贵州省变质岩区基岩裂隙水富水分析

王汉兴，郑　朋

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵阳　550081)

贵州省变质岩区基岩裂隙水富水分析

王汉兴，郑朋

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵阳550081)

摘要：贵州省变质岩区具有独特的水文地质环境。近年来，随着全球气候变暖，省内岩溶区地下水水位下降、地表水干枯，对区内水文地质环境影响大，但对变质岩区影响甚微。通过对变质岩裂隙发育特征、富水性、变质岩裂隙水基本特征的分析，了解变质岩区独特的水文地质环境，其结果有助于该区域的水文地质和工程地质勘探。

关键词：变质岩；裂隙水；线路工程建设

贵州省变质岩裂隙水指赋存于前震旦系变质岩裂隙中的地下水，天然排泄量0.139×108 m3/年。省内变质岩大片分布于黔东南地区，黔东北、黔中、黔北地区也有零星出露，分布面积约21 000 km2，约占全省面积的12%。变质岩分布区域主要居住着省内2大少数民族侗族和苗族。区域内森林植被发育，原始生态保存完好，且泉水星罗棋布，流量小，具有“山高水高、沟沟有水”的特征。贵州省变质岩裂隙水分布示意如图1[1]所示。

1地质构造与岩性

贵州省变质岩主要分布区域(黔东南地区)属贵州省1级构造单元华南褶皱带，其基底褶皱形成于早古生代末的加里东期运动，褶皱主要定型于新生代早期燕山期运动，断裂构造在喜马拉雅期受到改造和加强。构造主要为一系列NE和NNE向褶皱和断裂组成，局部还发育有NNE向、NW向及NWW向扭断层或横张断层。贵州省华南褶皱带主要构造形迹如图2[2]所示。

图1　贵州省变质岩裂隙水分布示意

图2　贵州省华南褶皱带主要构造

贵州省变质岩包含2套岩群[2]：1) 下江群/丹洲群/板溪群。该变质岩系分布广(占变质岩总面积的98.2%)，为浅变质海相砂页岩、凝灰岩组成；2) 梵净山群/四堡群(占变质岩总面积的1.8%)，由变质火山岩和陆源细屑岩组成。

2套岩群总厚度达万余m，主要岩系有板岩、变余砂岩、变余凝灰岩、千枚岩、变基性溶岩、变基-超基性岩，岩体全、强风化带较深。

2变质岩裂隙发育特征

变质岩节理裂隙十分发育，有构造裂隙和风化裂隙，尤其以风化裂隙发育最好，分布广，在地表形成较深的风化带，是变质岩区地下水贮存的主要场所[3]。

分布于黔东南的变质岩系构造主要由一系列NE、NNE向褶皱及断裂组成(图2)。节理裂隙发育方向受断裂控制，以NE向(30°～50°)、NNE向及NW向(300°～320°)3组节理裂隙较为发育。

零星分布于黔东北、黔中、黔北的变质岩处于背斜核部，横张、纵张裂隙较为发育。如梵净山群变余砂岩、板岩中NWW向及NNE向2组裂隙发育，地下水多沿上述2组裂隙中出露。

节理裂隙发育密度，随所处构造部位不同而异，一般2～15条/m，多为5～7条/m，通常在断层带附近或背斜轴部及倾伏端发育密度较大。裂隙发育深度不一，据钻孔揭露，一般小于50 m，在断裂带附近或断裂破碎带(多在断裂交汇部位)发育较深，有的地段可达100多m。

裂隙(主要指风化裂隙)发育程度随地形高度而变化。通常，由山脚至山顶，岩石风化程度由弱变强，裂隙发育深度由浅变深，风化残坡积物厚度由厚变薄。地形切割浅，地势平缓地区岩石易遭风化，风化残积物易保存；地形切割深，地势高差大的地区其风化作用较弱，且风化层易遭流水冲刷，风化残坡积物厚度变薄，仅在沟谷地带较厚。在断裂通过的一些地势低洼或沟谷处，易产生构造裂隙，且岩石破碎，风化深度较大。

