河北省蔚縣南部山區巖溶水蓄水構造淺析

郝文霞

河北省地礦局第三地質大隊 河北 張家口 075000

蔚縣位于河北省西北部太行山脈北端，地處一斷陷盆地中。盆地的南部山前主要峪口（北口、九宮口、松枝口、西金河口）上游山區分布著一系列單獨的巖溶水地下水系統，各系統有各自的封閉邊界和地下水循環系統，區內大氣降水較豐富，碳酸鹽巖地層在區域構造活動的作用影響下，巨厚的包氣帶巖石垂直節理裂隙發育，溝通了各個地質時期的巖溶發育帶，有利于大氣降水的垂直滲透補給，然后巖溶水在深部裂隙巖溶發育帶匯聚以徑流帶的形式向下游峪口排泄區運移，各峪口及附近的松散巖類堆積厚度大、孔隙發育，集中儲存條件好，調蓄能力強，有利于地下水的富集，這些均符合蓄水構造的構成要素（圖1）。

圖1 蔚縣南部山區巖溶蓄水構造示意圖

這些蓄水構造距縣城及主要鄉鎮距離約10km，其地理位置、高程、地形條件、富水性大小等條件優勢對蔚縣盆地區的城鎮居民供水及工農業的發展供水需求意義很大。

1 氣象水文因素

蔚縣盆地南部山區降水量580-700mm，盆地平原區降水量380-430mm，可見山區比平原區降水豐富，但山區地表河流常年干枯，無泉水出露。如：北口峪東南部草溝堡河與南部王喜洞河在北部甑家灣附近匯合入東峪河，徑流量為0.5m3/s ，進入東峪1.0km后地表水全部滲入地下，北口峪及三條支峪常年無地表徑流，說明包氣帶巖石的入滲條件好，大氣降水在地表滯留時間短，在很短時間內就全部轉換為地下水，為巖溶水蓄水構造提供了豐富的補給來源。

2 地質構造

蔚縣南部山區與盆地之間以祁呂山字型構造東翼反射弧NE-SW向南部山前的蔚縣--狼山深大斷裂（本文簡稱蔚縣南部山前大斷裂）為界，研究區內下宮村至金河口段延伸長度約70km，北盤盆地區相對下降區，主要由第四系松散堆積構成，沉積厚度達800-1000m，南側盤山區為構造抬升區，為斷層面傾向NW的陡傾斜正斷層，近斷裂處巖石主要為薊縣系霧迷山組（Jxw）碳酸鹽巖地層，節理裂隙、溶隙溶孔發育，連通性好，滲透性較強；北側是透水性差的第四系下更新統（Q1）粘土隔水層。由于斷層的作用碳酸鹽巖地層與粘土層呈斷層接觸，使粘性土像堤壩一樣起到擋水作用，使沿斷裂南側各地下水系統內的大氣降水垂直滲入地下后，形成的巖溶水不斷由地下分水嶺部位以徑流帶的形式向下游峪口匯聚，在排泄部位使水位抬高形成巖溶泉和潛流，排泄至峪口外盆地區沖洪積扇頂巨厚的砂卵石層中富集起來[1]。可見裂隙-巖溶水在補給、運移、蓄集過程中主要受到該斷裂南側地帶巖石的類型、巖性、節理-裂隙及巖溶發育程度的控制。

3 地形地貌

區內大部分地帶為以碳酸鹽巖構成的構造剝蝕高中山，分布于蔚縣盆地南緣至淶源盆地地表分水嶺附近地帶。山頂渾圓，山脊多圓暈狀，地形較平坦，坡降2-8‰，山坡為直坡，坡角 15-25°，陡崖發育。溝谷多呈“U”字型，少部分“V”字型。巖溶較發育，常見溶隙、溶洞，雨季部分地帶陡崖壁有懸掛泉水流出。地勢北低南高，地形起伏大，最高點海拔發育2306m，北部地勢相對低緩，最低點北口峪海拔1053m，相對高差1200m以上，溝谷呈峽谷狀，主要支谷切割深度400-500m，各峪口流域為完整的地表水系統，由南向北徑流。受NE向斷裂構造兩側地層升降幅度差異的影響（西部升幅小于東部）由西向東各峪口蓄水構造匯水面積規模由大變小（各峪口流域匯水面積見表1）。

