褶皺富水構造的成生機制與地下水賦集的內在聯系

王學棟，欒 誠，劉 冰

(1.遼寧省北票市凌河保護區管理局，遼寧 北票122100;2.遼寧省北票市水資源辦公室，遼寧 北票122100)

褶皺富水構造的成生機制與地下水賦集的內在聯系

王學棟1，欒 誠2，劉 冰2

(1.遼寧省北票市凌河保護區管理局，遼寧 北票122100;2.遼寧省北票市水資源辦公室，遼寧 北票122100)

褶皺構造是砂頁巖，砂礫巖地層中廣泛發育的一種構造形態。向斜、背斜裂隙展布的方向，裂隙性質受構造應力及構造強度的控制。裂隙的共生組合有其規律性。褶皺構造裂隙水的補給、運移、匯流、富集與褶皺構造的成生機制有內在聯系，從而形成褶皺構造裂隙水的富集規律。

力學成因;構造裂隙;運移通道;富水空間;富水規律

褶皺構造是成層巖層在構造運動作用下，巖層地質面所形成的彎曲現象，它是巖層在地殼運動中所產生的地應力作用下塑性變形的結果，是地殼中廣泛發育的地質構造的基本形態之一。

褶皺構造在成生過程中，巖層各部位在地應力作用下，會有規律的出現不同力學性質的裂隙。在大氣降雨、河流、地下越流補給的條件下，形成褶皺構造裂隙水。分析褶皺構造裂隙水的形成條件和富集規律對指導開采低山丘陵區基巖裂隙水，具有現實意義。

以北票地區興隆洼向斜，矯麻子溝背斜實際勘測資料為基礎，對褶皺構造裂隙水的形成條件，賦水狀態和分布規律進行分析、探討，以揭示地下水在褶皺構造中的分布范圍和運動規律。

1 褶皺構造的力學成因

北票褶皺構造主要分布于北票—哈爾腦構造盆地中。由興隆洼向斜，矯麻子溝背斜，大饅頭溝溝門向斜構成復褶曲。褶皺軸向主要受印支期構造控制，構造線方向為NE60°。

由構造綱要圖和構造剖面圖看出興隆洼向斜，矯麻子溝背斜是由北西—南東向擠壓應力作用的結果。

依據地質力學原理可知，作用在巖層上的任何動力，無論是擠壓，引張、扭動，整個應力場中各點均可誘導出一定方位的壓、張、扭三種應力狀態，產生四種褶皺構造裂隙。

1.1 隱閉裂隙

隱閉裂隙是一種塑性破裂。特點是巖石裂隙隱閉，不顯破裂面，但經風化后，顯示出平直和延伸較遠的裂隙面，并呈一對共軛裂隙，其交角近90°，裂隙面與巖層層面近垂直。

1.2 閉合裂隙

閉合裂隙是一種高壓條件下產生的塑性破裂。其特點是，巖石的裂隙閉合嚴密，經風化或機械破碎后，可見發育的裂隙面。裂隙常把巖石分成大小不等的菱形碎塊，裂隙面不平，但光滑。

1.3 壓性裂隙

為壓性壓扭性破裂面，其發育狀況既受褶皺控制，又與巖石層面構造(交錯層理等)有關。裂隙面與水平層理斜交，與交錯層理吻合，裂隙面較光滑，有擦痕，裂隙密度較大，閉合程度較高。

1.4 張性裂隙

為張性張扭性破裂面，包括縱張裂隙，橫張裂隙和層間虛脫裂隙，這些裂隙的裂隙面通常粗糙不平，張開程度較大。

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜在地應力的長期作用下，四種裂隙有規律的存在向斜、背斜的不同部位。

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜的形成是由NW—SE向擠壓應力造成的。軸面多為閉合裂隙。翼部裂隙受其構造應力和巖性的控制。其巖性為侏羅系土城子組二段三段砂頁巖互層，泥巖多為隱閉裂隙和閉合裂隙。

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜核部巖層受拉。張裂隙、張扭性裂隙發育。矯麻子溝核部有SW130°～140°方向上張性斷裂或張裂隙。土城子向斜有垂直于軸向的張裂隙。向斜背斜轉折端處有一組NW33°張扭性裂隙。