在同一地区，处于同一构造及地貌部位的变质岩，由于岩性不同，其裂隙发育程度也有差异。粉砂质板岩的板理、节理裂隙均较发育，常被切割成菱块状，且风化强烈。

3变质岩含水岩组富水性及地下水富集规律

3.1含水岩组的富水性

对于变质岩含水岩组而言，其富水性主要参考枯季地下径流模数，其次为泉水流量及钻孔涌水量，但普遍偏小，差别也不大。

3.1.1枯季地下径流模数

在黔东南变质岩大片出露地区，其地表水系发育。在水文地质单元完整的流域内，枯季地表河(溪)的流量即近似代表相应补给面积的地下水天然排泄量。枯季地表河流的径流模数近似代表相应汇水面积区的枯季地下径流模数，依据其规模大小，划分为3个等级：水量丰富(枯季地下径流模数大于6 L/s·km2)、水量中等(枯季地下径流模数3～6 L/s·km2)、水量贫乏(枯季地下径流模数小于3 L/s·km2)。

1) 水量丰富区。主要指白枝山背斜南端，从江县西南部的车加背斜，以及隐江断层、茅贡断层与寨高断层之间的断块地区。含水岩组主要是清水江组、乌叶组、甲路组。该区多为构造中山、低山地形，切割深度500～1 200 m；植被茂密，覆盖率60%～90%；降水量充沛，年降水量1 500～2 300 mm。由于处于背斜轴部及倾伏端或断层发育地段，故不同序次的断层纵横交错，岩石破碎，构造裂隙及风化裂隙较发育，且含较丰富的构造裂隙水及风化裂隙水。地表沟溪发育，枯季地下径流模数一般大于6 L/s·km2(剑河南加—黎平孟彦地区达10.7～16.8 L/s·km2)，泉水流量多在0.25～0.5 L/s之间。

2) 水量中等区。主要指雷山—南加以北，都柳江下游右岸及上游两岸流域区。含水岩组有清水江组、平略组、番召组、隆里组。地貌为构造中山、低山地形，切割深度500～1 500 m；植被覆盖率40%～80%，年降水量1 200～1 800 mm。枯季地下径流模数一般在3～6 L/s·km2，泉水平均流量多在0.2 L/s 之间。

3) 水量贫乏区。主要指锦屏—天柱、榕江平永—黎平育洞，以及都柳江下游左岸流域区，此外还包括黔东北、黔中、黔北地区。含水岩组有清水江组、梵净山群、乌叶组、隆里组。该区为侵蚀构造中山、低山及丘陵，切割深度500～1 000 m；森林植被覆盖率40%～50%，局部60%～80%；年降水量1 000～1 200 mm。这些地区构造相对简单，裂隙不甚发育，森林植被覆盖率相对较低，枯季地下径流模数一般小于3 L/s·km2。

3.1.2泉点流量

贵州省变质岩含水岩组共调查泉点1 324个，测试结果表明，偶测流量442.234 L/s，枯测流量185.815 L/s，泉点枯季平均流量0.14 L/s，95.6%的泉点流量小于0.5 L/s。出露的泉点流量虽小，但不易干枯，具有“沟沟有水流”的水文地质特征。

3.1.3钻孔涌水量[1]

在变质岩中钻孔测涌水量，共调查统计了24个钻孔，其涌水量均小于200 m3，其中21个钻孔小于100 m3(占钻孔总数量的87.5%)；钻孔涌水量最大为157.939 m3。由于钻孔涌水量小，一般无集中供水价值，但该区的承压自流水在适宜地段可作为分散居民点的生活用水，仍有特定意义。

3.2变质岩裂隙水富集规律

变质岩裂隙水的富集主要受植被、地貌、岩性、构造等因素控制。

3.2.1植被控水

在相同的地质地貌条件下，变质岩裂隙水富集于植被覆盖率高的地区。森林植被有利于大气降水的渗入补给，能防止水土流失，涵养水分，调节地表水与地下水径流。在有林地区，50%～80%的降水渗入地下，地表径流一般在1%左右，最大不超过10%，1 hm2林地比无林区至少多蓄水300 m3。

3.2.2地貌控水

取决于风化带(壳)的厚度及是否具备汇水条件。由于变质岩遭受风化剥蚀及流水侵蚀，冲刷作用较为剧烈，地貌控水主要有以下几点。

1) 从平面分布看，地形平缓的丘陵谷地要比地形起伏大，切割深的低山、中山地区有利于地下水富集。丘陵谷地风化作用比低山、中山地区强，而流水侵蚀、冲刷作用相对较弱，风化带及风化残坡积物保存较好，利于地下水富集。