表1 各峪口蓄水構造巖溶地下水的水力坡度（‰）對比

南端草溝堡鄉一帶以巖漿巖構成為主的構造剝蝕高中山，山頂渾圓，山脊呈鰭狀，山坡為直坡，坡度一般 15-20°。河谷多呈“U”型，“V”型次之。絕對高程 1700-2000m。

4 巖溶水蓄水構造構成

4.1 垂直補給帶

為各巖溶水系統地下水徑流帶以上包氣帶部分的透水不含水地層，厚度數十米至數百米。由山區南端分水嶺向北至蔚縣盆地南緣，地層出露分布特征為：山區南端為零星分布的青白口系(Qn)硅質白云巖、砂巖；中部山區主要為薊縣系（Jx）白云巖、寒武系(∈)白云質灰巖和鮞狀灰巖等、奧陶系(O)的含燧石條帶灰巖和竹葉狀灰巖及白云質灰巖等，地層由南偏東向北西方向傾斜，層理清晰，層間裂隙發育；侏羅系（J）以中性熔巖和碎屑巖為主，巖性為安山巖、安山角礫巖，出露分布于于東南部山區。由于地質構造的作用，各時代出露的各類巖石的垂直節理和裂隙及巖溶發育程度也不盡相同，其南部和西部的巖石裂隙、溶隙、溶孔、溶洞發育程度要好于東北部，其連通性、透水性也如此；而各巖溶系統包氣帶巖石的滲透性強弱程度由分水嶺部位向峪口部位呈補給途徑由大到小、補給速度由緩變快的規律特征，其雨季上游支溝形成的地表流到下游主溝地帶迅速消失就說明了這一點。

4.2 水平逕流帶

各巖溶水系統地下水徑流帶沿谷底呈樹枝狀展布。根據地層出露情況，由各系統分水嶺到下游主干河谷底，其陡崖上揭露的自然斷面顯示，巖溶溶隙和溶孔的發育帶主要分布于薊縣系（Jx）白云巖、寒武系(∈)灰巖的層間裂隙接觸部位，其連通性受垂直巖層層面裂隙發育程度的控制，在有小型構造發育部位是裂隙分布密集部位，是地形切割程度大的部位，也是巖溶發育較好的部位，在后期水的溶蝕作用下形成巖溶水徑流帶，因而各巖溶系統徑流帶徑流強度由周圍分水嶺地帶向主流谷地呈由弱變強的規律特征[2]。

4.3 儲水空間

地層巖性主要為上元古界薊縣系（Jx）白云巖、下古生界寒武系(∈)灰巖，厚度大于1000m，碳酸鹽巖分布面積大于90%，裂隙巖溶發育各峪口內上游，巖溶地下水主要賦存于溶蝕裂隙帶中,為數不多的溶洞多呈孤立狀洞穴,溶洞之間主要靠溶隙和裂隙連通,組成以溶隙為主的地下水網絡空間系統。受溶隙網絡空間特征控制,巖溶含水層的透水性能和富水性在各自的流域范圍相對均勻性差。

4.4 邊界條件

各巖溶水系統南部邊界與淶源盆地地表分水嶺為區域性邊界，各峪口地表流域之間以分水嶺為界，天然狀態下以上地表分水嶺邊界基本可視為地下分水嶺邊界；整巖溶水系統地表流域出露的地層是垂直補給邊界；北部隔水邊界為山前沖洪積扇兩翼第四系上更新統（Q3）粘性土和下部沉積厚度約500m的第四系下更新統（Q1）粘土層與碳酸鹽巖地層經斷層對接形成阻水邊界，山前沖洪積扇軸部砂卵石層與碳酸鹽巖地層對接形成了巖溶水蓄水構造側向徑流溢出排泄邊界。

4.5 巖溶水動力場特征

根據對鉆孔資料和典型巖溶水系統的地下水流場分析，雖然在一些較大的溶洞和縫隙內可能存在紊流運動，但從宏觀來看，它又具備滲流的性質。同一系統內的不同巖溶含水層組之間，有密切的水力聯系，有大體統一的水動力場。在系統中的主要巖溶儲水體內，從上游至下游，從分水嶺到集中排泄峪口區,巖溶水的流場、流向、水力梯度、導水性能和動態等，都受巖溶水蓄水構造規模大小、發育形狀的控制，水力坡度呈由陡變緩規律性變化。

