高原多年冻土地区区域水文地质普查规程.doc

国家计划委员会地质局高原多年冻土地区区域水文地质普查规程（试行）只限国内发行地 质 出 版 社本规程是委托青海省地质局负责起草的，经过一九七四年九月在河南新乡召开的全国水文地质普查规范会议上讨论修订后，从一九七五年起在全国各省、市、自治区地质局及国家计委地质局直属队范围内试行。本规程对一般高山岛状冻土区和高纬度带的常年冻土区亦可作为参考。目前还缺乏高原冻土区的工作经验，请各单位在试行过程中，通过生产实践，不断总结经验，提出修改和补充意见，使之日趋完善。国家地质总局国家地质总局高原多年冻土地区区域水文地质普查规程（试 行）（只限国内发行）*地质总局书刊编辑室编辑地质出版社出版地质印刷厂印刷新华书店北京发行所发行各地新华书店经售*1975年10月北京第一版1975年10月北京第一次印刷印数118，000册定价0.07元统一书号：15038新136一、一般工作要求 1、多年冻土地区水文地质及工程地质普查工作的主要任务为： (1) 研究多年冻土的分布规律、特征及其成因； (2) 初步查明多年冻土地区各含水层的岩性、厚度、水位、水质、水量、埋藏条件和分布范围及各含水层之间的水力联系等； (3) 初步查明地下水在多年冻土发育条件下的补给、径流、排泄条件及其动态变化规律； (4) 研究河、湖融区及构造融区的形成和分布及融区内的水文地质条件； (5) 调查矿泉和热矿泉的成因及分布，并初步确定其使用价值和开发利用前景及矿泉和热矿泉对多年冻土的影响； (6) 对测区内水文地质条件简单、供水有利的地段，应为工业供水、牧业供水等做出初步评价； (7) 调查多年冻土区的区域工程地质条件； (8) 结合测区内重点工程建设进行工程地质测绘，搜集必要的资料。 2、地貌测绘，要求对地貌形态和不同成因类型的微地貌进行详细描述，尤其对冰川地貌，冰缘地貌应进行重点调查。 (1) 对冰蚀地貌，如：粒雪盆、冰斗、角峰、鰭脊、槽谷、悬谷、盘谷、冰坎等要描述其分布特征、海拔高度、形态规模、发育程度，并鉴别其相对新老；对冰磧地形，如：终磕垄、鼓丘、蛇形丘、冰砾阜、冰水扇等，要描述其分布地区形态特征、组成物质和相互关系； (2) 对于现代冰川，应调查其分布地区、冰川类型及其发育程度等l、 (3) 对多年冻土地区特有的冰缘地貌，如：寒冻石流、融冻滑坍、热融沉陷、疙瘩状地形、冻胀丘、冻胀裂缝、沼化湿地、冻土沼泽、湖塘、冰锥、冰丘、爆炸性充水鼓丘等，要详细描述其分布的地质地貌条件，形成原因、特征及其活动规律等。 3、第四纪地质调查，应弄清各类沉积物分布、成因类型、相对新老及岩性岩相变化规律。在地层出露比较好的地区，要实测第四纪地质剖面。对于粗颗粒岩石地层应描述：颜色，颗粒组份、矿物成份、分选性、粘粉土含量、磨圆度、胶结程度、砾石的排列方向、风化程度、表面特征及夹层的分布情况等；对细颗粒地层，要详细描述其颜色、岩性、矿物成份、层理结构、层面特征、夹层透镜体的分布情况、成岩程度等，并要注意采集化石，若无化石则应系统地采集孢粉样品。 4、沉积岩地区应查明含水层的岩石性质、分布范围、厚度、产状、裂隙发育程度及其富水性等。注意研究红层中盐类矿物的含量、分布和在汇水面积中所占比例以便评价其对水质的影响。 5在火成岩分布地区，应调查火成岩的产状与分布范围、岩石的构造和矿物成份，火成岩侵入和喷发的时代以及各岩体间的相互关系。 在变质岩地区须鉴别岩石种类，确定变质因素，研究劈理、片理、带状构造及小型褶皱与断裂现象。 应调查各类岩石的风化程度、风化厚度、风化带的分布规律及风化产物的渗透性。 