興隆洼向斜近于東西和南北方向受剪切應力作用，出現壓性裂隙和X型節理。

完成前四步工作之后，需開始進行臨時排水系統的建設，選擇強夯技術的施工點。強夯技術是整個工程建設的重中之重，強夯技術運用是否成功，將直接影響該工程的建設質量。在強夯技術應用的過程中，需要注意強夯點的選擇，強夯的應用次數以及強夯整體效果。

褶皺構造是在地應力長期作用下形成的，在同一應力場中，在一定區域內，褶皺構造的軸向呈一定的方向性，節理裂隙有一定的組合規律。

2 褶皺構造裂隙水形成的條件

褶皺構造裂隙水的形成一般包括補給來源，運移通道、富水空間，通過補排運移，在裂隙含水層中富集形成構造裂隙水。

2.1 大氣降雨入滲補給

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜呈北東向展布，長約12 km，寬約3 km，出露巖層:兩翼邊部為侏羅系土城子一段紫紅色凝灰質頁巖夾砂巖或紫紅色凝灰質砂巖與粉砂巖互層;二段為向斜兩翼，其巖性為灰紫色泥砂質膠結礫巖夾砂巖;三段為向斜核部，巖性為紫紅色凝灰質砂巖，頁巖夾礫巖。興隆洼向斜，矯麻子溝背斜在地表出露的地層，其巖性為軟硬互層。既有硬質礫巖、砂巖，又有軟質塑性泥巖，頁巖。既有風化裂隙，又有構造裂隙;既有閉合裂隙，又有張開裂隙。形成密集均勻，互相連通，或獨立存在的裂隙網。在年降水量大，降水強度適度。褶皺構造接受大氣降雨的補給，通過補排運移使大氣降雨富存于裂隙含水層中形成裂隙水。

2.2 河流地表水的補給

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜在走向上橫跨兩條北西—南東向山間河流。西為西官河，東為東官河，兩條河流為季節性潛入潛出的河谷。褶皺構造為河間地塊之中。由于構造運動，興隆洼向斜，矯麻子溝背斜南東150°、北西330°方向張裂隙和張扭性裂隙發育。裂隙切割深，延伸遠，穿越兩條河谷。另外兩條河流都穿越向斜和背斜。在地表向斜兩翼巖層接受地表河水的補給，在深部構造裂隙接受河水的補給。形成構造裂隙水。

2.3 地下水越流補給

興隆洼向斜是一不對稱平緩褶皺。西北翼巖層較陡，東南翼巖層較緩。總厚度800～1 200 m。垂直剖面巖性變化比較大。即有紫色凝灰質頁巖夾中粒凝灰質砂巖。又有紫紅色砂巖夾礫巖，還有紫紅色泥巖夾粉砂巖，巖性變化大，厚薄不均。由其在200 m以下，由于深度增加，頁巖泥巖密度增大，透水性減弱，隔水性增強。使地下水頭壓力增大，當鉆孔揭露隔水層時，地下水位由60 m上升到27 m，充分證明向斜內部地下水有越流補給。

補給水源通過補給通道滲入含水層，是補給區向富集區流動的主要路徑，褶皺構造的運移通道是影響地下水的重要因素。

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜運移通道受構造與巖性的控制，通過水文地質勘察鉆探劃分兩種地下水運移通道。

a網狀裂隙通道:發育在地層表面，暴露于地表的巖石，經風化作用，形成風化裂隙。其特點裂隙密集，相互聯通構成裂隙網。形成網狀裂隙通道，一般空隙細小，易接受降水補給。

補給來源，運移通道是褶皺構造裂隙水形成的基本條件，富水空間是褶皺構造裂隙水賦存在的決定因素。

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜富水空間受構造、巖性控制，有規律的分布。首先是應力集中縱張裂隙富水空間，發育在褶皺構造軸部，背斜轉折端處，使裂隙水富集形成含水系統。其次;褶皺兩翼在剪力作用下，使層面產生滑動，巖石不發生破碎。在同一構造應力場作用下，巖層平面產生平面扭節理和橫向張裂隙。此處即是裂隙水的通道也是富水空間。再次翼部軟硬巖石夾層處。興隆洼向斜翼部巖石有砂巖、礫巖與紫紅色頁巖、泥巖互層。砂礫巖在構造運動下發育張裂隙，富存地下水。頁巖、泥巖隔水形成層間富水空間，賦存裂隙水。

