輝縣百泉泉域構造控水作用和巖溶規律探討

宋玉萍

（河南省地質礦產勘查開發局第二地質環境調查院，河南 鄭州 450053）

輝縣市百泉泉域位于新鄉市北部，區內出露以碳酸鹽巖為主，碳酸鹽巖類裂隙巖溶水是區內地下水的主要含水層，它分布廣，厚度大，巖溶發育，巖溶水資源豐富，是理想的工農業供水水源地。因此，研究本區巖溶構造控水作用和巖溶水水文地質特征，具有重要的現實意義。

1 區域地質概況

1.1 地層

百泉泉域出露地層由老到新依次為：

太古界：為一套經受區域變質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由老到新的變化特征[1]。

1.2 地質構造

泉域內在構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）的復合、聯合部位，晉東南山字型構造前弧東翼反射弧的漸變地段。晉東南“山”字形構造東翼反射弧在區內發育不全，構造行跡規模不大，在西北部稀疏出現。新華夏構造在區內最發育，構成了本區的基本構造格架，在構造形跡上表現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疏密相間的展布規律。見圖1。

要街斷層：展布于北部的要街—老爺嶺一線，全長約20km，走向為東南，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，沿斷裂帶有巖漿巖侵入，形成地質地貌的阻水帶，組成泉域北部隔水邊界[2]。

圖1 百泉泉域構造簡圖

司寨—黃水斷層：發育于泉域西北，北起秦家嶺，經司寨東側至黃水。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，構成百泉泉域西部邊界[2]。

花山斷層：走向為北東，斷層南盤為第四系和新近系，巖性為黏性土、黏土巖、泥質粉砂巖，透水性差，起阻水作用，使北部會嚴重的地下水溢出地表，形成現今的百泉。

前郭雷壓扭性阻水斷層、花木壓扭性阻水斷層和青羊口壓扭性阻水斷層分別構成了百泉泉域的西南、南部和東部的阻水邊界。

2 斷裂構造的控水作用

2.1 組合斷裂的控水作用

在組合斷裂交叉部位，應力集中，巖石破碎，裂隙巖溶發育，是巖溶水富集和運移的良好場所。泉域內的百泉斷裂束，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，當年泉流量與前一年降水量關系密切，呈明顯正相關[3]。

2.2 壓扭性斷裂影響帶的控水作用

區以斷裂以斷裂構造為主，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，使灰巖產生一系列與主干斷裂斜交的張裂與扭裂，巖溶沿此裂隙發育，形成斷裂旁側溶蝕裂隙發育帶。在斷裂在形成過程中，斷裂旁側影響帶的地層往往產生低序次的牽引褶皺，在其軸部，由于地層位移的不協調，產生虛脫和剝離，使之節理裂隙發育，也有利于巖溶的發育和形成。如拍石頭水庫北部和東部的斷裂密集地帶，形成了數個天然泉，泉流量在0.04～2m3/s，且常見天然溶洞。

2.3 不同構造復合部位的控水作用

不同構造體系的復合部位，巖層經受了兩次或兩次以上的構造運動，致使張裂和扭裂都比較發育。這些裂隙是地下水運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。此處中奧陶統灰巖與第四系卵礫石直接接觸，孔隙水與巖溶水水力聯系密切，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 裂隙發育規律

裂隙是導水和貯水的重要構造。泉域內太古界片麻巖、片巖主要為韌性變形，裂隙不發育。其上部的不整合界面為本區東部的隔水邊界；寒武系下統頁巖和馬家溝組賈旺頁巖顆粒細小呈微粒狀，結構致密，節理面緊閉或被泥質填充，裂隙不發育，為本區重要隔水層；寒武系中統至寒武系上統灰巖裂隙發育，較寬裂隙中可見黏土狀充填物；寒武系上統至奧陶系下統白云巖裂隙發育，裂隙寬度也比較大，但裂隙多被白云質沙及坡積物充填，導水、貯水性能均欠佳。馬家溝組灰巖和白云巖裂隙比較發育，灰巖中的裂隙寬度較白云巖中裂隙寬度明顯較寬，這是由于灰巖較易溶蝕所致。