6查明构造破碎带的性质、产状、分布及充水条件以及稻皱形态、类型、破碎程皮。组成褶皱的地层岩性、裂隙发育程度，并对节理、裂隙比较发育的地层，进行一定数量的裂隙统计。调查新构造运动的性质、类型、强度与冰川冻土的关系。 7在多年冻土区的勘探地质编录工作中，除了详细描述岩性外，还要详细描述土壤中的含冰量和冻土构造(参阅附录2中的表1、表2)，进行冻土构造的划分和进行含冰量的划分(参阅附录5中的表2)。 8应查明不同地质、地貌单元的多年冻土的上限、下限和多年冻土的厚度，并有适当数量的地温孔，观测多年冻土的温度及其变化规律。 多年冻土区的许多物理地质现象有明显的季节性。因此，水文地质及工程地质调查最好在二、三、四月份做冰椎、冰丘调查；八、九、十月份做冻土上限深度的勘测工作二、水文地质测绘 9、野外测绘中，以穿越路线为主，追索路线为辅。在地质和水文地质的重点地段，可适当地加密路线。在穿越路线观察的基础上，对重要的地质现象要进行追索。在地质、水文地质条件简单地区路线间距可适当放宽。在通行条件困难地区，应在加强航空照片解释的基础上，适当放宽路线间距。观察点的布置，以能控制地质界线、地质体和不漏掉水点为原则。观察路线和观察点的密度，要服从调查效果；观察内容的描述要服从观察日的，避免机械地套用。路线调查要进行认真、细致、全面、连续地观察记录。凡重要的地质、地貌界线和水点均应有一定的点线控制，对有意义的地质地貌现象要做重点记录、素描或拍照。在条件比较复杂或具有典型代表意义的地段，要做路线地质剖面。 l0、对常年积雪的山区，应测绘积雪范围、雪线高度、积雪和融雪量及现代冰川分市范围、标高、数量以及概略计算冰雪融化后对地下水的补给量。并应重视调查地表径流量及地表水与地下水的转化关系。 11、在多年冻土地区，对河流和湖泊的调查，要注意： (1) 对于多年冻土地区的河流，不仅要调查其水质、流量，还应查清其畅流期和封冻期，冬季是否冻透，冬季河床内是否有冰锥发育，冰锥的发育地段和冰锥的迁移性。要实测河谷剖面，弄清河床组成物质和阶地的发育情况； (2) 对于湖泊，应调查其成因、分布大小、水深、水质、封冻期及冬季冻结深度。测制剖面，确定湖岸阶地的发育程度、湖积物的分布范围等； (3) 对于小型积水洼地，应查明洼地的成因、分布规律、集水面积、积水深度、积水封冻期；积水与冻结层上水的关系、积水对多年冻土的影响等。 12、 对多年冻土地区的河流融区、湖泊融区、构造融区的调查工作： 河流融区：要调查河流融区的形成原因、发育特点、分布范围及融区内含水层埋藏条件水质、水量、地下水与河水的水力联系等。 湖泊融区：要调查湖泊融区的形成原因、发育特点、分布范围及融区内地下水的埋藏条件、水质、水量、地下水与湖水的水力联系等。 构造融区：多分布在构造复合部位。要调查地质构造的性质、破碎带宽度、长度及构造融区分布范围、发育特点、融区内地下水的水质、水量、水温与冻结层下水、冻结层下水及冻结层问水的水力联系和对多年冻土的影响。构造融区是多年冻土地区的供水有利地段，在水文地质普查与勘探中应投入一定工作量。 l3、冰锥、冰丘是多年冻土地区地下水露头的特殊表现形式，应做详细调查。对于冰锥，应调查其形态特征、发育和消融时期，冬季是否充水，历年来的迁移变化规律，冰锥出露的地质地貌条件，含水层的埋藏条件及含水层的水质、水量、水位等；对于冰丘，应调查其形态特征、分布的地质地貌和水文地质条件，分析研究地下水的溢出排泄条件和冰丘的活动规律。对于冰锥和冰丘的调查，应采用“以点带面、点面结合”的方法。