侯龙君，李法军

(西北有色勘测工程有限责任公司，陕西 西安 710038)

黄陵县地处陕北黄土高塬中南部，全县东西长85 km，南北宽53 km，总面积2 292 km2，总人口约13万人，由于自然环境比较恶劣，造成黄土高塬区普遍缺水，水资源的缺乏已经严重制约了当地社会经济的发展，人民群众生活水平得不到有效提高，亟待解决当地人畜饮水问题及水资源缺乏对社会经济发展的制约。如何在黄土塬区开采地下水，从根本上解决人畜饮水的困难局面意义重大。

1 研究区概况

1.1 地形地貌

黄陵县位于陕北黄土高塬中南部。地貌类型为黄土地貌、河谷地貌及山地地貌，地势西北高东南低，略呈倾斜，最高点海拔1 762.2 m，最低点海拔740 m，东西高差1 022.2 m。其中黄土沟谷、梁峁区地形切割较深，黄土塬区地形较平坦，西部山地区地形起伏较大。

1.2 气象及水文

黄陵县属中温带大陆性气候，总的气候特点是：四季分明，光照充足，气候温和，雨量偏少。黄陵县年平均气温9.4℃，年极端最高气温39.4℃，极端最低气温零下21.4℃ ，最热月7月平均气温21.7℃，最冷月元月平均气温零下4.5℃；年平均降水量596.3 mm，最多年降水量1 037.2 mm，最少年降水量306.0 mm，5-10月的降水量占全年降水量的84%，7、8两个月的降水量占全年降水量的42%，暴雨出现在5-9月份；年平均风速3 m/s，盛行风向为西北和东南风；年平均日照时数2 528.4 h，最多年日照时数2 688 h，最少年日照时数1 791 h；年平均无霜期172 d。

黄陵境内地表径流属北洛河水系，全县河网密度差异明显。系半干旱、半湿润气候的水文地质区。悬移质年输沙量模数东部塬面沟壑大、西部林区小，平均含沙量每立方米大于10 kg，是全国水土流失重点地区之一。黄陵县主要河流有沮河、葫芦河、淤泥河及与洛川县为自然分界的北洛河。

1.3 地层岩性

县区内广布中生界和新生界。中生界有三叠系、侏罗系、白垩系陆相碎屑岩；新生界有新近系和第四系，新近系主要为红粘土岩，第四系主要为风积黄土和河流冲积的松散堆积物，其不同程度的覆盖在基岩顶面上。

1.4 地质构造

黄陵县地处鄂尔多斯台拗南部子午岭次级向斜以东，地质构造活动微弱，形迹少而简单，无大的褶皱与断裂发生。岩层产状平缓，总体为一微倾西北，倾角1°～4°的单斜构造，仅局部有两处走向北西的小背斜褶皱，构造节理及风化裂隙较为发育。自第四纪以来，地台上升幅度远大于沉降幅度，青壮年期的冲沟非常发育，地形破坏强烈，对本区城乡建设及地质灾害的发生具有极大影响。区内无5级以上地震发生，地震基本烈度为Ⅵ度。

2 区域水文地质条件

区内主要分布有第四系松散岩类孔隙水及中生界碎屑岩类孔隙裂隙水，大气降水为主要的补给来源。其中松散岩类孔隙水可进一步划分为第四系冲积砂砾石层孔隙水和第四系黄土孔隙裂隙水；碎屑岩类孔隙裂隙水可进一步划分为白垩系孔隙裂隙水、侏罗系裂隙水和三叠系裂隙水。各含水岩组的富水性和水质在空间分布有很大差异。

2.1 第四系全新统冲积砂砾石层孔隙水

主要分布于沮河及其支流的河谷阶地和漫滩中，含水层由粉、细砂夹砾石及粉土组成。潜水沿河谷呈带状分布，地下水的赋存条件主要取决于阶地、漫滩的结构类型、河流下切的深度以及含水介质的岩性、厚度等。店头以西的沮河上游地下水单井涌水量一般在500 m3/d，水质较好，一般溶解性总固体小于0.5 g/L；沮河中游店头镇一带，单井涌水量一般大于300 m3/d，水质为溶解性总固体<2 g/L的淡水和微咸水。沮河下游地下水单井涌水量一般大于200 m3/d，水质为溶解性总固体小于2 g/L的淡水和微成水。

2.2 中下更新统黄土孔隙裂隙水

黄土水主要分布于黄土塬区，至于残塬和梁峁区，呈局部和零星分布，其水量较小，仅够人畜用。塬区主要含水层为中下更新统黄土，由多层砂质含量较高的黄土夹数层古土壤与钙质结核构成。黄土发育垂直节理且多大孔隙，故兼有孔隙与裂隙双重介质的特征。

