二叠系灰岩含水层的补给排泄径流条件简述

1、 排泄、径流条件简述 水文地质学基础 题目：二叠系灰岩含水层的补给、 学院： 专业： 班级： 姓名： 二叠系灰岩含水层的补给、排泄、径流条件简述 一、区域自然地理条件 1.1 地形 东王村整体地势为南西与北东地势高，中部地势低。区域总面积约为105km2。 根据附图三给出的A-A/的水文地质剖面图可知，从 A到A,地势先缓慢的上升，到 大约3km处出现断层，导致地势急剧下降，至原低点高程约为 400m再继续上升，往北北 东又出现了砂岩页岩互层与片麻岩相互接触的接触断层，最后上升至最高点A600 多米 处，高差为200m对于剖面B-B/,可以明显看到褶皱现象。 主要汇水区集中分布在中部两河流汇流

2、处，根据东王村地区水文地质图可以看出该地 区有两条河流并交汇，东西向的河流发源于东部山脉，向西流向另一条河流处，故地表汇 流处就在此地；潜水埋藏于J2地层中，从钻孔测得的含水层水位标高可以看出1号钻孔处 为潜水含水层最低水位，地理位置与地表水交汇处相近，故判断本地区汇水集中于中部地 表河流交汇处附近。汇水主要原因可能是地势高低大气降水对地表水和地下水补给，地表 水对地下水补给，其他含水层的相互补给和对地下水的补给。 1.2 气候 根据表U东王村多年（1951-1970年）平均降水量及气温资料，我们可以得知，该地 区的降水主要集中在每年的夏季 4-8 月份，降水较为平均， 1至 6月降雨持续稳定

3、上升， 在 6 月达到最高， 6 至 12 月降雨持续下降， 12 月降水最少，全年降水总量为 1260.4mm。 气温从 1月到 8月持续上升， 8月到 12月呈下降趋势，其中 8月份气温最高， 1月最低， 年温差为16.9 C,全年平均气温为16.5 C。由此可见东王村是个夏季温暖湿润，冬季 寒冷少雨的地方。 1.3 水文 根据水文地质图可知，该地区水系不太发育，分布不太集中，有些松散，水系之间的 水力联系较少，河流的补给来源主要是大气降水与地下水补给，外围流量小于中间地带； 主干河流沿盆地边缘由北西向南东流向，在它的分水岭也发育于盆地边缘，发育在第四系 水系上分布最广，在灰岩地区因地下水

4、汇势而形成较大溶洞，且该地下水分布极不均匀， 有各向异性，页岩和细砂岩因透水性能差，该区域水系分布少，构造对地表水的发育和中 断起决定性作用；由该图可知，正北方向构造对河流起中断作用，形成地表水向地下水的 补给关系，图正南方向构造对地表水的起源有一定的影响；地下水的流向由东到西。 前泥盆系地层发育很多小支流，一部分为常年河，一部分为季节性河流；石炭系地层 也有河流发育，但基本都是季节性河流；二叠系地层有许多泉出露，没有河流；侏罗系地 层发育常年河流； 第四系发育有最大的支流， 有许多小支流汇入， 并一起流入西侧干流中。 根据测水站所测数据可知， 整个河流水系流入时流量为 1.5m3/s ，流出

5、时为 2.75m3/s ， 其中有东西向的支流流入 1.2m3/s ，其他增加的流量推测来自于大气降水及地下水补给。 二、区域地质条件 2.1 地层 该地区地层从新到老为第四纪冲积物（面积约为1 /9 ）、晚侏罗世砂页互层、中侏罗世 夹煤页岩、早侏罗世长石石英砂岩、二叠纪石灰岩（面积约 1/3 ）、石炭纪夹砂页岩与前泥 盆纪片麻岩及页岩 （面积约 5/12） ，其中第四纪与晚侏罗世地层、早侏罗世与二叠纪地层、 石炭纪与前泥盆纪地层之间均呈角度不整合接触。其中片岩及片麻岩主要分布在东部以及 西南角，出露高，中部地带主要出露为砂岩和砂砾岩，且部分被第四纪覆盖，石灰岩、砂 砾岩出露较少。整个地区地层