普查工作中应选择具有代表性的冰锥、冰丘进行调查勘探，查清冰锥、冰丘附近多年冻土的上限及下限、多年冻土的厚度变化、多年冻土的温度、含水岩层的分布与埋藏条件、地下水的水质、水量、水头压力及地下水溢出通道，进一步分析冰锥、冰丘的成因和分布规律及其与地质构造的关系。 14、对于发现的矿泉和热矿泉，要进行大比例尺草测，调查泉水的分布、泉华的成分与沉积范围，实测矿泉和热矿泉的流量、水温等。取分析水样、溢出气体分析样、泉华的化学全分析和特殊项目分析样等。查清矿泉附近的地质构造条件，特别是断裂系统的分布与延伸方向。详细调查矿泉和热矿泉的利用历史，对目前利用程度以及对今后开发利用的前景提出建议。在矿泉和热矿泉附近要系统地测量地温，确定热矿泉附近融区的分布规律及控制因素等。 15、多年冻土区地下水类型可划分为冻结层上水、冻结层间水及冻结层下水(参考附录1)。通过普查与勘探，应查明多年冻土区地下水的形成与分布规律及埋藏特等16、冻结层上水是埋藏在多年冻土层上的季节融化水，以冻结层作为融水层。主要靠大气降水补给，其相态不稳定。季节融化层厚度不大，水量较小，一般水质较好，通过边面测绘与勘探工作，了解季节融化层的厚度及变化规律，冻结层上水的补给、径流、排泄条件及水量水质的变化等。冻结层上水可做为小型的季节性的供水水源地。 17、冻结层下水是埋藏在冻结层以下的非冻结带内的地下水，分布较广泛，水量较稳定，是多年冻土区的可靠供水水源地。在水文地质普查与勘探中，应查明冻结层下水的埋藏条件，水质、水量、水温、水头、冻土的上限及下限、地质构造、区域水文地质条件以及冻结层下水的形成与分布规律。 18、冻结层间水是埋藏于多年冻土层内的水，经过通道与冻结层上水或冻结层下水发生水力联系。在水文地质勘探中，应查明冻结层间水的类型、分布规律、循环条件、水质、水量以及供水意义。 19、水质调查，应查明水化学的水平与垂直变化规律，查明水质与地质构造、含水层岩性、补给、径流条件的关系。对高原冻土区地下水中的充气现象，应系统地采集气体样，查明气体成份和形成原因。对高原多年冻土区具有工业价值的盐湖，应进行调查，取得必要的水化学资料。三、工程地质测绘 20、野外工作应详细描述和测绘各种物理地质现象，如：冰锥、冰丘、热融滑坍、热融沉陷、沼泽化湿地、厚层地下冰等，并查明其形成原因，分布规律，发展趋势以及对工程建筑的危害程度。 21、应注意查明各类岩石成因、时代、分布范围、风化程度、岩石强度、构造要素，并进行工程地质分类与评价。对测绘工作区内的第四纪各类土层，根据地质、地貌、水文地质条件的下同，取少量具代表性样品进行野外及室内土的物理性质、力学性质及水理性质等试验，取得岩：土的试验指标，为评价区域工程地质条件提供依据， 22、通过调查访问，搜集资料，分析研究地震的震级，危害程度及其对工程建筑的影响。对测绘地区的工程建筑物所发生的不良工程地质现象，应进行调查研究，分析其产生原因，并研究其治理措施及效果。研究地下水水质对建筑物基础的侵蚀性。 23、在查明多年冻土分布规律的基础上，按照冻土的成分、岩性、含水量(如附录5中的表1，表2，表3)，进行冻土的工程地质分类。 24、多年冻土的上限深度与工程建筑有直接关系。如基础的埋深、路堤的建筑及斜坡的稳定等无一不与多年冻土的上限有关。确定冻土的上限深度及其变化的主要方法是： (1) 在最强融化季节，通过勘探或实测地温直接进行鉴定； (2) 根据季节融化层含水程度判散上限位置。