黄土孔隙裂隙水的形成条件及分布规律取决于地貌和岩性结构。黄土水主要赋存于中下更新统黄土的孔隙裂隙中，巨厚的黄土覆于新近系或三叠系之上。周边沟谷深达150～200 m，塬面开阔而平坦，下伏有相对的隔水底板，利于降水入渗与储存，形成较稳定的黄土含水层。塬中心部位含水层厚度大，水位埋深浅，水量相对较富易开发。个别塬块由于底部缺少隔水层，不利于地下水储存，黄土透水而不含水。黄土梁峁区由于水系发育，沟谷深切到基岩中，地形破碎，含水层不连续，一般只在隔水层(新近系泥岩)存在时才零星微弱含水。黄土梁岗由于地势低平，冲沟不发育，切割程度不甚严重，黄土含水层连续，局部低洼处水量较丰。

2.3 白垩系基岩裂隙水

主要分布在黄陵县的西部广大地区，主要分为洛河组和环河组潜水—承压水含水岩组。

2.3.1 潜水

白垩系风化裂隙潜水主要分布于沮河河谷及两侧支沟中，白垩系上部普遍发育风化裂隙，除裸露区外，其上多覆有第四系松散层，当两者间缺少隔水层时与上覆松散层构成统一潜水含水层。含水层岩性为砂岩与泥岩。砂岩结构较疏松，砂岩与泥岩风化裂隙发育，多与河谷冲积砂砾石层潜水沟通，呈带状分布。由于裂隙发育与分布的不均匀，白垩系碎屑岩在沟谷中的潜水含水层厚度、富水性等差异很大，风化裂隙带一般厚20～60 m，水质良好，多为淡水。

2.3.2 承压水

白垩系志丹群地下水储存于厚层砂岩的孔隙裂隙介质中，空间容量较大，下部普遍分布侏罗系安定组，其透水性微弱；构成白垩系底部相对稳定的隔水底板，形成良好的储水条件。与地层岩组一致，将其划分为三个含水岩组。区内出露洛河组、环河组，缺失罗汉洞组。含水层以砂岩为主与泥岩互层，在空间分布虽呈层状，但相变较大，结构复杂，各岩组之间无统一而稳定的隔水层，致使潜水与承压水水力联系密切，存在互补关系。

2.3.3 侏罗系基岩裂隙水

主要分布于店头以东的黄土丘陵区，仅出露于沟谷中上游，被第四系黄土覆盖。岩性以砂岩、泥岩、砂泥岩互层为主。厚度20～90 m，透水性差，成为区域性隔水层。但其风化裂隙带与上覆黄土构成统一的孔隙裂隙含水层，接受降水的渗入补给，向沟谷方向径流以泉的形式泄出。一般流量较小(小于0.1 L/s)，水质较好。

2.3.4 三叠系基岩裂隙水

分布于双龙镇至店头之间，以中统直罗组砂岩为主要含水层。直罗组砂岩以中、细砂岩为主，钙质与泥质胶结，致密，较坚硬。透水性较差，因此地下水主要赋存于风化裂隙中。沿沮河河谷一带基岩裸露，含水层厚度一般为40～60 m，水位埋深一般小于20 m，其富水性较贫乏，单井涌水量小于100 m3/d，水质南、北好，中部差。

黄土塬区第四系松散岩类潜水，水量相对丰富，水质好，但分布面积较局限，储量有限。黄土层潜水除在黄土塬区分布外，广大梁峁区的含水层多被沟谷切割，基本不含水。基岩潜水水文地质条件复杂，富水性及水质相差悬殊，在条件具备的情况下，可形成相对的富水岩层和富水地段。

3 黄土塬缺水问题分析

3.1 地下水补给

主要接受大气降水补给，降水(入渗)量的多少直接决定了黄土塬地下水的富水性。黄陵县多年平均降雨量为596.3 mm，与同纬度的沿海城市相比，降雨量偏小。受大陆季风气候影响，降雨量年内分布不均，主要集中在7-9月份，占全年的50%～80%，且具有强度大，降水面积小的特点。黄土虽有较好的入渗条件，但因降水量较为集中，大部分雨水还没有来得及下渗就沿着沟谷形成径流排泄，真正能补给地下水的仅是其中的少部分。这种降水特点决定了地下水补给来源不足，也是造成黄土塬区地下水资源匮乏的根本原因。

3.2 黄土塬地形地貌

黄陵县黄土塬主要分布于黄陵县东部，属洛川塬的一部分。黄土塬被沮河河谷划分南北二塬，受侵蚀作用，黄土塬已失去塬来宽阔平坦之面貌，被沟谷分隔的多条塬块，形成黄土残塬、黄土梁、黄土卯等地貌。这种地貌峰谷相连，沟谷坡陡，平川和缓坡面积较小，不利于大气降水的入渗补给。梁峁区的沟谷大多深切黄土，深入基岩风化带，使得黄土和基岩风化裂隙的地下水直接沿切割面以泉的形式排泄，深入深部的地下水极少，故梁峁区的黄土及下伏基岩含水层几乎不含水或水量贫乏。使得黄土塬区不能形成连续稳定的地下含水层，这也是造成黄土塬地下水贫乏的主要原因。

3.3 地层岩性和地质构造

黄陵县黄土塬下伏地层主要为三叠系砂岩泥岩，根据以往钻探资料显示，三叠系砂岩含量较高，一般在70%左右，岩石裂隙不发育，加之区域二、三级构造不发育，大面积基岩分布区很少有规模较大的断裂、褶皱等地质构造，造成风化裂隙发育深度、强度和密度都十分有限。这种岩性结构和构造极大限制了地下水的储存和运移，这也是造成黄土塬区基岩地下水匮乏的重要原因。

