层间岩溶裂隙水，富水性的强弱取决于岩溶与裂隙发育程度，一般在浅埋区岩溶发育，富水性较好，随着埋藏深度的增加岩溶裂隙发育程度减弱，逐渐以裂隙含水为主，富水性减弱。该组含水层钻孔单位涌水量0.0024～0.205L/s·m。

4.碳酸盐岩类岩溶含水层组

东山岩溶地下水含水层位从上到下，有中奥陶统峰峰组含水层组、上马家沟组含水层组、下马家沟组含水层组，下奥陶统含水层组，上寒武统凤山组含水层组，中寒武统张夏组上部岩溶含水层组。其中以中奥陶统上马家沟组含水最为丰富，赋水性最好。

（1）中奥陶统峰峰组含水层组：该层厚111～179m，一般厚140m左右，主要由泥质灰岩、石灰岩、角砾状泥质灰岩组成。钻孔单位涌水量0.024～46.9L/s·m。由于该段位于奥陶系顶面，遭受到严重剥蚀，因而，不同位置保留的厚度不等。同时由于其顶面曾长期处于剥蚀作用下，裂隙充填粘土较多，影响岩溶的发育和富水性。

（2）中奥陶统上马家沟组：全组厚249m。钻孔揭露厚度257.5m，主要由石灰岩、豹皮状灰岩，泥质灰岩组成，岩溶裂隙发育，野外剖面上分布溶洞甚多，在钻孔中大部分揭露该层时都出现涌（漏）水现象，为本组主要含水层段，单位涌水量0.195～77.73L/s·m，是区域内最强的含水层。

（3）中奥陶统下马家沟组：全组厚118～157m。该组岩性以灰岩、豹皮状灰岩为主，岩溶较发育，是主要含水层段。TS-19号孔该含水层组单位涌水量为1.303L/s·m。

（4）下奥陶统含水层组：下奥陶统含水层组分冶里组和亮甲山组。冶里组厚39～74m，钻孔揭露39m，为中—薄层结构；亮甲山组厚42～90m，钻孔揭露57m，为厚层状。所以，虽然都为白云岩，但前者为弱富水层，后者为中等富水层，溶蚀较强。

（5）上寒武统凤山组含水层组：该组岩性以白云岩为主，厚88～122m，剖面上有较多的溶洞和溶孔，东山瓜地沟TS-19号孔水位标高813.94m，单位涌水量1.31L/s·m。

（6）中寒武统张夏组含水层组：该组以鲕状灰岩为主，厚55～141m，钻孔揭露厚度112m，在野外剖面中可见有溶蚀洞穴，钻孔中由于埋藏较深的原因，含水性较差。TS-19号孔单位涌水量0.01L/s·m，水位标高813.94m，与奥陶系水位接近。

2. 含水的岩层就是含水层吗 工程地质判断题

含水层必须是透水性能好空隙性好的岩石，只含水不透水（束缚水）也不能成为含水层。

3. 含水带、含水岩段、含水岩组与含水岩系

含水层的概念对于层状的、均匀的岩层是适合的，因为其含水、隔水边界与岩层边界一致。但对于不均匀的岩层或岩体就显得不准确。在基岩中，一个含水的断裂带可以切穿不同的岩层或岩体;在同一个岩层或岩体里，断裂破碎的地方含水，没有断裂的地方就不含水。所以，基岩中的含水、隔水边界，在多数情况下不受岩层、岩体形态的控制，与岩层、岩体并不一致，而是受地质构造的控制。笼统地把某一不均匀的岩层或岩体全部都看做含水层或隔水层，是不符合实际的。为此需要有含水带、含水岩段、含水岩组、含水岩系的划分。

1.含水带

含水带是指局部的、呈条带状分布的含水地段。在含水极不均匀的岩层中，如果简单地把它们划归为含水层或隔水层，显然是不符合实际的，特别是在裂隙或溶穴发育的基岩山区，应按裂隙、岩溶的发育和分布及含水情况，在平面上划分出含水地段———含水带。如穿越不同成因、岩性、时代的含水断裂破碎带，可划分为一个含水带。

