王勝利

（山西省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，030024，太原）

山西省地處華北地區(qū)西部，黃土高原東部，位于華北板塊中部，以呂梁山—太行山中生代板內(nèi)造山帶為主體，表現(xiàn)為東部山地區(qū)，西部高原山地區(qū)和中部盆地區(qū)三大部分的地貌特征。特定的水文氣象、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和在此基礎(chǔ)上形成的地貌等多種因素控制了河流水系的發(fā)育、水文地質(zhì)條件，以及地下水的富集規(guī)律和不同地區(qū)地下水資源量。

山西省屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)，干旱缺水嚴(yán)重制約了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，迫切需要查明該區(qū)地下水資源的分布規(guī)律。

一、影響地下水資源形成及時空分布的主要因素

山西省大氣降水量的多少、河水的水量及地層的入滲條件是控制地下水形成的主要因素。

1.氣象水文

山西省地處中緯度大陸性季風(fēng)區(qū)，水氣主要來源于太平洋。春季干旱多風(fēng)，降雨多集中夏季，冬季降雨少，蒸發(fā)量大，“十年九旱，旱澇交錯”。降雨量自東南向北和西遞減，多年平均降水量：大部分地區(qū)為400～600 mm，局部高山地區(qū)在650 mm以上；6—9月降水量占全年的 70%以上。山西省地下水補(bǔ)給主要來源于大氣降水，在其他條件不變的情況下，地下水的補(bǔ)給量隨降水量的增大而增大。2001—2013年太原市平均降水量為490.3 mm，天然資源補(bǔ)給模數(shù)大于 10 萬 m3/（a·km2）。

山西省位于海河流域的上游和黃河流域的中游，受地理環(huán)境和氣候條件所制約，省內(nèi)河流兼具山地型和夏雨型的雙重特征。全省共有集水面積大于100 km2的河流240多條。除自北向南流經(jīng)山西省西部和南部的黃河以外，集水面積在3 000 km2以上的較大河流有10條，其中黃河流域有6條，分別為三川河、晰水河、汾河、澗水河、沁河及丹河；海河流域有4條，分別是桑干河、滹沱河、清漳河和濁漳河。黃河流域控制省內(nèi)面積97 311.47 km2，海河流域控制省內(nèi)面積59 238.702 km2。

2.地質(zhì)構(gòu)造

山西省地層發(fā)育較完全，除缺失奧陶系上統(tǒng)至石炭系下統(tǒng)，以及白堊系中、下統(tǒng)以外，其余各系地層均有分布。各類巖層出露面積為：變質(zhì)巖和巖漿巖29 721 km2；碳酸鹽巖類38 278 km2， 碎屑巖類61 374 km2，山丘區(qū)合計129 373 km2；盆地平原區(qū)松散巖類27 177 km2，山丘區(qū)和盆地平原區(qū)合計總面積156 550 km2。

山西省總輪廓是一個大致呈南北向的穹狀地塊，統(tǒng)稱山西地臺。山西省的北部和南部分別受陰山和秦嶺東西向構(gòu)造帶所控制，東西部受南北向太行山和呂梁山構(gòu)造帶所控制，中間為北東向新華夏系雁行式排列的斷陷盆地。

二、地下水資源類型及分布特征

山西省地下水資源類型根據(jù)含水層巖類和地下水的富集條件，主要分為三大類。即松散巖類孔隙水資源、碎屑巖類（包括變質(zhì)巖和火成巖）裂隙水資源及碳酸鹽巖類巖溶裂隙水資源。

1.松散巖類孔隙水資源類型及分布特征

松散巖類孔隙水資源類型主要分布于大同、忻定、太原、臨汾、運(yùn)城及長治六大盆地（六大盆地），面積27 177 km2。孔隙淺層水僅分布于盆地中部，50 m以上淺層多為潛水含水層；各大盆地中開采的深層孔隙水主要為承壓水。松散巖類孔隙水富水性及資源量，主要受盆地結(jié)構(gòu)、地貌條件、補(bǔ)給條件和儲存條件所控制。

（1）盆地水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)

六大盆地基底受差異構(gòu)造的影響，基底高差懸殊，構(gòu)造復(fù)雜，加之新生代的盆地區(qū)處于下降時期，使盆地內(nèi)沉積了巨厚的新生界松散沉積物，為地下水的補(bǔ)給、賦存和運(yùn)移創(chuàng)造了先決有利條件。