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜裂隙展布的方向，裂隙發育的性質受構造應力及構造強度的控制。裂隙的共生組合有其規律性。褶皺構造裂隙水的補給運移、匯流、富集與褶皺構造的成生機制有內在的聯系，從而形成褶皺構造裂隙水的富集規律。

3 褶皺構造裂隙水富水部位的確定及勘探

運用地質力學原理對興隆洼向斜，矯麻子溝背斜進行了力學分析，從而確定了褶皺構造的富水部位。

3.1 興隆洼向斜軸部富水帶

興隆洼向斜軸向為北東60°，軸部出露在低丘中部。與當地水位侵蝕基準面高差相差約60余米。軸部巖性為侏羅系土城子組三段灰紫色砂巖，礫巖組成。西北翼產狀較陡，東南翼較緩，且開闊，軸面傾向北西。2004年在軸部走向東面施工一個鉆孔，孔深 381.5 m，靜水位 26.7 m，降深 14.3 m，涌水量50 m3/h。2009年在軸部走向西面又施工一個鉆孔，孔深528 m，靜水位30 m，降深15 m，涌水量45 m3/h。

3.2 興隆洼向斜緩翼富水帶

興隆洼向斜兩翼不對稱，西北翼巖層較陡，傾角45°，東南翼巖層較緩，傾角13°。地面標高西北翼高，東南翼低。地下水從向斜西北翼補給東南翼。2003年在向斜緩翼施工兩個鉆孔，巖性為紫紅色頁巖、砂巖、礫巖互層。3號孔深501.66 m，水位埋深 15.06 m，降深 6.2 m，涌水量 44 m3/h。4號孔孔深118 m水位埋深36.9 m，涌水量25 m3/h。

3.3 興降洼向斜陡翼貧水帶

興隆洼向斜西北翼巖層傾角45°，應用力學觀點分析，高角度巖層的層面和壓性結構面接近，因而層面裂隙較閉合，含水性較差。通過實際鉆探充分證明，在興隆向斜北翼施工的兩個鉆孔，出水量很小。5號鉆孔布在扣卜營，孔深400 m，抽水實驗涌水量1 m3/h。6號孔布在土城子北山，孔深347.7 m，水位埋深 16.8 m，降深 113 m，涌水量 1.2 m3/h。

3.4 矯麻子溝背斜軸部富水帶

矯麻子溝背斜與興隆洼向斜為一連續的復褶曲，是在同一應力作用下形成的。其巖性為土城子組一段灰紫色頁巖夾凝灰質砂巖。當巖層受到強烈擠壓。背斜軸部表層巖石受拉力最大，在軸部產生張裂隙或張扭性裂隙，在地形低洼處地下水富集。1995年在唐坊南洼施工一鉆孔，孔深110 m，靜水位 11.8 m，降深 11.4 m，涌水量 25 m3/h。2009年在玉代溝背斜軸部又施工了一眼鉆孔，孔深110 m，降深5 m，涌水量50 m3/h。

4 結語

褶皺構造是砂頁巖，砂礫巖地層中廣泛發育 的一種構造形態，各種性質的裂隙受構造應力控制。裂隙水在褶皺構造內有其獨特的形成條件和富水部位。利用地質力學原理，對褶皺構造進行分析，找出富水規律。指導低山丘陵，干旱半干旱地區，科學、合理、準確開采基巖構造裂隙水。

［1］k－51－xx(朝陽)中高地質圖說明書.

［2］構造地質學.廣西冶金地址學校;長春冶金地質學校;遼寧冶金地質學校合編.

P641.72

B

1004－1184(2012)04－0046－02

2012－04－13

王學棟(1966－)，男，遼寧北漂人，高級工程師，主要從事水利工程建設工作。