各巖溶水系統，由西向東其分水嶺至排泄點的最大距離由38km漸變為8km，流域面積由數百平方公里變化為幾十平方公里，地下水水頭差由200m左右漸變為100m左右，構成一個強逕流地下水網絡動力場。由于各峪口內巖溶地下水逕流途徑長短、匯水面積、循環深度不一，水動力條件差異也大，所以巖溶發育和分布亦有所不同。

4.6 運移方式

巖溶水的補給來源以大氣降水滲入為主，各流域巖溶水水位以上垂直補給帶滲透條件好，裂隙巖溶發育，巖石的垂直滲透條件良好，地下水以垂直運動為主。

逕流帶巖溶水以水平運動為主, 徑流條件較為復雜，由西向東以各峪口側向逕流斷面或泉出露為收斂中心的不規則扇形徑流網變為狹長的羽狀逕流網，巖溶水呈自南向北的徑流總趨勢，但其徑流過程比較復雜，在地形、水文網、地層巖性、斷裂構造多因素的控制下，巖溶地下水以逕流帶的形式向排泄區匯集, 其徑流流場特點是：上游區流線密集,水力坡度陡，到排泄區則流線逐漸變的稀疏，水力坡度平緩。

4.7 排泄方式

各巖溶水蓄水構造主要以三種方式排泄：一是當峪口地下水位高出沖洪積扇兩翼地面高程時，由于第四系上更新統粘土層的阻擋作用巖溶水以溢流泉的形式排出地表后，通過地表徑流滲入補給下游第四系孔隙含水層；二是各峪口外沖洪積扇頂部第四系上更新統砂卵石沉積厚度大，調蓄能力強是巖溶水向第四系松散孔隙含水層側向徑流排泄再次富集的處所；三是通過山前大斷裂破碎帶向蔚縣斷陷盆地深部巖溶水的深循環側向徑流排泄[3]。其泉流量和逕流量介于0.05～21.62L/s，北口峪附近泉流量達150L/s，如表2所示。

表2 各巖溶蓄水構造側向徑流排泄量概算表

5 第四系沖洪積扇含水層對巖溶水的調蓄作用

6 資源的合理開發利用條件

各巖溶蓄水構造水水質良好，為HCO3-CaMg型，礦化度0.3～0.4g/l，在開發利用中要做好長遠規劃，應盡可能的保持巖溶水系統天然狀態下的補給、逕流、排泄運動規律，在蔚縣南部山區巖溶水蓄水構造分布區域內不得施工深井設置水源地，已有開采深井宜兼做動態長觀井進行巖溶水監測。各峪口外第四系松散層顆粒粗大，形成的地下水庫具有供水點地面高程高、地理位置優越、埋藏條件適中、蓄水和調節空間大、資源較豐富、水質好、易開采、供水成本低廉等優點，布井條件優越，適合建立城鎮供水及工業供水水源地[4]。

通過水文地質勘探試驗取得各峪口的較詳細的水文地質資料，以各峪口巖溶水的側向徑流排出量和泉流量作為資源量，再乘以0.6的安全系數作為可采資源量，在峪口外第四系地下水庫區布置開采井進行開發利用的資源量約為：北口峪 5.4×104m3/d，九宮口峪3×104m3/d，松枝口峪1×104m3/d，金河口峪0.5×104m3/d。

7 結語

蔚縣盆地南緣主要峪口內的巖溶蓄水構造分布區的碳酸鹽巖地層以其厚度大、巖溶發育、滲入條件好、大氣降水較豐富、地表匯水面積較大為特證，有完整的補、徑、排巖溶水系統，巖溶水排泄區含水介質透水性好，排出口外側下游區第四系松散層顆粒粗大，尤其在各大沖洪積扇頂及軸部地帶含水介質顆粒粗大、蓄水空間大、對地下水的調蓄能力強，布井條件優越、經濟、科學合適，對區內的城鎮發展和經濟建設具有重要的供水意義。但由于地下水位埋藏淺，包氣帶滲透性好，所以在開發過程中要對水源地及周圍包氣帶進行嚴格的保護，以防止地下水水源的污染。