大同、忻定、太原及臨汾盆地的特點(diǎn)是西陡東緩，盆地西部山區(qū)較陡，洪積扇發(fā)育沉積物厚度大，顆粒粗，以砂礫石和粗砂為主，富水性強(qiáng)，單井涌水量可達(dá)2 000～3 000 m3/d；盆地東部含水層顆粒細(xì)，以細(xì)中砂為主，富水性弱，單井涌水量1 500～500 m3/d。

運(yùn)城盆地與以上盆地相反，因受東部中條山上升較快較高的影響，呈東陡西緩，盆地東部較西部富水。

各盆地中第四系地層厚度和變化較大,一般厚度200～400 m，大同、太原、運(yùn)城盆地第四系地層以下有較厚的新近系湖相地層。

（2）盆地松散孔隙水補(bǔ)徑排條件

盆地區(qū)地下水補(bǔ)給來源主要是大氣降水入滲，山區(qū)向盆地的側(cè)向徑流補(bǔ)給，河渠入滲及井灌回滲等。

盆地地下水的運(yùn)動方向是由盆地四周向中心，從上游流向下游。近期各大盆地松散層孔隙水超采，盆地地下水徑流方式已變?yōu)橛膳璧厮闹芟虺陕┒分行倪\(yùn)移。盆地中松散層孔隙水排泄途徑為人工開采、潛水蒸發(fā)及向下游排泄。

盆地中地下水的富水性主要受地貌條件、含水層厚度、給水度及補(bǔ)給條件所控制。如盆地中一些大洪積扇中上部較富水。如汾河從蘭村出山后形成的洪積沖積扇、文峪河洪積扇、介休龍風(fēng)河洪積扇、臨汾盆地的土門洪積扇、豆羅牧馬河洪積扇、大同盆地西部洪積扇地區(qū)單井出水量5 000～2 000 m3/d。盆地中的中小型水源地如西張、介休、文峪河、豆羅等水源地都位于洪積扇中上部。另外盆地中大河穿過的沿岸地帶也是富水區(qū)。如太原盆地、臨汾盆地的汾河沿岸，運(yùn)城盆地黃河?xùn)|岸含水層顆粒粗、富水性強(qiáng)，易截取河流側(cè)向入滲補(bǔ)給，建立傍河水源地。如河津禹門口、永濟(jì)、浦州黃河傍河及趙城汾河傍河水源地，可開采量達(dá)2～10萬m3/d。

2.裂隙水資源類型及分布特征

山西省裂隙水包括侏羅系、白堊系、三疊系、二疊系、石炭系碎屑巖裂隙水，古生界以前老變質(zhì)巖裂隙水和火成巖裂隙水、玄武巖裂隙水。主要分布于呂梁山以西至黃河邊，寧靜向斜、沁水向斜、太行山區(qū)、中條山區(qū)及大同侏羅系地層向斜及大同盆地北部陽高—天鎮(zhèn)盆地等地區(qū)。

根據(jù)含水層成因?qū)游?、補(bǔ)給條件及水力特征，裂隙水可分為裂隙潛水、單向斜構(gòu)造層間承壓水和斷裂構(gòu)造破碎帶裂隙承壓水。

（1）風(fēng)化裂隙潛水

老變質(zhì)巖、火成巖、玄武巖及中、古生代碎屑砂巖中風(fēng)化裂隙構(gòu)造裂隙發(fā)育，含上層滯水及潛水，一般含水微弱。大氣降水為主要補(bǔ)給來源，以小泉小水形式向當(dāng)?shù)販系着判?。泉水大小與降雨密切相關(guān)，雨季出流，旱季減少或斷流，一般流量小于1 L/s。水化學(xué)類型多為HCO3—Ca·Mg型的淡水，礦化度小于500 mg/L，總硬度小于200 mg/L。