往往厚层地下冰的上沿附近即是上限位置； (3) 利用融化界面中间段的线性规律，推上限深度；根据有关参数，如地温当量、导温系数、地温峰值、迟后时间等计算上限深度。 25、调查、研究各类天然或人工边坡在不同的地貌条件或地质条件下的稳定程度。特别注意研究由于地表水、地下水的融冻作用，对岩石或土层边坡稳定性所造成的影响。因此要注意查明山坡的形态、坡向、岩石的强度以及层理、片理、节理、褶曲、断裂、软弱夹层、不整合面等构造因素和风化作用与边坡稳定性的关系。分析对比各类不同结构的冻土，在不同的地貌、地质条件下的稳定程度。 26、为查明建筑场地的冻土工程地质条件，应注意搜集如下资料： (1) 多年冻土的分布和埋藏条件； (2) 多年冻土的成分和构造： (3) 多年冻土的温度状态； (4) 多年冻土的季节融化和态节冻结层的厚度； (5) 多年冻土区的冻结作用及现象，何冻胀、冰锥、热融沉陷、热融滑坍、寒冻裂缝等； (6) 冻土中总的含水量和含冰量； (7) 冻土孔隙体积被冰和未冻成冰的水充填的程度； (8) 冻土的骨架容重； (9) 冰的构造； (10) 由冻结转变为融化状态时的冻土相对压缩量； (11) 根据冻土的物理性质、力学性质等有关指标，计算地基的稳定程度。四、勘探与试验工作 27、勘探试验工作是冻土区水文地质及工程地质工作的重要手段之一。通过勘探试验，查明冻结层下水、冻结层下水和冻结层间水的埋藏条件、分布规律、水质、水量等，并查明岩石性质、冻土成分、构造及土的季节融化和季节冻结层厚度。根据需要，采取原状土样及扰动土样、做土的物理性质、力学性质、水理性质等试验工作。 28、在开挖冻土层时，应快速连续施工，以免造成井壁的融化坍塌，并及时采用支护措施。 29、冻土地区的水文地质普查孔，必须根据地质构造、地层、地貌及多年冻土的分布情况，以能全面控制工作区内各类地下水的分布和埋藏条件为原则。其勘探深度，原则上应揭穿多年冻土层，以便取得冻结层下水的资料。冻土的工程地质孔，主要了解冻土成分、构造、地温及其上限深度等。 30、在多年冻土地区钻探时，应尽量缩短施工时间，以免在钻孔周围形成较大的人工融区或造成孔内冻结。在钻进中，应测定泥浆循环液的温度，并采用低凝固点的循环液。 31、在钻进过程中应做好地质编录工作，取出岩心后应立即进行。编录工作除按一般要求外，要目估含冰量或在野外做简易含水量试验，详细描述冻土构造，并判断多年冻土的上限、下限等。在采集水样时，应准确地测定水温和气温，记下取样地点、部位和时间。采集的土样要妥善存放，以防融化。 32、地温孔，必须密封井管，以保持孔内干燥。测温时，以获得地温相对稳定的深度和地温变化规律等资料为准。 33、采用压风机洗孔时，不得在冻结层内进行，不得在止水部位送风，以防破坏止水效果。抽水试验要求在钻探工作结束后24小时内进行，以防孔内冻结，造成无法抽水的后果。抽水时间过长，可能造成人为融区及止水失效，影响抽水成果。抽水延续时间暂定为812小时。 34、可应用电法勘探查明冻结层的上限、下限及冻结层厚度。在工作中应注意下列问题： (1) 在冻土地区应用电测深法测量冻土上、下限时，电极距的长短必须以完整地反映冻土的上、下限为基准； (2) 由于诸物探方法的局限性和多解性，所以用于冻土时也应和找矿一样，应采用多兵种作战。以电测深和激发极化法相互配合为好； (3) 为了更有利于解释工作，应用电测深法时，要在同一点上隔一个月之后，再重复测量一次； (4) 作检查点时，必须头一天观测，第二天检查或上午观测，下午检查，不许相隔时间太长； (5) 用电测深法工作时，采用温乃尔方法比较好，可以减小浅部不均匀体的影响。