輝縣百泉泉域構(gòu)造控水作用和巖溶規(guī)律探討

宋玉萍

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450053）

輝縣市百泉泉域位于新鄉(xiāng)市北部，區(qū)內(nèi)出露以碳酸鹽巖為主，碳酸鹽巖類裂隙巖溶水是區(qū)內(nèi)地下水的主要含水層，它分布廣，厚度大，巖溶發(fā)育，巖溶水資源豐富，是理想的工農(nóng)業(yè)供水水源地。因此，研究本區(qū)巖溶構(gòu)造控水作用和巖溶水水文地質(zhì)特征，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地層

百泉泉域出露地層由老到新依次為：

太古界：為一套經(jīng)受區(qū)域變質(zhì)作用形成的各類片麻巖；元古界震旦系：石英 砂巖；古生界寒武、奧陶系：主要為碳酸鹽巖所組成；石炭、二疊系零星分布，主要為碎屑組成；新生界第四系堆積物為亞黏土、亞砂土及砂礫石組成。地層由北西向南東或由北東向南西呈現(xiàn)由老到新的變化特征[1]。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

泉域內(nèi)在構(gòu)造位置上處于新華夏第二沉降帶（華北坳陷）和第三隆起帶（太行隆起）的復(fù)合、聯(lián)合部位，晉東南山字型構(gòu)造前弧東翼反射弧的漸變地段。晉東南“山”字形構(gòu)造東翼反射弧在區(qū)內(nèi)發(fā)育不全，構(gòu)造行跡規(guī)模不大，在西北部稀疏出現(xiàn)。新華夏構(gòu)造在區(qū)內(nèi)最發(fā)育，構(gòu)成了本區(qū)的基本構(gòu)造格架，在構(gòu)造形跡上表現(xiàn)為高角度的壓扭性斷裂為主，在平面上分布由北西向南東方向呈現(xiàn)疏密相間的展布規(guī)律。見圖1。

要街?jǐn)鄬樱赫共加诒辈康囊帧蠣攷X一線，全長約20km，走向?yàn)闁|南，為一壓扭性正斷層，切割太古界、中元古界、寒武系、奧陶系地層，沿?cái)嗔褞в袔r漿巖侵入，形成地質(zhì)地貌的阻水帶，組成泉域北部隔水邊界[2]。

圖1 百泉泉域構(gòu)造簡圖

司寨—黃水?dāng)鄬樱喊l(fā)育于泉域西北，北起秦家?guī)X，經(jīng)司寨東側(cè)至黃水。全長約20km，走向呈北北東，斷裂帶呈舒緩波狀，西盤地層下降，形成南村盆地，構(gòu)成百泉泉域西部邊界[2]。

花山斷層：走向?yàn)楸睎|，斷層南盤為第四系和新近系，巖性為黏性土、黏土巖、泥質(zhì)粉砂巖，透水性差，起阻水作用，使北部會嚴(yán)重的地下水溢出地表，形成現(xiàn)今的百泉。

前郭雷壓扭性阻水?dāng)鄬印⒒緣号ば宰杷當(dāng)鄬雍颓嘌蚩趬号ば宰杷當(dāng)鄬臃謩e構(gòu)成了百泉泉域的西南、南部和東部的阻水邊界。

2 斷裂構(gòu)造的控水作用

2.1 組合斷裂的控水作用

在組合斷裂交叉部位，應(yīng)力集中，巖石破碎，裂隙巖溶發(fā)育，是巖溶水富集和運(yùn)移的良好場所。泉域內(nèi)的百泉斷裂束，由一系列壓扭性斷層組成，平面向北東方向撒開，向南西方向收斂，呈明顯的帚狀構(gòu)造特征，其收斂端位于百泉附近，巖溶水在地表溢出，形成百泉。1964～1978 年百泉多年平均流量為3.914m3/s，最大流量為6.448m3/s，最小流量為2.347m3/s，當(dāng)年泉流量與前一年降水量關(guān)系密切，呈明顯正相關(guān)[3]。

2.2 壓扭性斷裂影響帶的控水作用

區(qū)以斷裂以斷裂構(gòu)造為主，其主干斷裂，多為高角度壓扭性斷裂。斷裂破碎帶中心部位為糜棱巖與斷層泥，一般不含水。而斷裂兩盤由于相對位移的牽引作用，使灰?guī)r產(chǎn)生一系列與主干斷裂斜交的張裂與扭裂，巖溶沿此裂隙發(fā)育，形成斷裂旁側(cè)溶蝕裂隙發(fā)育帶。在斷裂在形成過程中，斷裂旁側(cè)影響帶的地層往往產(chǎn)生低序次的牽引褶皺，在其軸部，由于地層位移的不協(xié)調(diào)，產(chǎn)生虛脫和剝離，使之節(jié)理裂隙發(fā)育，也有利于巖溶的發(fā)育和形成。如拍石頭水庫北部和東部的斷裂密集地帶，形成了數(shù)個(gè)天然泉，泉流量在0.04～2m3/s，且常見天然溶洞。

