河北省蔚县南部山区岩溶水蓄水构造浅析

郝文霞

河北省地矿局第三地质大队 河北 张家口 075000

蔚县位于河北省西北部太行山脉北端，地处一断陷盆地中。盆地的南部山前主要峪口（北口、九宫口、松枝口、西金河口）上游山区分布着一系列单独的岩溶水地下水系统，各系统有各自的封闭边界和地下水循环系统，区内大气降水较丰富，碳酸盐岩地层在区域构造活动的作用影响下，巨厚的包气带岩石垂直节理裂隙发育，沟通了各个地质时期的岩溶发育带，有利于大气降水的垂直渗透补给，然后岩溶水在深部裂隙岩溶发育带汇聚以径流带的形式向下游峪口排泄区运移，各峪口及附近的松散岩类堆积厚度大、孔隙发育，集中储存条件好，调蓄能力强，有利于地下水的富集，这些均符合蓄水构造的构成要素（图1）。

图1 蔚县南部山区岩溶蓄水构造示意图

这些蓄水构造距县城及主要乡镇距离约10km，其地理位置、高程、地形条件、富水性大小等条件优势对蔚县盆地区的城镇居民供水及工农业的发展供水需求意义很大。

1 气象水文因素

蔚县盆地南部山区降水量580-700mm，盆地平原区降水量380-430mm，可见山区比平原区降水丰富，但山区地表河流常年干枯，无泉水出露。如：北口峪东南部草沟堡河与南部王喜洞河在北部甑家湾附近汇合入东峪河，径流量为0.5m3/s ，进入东峪1.0km后地表水全部渗入地下，北口峪及三条支峪常年无地表径流，说明包气带岩石的入渗条件好，大气降水在地表滞留时间短，在很短时间内就全部转换为地下水，为岩溶水蓄水构造提供了丰富的补给来源。

2 地质构造

蔚县南部山区与盆地之间以祁吕山字型构造东翼反射弧NE-SW向南部山前的蔚县--狼山深大断裂（本文简称蔚县南部山前大断裂）为界，研究区内下宫村至金河口段延伸长度约70km，北盘盆地区相对下降区，主要由第四系松散堆积构成，沉积厚度达800-1000m，南侧盘山区为构造抬升区，为断层面倾向NW的陡倾斜正断层，近断裂处岩石主要为蓟县系雾迷山组（Jxw）碳酸盐岩地层，节理裂隙、溶隙溶孔发育，连通性好，渗透性较强；北侧是透水性差的第四系下更新统（Q1）粘土隔水层。由于断层的作用碳酸盐岩地层与粘土层呈断层接触，使粘性土像堤坝一样起到挡水作用，使沿断裂南侧各地下水系统内的大气降水垂直渗入地下后，形成的岩溶水不断由地下分水岭部位以径流带的形式向下游峪口汇聚，在排泄部位使水位抬高形成岩溶泉和潜流，排泄至峪口外盆地区冲洪积扇顶巨厚的砂卵石层中富集起来[1]。可见裂隙-岩溶水在补给、运移、蓄集过程中主要受到该断裂南侧地带岩石的类型、岩性、节理-裂隙及岩溶发育程度的控制。

3 地形地貌

区内大部分地带为以碳酸盐岩构成的构造剥蚀高中山，分布于蔚县盆地南缘至涞源盆地地表分水岭附近地带。山顶浑圆，山脊多圆晕状，地形较平坦，坡降2-8‰，山坡为直坡，坡角 15-25°，陡崖发育。沟谷多呈“U”字型，少部分“V”字型。岩溶较发育，常见溶隙、溶洞，雨季部分地带陡崖壁有悬挂泉水流出。地势北低南高，地形起伏大，最高点海拔发育2306m，北部地势相对低缓，最低点北口峪海拔1053m，相对高差1200m以上，沟谷呈峡谷状，主要支谷切割深度400-500m，各峪口流域为完整的地表水系统，由南向北径流。受NE向断裂构造两侧地层升降幅度差异的影响（西部升幅小于东部）由西向东各峪口蓄水构造汇水面积规模由大变小（各峪口流域汇水面积见表1）。