2.含水岩段

含水岩段是指同一厚度较大的含水层，按其含水程度在剖面上划分的区段。例如华北一些地区的奥陶系石灰岩，厚度达几百米，而且其中没有很好的隔水层，从上部到下部有水力联系，可以划分为一个统一的含水层。但在生产实践中发现，该灰岩含水并不均匀，某些地段裂隙、岩溶比较发育，水量较大;有些地段裂隙、岩溶不发育，水量很小。因此，有必要进一步把它划分为强富水段(强含水岩段)、弱富水段(弱含水岩段)或相对隔水段，这就为矿山建设、疏干排水和矿区供水设计提供了更加具体，更加适用的资料。

3.含水岩组

含水岩组是指具有统一的水力联系和一定的水化学特征的多层含水层的空间组合，即把几个水文地质特征基本相同(或相似)且不受地层层位限制的含水层归并在一起，称为一个含水岩组。如我国北方晚古生代煤田，其中上、下石盒子组砂页岩互层，多达数十层，总厚度数百米，可将其归并为几个含水岩组。有些第四系松散沉积物的砂层中，常夹有薄层黏性土(或呈透镜状)，但其上下砂层之间有水力联系，有统一的地下水位，化学成分亦相近，可划归为一个含水岩组。

4.含水岩系

对于同一构造旋回中的几个含水岩组，彼此之间可以有相同的补给来源，或有一定的水力联系。当研究区的范围较大时，可把他们划为一个含水岩系。如在开展地区性的大范围水文地质研究和编图时，往往将几个水文地质条件相近的含水岩组划为一个含水岩系。同一含水岩系的几个含水岩组彼此之间可以有隔水层存在。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。

复习思考题

1.什么是岩石的空隙性?为什么要研究岩石的空隙性?自然界岩土的空隙有哪几种?各有什么特点?它们各用什么指标来表示?影响孔隙度大小的因素有哪些?影响孔隙大小的主要因素是什么?

2.岩石中有哪些类型的水，各有何特点?哪种形式的水是水文地质研究的主要对象?岩石空(孔)隙中的水在地下如何分布?什么是包气带和饱水带?饱水带中有结合水吗?为什么?

3.什么是岩石的水理性质?岩石水理性质有哪些?各用什么指标表示?它们之间有什么关系?岩石的给水性和透水性的大小取决于哪些因素?岩石颗粒愈大透水性愈好，给水性愈好，对吗?

4.试分析孔隙的大小和多少对岩石渗透性的影响。

5.试比较砂和黏土的孔隙度和给水度的异同，并加以解释。

6.什么是含水层?含水层构成具有什么条件?什么是隔水层?为什么它们具有相对性?

4. 岩溶裂隙含水岩组的水文地质特征

一、岩溶裂隙发育状况及分布特征

本区出露地层较多，而岩溶裂隙的发育程度直接控制着其富水性的大小。岩溶裂隙的发育程度直接受地层岩性、地质构造、埋藏条件等因素制约。中奥陶统灰岩因其岩层厚度大、碳酸钙含量较高，易形成大的溶洞、溶隙、陷落柱，因此地下水非常丰富；另外在地质构造较复杂的地段如开平向斜转折端、城子庄背斜南北转折端、荆各庄向斜边缘、车轴山向斜北端、陡河断层、小水坡断层的影响带等地，岩溶都很发育；唐山市东北部第四系厚度较小，孔隙水与岩溶水水力联系密切，水交替强烈，易形成溶蚀裂隙及溶洞，地下水也很丰富，而被上覆隔水层掩埋的深部灰岩，因不能接受第四系孔隙水补给，水动力条件差，岩溶发育较差，供水价值不大。

（一）奥陶系岩溶裂隙分布特征、发育状况及其富水性

裸露型奥陶系灰岩主要分布在丰润县北部、滦县西北部和唐山市东北部（开平向斜北翼），出露面积较小。覆盖型奥陶系灰岩主要分布在开平向斜西北翼后屯至侉子庄一线；开平向斜东南翼巍峰山、塔坨、青坨营、李毫子庄一带；车轴山向斜车轴山、韩城、四神庄一带；荆各庄向斜一带。其覆盖层厚度不一，分布面积不等，发育程度差别较大。掩埋型奥陶系灰岩为石炭-二叠纪地层所掩埋，分布于各向斜的核部，岩溶不发育，但在向斜端部、翼部奥陶系灰岩浅埋区及断层附近，古岩溶较发育。