（2）單斜、向斜構(gòu)造層間裂隙承壓水

呂梁山以西至黃河邊石炭系、二疊系、三疊系地層分布區(qū)為由東向西傾斜的單斜構(gòu)造。寧靜向斜、沁水向斜、大同云崗向斜等侏羅系、白堊系、三疊系、二疊系、石炭系泥巖、頁巖地層中夾有中厚層、含礫砂巖中、粗砂厚可達(dá)10～20 m，風(fēng)化裂隙構(gòu)造裂隙發(fā)育，原始孔隙度也很大，在單斜構(gòu)造下部或向斜軸部多形成層間承壓水或自流水，含水層具有多層性和承壓性為其主要特點(diǎn)。富水性受砂巖單層厚度、裂隙發(fā)育程度，構(gòu)造條件和補(bǔ)給條件所控制。尤其水井位于河流沿岸受到河水補(bǔ)給時水量較大。縣、村或單位的飲用水源地的水井含水層均為二、三疊系的厚層砂巖，單井涌水量可達(dá)500～2 000 m3/d，水化學(xué)類型為 HCO3—Ca·Mg·Na 型，礦化度小于500 mg/L，總硬度小于300 mg/L。適宜飲用、農(nóng)灌和工業(yè)用水。不少水井經(jīng)化驗含鍶和HSiO3達(dá)到飲用礦泉水標(biāo)準(zhǔn)。

（3）斷裂構(gòu)造破碎帶裂隙承壓水資源

據(jù)已有資料，出露于二、三疊系中較大泉水和單井出水量較大水井均位于一組或幾組斷裂交匯的斷裂破碎帶分布地區(qū)。

①榆次源渦泉裂隙水資源。榆次源渦五龍泉，20世紀(jì)60年代自流量6 359～4 026 m3/d。含水層為三疊系二馬營砂巖，泉水位于南北向紅育溝地塹下部與帚狀構(gòu)造收斂部位，構(gòu)造裂隙極為發(fā)育，西部以東郝胡家灣斷裂為界，東部以北河流柏林頭斷裂為界，東北部以榆次與壽陽縣界為界。泉域中有南北向的紅育溝地塹，分布面積 400 km2。

源渦水源地1979年開采量最大，已達(dá)3.37萬m3/d。1996年為2.67萬m3/d。由于嚴(yán)重超采和上游西窯礦泉水大量開采（開采量9 298 m3/d）使源渦水源地產(chǎn)水量逐年減少，水位埋深逐年加大，1975年水位埋深為3.03 m，1996年水位埋深下降到66.43 m （年平均下降3.16 m），2012年已下降到88.39 m （1996—2012年年平均下降 1.37 m），下降速度有所減緩。

②沁縣漫水七星泉碎屑巖裂隙水資源。漫水泉位于沁縣漫水以西后泉—漫水溝谷地帶、泉水以東為走向NE的漫水—元王大斷層，斷層以西由三疊系地層組成的大單斜構(gòu)造，地層由西向東傾斜、傾角10～30°，以東為沁縣盆地。西部最高為伏牛山，海拔1 745 m，漫水附近標(biāo)高1 000 m左右。二、三疊紀(jì)地層厚1 000～1 400 m。

20世紀(jì)60年代在后泉—漫水一帶施工11個鉆孔，其中10個孔的自流水頭高出地表2.15～8.4 m，自流量260～3 024 m3/d。后保留7個孔自流故又名七星泉。由于受北東向漫水—元王大斷層影響，區(qū)內(nèi)巖層300 m以上節(jié)理相當(dāng)發(fā)育，尤以走向N20～30°E和N310～330°W兩組節(jié)理特別發(fā)育，節(jié)理幾近直立，砂巖交錯層發(fā)育，砂巖多被切割成方形或菱形塊狀、裂隙寬度1～2 cm。

據(jù)水化學(xué)分析：水化學(xué)類型為重碳酸鈣鎂型，礦化度213～368 mg/L。硬度 119～246 mg/L，pH值 7.25～7.7 m為重碳酸鈣鎂型含鍶、偏硅酸、溴的低鈉優(yōu)質(zhì)礦泉水。近期為解決山區(qū)吃水問題，在二、三疊系地層中鑿鉆吃水井?dāng)?shù)眼，單井深度200～400 m，最大深度可達(dá)700m，單井涌水量400～1000m3/d，最大單井涌水量可達(dá)5 000 m3/d。

3.碳酸鹽巖巖溶發(fā)育特征及含水巖組特征

（1）巖溶含水層發(fā)育特征

山西省內(nèi)下古生界碳酸鹽巖分布廣泛，寒武—奧陶系地層總厚800～1 100 m，出露面積3.827 8萬km2，約占全省面積的20%。裸露、半裸露加覆蓋、埋藏巖溶地層約為11萬km2，約占全省面積的70%左右。寒武系—奧陶系地層巖溶裂隙發(fā)育含豐富的巖溶地下水。據(jù)本次地下水資源評價結(jié)果，山西省巖溶水資源總量為258 352萬m3/a，約占全省地下水資源總量的36%。巖溶水可開采量為193 772萬m3/a，占全省地下水可開采量（535 838萬 m3/a）的 32%。巖溶水是山西省城市飲用水和工業(yè)用水的主要水源。特別是山西省分布有較多的巖溶大泉，流量大于1 m3/s的約18個，流量大于0.1 m3/s的巖溶泉水有65個。巖溶大泉出露點(diǎn)集中，有利于集中開發(fā)利用。