表1 各峪口蓄水构造岩溶地下水的水力坡度（‰）对比

南端草沟堡乡一带以岩浆岩构成为主的构造剥蚀高中山，山顶浑圆，山脊呈鳍状，山坡为直坡，坡度一般 15-20°。河谷多呈“U”型，“V”型次之。绝对高程 1700-2000m。

4 岩溶水蓄水构造构成

4.1 垂直补给带

为各岩溶水系统地下水径流带以上包气带部分的透水不含水地层，厚度数十米至数百米。由山区南端分水岭向北至蔚县盆地南缘，地层出露分布特征为：山区南端为零星分布的青白口系(Qn)硅质白云岩、砂岩；中部山区主要为蓟县系（Jx）白云岩、寒武系(∈)白云质灰岩和鲕状灰岩等、奥陶系(O)的含燧石条带灰岩和竹叶状灰岩及白云质灰岩等，地层由南偏东向北西方向倾斜，层理清晰，层间裂隙发育；侏罗系（J）以中性熔岩和碎屑岩为主，岩性为安山岩、安山角砾岩，出露分布于于东南部山区。由于地质构造的作用，各时代出露的各类岩石的垂直节理和裂隙及岩溶发育程度也不尽相同，其南部和西部的岩石裂隙、溶隙、溶孔、溶洞发育程度要好于东北部，其连通性、透水性也如此；而各岩溶系统包气带岩石的渗透性强弱程度由分水岭部位向峪口部位呈补给途径由大到小、补给速度由缓变快的规律特征，其雨季上游支沟形成的地表流到下游主沟地带迅速消失就说明了这一点。

4.2 水平迳流带

各岩溶水系统地下水径流带沿谷底呈树枝状展布。根据地层出露情况，由各系统分水岭到下游主干河谷底，其陡崖上揭露的自然断面显示，岩溶溶隙和溶孔的发育带主要分布于蓟县系（Jx）白云岩、寒武系(∈)灰岩的层间裂隙接触部位，其连通性受垂直岩层层面裂隙发育程度的控制，在有小型构造发育部位是裂隙分布密集部位，是地形切割程度大的部位，也是岩溶发育较好的部位，在后期水的溶蚀作用下形成岩溶水径流带，因而各岩溶系统径流带径流强度由周围分水岭地带向主流谷地呈由弱变强的规律特征[2]。

4.3 储水空间

地层岩性主要为上元古界蓟县系（Jx）白云岩、下古生界寒武系(∈)灰岩，厚度大于1000m，碳酸盐岩分布面积大于90%，裂隙岩溶发育各峪口内上游，岩溶地下水主要赋存于溶蚀裂隙带中,为数不多的溶洞多呈孤立状洞穴,溶洞之间主要靠溶隙和裂隙连通,组成以溶隙为主的地下水网络空间系统。受溶隙网络空间特征控制,岩溶含水层的透水性能和富水性在各自的流域范围相对均匀性差。

4.4 边界条件

各岩溶水系统南部边界与涞源盆地地表分水岭为区域性边界，各峪口地表流域之间以分水岭为界，天然状态下以上地表分水岭边界基本可视为地下分水岭边界；整岩溶水系统地表流域出露的地层是垂直补给边界；北部隔水边界为山前冲洪积扇两翼第四系上更新统（Q3）粘性土和下部沉积厚度约500m的第四系下更新统（Q1）粘土层与碳酸盐岩地层经断层对接形成阻水边界，山前冲洪积扇轴部砂卵石层与碳酸盐岩地层对接形成了岩溶水蓄水构造侧向径流溢出排泄边界。

4.5 岩溶水动力场特征

根据对钻孔资料和典型岩溶水系统的地下水流场分析，虽然在一些较大的溶洞和缝隙内可能存在紊流运动，但从宏观来看，它又具备渗流的性质。同一系统内的不同岩溶含水层组之间，有密切的水力联系，有大体统一的水动力场。在系统中的主要岩溶储水体内，从上游至下游，从分水岭到集中排泄峪口区,岩溶水的流场、流向、水力梯度、导水性能和动态等，都受岩溶水蓄水构造规模大小、发育形状的控制，水力坡度呈由陡变缓规律性变化。