奥陶系灰岩岩溶裂隙十分发育，连通性好，具有良好的导水性能。在同一构造单元的水位趋于一致，水力坡度在万分之一左右，抽水影响范围大，水位传递速度快，具有等幅、同步、面状变化的特点。但在构造与构造之间，因地层岩性或阻水构造的分割，其水力联系相当微弱。

（二）寒武系、青白口系、蓟县系和长城系岩溶裂隙发育状况及分布特征

寒武系、青白口系、蓟县系和长城系在北部山区有出露，岩性主要为鲕状灰岩、豹皮状灰岩、燧石结核白云岩，岩溶裂隙较发育。在碑子院背斜轴部、开平向斜及车轴山向斜翼部，灰岩属覆盖型，覆盖层厚度北部数十米，南部600m，大八里庄断层西侧厚达700m以上，岩溶裂隙一般不发育，仅在第四系厚度小于100m的地段岩溶较发育。

二、岩溶裂隙含水岩组的富水性

岩溶裂隙含水岩组的富水性与其岩溶裂隙发育程度基本一致。

山区主要出露青白口纪、蓟县纪和长城纪燧石条带白云岩和白云质灰岩，地下水直接接受大气降雨补给。在丰润县上水路一带，泉水流量为5800m³/d左右，为强富水区，在滦县基岩出露区，泉水流量为1706.4m³/d，为中等富水区，山区其他基岩出露区基本没有泉水出露，为较差富水区。

在山前倾斜平原区普遍发育有覆盖型和掩埋型岩溶裂隙含水岩组，覆盖型岩溶裂隙含水岩组顶板埋深多小于300m，因直接接受第四系入渗补给，富水性较强，具有供水意义。如在开平盆地赵各庄、马家庄一带，奥陶系灰岩含水层，埋深160～230m，岩溶裂隙发育，钻孔单井出水量可达10000m³/d以上。较强富水区分布在唐山市东矿区，单井出水量为2165～10047m³/d；其他地带碳酸盐岩钻孔因埋深和直接接触的岩层不同，单井出水量差别很大，丰润县老庄子镇北部以及丰南市王庄子北部，只有J10孔单井出水量为2257m³/d、C11孔单井出水量为3140m³/d，出水量较大，其他碳酸盐岩钻孔单井出水量均小于1000m³/d。

5. 含水层和含水岩组

水文地质研究者在研究短尺度的第四系和第三系沉积体系水文地质问题时最基础、最基本的问题是划分沉积体系的含水层和隔水层，在相当长的时期内成为传统的研究方法之一。通常将粗颗粒的砂质岩类界定为含水层，而细颗粒的泥质岩类界定为隔水层，但在20世纪50年代末发现粘土岩和泥岩也是含水的，这就动摇了泥质岩类隔水层这个传统提法。

由沈照理主编，武汉地质学院、长春地质学院、成都地质学院、河北地质学院和南京大学共同编著于1985年地质出版社出版的《水文地质学》，第一篇第一章题名就是“含水层和含水岩组”。在该章第一节“含水介质的水理性质”之前就点明了含水层是指贮存有地下水(主要是重力水)并在天然条件或人为条件下，能流出水来的岩石，由于含水岩石大多是呈层状的，所以叫含水层。对一些复杂的含水层的组合称为含水岩组、含水岩系、含水综合体等。但有些含水的岩石并不是层状的，而呈带状，甚至脉状、块状等复杂的形状，有的研究者认为应分别称为含水带、含水体等。这段表述回避了隔水层这个术语，但在该章第二节“构成含水层的条件”中提到在无裂隙的粘土或泥岩中，其孔隙中可以含有大量的结合水，在常压下不能自由流出，所以一般视为隔水层而不能构成含水层，但含水层与隔水层是相对的，而不是绝对的。并介绍了区分透水层与隔水层公认的数量指标是，岩石的渗透系数k小于0.001m/d的岩石均为隔水层，大于或等于这个数值的为透水层。这里又引入了透水层术语，并以渗透系数的大小来区分透水层与隔水层。坚硬岩石具有发育孔、缝的可溶性碳酸盐岩定位含水层，而无裂缝的沉积岩和火成岩等定为隔水层。

