在我國北方分布有許多中、小型的山間盆地,它們的面積從幾十平方公里到幾千平方公里。例如,河北省的懷來盆地、承德盆地,山西省的大同盆地、忻縣盆地、太原盆地、臨汾盆地、運城盆地、長治盆地可以算是中等的山間盆地山西省太原市的黃寨盆地、大盂盆地,五臺縣的豆村盆地、茹村盆地則可以算是小型的山間盆地。
這些山間盆地多數屬于構造斷陷盆地,盆地中松散覆蓋層的厚度差異很大,一般是200-1500米不等。在地形方面除了個別小型盆地具有完全封閉的地形外,大部屬于半封閉的盆地,也就是說,這些盆地多數都有一條主要的河流流出盆地。這條主要的河流,或是發源于本盆地,或是發源于盆地以外更遠的地方,它堆積形成了盆地中的沖積平諒,所以也把它叫作平涼河流。除平原河流以外,發源于盆地邊緣的,還有一些比較短小的邊山河流。具有代表性的淅陷盆地地貌分帶如圖96所示。
一般說來,斷陷盆地地勢低法,堆積了厚度很大的松散巖晨,地下水的補給和賦存條件都比較優越。在斷陷盆地中,尋找地下水源的主要方向和值得注意的問題有以下幾點:
1.尋找不漏水的基底
位置比較高的小型斷陷盆地,如果基底是透水的石灰巖、白云巖,那么,地下水就有可能埋藏得很深,不適宜開采,因此,在這種小型盆地尋找地下水的時候,首先需要研究基底的構造和巖性。
山西省太原市北部分布有黃寨和大盂兩個小型的斷陷盆地。其中,黃寨盆地由于底部有石炭系頁巖砂巖頂托,地下水水位埋深只有20米左右,標高870-910米,深部河湖相砂卵石層鉆孔單位涌水量0.4--0.7升/秒·米,可以作為中小型供水水源。大孟盆地基底是透水性很強的奧陶系石灰巖,據 D2號孔,深部河湖相砂卵石含水層地下水水位埋深達162.7米,標高825.7米,不適于開采(圖97)。
2.尋找平原河流的沖積扇
河流由基巖山區進入斷陷盆地,地形驟然開闊,大量的砂石沉積下來,形成了一個富水的沖積扇構造。河流繼續在沖積平原上蜿蜒,沉積的物質越來越細,但是,當這條主要的河流經過這個盆地,穿過巖石組成的峽谷,進入第二個斷陷盆地的時候,又會堆積形成另外一個富水的沖積扇。
例如汾河進入太原盆地,在太原市以北形成了一個舌形的沖積扇。沖積扇寬4-6公里,面積65平方公里。其中,上更新統及企新統潛水含水組底飯埋深在50米以內,含水層由中、粗砂及卵礫石組成,厚20--30米,潛水水位埋深在 2米以內,管井單位涌水量4--26升/秒·米;下更新統承壓水含水組底板埋深在110米左右,含水層以卵石及砂礫為主,厚40-60米,承壓水水位高出地面3米左右,管井單位涌水量7-17升/秒·米。(圖98)
汾河流經太原,蜿曲西南,河道平緩,改道頻繁,沉積的顆粒越來越細。根據鉆探資料,在平遙附近,150米深度以內,不更新世以來的沉積物以淤泥質的業砂七和亞粘土頭卡,夾有少量粉細砂薄層。汾河繼續流向西南,進人靈石峽谷,侵蝕作用強烈。至洪洞縣趙城附近,汾河進人臨汾盆地,地形再度開滿,汾河在這里又形成了一個富水的沙積扇。
趙城附近的汾河沖積扇,第四系厚25-110米,含水層以卵礫石為主,富水性很強。其中5號大口徑管井深122.0米,抽水水位降深10.26米,出水量達11600立方米/晝夜(圖99)。
3.尋找河流的古河道
在盆地的沖積平原和傾斜平原分布地區,往往有河流遺留的古河道。這些古河道可以通過地貌、地表巖性、淺井或是物探的方法來確定。古河道地帶有比較厚的砂層,地下水富水性比較高,適合施工深度在30米左右的大鍋錐井.