综上分析，气象、地貌、地层岩性和地质构造等因素都是造成黄土塬缺水的重要原因，此外黄陵县煤炭资源较丰富，大量的煤矿开采形成的采空区也在破坏地下水环境。

4 黄土塬区找水方法

以上所说的黄土塬区缺水是指一般规律，由于含水岩层的地质及水文地质特征在空间分布的差异性，大量实践工作证明，只要深入细致的开展工作，做好水文地质调查研究，在黄土塬区及基岩风化带中找到水量相对丰富、水质优良的地下水是可行的。

4.1 黄土水找水途径

黄土塬由于沟谷发育并深切，将其分割成大小不等的塬块，黄土含水层富水性的变化受到一系列因素的控制和影响。在横向上受制于地形切割程度所决定的黄土塬面的宽度，黄土塬面越宽，降水渗入量越大，富水性亦越强。黄土含水层的厚度是控制其富水性的又一重要因素，一般下部有隔水底板，塬面愈大，含水层厚度越大，水位埋深越浅，单井涌水量就大。塬区潜水位的另一特点是由塬中心向周边地下水埋深增大。区内黄土塬水位埋深80～130 m，含水层厚度40～60 m，单井涌水量50～200 m3/d，水质好，溶解性总固体一般<1 g/L，水化学类型多为HCO3-Na·Ca、HCO3-Ca·Na·Mg。

4.2 基岩风化带裂隙水找水途径

裂隙是基岩风化带含水岩层中地下水储存和运移的空间，在相同构造应力和风化强度条件下，岩性是控制裂隙、孔隙发育的重要因素。深入分析含水层岩性特征成为黄土塬寻找基岩风化裂隙、孔隙潜水的关键。

4.3 综合水文物探方法在找水中的应用

地下水勘查中我们主要采用α卡法和激发极化测深法两种物探工作手段。

α卡法是一种通过测量氡及其衰变子体产生的α粒子数量来寻找地下水及解决地质问题的一类放射性方法。当地质构造及岩石破碎发育时，深层的氡气沿构造薄弱带发生了渗滤，聚集在裂隙顶端黄土覆盖层之中，将这些复杂的传导离子信息接收过来，并通过接收机显示在仪器终端，用来评价找水信息和有关地质问题。可以先利用放射性α卡扫面，寻找可能存在的地下风化裂隙带，初步查明工作区内的区域地质构造展布特征以及次级断裂、基岩破碎带分布范围和走向。

激电测深是根据岩性导电性的不同所产生的地球物理场强，用来研究地下地层的变化情况和查证有关地质构造及含水地层等问题。显而易见，电测深的畸形变化测深曲线就是电性在地质断面上的垂向纵反映，用来研究岩性变化的重要参数。它之所以能有较好的勘查效果，主要是具备岩性的电性差异。如：黄土与完整基岩的电性值成数量级的差异，破碎带的岩性与完整的基岩差异明显，含水蓄水层与干燥层的差异等。

4.4 水井施工工艺的选择

根据实地调查，黄陵县黄土塬区的有机井大多修建于上世纪70年代，井径多为Φ450 mm，下入Φ219 mm铸铁管或水泥管，井深一般在150 m左右，均未穿透黄土层。原有的水井井径较小，井深较浅均影响水井的涌水量，因此，我们采用加大供水井井径，加深供水井深度的方法，首先，第四系松散层井径为Φ550～Φ600 mm，下入Φ377 mm钢管，基岩段裸孔，孔径为Φ311 mm，加大孔径通过增加过水断面的面积来增大涌水量，井深应进入基岩风化裂隙带，除了采取黄土水外，还要采取一定的基岩裂隙水，即混合开采两层水，从而也达到了增加涌水量的目的。

5 工程实例

2010-2013年期间，我公司在陕西省地质勘查基金项目工作中综合应用了地质地貌调查、水文地质调查、综合水文地质物探等多种方法，并在隆坊、侯庄实施了3眼探采结合示范井，井径为Φ550 mm，井深均在200 m左右，主要采取第四系黄土水及三叠系基岩风化裂隙水，通过抽水试验，3眼供水井涌水量在150～240 m3/d，明显高于周边塬有供水井的水量，一定程度上缓解了黄土塬区的用水困难，解决了区域人畜用水困难的问题，也为黄土塬区地下水开发利用提供了技术依据。

6 结语

通过分析陕北黄陵县地形地貌、地质岩性、地质构造和水文地质条件，可以得出黄陵县西部白垩系地下水富水性好，东部黄土塬区地下水较贫乏，针对较缺水的东部黄土塬区，通过对黄土塬地形地貌、岩性构造、降水量、水文地质条件等研究分析，并采用多种水文物探方法和优化的施工工艺，同时，结合工程实践，证明在陕北黄土塬区第四系松散层和下伏基岩裂隙风化带中可以寻找到富水性较好的地下水资源，能够解决区域人畜用水困难的问题。