用渗透系数指标来区分沉积物或坚硬岩石的透水能力是合理的，因为地壳内没有不含水的岩石，只是含水量多寡或水的存在形式不同而已。

6. 含水岩层（组）的划分

2.3.1.1 峡口冲积扇单一潜水区

该区分布于青铜峡口以北，黄河东岸。含水层岩性以砂卵石为主，向北夹砂层，岩性粒度向北变细。单井涌水量3000～5000m³/d，矿化度小于1g/L，为良好的生活用水。

吴忠市地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水，在150m深度内除浅层潜水外，下部有承压水。潜水层含水层的岩性为沙砾岩、中粗砂、细砂，其厚度由西向东变薄，普遍小于20m，水位埋深大于10m。承压水分布在洪积倾斜平原前缘细粒带与冲积平原交错部位，含水层厚度不稳定，含水层岩性为细砂、厚度为10～30m，最厚达50m，水位埋深1～10m，承压水接受潜水的越流补给及侧向地下水径流补给。第四系最厚达1600m，巨大的第四系松散岩类孔隙水为地下水型水源地存在提供了良好条件，是建设水源地的主要含水层，典型的水文地质剖面如图2.5所示。

图2.5 青铜峡黄河冲积扇水文地质剖面图

1—全新统冲湖积层；2—更新统冲湖积层；3—新近系；4—砾石；5—沙砾石；6—砂黏土；7—含砾石黏土；8—砂黏土；9—泥质砂岩；10—砂质泥岩；11—水位线；12—地层界线

2.3.1.2 潜水-承压水多层结构含水区

上覆潜水、含水层以砂卵石、粉细砂为主，厚10～50m，单井涌水量小于2000m³/d，矿化度1～3g/L，局部小于1g/L 或大于3g/L，有一定供水价值。下伏承压水在300m 勘探深度内一般有两组承压水。第一承压水含水岩组岩性以粉细砂为主夹中粗砂层，单井涌水量1000～2000m³/d；第二承压水含水岩组岩性以粉细砂为主，单井涌水量1000～3000m³/d（图2.6）。承压水水质一般在黄河沿岸地区水质较好，多为矿化度小于1g/L的淡水，吴忠市——新华桥以东地区水质较为复杂，矿化度多为1～3g/L的微咸水。

7. 含水岩段、含水岩组和含水带

在一些地区存在厚度很大的含水层，但是由于组成含水层的岩性并非很均一，在不同层段其裂隙或岩溶发育程度有差异，致使不同层段之间的给水性或透水性差异明显，而各层段之间通过裂隙或断层有较好的水力联系。故可以根据不同岩性划分为不同含水岩段，为供水、排水和渗漏等的研究提供更详细的资料。

多个成因类型相同的含水层在空间上可以组合在一起，构成一个含水岩组。含水岩组内的各含水层地下水通过弱透水层发生水力联系，具有相近的水化学特征。例如冲洪积或冲湖积平原地下往往有多个砂或砂砾石含水层，它们之间存在粘性土弱透水层或者粘土隔水层或隔水透镜体，不论是含水层还是弱透水层、隔水层，厚度均不大，含水层之间有水力联系，可以将它们归并为一个或几个含水岩组。

含水层的概念对于空间上呈层状分布的松散沉积物和沉积岩显然是十分适用的。但是，由于沉积作用或构造作用的影响，致使松散沉积物的分布特别是坚硬岩石中裂隙的发育和溶穴的分布具有带状特点，构成沿某一个方向给水性和透水性相当好的带状含水体( 称为含水带) ，含水带内空隙发育，含水带两侧逐渐过渡到弱透水或不透水岩层或岩石。含水带既可以分布在同一岩性的岩层或岩石中，也可以贯穿不同岩层或岩石中。在冲积平原的古河道中常分布粗大颗粒的砂砾石，构成良好的含水层。在基岩山区，张性断层及其破碎带、岩脉发育带、侵入岩与围岩接触带以及岩溶水径流带等，通常是良好的含水带。