五、工作成果 35、多年冻土地区水文地质普查报告提纲 (一) 绪言 目的与任务，地区研究程度，完成各项工作量，工作方法，质量评价 (二) 区域地质 地貌、第四纪地质、地层，地质构造 (三) 冻土的分布规律及其形成条件 (四) 区域水文地质条件 (五) 区域工程地质条件 (六) 结论 I)地下水资源的综合利用与初步评价 )对布置详细勘探工作的意见 )工程地质评价 )存在问题 36、 提交图件I)实际材料图)地质及第四纪地质图)地貌图(或与上图合并)综合水文地质图)水化学图(根据需要)冻结层上限埋藏深度图(或合并于其它图内)其他辅助性图件)工程地质图附 录1多年冻土区地下水类型划分多年冻土区地下水类型划分表地下水类型埋藏条件相态和动态特征温度水化学特 征水动力特 征补给区与分布区关系供水意义冻结层上水季节融化层水埋藏在多年冻土的季节融化层中，主要受大气降水补给相态与动态均不稳定，在融冻季节才呈液态较低淡水为主一般不承压基本一致一般仅能作小型季节供水水源河、湖融区水埋藏在河床或湖（塘）周围的融区内、主要受河、湖水和大气降水补给，当贯通融区时，则还受冻结层下水补给常年呈液态，动态尚较稳定一般较低类型较复杂，常为淡水决定于补给条件冻结层间水层状水埋藏在冰水堆积平原和多年冻土层之间，主要受河、湖水补给呈液态，动态有时变化较大有时呈负温类型复杂，矿化度一般较高一般承压不一致决定于水质条件裂隙、岩溶水埋藏在多年冻土层中的石灰岩或白云岩的裂隙、岩溶内，受冻结层下水或地表水补给呈液态，动态较稳定续表地下水类型埋藏条件相态和动态特征温度水化学特征水 动力特 征补给区与分布区关系供水意义冻结层间水裂隙、脉状水埋藏在与构造断裂有关的裂隙和断层中，受深部涝结层下水补给呈液态，动态稳定有时很高类型复杂，矿化度一般较高一般承压不一致决定于水质条件冻结层下水第四系松散岩类冻结层下水孔隙层状水埋藏在与构造断裂有关的裂隙和断层中，受深部涝结层下水补给呈液态，动态较稳定一般较低常为淡水一般承压不一致决定于水质条基岩冻结层下水裂隙层状水（孔隙裂层状水）埋藏于自流盆地的轴部或褶皱构造带的某些储水部位的砂砾质沉积岩的裂隙、孔隙内呈液态，动态稳定一般较低类型较复 杂决定于补给条风化裂隙水埋藏于基岩风化壳内，只有当多年冻土厚度较薄时才能存在呈液态，动态一般较稳定较低常为淡水取决补给条件及水质裂隙、脉状水埋藏于与构造作用有关的构造裂隙和断裂带内呈液态，动态稳定有时较高类型复杂供水意一般不大裂隙、岩溶水埋藏于多冻土层以下的石灰质岩层或石膏层的裂隙岩溶内呈液态，动态稳定有时较高供水意义较大，但决定于水质条件2冻土构造类型划分表1 冻土主要构造类型划分岩石类型主要特征冻土构造类型细颗粒松软土（粘颗亚粘土）含水量在塑限之风，冻结状态肉眼不易见到冰晶隐冰晶整体构造冻土含水量在液限与塑限间，冻结时多是粒冰状分布在土中，偶见微层冰层显冰晶整体整体构造冻土冰层在纵横方向均有发育网状构造冻土含水量大于液限，处于过饱和状态，当冰层厚度在12毫米之内，称微层状构造冻土层状构造冻土含水量大于液限，冰层厚度为25毫，称薄层状构造冻土含水量大于液限，冰层厚度为5毫，称中厚冰层状构造冻土粗粒松散土石（砂砾石，卵砾石等）一般砂性土，冰砂呈粒状均匀分布整体构造冻土砂砾石层，一般砾石排列相互接触，仅孔隙（或部分）被冰充填接触状（充填式）砾岩构造冻土砂砾石层矿（卵砾石），砾卵石间部分或多数相互不接触，而被冰包裹包裹状（基底式）砾岩构造冻土风化基岩及基岩基岩的裂隙部分或大部分被冰充填裂隙冰构造冻土混合类型含细颗粒砾卵石层砂砾石间隙砾石被冰包裹外尚有中小冰透镜体分布表2 