张富有

(河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院，河南 郑州 450006)

许昌市地下水含水层组划分和同位素对比研究

张富有

(河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院，河南 郑州 450006)

许昌市为全国30个重点缺水城市之一，为查明许昌市地下水水文地质特征，对许昌市地下水类型、含水层组进行划分。将许昌市地下水分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和基岩裂隙水四种基本类型。含水层组划分为浅层含水层(组)、中深层含水层(组)、深层含水层(组)、超深层(热储层)含水层(组)、二叠系碎屑岩含水层(组)、碳酸盐岩岩溶裂隙含水层(组)、层状岩类裂隙含水层(组)等七大含水层(组)。同时，通过对许昌市地层和地下水同位素分析结果进行对比研究，划定许昌市浅层地下水与中深层地下水含水层界线定为埋深60 m，与依据地层划分的界限一致。

许昌市；地下水；水文地质类型；含水层；同位素

许昌市位于河南省中部，是河南省粮食核心区，同时也是全国30个重点缺水城市之一[1]。许昌市地质条件和水文地质条件复杂，地下水资源匮乏，缺水类型为结构型缺水和水质型缺水并存。本文在对1:10万许昌市幅区域开展水文地质调查的基础上，研究了许昌市的地下水水文地质特征，研究区包括许昌市城市规划区全部，许昌县北部，长葛市大部，禹州市、新郑市、尉氏县、襄城县部分，西起无梁、郭连，东到石象，北起官亭，南至许昌市。

1 地下水的赋存条件和分布规律

地下水的形成是由多种因素决定的，岩性、构造、地貌和气候条件是主要因素，其中岩性是基础，地貌和气候条件是背景，构造则起控制作用。在漫长的地质历史时期中，在诸多因素的影响下，为地下水的赋存、运移、富集提供了复杂的自然地理、地质环境。

西北部基岩分布区，由元古代变质岩、侵入岩和古生代碳酸盐岩、碎屑岩组成。遍布着近东西方向褶皱和相伴而生的同向断裂及一组扭裂隙等。沿断裂发育着挤压片理化带、破碎影响带和裂隙密集带，控制着岩溶裂隙水、基岩裂隙水及裂隙孔隙水的形成和分布；山前倾斜平原和东部冲积平缓平原，堆积着巨厚的第四系松散地层和新近系松散至半胶结地层，控制着孔隙水的形成和分布。

在双洎河、颍河及其支流河谷中，阶地、漫滩呈带状发育，砂、砾、卵石广泛分布，地形一般平坦，接受大气降水入渗，赋存着丰富的孔隙潜水。一般情况，颗粒粗、厚度大、分布位置低、地形平坦，结构疏松、地下水赋存条件好。反之就差。

双洎河、清潩河冲积平缓平原，第四系和新近系松散堆积层厚达近千米。砂砾石、中粗砂、中砂、细砂及粉砂等粗粒相组成含水层。上部(60 m以上)易接受大气降水补给，一般在河流主流带、故道处含水丰富，向两侧泛流带，随着颗粒的变细，赋存条件相应变差；下部靠侧向径流补给，赋存条件好坏决定着含水层厚度、颗粒结构等因素，大部为孔隙承压水。

2 地下水类型和含水层组的划分

研究区内地层发育齐全，根据地下水赋存条件、水理性质及水力特征，将本区地下水划分为四种基本类型，分别为：松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水、基岩裂隙水。根据含水介质的岩性组合特征及埋藏深度、地下水的赋存条件及水动力特征，结合本区目前的地下水开采深度，将本区含水层组划分为七大含水层(组)：浅层含水层(组)、中深层含水层(组)、深层含水层(组)、超深层(热储层)含水层(组)、二叠系碎屑岩含水层(组)、碳酸盐岩岩溶裂隙含水层(组)、层状岩类裂隙含水层(组)。

2.1 松散岩类孔隙水

2.1.1 浅层含水层组(埋深60 m以浅)

除西部基岩区外，工作区大部分地区分布浅层含水岩组。含水层上部为粉土、粉质粘土；在西部山前倾斜平原下部为较厚的上更新统中细砂、中更新统卵石层和粉质粘土夹砂砾石、中砂砾、细砂透镜体；在东部为细砂、中细砂和中更新统泥质卵石。浅层含水层基本类型为潜水或微承压水。由于受构造控制，含水岩组底板埋深变化较大，含水岩层的空间分布不均，由剖面(图1)可知，从山前向东部平原底板埋深逐渐增大，含水砂层厚度也逐渐增大，含水层顶板埋深5～50 m，底板埋深50～60 m，含水层一般分布1～3层，总厚度达5～30 m。

