北京房山巖溶區節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.北京市地質工程勘察院，北京 100048；2. 北京市水文地質工程地質大隊，北京 100195；3.北京超維創想信息技術有限公司，北京 100085）

北京房山巖溶區節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.北京市地質工程勘察院，北京 100048；2. 北京市水文地質工程地質大隊，北京 100195；3.北京超維創想信息技術有限公司，北京 100085）

北京房山區巖溶發育廣泛，通過對發育其中的節理裂隙進行統計分析，發現房山地區的節理裂隙多為高角度垂直節理；節理密度較大，填充物較少，同一地點通常發育兩到三組節理。高密度、高角度、滲透性好的多組節理裂隙為巖溶作用和風化剝蝕作用，提供了極為有利的條件；而沿節理裂隙入滲的雨水直接下滲溶蝕，使原本的裂隙網絡被擴大。

節理裂隙；房山；巖溶水

0 概述

巖溶區內構造發育的脈絡是探討裂隙發育的基礎，而節理裂隙的研究又能夠指示構造演化期次與格局，因此，節理裂隙的研究在理論和生產上都具有重要意義。一方面，節理裂隙能夠為大氣降水和地表水入滲以及地下水的橫向運移提供通道，同時也是地下水的儲水空間；另一方面，利用節理裂隙的主方向可以恢復古構造應力場，分析構造應力場的形成背景，為進一步分析巖溶發育機理及巖溶賦水性規律提供依據[1～2]。

1 研究區概況

房山區位于北京市西南，其西北部為山區，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，地勢總體上西北高東南低。

研究區薊縣系霧迷山組白云巖大面積出露，占房山區可溶巖地層的70%以上，經歷古巖溶時期的巖溶發育和新

構造運動的抬升，巖溶發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，形成北京獨特的巖溶風景旅游區[3～6]。

2 節理裂隙分布規律

本文所使用的數據來源于北京巖溶水資源勘查評價工程中水文地質測繪的工作成果，截止到2013年4月，通過對北京房山區地表各時期地層野外出露的節理進行詳細的觀察與測量，共采集來自295個觀測點共2095條節理裂隙數據，其中忽略延伸小于1m的節理，共有有效節理2036條。

2.1 平面特征

總體來說，房山區域內節理裂隙非常發育，同一測點通常有兩到三組節理交叉分布；變形以低應變脆性破裂為主，形成X形共軛節理，節理面平直、傾角較陡、延伸中等。利用獲得的節理數據繪制的節理傾角分布直方圖和走向玫瑰花圖如圖1所示。由統計可見，房山區節理發育并沒有指示出單一的優勢方位，而是主要集中在35°、305°、350°三個方向，整體上節理走向與區域性大斷裂保持了一致性，主要是北西向（305°）和北東向（35°）比較發育。節理的傾角集中在70°～90°的高角度范圍內。

圖1 房山巖溶水分布區基巖節理傾角分布圖及走向玫瑰花圖

將所測量的節理裂隙數據以測量點為中心進行歸類，共劃分出14個單元，并分別繪制節理裂隙的走向玫瑰花圖，如圖2所示。研究區節理發育方向較為集中，優勢節理突出，少數幾個區域的節理發育方向分散，裂隙發育方向特征顯示區內經歷了多起構造運動的改造，形成交錯裂隙網，為地下水的入滲提供了通道。地表水系的發育方向也呈現與優勢裂隙發育方向一致的特點。大石河在山區自霞云嶺沿北東向發育，拒馬河上游段沿北西發育，下游呈北北西向，河道總體發育方向與裂隙優勢方向一致。從水動力條件分析，水流自高處向低處匯流。因此推斷，本區地下水也應沿優勢裂隙方向由山區向平原匯流，房山山前區拒馬河流域地下水應自西北高處向東南流，大石河流域地下水應自西南山區向東北平原流動。

圖2 房山巖溶水分布區節理走向平面分布圖

2.2 垂向特征

發育于可溶性碳酸鹽巖中的裂隙，被流動的地表水和地下水溶蝕，形成溶隙、溶穴、溶洞等巖溶構造。出露于地表可見的溶穴、溶洞為巖溶發育特征的直觀表現。房山地區碳酸鹽巖分布區內有大小溶洞90多個[7]，本次工作共調查溶洞71處，主要發育于薊縣系霧迷山、鐵嶺組白云巖和奧陶系、寒武系灰巖中。規模較大的溶洞發育在厚層質純、節理寬大的易溶的奧陶系和寒武系灰巖中，如石花洞、孔水洞、銀狐洞等。而霧迷山組和鐵嶺組白云巖中，洞穴發育數量雖較多，但一般規模較小。

圖3 房山區薊縣系地層中溶洞洞口高程分布統計圖

從溶洞洞口高程曲線圖（圖3）可以看出，以224m、360m和630m為拐點，洞口高程曲線斜率呈4個曲線段分布。360m以下溶洞數量多，洞口間高差較小；360m以上，洞口高程曲線斜率變大，溶洞數量減少且洞口間高差加大。據此可推測區內地層在早期每次抬升幅度較大；到后期，區內地層處于相對穩定抬升期，侵蝕基準面相對穩定。溶洞的垂向分布規律顯示區內霧迷山組中巖溶發育具有分層發育的特點[8～9]。

3 總結與展望

北京房山區巖溶發育廣泛，通過對發育其中的節理裂隙進行統計分析，可以發現房山地區的節理裂隙多為高角度垂直節理；節理密度較大，填充物較少，同一地點通常發育兩到三組節理。高密度、高角度、滲透性好的多組節理裂隙為巖溶作用和風化剝蝕作用提供了極為有利的條件；而沿節理裂隙入滲的雨水直接下滲溶蝕，使原本的裂隙網絡被擴大。

北京房山地區的巖溶水開發為北京的生產生活用水提供了保障，因此詳細研究房山地區的巖溶發育機制及分布情況，將更有利于巖溶地下水的安全開采利用。

[1]章 程，蔣忠誠，謝運球等.北京西山南部構造及新構造運動與區域巖溶地貌形成與演化[J].中國巖溶1995.

[2]曾賢薇.其宗水電站壩址區巖溶發育特征及巖溶水系統研究[D].成都理工大學,2009.

[3]北京市水文地質工程地質大隊.北京應急水源地——房山巖溶地下水水供水水文地質勘察與評價[R].2007.

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[5]杜 濤. 南水北調入京后北京西南地區地下水水質演變的實驗模擬研究[D].吉林：吉林大學，2004.

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[7]北京市地礦局. 北京市區域地質志[M].北京：地質出版社,1991．

[8]葉連俊等.華北地臺沉積建造[M].北京：科學出版社,1983．

[9]張之一.北京西山燕山運動的發展過程[J].河北地質學院學報,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

項目支持：北京市巖溶水資源勘查評價工程，項目編號：BJYRS-ZT

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