不同水分条件下的主要冻土构造岩性不同水分条件下的冻土构造过饱和状态潮湿状态湿润状态粘土一亚粘土中厚冰层状构造冻土透镜状、薄层状冰冻土构造 粒状整体构造或微层状整体构造 亚 砂 土透镜状，中薄层状冰冻土构造 粒状整体构造或薄微层状构造隐晶状整体冻土构造砂卵砾石 包裹状砾岩冻结构造接触状砾岩冻结构造 充填一接触状砾岩冻结构造含粉粘粒砂砾石 包裹状一透镜状混和冻结构造 接触状一透状冻结构造充填一接触状冻土构造碎屑块石(风化碎屑) 包裹状、透镜状冰冻结构造 粒状及接触状结 松散冻结构造 构造 基岩风化层(指上部风化裂隙带) 裂隙状冰冻构造 3冻土中的厚层地下冰类型划分表1 地下水构造类型划分地下冰构造类型 生 成 原 因粒状整体构造 地温骤降，土小水分来不及转移，水分在土层孔隙中原处冻结方格状网形构造 基岩中水分，在原地层层理和节理等处冰凝而成纹理状微层构造 地温逐渐下降时，上层巾水分的分凝移动而冻结，或田冻土上限缓慢上升而形成波浪云雾状薄层构造冻土上限呈节奏性的上升或骤然下降或形成，大多分布在冻土上限以上的过渡带块状厚层构造 冻土上限缓慢上升，土层水分大量分凝而成，或富含水的松散地层，水分冷凝形成表2 地下水冻类型地下冰类型基 本 特 征胶结状地下冰在土层孔隙或裂隙中的水，在原处冻结而成 分凝状地下冰在土层中除了原孔隙裂隙中的水冻结外，主要是靠别处的水分迁移 而来冻结成冰 裂隙状地下冰在岩石及风化岩石的裂隙中的水分冻结而成 表3 地下冻分布类型同自然地质条件的关系地下冰类型岩 性土层成因类型地形位置层 位中厚层状分凝地下冰 粘土、亚粘土主要分布于坡积及坡残积层 山前缓坡、山间盆地 季节融化层下部 薄微层状分凝地下冰 粘土、亚粘 土及亚砂土 坡积、冲积、洪积层上部 山前缓坡、冲识台地等 多在季节融化层的中下部，多年冻土中亦见胶结粒状地下冰粘土、亚粘土、粉上、中粗细砂 坡积、冲洪积后上部 山前缓坡、冲洪积台地 多在季节融化层之中上部 脏结充填地下冰 砂砾石、卵砾石、碎块石 洪积、冲积层中下部 斜坡地带及冲洪积台地多年冻土上限之上下均有分布胶结裂隙状地下冰 基岩及风化基岩 任何地段的冻结基岩均可见 多在季节融化层之下，其上亦可见 4.冻土现象分类 表1 冰锥类型的判断方法冰锥类型分布的地形位置发生及消融间表面特征地表水流冰锥河谷、冲洪积沟口10月份下旬发生，至年底或翌年1月就处于稳定状态，4月中上旬开始消融呈长带状的平面冰锥冻结层上水冰锥山前山麓斜坡11月初生长，12月至翌年1月间停止生长，4月中上旬开始消融外表呈锥状，面积较小，高度不大，仅几公分至1米左右，表面裂隙发育冻结层下水冰锥河谷及一些山前断裂破碎带11月中上旬发生，一直发展到翌年34月间，45月开始消融，78月消融完面积较大，呈圆锥形，高度较大，常在12米以上，表面裂隙发育，冰锥中大空洞极发育 表2 冻丘类型的判断方法冰丘类型地形位置发生发展消融时间外 表 特 征冻结层上水冰丘 山前山麓斜坡地带，一些河流急转弯处上方或由宽变窄的地段多系11月中上旬隆起到12月至翌年12月间发展到最大高度，45月消融开始，至67月完全消融 规模、范围均较小，一般冰丘核上面覆盖较薄冰结层下水冻丘 河谷地带及一些山前断裂破碎带 11月下旬开始隆起，一直 发展到翌年45月间，56z 月即消退，910月间完全消 融完。有的冰丘恢复不了原 状成永久性小隆丘 面积较大，常高几米，隆丘表面破碎裂隙发育，覆盖较厚，隆丘下面有流水5 冻土的工程地质分类 表1 按土颗粒粗细分类