图1 东西向水文地质剖面图

2.1.2 中深层含水层组(埋深60～300 m之间)

分布于双洎河、清潩河冲积平缓平原及颍河河谷平原等。中深层含水层组主要由新近系河湖相沉积层及下更新统冲湖积层组成。岩性为新近系细砂、中细砂及粗中砂或砂岩，半胶结状(图2)。中深层含水层基本类型为承压水。其中上部60～150 m层段为一层红色粘土覆盖层，粘土颗粒细，结构密实，埋藏深，面积大，出水水量小，分布不均匀，单独开采较少，多与下部含水层混合开采。下部150～300 m层段发育呈西北—东南向沉积泥质粉细砂、中粗砂、砂砾石，下部含水层厚度30～84 m。

图2 双洎河冲积平原水文地质剖面图

2.1.3 深层含水层组(埋深300～500 m之间)

深层含水层分布于双洎河、清潩河冲积平缓平原。深层含水层组的砂层岩性以新近系细砂和粉细砂为主，部分地段夹有砾石。深层地下水含水层分布比较稳定，含水层顶板埋深150～300 m，底板埋深300～500 m，含水层一般分布4～9层，含水砂层单层厚度为1.5～14.5 m，总厚度达20～40 m。

2.1.4 超深层(热储层)含水层组(埋深500～1 500 m之间)

分布在工作区中东部广大地区，为中低温传导型地热资源，热储呈层状，岩性厚度稳定。热储盖层为巨厚的第四系粘土层和砂层。根据热储层埋藏状况及热储介质，为新近系孔隙热储层。其中新近系中新统馆陶组孔隙热储层底板埋深在许昌西的90-18孔为619 m，向东到接近工作区外围的许热2孔增至1 081 m，热储层呈多层结构，粘性土与砂层互层。热储介质为多层中、细砂及中粗砂，馆陶组底部局部有砾岩。砂层厚度由西往东逐渐增大，西部砂层单层厚度一般小于7.0 m，东部砂层单层厚度多为10 m左右，最大达28.0 m；砂层层数约为6～16层，累计厚度西部10～40 m，东部77～123 m。砂层孔隙度高，亦属中—高孔隙储层。馆陶组内粘性土也呈西薄东厚的特点，但西部粘性土占该热储层总厚90%以上。粘性土层数7～17层，单层厚一般为6～20 m，最大为52.8 m。粘性土的厚度占该热储层总厚的64.1%～90%，平均为75.1%。砂层的厚度在西部占该热储层总厚的10%～18%，在东部约占36%，平均为24.9%。该热储层厚度为99～342 m左右，局部更大。

2.2 碎屑岩类裂隙孔隙水

分布于龙屯、无梁西南一带的剥蚀垄岗区。由二叠系碎屑岩组成。砂岩、砾岩含水层由多层组成，之间为泥岩、砂质泥岩、页岩相隔，相互间水力联系极差。因断裂构造和地表水的侵蚀切割作用，形态上形成单面山，坚硬砂岩、砾岩组成单面山陡坎，地下水补给条件差，造成地下水水量小、压力大、水头高的特点。

2.3 碳酸盐岩类裂隙岩溶水

主要为碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组，分为裸露型和覆盖型。

2.3.1 裸露型

广泛分布于嵩、箕山背斜两翼及嵩山背斜东部倾伏端处，在复向斜褶皱形成的的岗丘上也有出露。分布于无梁镇周边低山丘陵区。岩性主要为寒武系砂岩、砂砾岩质粉砂岩、灰岩、白云质灰岩。这些岩石都不同程度地发育岩溶裂隙。

2.3.2 覆盖型

多分布在山前斜坡前缘和剥蚀岗地，呈条带状。分布于后山连—岗李—岗王一带、灵井—七里店一带和东部五女店一带。岩性主要为寒武、奥陶系灰岩、白云质灰岩。此类岩性岩溶裂隙相对较发育。灵井镇和无梁镇的碳酸盐岩岩溶裂隙水是生活和工业用水的主要开采层，同时也是平禹一矿和泉店煤矿矿坑涌水的主要来源。古生界岩溶裂隙热储层在许昌西部七里店一带顶板埋深约为300～700 m，东部五女店一带埋深约为1 200～1 500 m，厚度约530～1 130 m，上覆地层为新近系和第四系。