2.3 不同構(gòu)造復(fù)合部位的控水作用

不同構(gòu)造體系的復(fù)合部位，巖層經(jīng)受了兩次或兩次以上的構(gòu)造運(yùn)動，致使張裂和扭裂都比較發(fā)育。這些裂隙是地下水運(yùn)移的通道和賦存場所。如卓水三泉，位于前郭雷斷層與花山斷層西南隱伏端的交界處、劉店干河沖洪積扇的溢出帶。此處中奧陶統(tǒng)灰?guī)r與第四系卵礫石直接接觸，孔隙水與巖溶水水力聯(lián)系密切，受花山斷層的阻隔作用，地下水溢出地表，形成卓水三泉。

3 碳酸鹽巖巖溶控水作用

3.1 裂隙發(fā)育規(guī)律

裂隙是導(dǎo)水和貯水的重要構(gòu)造。泉域內(nèi)太古界片麻巖、片巖主要為韌性變形，裂隙不發(fā)育。其上部的不整合界面為本區(qū)東部的隔水邊界；寒武系下統(tǒng)頁巖和馬家溝組賈旺頁巖顆粒細(xì)小呈微粒狀，結(jié)構(gòu)致密，節(jié)理面緊閉或被泥質(zhì)填充，裂隙不發(fā)育，為本區(qū)重要隔水層；寒武系中統(tǒng)至寒武系上統(tǒng)灰?guī)r裂隙發(fā)育，較寬裂隙中可見黏土狀充填物；寒武系上統(tǒng)至奧陶系下統(tǒng)白云巖裂隙發(fā)育，裂隙寬度也比較大，但裂隙多被白云質(zhì)沙及坡積物充填，導(dǎo)水、貯水性能均欠佳。馬家溝組灰?guī)r和白云巖裂隙比較發(fā)育，灰?guī)r中的裂隙寬度較白云巖中裂隙寬度明顯較寬，這是由于灰?guī)r較易溶蝕所致。

泉域內(nèi)碳酸鹽巖地層中的裂隙均比較發(fā)育，斷裂旁側(cè)及裂隙集中成帶的地方為裂隙集中發(fā)育場所，區(qū)域裂隙走向以北東東及北東向極其發(fā)育，僅有少量的北西向及南北向裂隙點(diǎn)綴為特征，顯示了本地區(qū)裂隙受巖性和構(gòu)造的聯(lián)合控制。

3.2 巖溶發(fā)育規(guī)律

1）在北部山區(qū)，由于可溶巖裸露地表，風(fēng)化作用強(qiáng)烈，再加上地表水和地下水的交替作用，使表層和溝谷兩側(cè)巖溶發(fā)育。泉域內(nèi)碳酸鹽巖山區(qū)發(fā)育“U”型侵蝕溶蝕溝谷，巖溶洞穴及裂隙巖溶等地表巖溶景觀。

2）巖溶發(fā)育程度和巖石結(jié)構(gòu)有關(guān)，區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖地層主要發(fā)育有質(zhì)純的良晶灰?guī)r和鮞狀灰?guī)r類、角礫狀白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖類以及泥質(zhì)條帶灰?guī)r和泥晶灰?guī)r類。這些地層相間分布，而其內(nèi)在的地層巖性組成差異較大，在空間上構(gòu)成了難溶巖性地層與易溶巖性地層的相間互層分布，受后期侵溶蝕作用，∈2、O2m5和O2m3地層中裂隙巖溶較發(fā)育，而且?guī)r溶洞穴和強(qiáng)巖溶發(fā)育帶多沿著∈1m、∈2z 接觸面及O2m2+1和O2m3、O2m4和O2m5接觸面發(fā)育分布。如拍石頭水庫西溶洞、方山溶洞及東井峪溶洞等。

3）本區(qū)發(fā)育了大量的斷裂構(gòu)造，使完整的可溶巖地層破碎成不規(guī)則的條塊狀，在斷裂構(gòu)造形跡的兩側(cè)和復(fù)合部位，發(fā)育了大量的構(gòu)造裂隙，促進(jìn)了水循環(huán)交替作用，加劇了侵蝕溶蝕作用，形成了強(qiáng)裂隙巖溶發(fā)育帶。如百泉斷裂束之南斷裂隱伏段—金河小屯附近發(fā)育有強(qiáng)巖溶發(fā)育帶；而相對遠(yuǎn)離斷裂構(gòu)造的石材廠附近裂隙巖溶相對較弱，富水性差。

