北京房山巖溶區(qū)節(jié)理裂隙分布特征研究

楊 楠，李世君，孫 穎，張 院，許苗娟，黃煜琪

（1.北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048；2. 北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，北京 100195；3.北京超維創(chuàng)想信息技術(shù)有限公司，北京 100085）

北京房山巖溶區(qū)節(jié)理裂隙分布特征研究

楊 楠1,3，李世君1，孫 穎2，張 院2，許苗娟2，黃煜琪2

（1.北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048；2. 北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，北京 100195；3.北京超維創(chuàng)想信息技術(shù)有限公司，北京 100085）

北京房山區(qū)巖溶發(fā)育廣泛，通過(guò)對(duì)發(fā)育其中的節(jié)理裂隙進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)房山地區(qū)的節(jié)理裂隙多為高角度垂直節(jié)理；節(jié)理密度較大，填充物較少，同一地點(diǎn)通常發(fā)育兩到三組節(jié)理。高密度、高角度、滲透性好的多組節(jié)理裂隙為巖溶作用和風(fēng)化剝蝕作用，提供了極為有利的條件；而沿節(jié)理裂隙入滲的雨水直接下滲溶蝕，使原本的裂隙網(wǎng)絡(luò)被擴(kuò)大。

節(jié)理裂隙；房山；巖溶水

0 概述

巖溶區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育的脈絡(luò)是探討裂隙發(fā)育的基礎(chǔ)，而節(jié)理裂隙的研究又能夠指示構(gòu)造演化期次與格局，因此，節(jié)理裂隙的研究在理論和生產(chǎn)上都具有重要意義。一方面，節(jié)理裂隙能夠?yàn)榇髿饨邓偷乇硭霛B以及地下水的橫向運(yùn)移提供通道，同時(shí)也是地下水的儲(chǔ)水空間；另一方面，利用節(jié)理裂隙的主方向可以恢復(fù)古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，分析構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的形成背景，為進(jìn)一步分析巖溶發(fā)育機(jī)理及巖溶賦水性規(guī)律提供依據(jù)[1～2]。

1 研究區(qū)概況

房山區(qū)位于北京市西南，其西北部為山區(qū)，東南部為山前沖洪積平原。地形地貌主要受拒馬河和大石河沖積作用的影響，地勢(shì)總體上西北高東南低。

研究區(qū)薊縣系霧迷山組白云巖大面積出露，占房山區(qū)可溶巖地層的70%以上，經(jīng)歷古巖溶時(shí)期的巖溶發(fā)育和新

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的抬升，巖溶發(fā)育為似峰叢巖溶地貌特征，沿拒馬河一線巖溶地貌最為明顯，形成北京獨(dú)特的巖溶風(fēng)景旅游區(qū)[3～6]。

2 節(jié)理裂隙分布規(guī)律

本文所使用的數(shù)據(jù)來(lái)源于北京巖溶水資源勘查評(píng)價(jià)工程中水文地質(zhì)測(cè)繪的工作成果，截止到2013年4月，通過(guò)對(duì)北京房山區(qū)地表各時(shí)期地層野外出露的節(jié)理進(jìn)行詳細(xì)的觀察與測(cè)量，共采集來(lái)自295個(gè)觀測(cè)點(diǎn)共2095條節(jié)理裂隙數(shù)據(jù)，其中忽略延伸小于1m的節(jié)理，共有有效節(jié)理2036條。

2.1 平面特征

總體來(lái)說(shuō)，房山區(qū)域內(nèi)節(jié)理裂隙非常發(fā)育，同一測(cè)點(diǎn)通常有兩到三組節(jié)理交叉分布；變形以低應(yīng)變脆性破裂為主，形成X形共軛節(jié)理，節(jié)理面平直、傾角較陡、延伸中等。利用獲得的節(jié)理數(shù)據(jù)繪制的節(jié)理傾角分布直方圖和走向玫瑰花圖如圖1所示。由統(tǒng)計(jì)可見，房山區(qū)節(jié)理發(fā)育并沒(méi)有指示出單一的優(yōu)勢(shì)方位，而是主要集中在35°、305°、350°三個(gè)方向，整體上節(jié)理走向與區(qū)域性大斷裂保持了一致性，主要是北西向（305°）和北東向（35°）比較發(fā)育。節(jié)理的傾角集中在70°～90°的高角度范圍內(nèi)。

圖1 房山巖溶水分布區(qū)基巖節(jié)理傾角分布圖及走向玫瑰花圖

將所測(cè)量的節(jié)理裂隙數(shù)據(jù)以測(cè)量點(diǎn)為中心進(jìn)行歸類，共劃分出14個(gè)單元，并分別繪制節(jié)理裂隙的走向玫瑰花圖，如圖2所示。研究區(qū)節(jié)理發(fā)育方向較為集中，優(yōu)勢(shì)節(jié)理突出，少數(shù)幾個(gè)區(qū)域的節(jié)理發(fā)育方向分散，裂隙發(fā)育方向特征顯示區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多起構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造，形成交錯(cuò)裂隙網(wǎng)，為地下水的入滲提供了通道。地表水系的發(fā)育方向也呈現(xiàn)與優(yōu)勢(shì)裂隙發(fā)育方向一致的特點(diǎn)。大石河在山區(qū)自霞云嶺沿北東向發(fā)育，拒馬河上游段沿北西發(fā)育，下游呈北北西向，河道總體發(fā)育方向與裂隙優(yōu)勢(shì)方向一致。從水動(dòng)力條件分析，水流自高處向低處匯流。因此推斷，本區(qū)地下水也應(yīng)沿優(yōu)勢(shì)裂隙方向由山區(qū)向平原匯流，房山山前區(qū)拒馬河流域地下水應(yīng)自西北高處向東南流，大石河流域地下水應(yīng)自西南山區(qū)向東北平原流動(dòng)。

