如何利用地质构造寻找地下水源

黄培 卢仁甫

摘要：地下水开发是近年来政府非常重视的一个民生问题，地层岩性是含水层重要基础介质，构造又是影响地下水补给、径流和富集的重要因素。在此，本人通过多年的地质工作经验分别对地层含水性及地质构造控制和影响地下水进行分析研究。

关键词：地下水；含水层；地质构造

前言

寻找和分析地下水资源的方法很多，有地质的、物探的、钻探的等等。其中，物探是最先行方法，与地质方法相互呼应，相互确认；钻探是压轴方法，是对地质方法和物探方法的最终解译；地质则贯穿于寻找和分析地下水资源的全过程。如何在地质条件允许的情况下找到各种地下水资源，这关系到地质工作者们的职责。现就我在实践中利用地质构造影响因素寻找各含水层富水情况及有关地质构造控制因素，并对之进行分析，以便发现和寻找地下水源。

1.地质构造影响因素

地层岩性是地下水赋存的基础，地质构造的复杂性又是地下水和地表水乃至大气降水富集、滞留、流向的内在因素。地质构造是地球的岩石圈在漫长的岁月中衍化的结果，有其复杂性和多样性，主要表现在地层和构造两个方面。

1.1地层因素

根据岩石的成因分类，可将岩石地层分为三大类，既火成岩地层、沉积岩地层和变质岩地层。

（1）火成岩主要是火山喷发冷凝固结所形成的岩石，可分为喷出岩和侵入岩。喷出岩是岩浆喷出地表后迅速冷凝固结的，由于地表条件复杂，使喷出岩具有不相同的地质特征。具有隐晶质结构、致密块状构造的粗面岩、安山岩、玄武岩等。当这类岩石具有明显的流纹、气孔构造或含有原生节理时，孔隙度增加，抗水性降低。部分为火山灰或火山蛋，易风化，可形成火山碎屑岩，可含水。侵入岩是侵入地下围岩中的熔岩流，又可分为浅成侵入岩、深成侵入岩。矿物结晶良好，颗粒之间连接牢固，多呈块状构造，致密坚硬，因此，侵入岩孔隙率低、抗水性强，透水性弱，一般不含水。

（2）沉积岩地层以沉积成因固结而成的岩石，具有层理构造，可分为碎屑岩、黏土岩和化学及生物化学岩三大类。碎屑岩是碎屑颗粒被胶结构胶结在一起而形成的岩石，其含水性质主要取决于胶结物颗粒大小、胶结方式，造成孔隙度、致密性等差异，其岩石含水性差异也大。从胶结物成分看，按砾岩、粗砂岩、细砂岩、粉砂岩的顺序，颗粒依次变小，孔隙度依次降低。從胶结方式看，基底胶结的岩石胶结紧密，孔隙度小，含水性弱；孔隙胶结岩石与碎屑颗粒成分、形状及胶结物成分有关，含水性变化很大；接触式胶结岩石的孔隙度大，透水性强，含水性强。黏土岩抗水性差、亲水性强，黏土岩孔隙细小所含的是结合水，这种水在自然条件下要自由渗出非常困难。化学及生物化学岩主要为石灰岩、泥灰岩、白云岩及硅藻土、岩盐、石膏、煤炭、石油等；其中石灰岩、白云岩致密与泥灰岩都能溶解于水，易产生风化裂隙，透水性强，含水性强。

（3）变质岩地层由母岩风化残留或变质作用而成的各种不同变质程度的次生岩石，具有片状构造、片麻状构造、千枚状构造、板状构造及块状构造，透水性差，含水性差。其含水性能因裂隙多少各不相同。

1.2构造因素

构造是由于构造运动而形成的各种褶曲、断裂构造。

（1）岩层受水平力挤压后，形成波状起伏的构造，一个波状的弯曲就是褶曲，一系列褶曲连在一起就是褶皱。主要形成背斜及向斜两种基本形式。背斜即岩层向上凸起的弯曲，其裂隙向顶部散开；向斜即岩层向下凹陷的弯曲，其裂隙向下部散开。

（2）岩层受地引力作用下，破坏了它的完整性，发生破裂或沿破裂面错动称为断裂构造，分为劈理、裂隙（节理）与断层。裂隙是岩石中的裂缝，没有或有微小位移，它是地下水的通道，水沿裂隙渗入，岩石为可溶性石灰岩、石膏等时，水沿裂隙流动，能发展成溶洞。裂隙如被黏性土等物质充填后，透水性降低。岩石断裂后发生显著相对位移叫断层；分为正断层、逆断层和平移断层；可形成深谷、溪涧、湖泊或成排的泉水出露。劈理是岩石塑性变形时，岩石内部各点之间发生相对滑动，产生一系列滑动面，即为劈理，一般不含水和不导水，但受到后期改造后，可以发展成开裂隙。