各岩溶水系统，由西向东其分水岭至排泄点的最大距离由38km渐变为8km，流域面积由数百平方公里变化为几十平方公里，地下水水头差由200m左右渐变为100m左右，构成一个强迳流地下水网络动力场。由于各峪口内岩溶地下水迳流途径长短、汇水面积、循环深度不一，水动力条件差异也大，所以岩溶发育和分布亦有所不同。

4.6 运移方式

岩溶水的补给来源以大气降水渗入为主，各流域岩溶水水位以上垂直补给带渗透条件好，裂隙岩溶发育，岩石的垂直渗透条件良好，地下水以垂直运动为主。

迳流带岩溶水以水平运动为主, 径流条件较为复杂，由西向东以各峪口侧向迳流断面或泉出露为收敛中心的不规则扇形径流网变为狭长的羽状迳流网，岩溶水呈自南向北的径流总趋势，但其径流过程比较复杂，在地形、水文网、地层岩性、断裂构造多因素的控制下，岩溶地下水以迳流带的形式向排泄区汇集, 其径流流场特点是：上游区流线密集,水力坡度陡，到排泄区则流线逐渐变的稀疏，水力坡度平缓。

4.7 排泄方式

各岩溶水蓄水构造主要以三种方式排泄：一是当峪口地下水位高出冲洪积扇两翼地面高程时，由于第四系上更新统粘土层的阻挡作用岩溶水以溢流泉的形式排出地表后，通过地表径流渗入补给下游第四系孔隙含水层；二是各峪口外冲洪积扇顶部第四系上更新统砂卵石沉积厚度大，调蓄能力强是岩溶水向第四系松散孔隙含水层侧向径流排泄再次富集的处所；三是通过山前大断裂破碎带向蔚县断陷盆地深部岩溶水的深循环侧向径流排泄[3]。其泉流量和迳流量介于0.05～21.62L/s，北口峪附近泉流量达150L/s，如表2所示。

表2 各岩溶蓄水构造侧向径流排泄量概算表

5 第四系冲洪积扇含水层对岩溶水的调蓄作用

6 资源的合理开发利用条件

各岩溶蓄水构造水水质良好，为HCO3-CaMg型，矿化度0.3～0.4g/l，在开发利用中要做好长远规划，应尽可能的保持岩溶水系统天然状态下的补给、迳流、排泄运动规律，在蔚县南部山区岩溶水蓄水构造分布区域内不得施工深井设置水源地，已有开采深井宜兼做动态长观井进行岩溶水监测。各峪口外第四系松散层颗粒粗大，形成的地下水库具有供水点地面高程高、地理位置优越、埋藏条件适中、蓄水和调节空间大、资源较丰富、水质好、易开采、供水成本低廉等优点，布井条件优越，适合建立城镇供水及工业供水水源地[4]。

通过水文地质勘探试验取得各峪口的较详细的水文地质资料，以各峪口岩溶水的侧向径流排出量和泉流量作为资源量，再乘以0.6的安全系数作为可采资源量，在峪口外第四系地下水库区布置开采井进行开发利用的资源量约为：北口峪 5.4×104m3/d，九宫口峪3×104m3/d，松枝口峪1×104m3/d，金河口峪0.5×104m3/d。

7 结语

蔚县盆地南缘主要峪口内的岩溶蓄水构造分布区的碳酸盐岩地层以其厚度大、岩溶发育、渗入条件好、大气降水较丰富、地表汇水面积较大为特证，有完整的补、径、排岩溶水系统，岩溶水排泄区含水介质透水性好，排出口外侧下游区第四系松散层颗粒粗大，尤其在各大冲洪积扇顶及轴部地带含水介质颗粒粗大、蓄水空间大、对地下水的调蓄能力强，布井条件优越、经济、科学合适，对区内的城镇发展和经济建设具有重要的供水意义。但由于地下水位埋藏浅，包气带渗透性好，所以在开发过程中要对水源地及周围包气带进行严格的保护，以防止地下水水源的污染。