圖2 房山巖溶水分布區(qū)節(jié)理走向平面分布圖

2.2 垂向特征

發(fā)育于可溶性碳酸鹽巖中的裂隙，被流動(dòng)的地表水和地下水溶蝕，形成溶隙、溶穴、溶洞等巖溶構(gòu)造。出露于地表可見的溶穴、溶洞為巖溶發(fā)育特征的直觀表現(xiàn)。房山地區(qū)碳酸鹽巖分布區(qū)內(nèi)有大小溶洞90多個(gè)[7]，本次工作共調(diào)查溶洞71處，主要發(fā)育于薊縣系霧迷山、鐵嶺組白云巖和奧陶系、寒武系灰?guī)r中。規(guī)模較大的溶洞發(fā)育在厚層質(zhì)純、節(jié)理寬大的易溶的奧陶系和寒武系灰?guī)r中，如石花洞、孔水洞、銀狐洞等。而霧迷山組和鐵嶺組白云巖中，洞穴發(fā)育數(shù)量雖較多，但一般規(guī)模較小。

圖3 房山區(qū)薊縣系地層中溶洞洞口高程分布統(tǒng)計(jì)圖

從溶洞洞口高程曲線圖（圖3）可以看出，以224m、360m和630m為拐點(diǎn)，洞口高程曲線斜率呈4個(gè)曲線段分布。360m以下溶洞數(shù)量多，洞口間高差較小；360m以上，洞口高程曲線斜率變大，溶洞數(shù)量減少且洞口間高差加大。據(jù)此可推測(cè)區(qū)內(nèi)地層在早期每次抬升幅度較大；到后期，區(qū)內(nèi)地層處于相對(duì)穩(wěn)定抬升期，侵蝕基準(zhǔn)面相對(duì)穩(wěn)定。溶洞的垂向分布規(guī)律顯示區(qū)內(nèi)霧迷山組中巖溶發(fā)育具有分層發(fā)育的特點(diǎn)[8～9]。

3 總結(jié)與展望

北京房山區(qū)巖溶發(fā)育廣泛，通過(guò)對(duì)發(fā)育其中的節(jié)理裂隙進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以發(fā)現(xiàn)房山地區(qū)的節(jié)理裂隙多為高角度垂直節(jié)理；節(jié)理密度較大，填充物較少，同一地點(diǎn)通常發(fā)育兩到三組節(jié)理。高密度、高角度、滲透性好的多組節(jié)理裂隙為巖溶作用和風(fēng)化剝蝕作用提供了極為有利的條件；而沿節(jié)理裂隙入滲的雨水直接下滲溶蝕，使原本的裂隙網(wǎng)絡(luò)被擴(kuò)大。

北京房山地區(qū)的巖溶水開發(fā)為北京的生產(chǎn)生活用水提供了保障，因此詳細(xì)研究房山地區(qū)的巖溶發(fā)育機(jī)制及分布情況，將更有利于巖溶地下水的安全開采利用。

[1]章 程，蔣忠誠(chéng)，謝運(yùn)球等.北京西山南部構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與區(qū)域巖溶地貌形成與演化[J].中國(guó)巖溶1995.

[2]曾賢薇.其宗水電站壩址區(qū)巖溶發(fā)育特征及巖溶水系統(tǒng)研究[D].成都理工大學(xué),2009.

[3]北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì).北京應(yīng)急水源地——房山巖溶地下水水供水水文地質(zhì)勘察與評(píng)價(jià)[R].2007.

[4]國(guó)家統(tǒng)計(jì)局房山調(diào)查隊(duì).北京市房山區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒2012[M].北京：北京市房山區(qū)統(tǒng)計(jì)局,2012.

[5]杜 濤. 南水北調(diào)入京后北京西南地區(qū)地下水水質(zhì)演變的實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2004.

[6]北京市地質(zhì)工程勘察院.水文地質(zhì)測(cè)繪報(bào)告[R].2013.

[7]北京市地礦局. 北京市區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社,1991．

[8]葉連俊等.華北地臺(tái)沉積建造[M].北京：科學(xué)出版社,1983．

[9]張之一.北京西山燕山運(yùn)動(dòng)的發(fā)展過(guò)程[J].河北地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào),1981．

Study on Characteristics of Joints and Fissures in Karst Region of Fangshan, Beijing

YANG Nan1,3；LI Shijun1；SUN Ying2；ZHUANG Yuan2；XU Miaojuan2；HUANG Yuqi2

（1.Beijing Institute of Geological and Prospecting Engineering, Beijing 100048；2. Beijing Hydrogeology and Engineering Geology Team, Beijing 100195；3.Beijing Creatar Information Technology Co. Ltd.；Beijing 100085）

Karst landform is widely developed in Fangshan, and we find that most joints and fissures measured here are nearly vertical; 2～3 groups of joints and f ssures are measured at one site which shows that it has large density with less f ller through the statistical analysis of joints and f ssures. Multiple sets of joints and fissures with the characters of high angles, high density, high penetrability are easy to be karstif cation and weathering. At the same time, the rain inf ltration along original joints and f ssures makes the fracture network expanded.

Joints and f ssures; Fangshan; Karst water

P542.33

A

1007-1903（2014）01-0030-03

項(xiàng)目支持：北京市巖溶水資源勘查評(píng)價(jià)工程，項(xiàng)目編號(hào)：BJYRS-ZT

楊 楠（1986- ），女，碩士，應(yīng)用地質(zhì)。E-mail: nan.yang@pku.edu.cn