4 百泉泉域巖溶水的分區(qū)特征

依據(jù)輝縣百泉泉域的水文地質(zhì)條件，可分成補(bǔ)給區(qū)、儲存區(qū)和排泄區(qū)，各區(qū)的水文地質(zhì)特征如下[3]。

4.1 補(bǔ)給區(qū)

位于北部山區(qū)及山前坡洪積斜地。大氣降水為主要補(bǔ)給源，在北部山區(qū)，碳酸鹽巖裸露分布，地表裂隙巖溶發(fā)育，大氣降水直接入滲補(bǔ)給巖溶水；其次為季節(jié)性河流滲漏補(bǔ)給，如劉店干河流經(jīng)碳酸鹽巖裸露山區(qū)，河谷裂隙巖溶較發(fā)育，河水集中滲漏補(bǔ)給地下水，即使在豐水期河水也很難流出山外；三是水庫滲漏補(bǔ)給，百泉泉域內(nèi)修建的8 座水庫全部位于有碳酸鹽巖裸露區(qū)，裂隙巖溶發(fā)育，水庫漏失嚴(yán)重；四是孔隙水側(cè)向潛流補(bǔ)給，黃水河河床堆積了巨厚的卵礫石層，潛水豐富，在河床卵礫石直接接觸灰?guī)r時(shí)，潛水轉(zhuǎn)化為巖溶水；五是外源水補(bǔ)給，如來自補(bǔ)給區(qū)外水庫的行洪棄水排入泉域，可補(bǔ)給巖溶水。

4.2 排泄區(qū)

位于百泉—卓水一帶，以間歇性泉排泄為主，是百泉泉域巖溶水的集中排泄地段，主要分布有百泉和卓水三泉。

4.3 儲存區(qū)

位于花山斷層以南、陳堡以北，為覆蓋型巖溶水區(qū)。巖溶水主要來自補(bǔ)給區(qū)巖溶水的側(cè)向徑流補(bǔ)給，其次為東北部裸露灰?guī)r區(qū)的大氣降水垂向入滲，天然的巖溶水排泄幾乎沒有，目前其主要的排泄方式是人工開采。

百泉泉域內(nèi)巖溶水的水力聯(lián)系密切，具有統(tǒng)一的補(bǔ)給、徑流、排泄系統(tǒng)。百泉泉域內(nèi)裂隙巖溶發(fā)育，儲存著豐富的巖溶地下水資源，是一個(gè)巨大的地下水庫。

5 巖溶地下水動態(tài)

天然狀態(tài)下，巖溶水的動態(tài)主要受降水的控制，無論是年際變化，還是年內(nèi) 變化，都呈現(xiàn)大氣降水型；雨季（8、9 月份）及豐水年，水位明顯上升，旱季及枯水年，水位緩慢下降。反映了地下水集中補(bǔ)給，長期消耗之特征。水位變幅與降雨量大小有關(guān)，并且因地貌部位，徑流條件、含水層儲水空間不同而表現(xiàn)出明顯的差異，表現(xiàn)出從山區(qū)到平原（從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)），從寒武系中統(tǒng)含水巖組到奧陶系中統(tǒng)含水巖組逐漸減小的特點(diǎn)[4]。

開采條件下，地下水動態(tài)受降雨和人工開采雙重因素的制約，具有豐水年集中補(bǔ)給，枯水年份長期消耗，以豐補(bǔ)歉的特點(diǎn)。受人工開采和降雨量周期性變化的影響，巖溶水位呈現(xiàn)“階梯”狀變化。20 世紀(jì)50 年代～70 年代初，巖溶水以泉排為主。80 年代～至今隨著人工開采量的增加，巖溶水位的持續(xù)下降，大部分泉水?dāng)嗔鳎斯ら_采成為巖溶水動態(tài)主要影響因素。

6 結(jié)論

綜上所述,輝縣百泉泉域在地質(zhì)構(gòu)造下，形成一個(gè)封閉的水文地質(zhì)單元。本區(qū)巖溶地下水的賦存條件主要受斷裂構(gòu)造控制，還和灰?guī)r的巖溶發(fā)育有著密切的關(guān)系，在構(gòu)造形跡復(fù)合部位、主干斷裂帶及其與支干斷裂的交匯部位裂隙巖溶發(fā)育，是地下水貯存和運(yùn)移的有利場所，是供水水源地水文地質(zhì)勘探靶區(qū)。本文對輝縣百泉泉域構(gòu)造控水作用和巖溶規(guī)律的探討，對于百泉巖溶水的合理開發(fā)和保護(hù)具有重要意義。