山西省平遙縣,根據民井和大鍋錐井地層和抽水試驗資料,在傾斜平原范圍內,圈定出明顯的古河道帶。在這些古河道帶上,民井和大鍋錐井的單位涌水量大于3升/秒·米(圖100)。
在盆地的邊緣,高出現代河床數十米至一、二百米的地方,也有可能找到平原河流遺留下來的古河道。這種開闊的古河道覆蓋層比較厚,砂卵石的富水性比較高,常??梢允┕に鳛楣喔人?。
山西省定襄縣上零山附近,有一個寬達2公里的埡口。這個埡口比滹沱河河床高70米左右,是滹沱河更新世遺留下來的古河道,在距分水嶺700米遠的地方,施工兩眼水并,井深30米,砂礫石層厚25米,水位埋深27米,單井出水量1200立方米/晝夜(圖101)。井下砂礫石主要由淺色的石英巖組成,巖石成分與兩側出露的基巖成分不同。
與上述情況相似,在山西省介休縣秦村附近,有一條汾河遺留下來的古河道。鉆探結果,在150--200米深度范圍。
4.尋找河流階地地下水
如果盆地近期發生過比較明顯的升降運動,那么,在盆地中就有可能出現由河流侵蝕和堆積形成的階地構造。河流階地砂卵石層,一般賦存有比較豐富的潛水和承壓水。
山西省黎城盆地東河河谷,長20公里,寬250-600米,一級階地發育。階地高出水面05-15米,表面平坦,全新統砂礫石厚9米左右,民井單位涌水量14--7.7升/秒米(圖102)。
5、尋找邊山河流的洪積扇
邊山河流進人斷陷盆地,堆積了一系列的洪積扇,它們的地面坡度一般是5%-30%地下水坡度一般是3%-10%。與沖積扇比較,洪積扇砂卵石的分選性差一些。從平面上來看,洪積扇大體呈一扇形,地下水等水位線和地形等高線相近似。洪積扇地下水主要靠邊山河流地表水、基巖地下水和洪積扇上降水滲入的補給,它的地下水流向和平原河流流向呈銳角相交。開采洪積扇地下水,適合的取水方式是管非和大口井。
6.尋找平原河流再堆積的砂礫石層
在斷陷盆地寬度不大的地方,平原河流往往沖刷邊出洪積扇的前緣,並把洪積扇砂礫石再一次堆積到下游平原河流的兩岸。這種再堆積的砂卵石層分選性好,富水性很高,適合施工管井、大鍋錐井和大口井。
山西省繁峙縣附近,斷陷盆地不寬,南北兩側邊山洪積扇發育。古家莊生產隊管井,位于趙莊河洪積扇下游津沱河沖積平原的范圍之內(參閱圖103),該并深118米,水位理深6.5米,安裝10時離心水泵,對口抽水,水位降深4.5米,出水量達8000立方米/晝夜。下永興生產隊的大口井和大鍋錐井,位于雙井河洪積扇下游滹沱河沖積平原的范圍之內,大口井直徑12米,深3米,地下水水位埋深15米,抽水水位降深1米,出水量2600立方米1星夜;大鍋錐井深21米,水位埋深6米,出水量1400立方米/月夜。
7.尋找邊山基巖的破碎帶
在斷陷盆地的邊緣,往往有一系列的高角度正斷層,這種邊山基巖的斷層破碎帶,裂隙和巖溶發育,富水性很高,適合布置管井。
如山西省太原市開化溝鉆孔,距石灰巖地表露頭5米,石灰巖埋深35.9米,地下水水位埋深43.10米。擴孔建井以后,抽水水位降深0.62米,出水量達9160立方米/晝夜(圖106)。
8.尋找山前的泉水
在山前傾斜平原分布地帶,如果有泉水出露,尤其是溫變比較高或含有特殊成分的泉水出露,那么,在泉水附近的地下深處往往有一個比較富水的儲水構造,因此山前泉水出露的地段,一般都適合施工管井或大口井。溫度比較高和含有特殊成分的泉水,一般循環的深度比較大並且具有承壓的性質。
山西省臨汾縣東亢泉水流量4升/秒,含有氟、二氧化硅和硫化氫成分,水溫19℃,附近有燕山期火成巖侵入體。鉆探結果,覆蓋層厚69-153米,基底為一隆起,由變質的石英巖和大理巖組成,裂隙發育,寬達5毫米。承壓水水位高出地面2.6米,水溫最高達27℃。施工期間,鉆孔自流水量總和超過4000立方米/晝夜;穩定以后,鉆孔自流水量共2030立方米/晝夜(圖107)。
9.尋找山前的孤山
在山前傾斜平原分布地帶,往往出露一些基巖組成的孤山,在孤山的山腳,常常有一些泉水出露?!肮律匠銮迦边@句民間諺語在一定程度上反映了客觀的規律。孤山一般都是由耐風化的堅硬巖石組成,裂隙和巖溶比較發育,孤山和盆地邊山之間多數具有斷裂構造,透水性比較強,因此孤山往往是地下水的排泄地段,適合施工管井和大口井。
山西省定襄縣無畏莊附近,山前外積平原上出露了一小塊滹沱系白云巖露頭,高出地面只有15米。在這個白云巖露頭上,施工了一眼大口井,深7.09米,地下水水位埋深4.09米,抽水水位降深220米,出水量近15000立方米/昏夜,水溫18℃。根據附近鉆探和電測資料,七郎山自無畏莊向南偏東方向,仲出了一個埋藏的基巖山脊,山脊埋深一般不超過100米,上面所說的那眼大口井即位于埋藏山脊的最高位置。附近鉆孔巖芯破碎,具有巖溶現象,富水性也比較高(圖108)。
10.尋找盆地基底的隆起
斷陷盆地的基底是不嚴坦的,它的隆起部位往往由堅硬的若石組成,並且與火成巖的侵入以及斷裂構造有關??拷吷讲糠?,隆起的基底裂隙和巖溶發育,米自邊山地區的地下水補給條件較好,往往適合施工管井開采地下水。盆地基底隆起的部位,可以通過物探的方法確定。
山西省祁縣附近,經航空磁法測量,確定在常家堡附近有一個異常帶。鉆探結果,覆蓋層厚254米,基巖由砂巖、大理巖、凝灰巖等組成,孔深388米,基巖裂隙巖溶水水頭高出地面8米以上,自流水量4050立方米/晝夜,水溫28℃(圖109)。
11.尋找盆地基底巖溶水或裂隙水
斷陷盆地除了尋找松散巖層和邊山地區基巖中的地下永以外,如果盆地的基底埋藏不深,也可以考慮尋找盆地基底的巖溶水或裂隙水。其中,盆地基底如果是由巖溶發育的石灰巖和白云巖組成,則尋找水源更有希望。
山西省黎城盆地基底由奧陶系石灰巖組成,石灰巖埋深100-300米。其中4號孔于130.5米深處揭露奧陶系石灰巖,巖溶裂隙發育。該孔深329.3米,水位埋深99.58米,抽水水位降深1.16米,出水量202立方米/晝夜,水溫15.5℃(圖110)。