2) 裂隙水多富集于地势低洼外或山麓沟谷地带。由于地下水水力特征为裂隙潜水，故其运移方向受重力作用影响，由高处往低处或山麓沟谷地带汇集，形成泉水排泄带，尤其是在群山环抱的山间洼地或盆地，常为多条沟谷交汇部位，地下水更为富集。

3.2.3岩性控水

在同一构造条件，同一地质应力作用下，硬、脆性岩石易于破碎，软柔性岩石易形成褶曲[5]。地下水主要富集于硬、脆性岩石中，在有利的地形、地貌条件下地下水易于富集，变质岩体的富水性顺序为：变余砂岩>变余凝灰岩>板岩。

3.2.4构造控水

主要指褶皱和断裂对变质岩裂隙水富集的控制作用。

1) 褶皱控水。背斜及向斜构造的轴部或翼部多形成谷地、盆地、缓(斜)坡及峡谷等地貌，这些地貌部位通常是变质岩裂隙水相对富集地带，尤其是背斜谷地，背斜倾伏端及向斜谷地地下水较富集。

背斜谷地：为变质岩组成的背斜，其轴部纵张节理裂隙较发育，风化作用也较强，背斜谷地或斜坡地带风化带较厚，有利于地下水富集，在其低洼处或断层旁常有泉水出露。

向斜谷地：为变质岩组成的向斜谷地，风化壳较易保存，第4系风化残坡积物一般较厚，利于地下水汇流富集。

2) 断裂控水[6]。按力学性质不同断裂可分为张性断裂、扭性断裂和压性断裂，不同力学性质的断裂对地下水的富集作用不同，在通常情况下，张性、扭张性断裂有利于地下水富集。在黔东南变质岩大片出露区，NEE向及NNE向扭张断裂及与其他断裂交汇部位，地下水易于富集。此外，具有多期活动特点的断裂、张性裂隙也有利于地下水富集。

4变质岩裂隙水基本特征

4.1补给、径流、排泄条件

变质岩裂隙水几乎全靠大气降水补给。大气降水通过第四纪沉积物渗入风化裂隙及构造裂隙中，或直接渗入岩石风化带内。渗入量的大小与降水时间长短，岩石裂隙发育程度，地形、植被等因素成正相关，即降水量大且降水时间长、岩石裂隙发育风化壳厚度大、植被茂盛覆盖率高、地形平缓者，渗入量大；反之，则小。

变质岩裂隙水绝大多数属风化带网状裂隙潜水，其径流方向由地势高处往低处运动，潜水面形状通常与地形起伏相适应，具有山高水高的特点。局部地段的变质岩层中赋存有承压自流水。

排泄条件主要受地貌控制，多分散排泄于地势低洼处、山麓沟谷地带或在断裂带以泉的形式出露地表。地下水运移深度浅，径流途径短，为近源排泄[7]。因此，泉水多呈分散流排泄，点多量小，80% 以上的泉水流量小于0.5 L/s。

4.2动态特征

4.2.1水位动态

变质岩裂隙水的水位动态受水动力条件制约。风化带裂隙潜水，因系近源补给与排泄，水位动态与降水量同步相关，升降迅速，年变幅一般大于10 m；层间裂隙承压水，或受断裂带、硅化带、火成岩体控制，埋藏深度大，运移途径长，对大气降水反映迟缓，水头年变幅一般小于5 m。

4.2.2流量动态

变质岩裂隙水多属近源排泄，泉水流量小，90%以上小于1/s，其动态变化主要受降水量及植被等因素影响。大气降水是影响地下水流量变化的直接因素，当动态变化较大时，泉流量一般变幅达10～20倍，甚至会干枯，属不稳定性。但在植被覆盖率较高的地区，泉流量变化相对较小，变幅一般小10倍，且不易干枯。

断裂带中的上升泉与钻孔承压自流水动态变化相对稳定，变幅2～5倍左右，属稳定型。

4.3水化学特征

4.3.1水化学类型[1]

4.3.2矿化度

变质岩裂隙水矿化度普遍偏低，属低矿化度水。

4.3.3硬度

4.3.4pH值

在浅部风化带中的pH值一般<5，为酸性水；而承压钻孔中的水由于溶解矿物质较多，为中性或弱碱性水，pH值一般<6～8。

5公路等线路工程设计勘探及工程建设需要注意的问题

目前，贵州黔东南州大面积变质岩区处于交通设计快速发展时期，在建及规划的市政公路、一般公路、高速公路及铁路较多。在工程建设中可能存在隧道涌水危害，停车(服务区)及收费站取水、用水，边坡滑坡等大量的工程及水文地质问题。因此在先期的工程设计、勘探中，以及后期的工程建设、管理养护中需要足够重视。