同样，隔水层也并非总是呈层状分布，有些呈带状、块状、透镜体状或不规则状，这时称为隔水体就更恰当些。

8. 解释水利工程地质

水利工程地质内容包括：岩石及其工程地质性质、地质构造及区域构造稳定性、水流的地质作专用与库坝区渗漏属的工程地质条件分析、岩体的工程地质特性、坝基岩体稳定性的工程地质分析、岩质边坡稳定性的工程地质分析、地下洞室围岩稳定性的工程地质分析、水利水电工程地质勘察。究其一点就是当地地质条件适不适合建水利工程。

9. 水文地质分区及含水岩组富水性

山东省在国家水文地质分区中,位于东部大平原半湿润气候季风带水文地质区的黄淮海平原亚区。山东省水文地质工作者根据地质地貌、构造,将我省分为鲁西北平原松散岩类水文地质区(Ⅰ)、鲁中南中低山丘陵碳酸盐岩类为主水文地质区(Ⅱ)和鲁东低山丘陵松散岩、碎屑岩、变质岩类为主水文地质区(Ⅲ)3个区,进一步分为14个亚区、70个地段。

按山东省水文地质分区,昌乐县北部属于鲁西北平原松散岩类水文地质区(Ⅰ)山前冲洪积平原低矿化淡水水文地质亚区(Ⅰ₁)白浪河、潍河冲洪积扇强富水地段(Ⅰ_1-1);南部属于鲁中南中低山丘陵碳酸盐岩类为主水文地质区(Ⅱ),西南部为平阴-临朐单斜水文地质亚区(Ⅱ₁)临朐盆地裂隙、孔隙弱-强富水地段(Ⅱ_1-9),东部为沂沭断裂带水文地质亚区(Ⅱ₆)安丘谷地裂隙、孔隙弱-强富水地段(Ⅱ_6-1)。

根据水文地质条件的不同,将昌乐县概括为如下5个水文地质分区(见图1-8-1)。

(一)北部弥河-白浪河冲洪积扇松散岩类孔隙水为主水文地质区(1区)

大致分布于五图街道南郝—县城—朱刘街道一线以北地区(大部分位于朱刘店断裂以北),这一地区第四系、新近系、古近系厚度较大,石炭、二叠系及奥陶系分布普遍,奥灰顶板埋深较大,一般在700～1100m。含水岩组类型为松散岩类孔隙水,主要为丹河、桂河等冲洪积形成,含水层岩性为细砂、中粗砂夹砾石,砂层颗粒自南向北变细,砂层厚度5～30m,顶板埋深5～40m,富水性强,单井涌水量1000～3000m³/d,局部冲洪积扇轴部达3000～5000m³/d。

(二)西南部似层状火山岩裂隙-碎屑岩孔隙水水文地质区(2区)

这一地段在昌乐县主要分布于南郝—崔家埠以南、沂沭断裂带以西、五图断裂西南地区,主要发育新近纪火山岩及碎屑岩,含水岩组类型为裂隙-孔隙水,含水层岩性为新近纪牛山祖、尧山组火山岩和山旺组砂岩、砂砾岩,单井涌水量100～1000m³/d,局部＜100m³/d。该区山间谷地分布第四系孔隙水,水量一般＜500m³/d。

(三)东部碳酸盐岩夹碎屑岩岩溶裂隙水为主水文地质区(3区)

分布于朱刘街道、五图街道灰岩出露区,岩性为寒武纪长清群朱砂洞组、馒头组及九龙群张夏组、崮山组、炒米店组灰岩夹页岩、砂岩。因地形地貌和岩溶发育程度不同,富水性差别较大,在＜500～5000m³/d之间。

(四)东南部块状变质岩类裂隙水为主水文地质区(4区)

该区分布于沂水-汤头断裂带以东地区,岩性主要为古元古代二长花岗岩,含水岩组类型为块状侵入岩风化裂隙水,富水性一般＜100m³/d。

该区谷地中分布有第四纪松散岩类孔隙水,北部朱刘街道一带单井涌水量一般＜500m³/d,南部红河镇山间沿河谷地带3000～5000m³/d。

(五)鄌郚-葛沟至沂水-汤头断裂带碎屑岩类为主裂隙-孔隙水水文地质区(5区)

碎屑岩呈带状分布于鄌郚-葛沟断裂和沂水-汤头断裂之间,含水岩组类型为白垩纪碎屑岩类为主风化带裂隙、孔隙水。岩性为砂岩、砾岩以及局部花岗岩。单井涌水量＜100～1000m³/d。