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

3.2 巖溶發育規律

1）在北部山區，由于可溶巖裸露地表，風化作用強烈，再加上地表水和地下水的交替作用，使表層和溝谷兩側巖溶發育。泉域內碳酸鹽巖山區發育“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）巖溶發育程度和巖石結構有關，區內碳酸鹽巖地層主要發育有質純的良晶灰巖和鮞狀灰巖類、角礫狀白云質灰巖和白云巖類以及泥質條帶灰巖和泥晶灰巖類。這些地層相間分布，而其內在的地層巖性組成差異較大，在空間上構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育，而且巖溶洞穴和強巖溶發育帶多沿著∈1m、∈2z 接觸面及O2m2+1和O2m3、O2m4和O2m5接觸面發育分布。如拍石頭水庫西溶洞、方山溶洞及東井峪溶洞等。

3）本區發育了大量的斷裂構造，使完整的可溶巖地層破碎成不規則的條塊狀，在斷裂構造形跡的兩側和復合部位，發育了大量的構造裂隙，促進了水循環交替作用，加劇了侵蝕溶蝕作用，形成了強裂隙巖溶發育帶。如百泉斷裂束之南斷裂隱伏段—金河小屯附近發育有強巖溶發育帶；而相對遠離斷裂構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特征

依據輝縣百泉泉域的水文地質條件，可分成補給區、儲存區和排泄區，各區的水文地質特征如下[3]。

4.1 補給區

位于北部山區及山前坡洪積斜地。大氣降水為主要補給源，在北部山區，碳酸鹽巖裸露分布，地表裂隙巖溶發育，大氣降水直接入滲補給巖溶水；其次為季節性河流滲漏補給，如劉店干河流經碳酸鹽巖裸露山區，河谷裂隙巖溶較發育，河水集中滲漏補給地下水，即使在豐水期河水也很難流出山外；三是水庫滲漏補給，百泉泉域內修建的8 座水庫全部位于有碳酸鹽巖裸露區，裂隙巖溶發育，水庫漏失嚴重；四是孔隙水側向潛流補給，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巖時，潛水轉化為巖溶水；五是外源水補給，如來自補給區外水庫的行洪棄水排入泉域，可補給巖溶水。

4.2 排泄區

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

位于花山斷層以南、陳堡以北，為覆蓋型巖溶水區。巖溶水主要來自補給區巖溶水的側向徑流補給，其次為東北部裸露灰巖區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。

百泉泉域內巖溶水的水力聯系密切，具有統一的補給、徑流、排泄系統。百泉泉域內裂隙巖溶發育，儲存著豐富的巖溶地下水資源，是一個巨大的地下水庫。

5 巖溶地下水動態

天然狀態下，巖溶水的動態主要受降水的控制，無論是年際變化，還是年內 變化，都呈現大氣降水型；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給，長期消耗之特征。水位變幅與降雨量大小有關，并且因地貌部位，徑流條件、含水層儲水空間不同而表現出明顯的差異，表現出從山區到平原（從補給區到排泄區），從寒武系中統含水巖組到奧陶系中統含水巖組逐漸減小的特點[4]。

開采條件下，地下水動態受降雨和人工開采雙重因素的制約，具有豐水年集中補給，枯水年份長期消耗，以豐補歉的特點。受人工開采和降雨量周期性變化的影響，巖溶水位呈現“階梯”狀變化。20 世紀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，巖溶水位的持續下降，大部分泉水斷流，人工開采成為巖溶水動態主要影響因素。

6 結論

綜上所述,輝縣百泉泉域在地質構造下，形成一個封閉的水文地質單元。本區巖溶地下水的賦存條件主要受斷裂構造控制，還和灰巖的巖溶發育有著密切的關系，在構造形跡復合部位、主干斷裂帶及其與支干斷裂的交匯部位裂隙巖溶發育，是地下水貯存和運移的有利場所，是供水水源地水文地質勘探靶區。本文對輝縣百泉泉域構造控水作用和巖溶規律的探討，對于百泉巖溶水的合理開發和保護具有重要意義。