5.1隧道涌水量预测分析

变质岩结构较致密[8]，岩石抗水性比原岩增强，孔隙率较低，透水性弱，岩石内部水力联系差，岩石含水比较均一，地下水交替循环浅，水文地质条件较为简单。在浅部风化带，地下水均匀，其隧道涌水量较小；在深部较破碎及较完整地带，隧道涌水量小或无水。

5.2公路沿线停车(服务区)及收费站取水、用水

变质岩区地下水埋深浅，主要富集于地表风化带，地表水丰富；而深部含水量逐渐变小，钻孔涌水量小，绝大部分钻孔涌水量小于100 m3。故建议采用地表水，作为生活及管理用水。

5.3公路选线、勘察设计应注意的主要问题

变质岩区泉水星罗棋布，分布分散，流量小，具有“山高水高、沟沟有水”的特征。在建或已建成的公路或铁路边坡中，因受地下水的破坏作用，有些挖方边坡地段滑塌范围较远。

因此，线路设计过程中，应作好地质选线及地质勘探工作，尽量避免线路处于高山体下方或强风化层深度大段落出现高边坡。特别要避免路线处于区域性断层沟谷中，两侧形成高边坡，处于此地形及地质条件下的高边坡，在已建成的公路中维持运营的代价极大。

在强风化层深度大的高挖方段，边坡能放缓的则放缓，不能放缓的则需加强锚固措施，且需强调并注重地下水的排、泄水设计及施工。

在高填方地段，因地下水位浅，地表水丰富，填方区沿地表一带为排渗水的主要地带，需作好填方基底的排渗水措施。

5.4工程建设中注意人员饮用水分析

变质岩区水质一般较好，利于饮用，个别地区因含氟量较高或为酸性水而不宜饮用。因此，工程建设中应注意对人员饮水源的分析。

6结束语

本文对贵州省变质岩裂隙发育特征、地下水的富水规律、变质岩裂隙水基本特征进行了分析，并指出变质岩山区独特的水文地质环境与可溶岩山区不同的特点。目前贵州省正处于城镇化及交通建设快速发展时期，如果森林资源、生态平衡遭到破坏，即会出现地下水缺乏与水土流失的严重后果，因此，在城镇及交通规划中，应重视植被保护、居民饮水监测，在充分了解变质岩区裂隙水的基础上，做好工程建设中的工程地质勘探、隧道区涌水量预测、工程边坡及填方的处理及截排水设计。

参 考 文 献

[1]贵州省地矿局.贵州省区域地质志[M].北京：地质出版社，1987.

[2]韩至均，金占省.贵州省水文地质志[M].北京：地震出版社，1996.

[3]舒良树.普通地质学(第三版)[M].北京：地质出版社，2010.

[4]徐永柏.岩石学[M].北京：地质出版社，1985.

[5]王大纯，张人权，史毅虹，等.水文地质学基础[M].北京：地质出版社，1995.

[6]中国地质调查局.水文地质手册(第二版)[M].北京：地质出版社，2012.

[7]杨英杰.对低山丘陵区基岩裂隙水富存部位的分析[J].吉林水利，2015(1)：33-35.

[8]高体玉，易怀兵.基岩裂隙水的类型及其特征分析[J].建筑与发展，2011(1)：25-26.

Rich Water Analysis for Fissure Water in Bed Rock in Metamorphic Rock Terrains in Guizhou Province

WANG Hanxing, ZHENG Peng

Abstract:The metamorphic rock terrains in Guizhou Province exhibit the unique hydrogeological environment. With global climate warming in recent years, drop of the underground water level and drying of surface water in karst region within the province bring great influence on the hydrogeological environment greatly within the area, but slightly influence on the metamorphic rock area. By analyzing the growth features and watery of metamorphic rock cracks and basic features of fissure water in metamorphic rock cracks, this paper understands the unique hydrogeological environment in metamorphic rock area, and the results are helpful for hydrogeological and engineering geological exploration in the area.

Keywords:metamorphic rock; fissure water; construction of line project

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.003

收稿日期：2016-01-08

作者简介：王汉兴(1973-)，男，贵州省安顺市人，大专，工程师。

文章编号：1009-6477(2016)03-0010-05中图分类号：U412.36

文献标识码：B