图3 氧-18丰度值与井深关系图

2.4 基岩裂隙水

主要为层状岩类裂隙水。分布于禹州无梁北、长葛陉山一带。岩性以元古界(Pt)嵩山群石英岩、石英片岩为主，不易渗水，地下水贫乏，富水性差。地下水主要赋存于风化裂隙之中，形成裂隙潜水。

图4 地下水年龄与井深关系图

3 同位素对比分析

依据“淮河流域(河南段)环境地质调查报告”所做的大量同位素样品分析结果，重氧分布可以划分成两个区域，区域A基本在-7～-8.6之间，且随深度变化，并未呈相应的函数关系递增或者递减。区域B则波动很大，与区域A有明显的差别。如今，在分析地下水中同位素时以新水老水来衡量，新水由于受地表及降雨的影响，重氧丰度值较老水偏高。从图3可以明显看出，在深度60米左右重氧丰度值呈明显的分界，60 m以浅重氧值相近且偏高，说明此范围的水成因时间相近，也就是说此范围的含水层在纵向上是连续的。区域B中重氧的丰度值分散且普遍偏小，说明形成年代较久，且含水层系在纵向上没有太多联系[2]。

图4是14C测年的结果，很明显，60 m以浅和60 m以深水样的年龄出现明显差别。并且60 m以浅水样年龄基本没有差别，形成时期相近或者有混合，可以推断在60 m以浅是在纵向上连续的含水层[2]。

由图3、图4得出：许昌市浅层地下水与中深层地下水的分界线定在60 m左右，与依据地层划分的界线一致。综合地层和同位素分析结果，将浅层和中深层地下水含水层界线定为60 m是合适的。

4 结语

(1)许昌市地下水分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水、基岩裂隙水等四种基本类型。

(2)根据含水介质的岩性组合特征及埋藏深度、地下水的赋存条件及水动力特征，结合本区目前的地下水开采深度，将研究区含水层组划分为浅层含水层(组)、中深层含水层(组)、深层含水层(组)、超深层(热储层)含水层(组)、二叠系碎屑岩含水层(组)、碳酸盐岩岩溶裂隙含水层(组)、层状岩类裂隙含水层(组)等七大含水层(组)。

(3)根据许昌市地层和地下水同位素分析结果一致性对比研究，将许昌市浅层地下水与中深层地下水含水层界线定为埋深60 m。

[1]丁瑞雪，谷彦彬. 许昌市地下水超采引起的问题与对策[J]. 治淮.2015.22(7)：14-15.

[2]左正金，王献坤，王付军，等．淮河流域(河南段)环境地质调查报告[R]．郑州：河南省地质调查院.2007.

Division and isotope correlation study of groundwater aquifer group in Xuchang

ZHANG Fu-you

(Surveying and Mapping Geographic Information Institute of Geology and Mineral Resources Exploration and Development Bureau in Henan, Henan Zhengzhou 450006)

Xuchang is one of the 30 key water shortage cities in China. In order to find out the hydrogeological characteristics of groundwater in Xuchang, the groundwater type and aquifer group of Xuchang are divided. The underground water in Xuchang is divided into four types: loose rock pore water, clastic rock fissure water, carbonate fractured karst water and bedrock fissure water. The aquifer was divided into shallow aquifer (Group), in deep aquifers (Group), deep aquifers (Group), ultra deep (reservoir) aquifer (Group), the Permian clastic aquifer (Group), carbonate karst fractured aquifer (Group), layered rock the aquifer (Group) seven aquifer (group). At the same time, through a comparative study on the stratum of Xuchang and groundwater isotope analysis results, delineation of shallow groundwater in Xuchang city and the deep aquifer boundary as the depth of 60m, and consistent with boundaries based on stratigraphic division.

Xuchang；groundwater；hydrogeological type；aquifer；isotope

2017-03-03

张富有(1982-)，男，河南扶沟人，工程师，主要从事水文地质、环境地质和地质灾害等研究工作。

P641.12

A

1004-1184(2017)04-0040-02