（2）含水巖組特征

該含水巖系具富水程度強(qiáng)且極不均一的特點(diǎn)，總的來看，太行山區(qū)富水性較強(qiáng)，晉西北富水性則較弱；排泄區(qū)富水性強(qiáng)，補(bǔ)給徑流區(qū)富水性較弱。就富水程度而言，大部分為弱。僅在強(qiáng)徑流和排泄區(qū)為中或強(qiáng)，很多徑流區(qū)也為弱。該含水巖系地下水賦存規(guī)律嚴(yán)格受構(gòu)造、地貌及巖性條件的控制，這是導(dǎo)致富水性不均的主要因素。

在裸露巖溶地區(qū)，地下水多屬潛水；覆蓋或埋藏型地區(qū)，儲水構(gòu)造為單斜和向斜層時具承壓巖溶水。

補(bǔ)給徑流區(qū)呈潛水或微承壓水，排泄區(qū)為承壓水。但由于巖溶發(fā)育的不均一性和多層性原因，各層有不同程度的水力聯(lián)系，地下水水位既統(tǒng)一又不統(tǒng)一。一般在補(bǔ)給區(qū)或補(bǔ)給徑流區(qū)，水力聯(lián)系較差，水位不統(tǒng)一，各含水層自新到老，呈現(xiàn)高—低—高的現(xiàn)象，即奧陶系巖溶水上層水位高、下層低。因寒武系饅頭頁巖隔水層抬高，水位往往較高，并且構(gòu)成一個個獨(dú)立的含水巖系。一般奧陶系巖溶水具有區(qū)域水位。若巖溶化程度很強(qiáng)的話，寒武奧陶巖溶水也具有統(tǒng)一水位。

碳酸鹽巖類分布區(qū)，以出露穩(wěn)定型巖溶大泉為特征。含水層富水性的強(qiáng)弱是巖溶發(fā)育程度的集中表現(xiàn)。它反映了含水層富水性垂直方向上的變化，以中奧陶系石灰?guī)r最強(qiáng)，中寒武系鮞狀灰?guī)r次之。在平面分布上，受構(gòu)造地貌的控制，富水性強(qiáng)的地段一般呈條帶狀，且具有各向異性的特點(diǎn)。如上蘭村水源地最大出水點(diǎn)涌水量達(dá)532.8 m3/（h·m），而不遠(yuǎn)的另一井出水量則為 50.4 m3/（h·m），兩者相差10倍。又如保德鐵鋪水源地，S1孔終孔自流量 84.6 m3/（h·m），而相距 30 m的 BS2孔， 自流量僅 24.1 m3/（h·m），兩者相差3.5倍。裂隙巖溶發(fā)育的不均勻性，導(dǎo)致地下水運(yùn)動的不均勻性。

三、結(jié) 論

①根據(jù)山西省地形地貌條件可分為東西山地區(qū)和中間盆地區(qū)。山地區(qū)補(bǔ)給、儲存條件差、排泄條件好，地下水資源貧乏；而中間盆地區(qū)補(bǔ)給、儲存條件好，排泄條件差，地下水資源豐富。

②山西省地下水資源類型主要為三大類：孔隙水、巖溶水和裂隙水。松散巖類孔隙水主要分布于六大盆地，面積27177km2；碳酸鹽巖類巖溶水主要分布于東西兩側(cè)山區(qū)，面積38 278 km2；裂隙水主要分布于東西兩側(cè)山區(qū)，碎屑巖類裂隙水面積61 374 km2；變質(zhì)巖裂隙水面積29 721 km2。

③地下水資源的形成與當(dāng)?shù)氐孛?、地質(zhì)、水文地質(zhì)和水文氣象條件密切相關(guān)，地貌、水文地質(zhì)條件是控制因素，水文氣象條件是必備條件。

④研究地表水流域內(nèi)地表水與地下水相互轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系，有利于合理開發(fā)利用水資源。

⑤研究巖溶大泉泉域內(nèi)、泉口提水和供水井開采巖溶水之間的合理比例和統(tǒng)一調(diào)配問題，有利于科學(xué)合理利用巖溶水。