2.寻找地下水源分析

岩石空隙是地下水贮存的主要介质。岩石的空隙包括孔隙、裂隙和溶隙。存在于岩石和土的空隙中的各种形态的水，称为地下水，亦称渗入水。对于每个特定区域地层，它有自己的地层特征，根据地层特征分析是否含水，是强含水层还是弱含水层。要找地下水首先要找含水性较好的岩层，它下部还必须要有不透水层或弱透水层作为相对隔水层，才能形成一个完整的储水构造，才能储存地下水。

2.1根据岩石地层分析地下水源

（1）在三大岩石类型中，沉积岩含水性比火成岩和变质岩都好。其中火成岩中的碎屑岩、凝灰岩，玄武岩含气孔状构造或柱状节理，含水性较好。其他火成岩和变质岩致密，透水性差，含水性差，火成岩地层和变质岩地层可作为相对隔水层，其含水性能因裂隙多少各不相同。泥岩及粉砂岩空隙细小，所含的是结合水，这种水在自然条件重力作用下要自由渗出非常困难，其透水性差含水性差，可作为储水构造的相对隔水层。（2）岩石胶结致密的地层含水性、富水性相对较差。如基底胶结含水性差，孔隙胶结含水性较强，接触胶结含水性最强。（3）岩层含水性的强弱决定于岩石颗粒表面吸附水的能力，主要与岩石颗粒大小有关，颗粒越小的岩石，吸附滞留的水越多，故含水性越大，反之亦然。（4）岩石中岩石的透水性决定于空隙的大小、数量和连通程度。岩石按其透水性分为透水的、半透水的和不透水的三类。透水的岩石包括砂岩、砾岩和溶隙发育的岩石；半透水的岩石包括粉砂岩、裂隙或溶隙发育较差的岩石；不透水的岩石包括黏土、黏土岩、页岩等致密的岩石等。透水的岩石构成透水层；不透水的岩石构成相对隔水层。（5）一般来说，石灰岩、白云岩地层裂隙和溶洞比较发育，尤其是质纯层厚的石灰岩，往往是很好的含水层富水性强，如岩溶地区的漏斗、洼地、落水洞等都是发现地下水的典型地貌特征。（6）在岩石组合中，利用岩石裂隙不均匀性，分散中找集中。例如在岩脉附近，由于岩脉的入侵，使其周围的岩石破碎，产生较密集的裂隙而储存地下水。在可溶岩和非可溶岩或弱可溶岩的接触带，如补给条件有利，常富集丰富的地下水等；但值得注意的是，含水的石灰岩岩层中并不是到处都有水，例如在石灰岩中打井，只有打到含水的溶洞和裂隙才有水，否则很可能是干孔。

2.2根据构造分析地下水

（1）根据褶曲分析地下水。①在褶曲地区找水，高处之中找低处，即“背斜找谷、向斜找轴”的经验，就是根据褶曲裂隙发育规律总结出来的。因为背斜弧顶向上部散开发育放射状横张裂隙的岩层破碎，这里的岩层被裂隙切割成七零八落的小块体，成为透水性很强的裂隙发育带，容易被剥蚀成谷地，地形上也有利于汇集地下水。而向斜轴部发生塑型流变或扭裂方式产生构造变形，张裂隙发育，从地质构造上来说，向斜有利于汇集地下水，所以其轴部有可能成为地下水富集带。②“四周环山掌心地，打井找水最适宜”。在几面环山的山间盆地，山坡坡向集中，地表水易向掌心地汇流。如果四周山上的岩层也都倾向盆地中心时，则地下水更容易向掌心地汇集，因而在掌心地带地下水埋藏浅，且水量丰富。因此盆地构造易于地下水补给汇聚。③倾伏背斜的急倾末端，张裂隙一般也比较发育，常常形成裂隙含水带。

（2）根据断裂分析地下水。断层破碎带常是储水的空间和导水的通路，在找水工作中应当特别注意首先寻找这种张性裂隙发育带。①正断层多是张性断层，一般由构造角砾岩及一系列张节理和少数扭节理构成，构造角砾岩结构疏松，空隙率大，导水性和含水性强。由于断裂带两侧裂隙发育，因此，张性断层常是断层两侧含水层的良好通道，大部分易于导水；逆断层和逆掩断层多为压性断层，断裂带岩石破碎程度剧烈，裂隙多呈闭合状态，分布有不透水或透水性极低的糜棱岩、断层泥及胶结紧密的构造角砾岩和压片岩等，因此，压性断层的导水能力和含水性较低，常是阻水断层；但如果张性、张扭性断层构造岩的孔隙被后期物质充填胶结，其透水性和含水性也会变得很小。②主干断层与分支断层汇合处的部位或几条断层交叉部位，裂隙最发育，常形成断层富水带。③大断层两端尖灭带岩石裂隙发育，常成为断层富水带。④活断层（包括新生断层和老断层复活）的破碎带裂隙尚未充填胶结，一般有较大的透水性和含水性。

结论

综上所述，根据岩石结构特征等确定地层岩石的含水性和透水性可以寻找地下水源；通过构造类型分析裂隙或断裂带的性质等，尤以胶结松散断层带和正断层，最好寻找地下水源。