6、以二叠纪和侏罗纪出露最广。 2.2 构造 根据B-B水文地质剖面图可以知道该地区北部有一背斜，中部偏年有一向斜，北部 的背斜核部为石炭纪砂岩与页岩互层，两翼为二叠纪石灰岩；偏南的向斜核部为侏罗纪砂 岩及页岩，两翼为二叠纪石灰岩和石炭纪砂岩。该褶皱轴迹为南北向，是一个直立水平褶 皱。向斜褶皱所形成的的盆地地形有利于接受大气降雨补给， 大气降水沿两翼向核部汇集 东王村地区存在地堑构造，东部与西部地区有正断层，东部的断层为南北走向，分布 在石炭纪与前泥盆纪地层之间，角度较大，有河流发育，可导水，断距大于480m倾角约 75;西部的断层为NW-S走向，上盘为侏罗纪到二叠纪地层，下盘为前泥盆纪地层，该

7、断层可导水，地表有泉出露，断距大于430m，倾角约30。断层会影响岩溶的发育，地 质勘探孔的分布，以及泉的分布，断层外及其旁边的泉分布较多。东部地区的断层上盘为 石炭系页岩夹薄层砂岩，下盘为AnD片麻岩和片岩，由A-A/水文地质剖面图知上盘下移， 为正断层，西南边断层为同沉积断层。 三、区域水文地质条件 3.1岩层含水性 表H 6-3岩层含水性说明表 代号 时代 岩性 裂隙及岩溶 发育情况 泉流量/L ?s-1 钻孔单位涌 水量 /L ?s-1?rm 岩层含水性 划分 q1 第四纪（冲积 物） 角度不整合 晚侏罗世 砂砾石 孔隙发育 0 3.1 强含水层 J3 泥质砂岩与 砂质页岩互 层 裂隙

8、闭合 隔水层 J2 中侏罗世 长石石英砂 岩 裂隙张开（裂 隙率为 1.5-1.8 ） 1.5 0.1-0.11 弱含水层 J1 早侏罗世 角度不整合 二叠纪 页岩（夹煤 层） 裂隙闭合 隔水层 P 纯质石灰岩 岩溶发育（成 岩溶率为 9.4-13.5 ） 761.3 0.9-1.1 强含水层 C 石炭纪 角度不整合 前泥盆纪 页岩夹薄层 砂岩 裂隙闭合 弱含水层 AnD 片麻岩及片 岩 构造裂隙闭 合，发育风化 裂隙 0.32 无 浅部弱含水 层 深部隔水层 a.第四纪 岩层由冲积物砂砾石组成，孔隙发育，钻孔单位流量为3.1L s-1 m1 （3号钻孔）， 泉流量为0,为强含水层； b. 晚

9、侏罗世 由泥质砂岩与砂质页岩互层组成，裂隙闭合，泉流量为0,而晚侏罗世因岩性和透水 性能较差、无钻孔，推测为0，岩层含水性差，为隔水层； c. 中侏罗世 岩性为长石石英砂岩，裂隙张开，钻孔单位涌水量为0.1 L -s-1 -m1 （1号、3号钻孔）， 中侏罗世夹在早侏罗世与晚侏罗世之间为承压水层，其排泄方式以下降泉的方式排出，泉 流量为1.5L - s-1 （12号泉）,岩层含水性好,为强含水层； d. 早侏罗世 由页岩和夹厚为 35m 的可采煤层组成，裂隙闭合，岩性比较致密，所以钻孔涌水量 几乎为零，为隔水层； e. 二叠纪 岩性为纯质石灰岩，岩溶发育，且随构造发育，泉流量为761.3 L

10、- s-1 （1-11号、13 号泉），钻孔单位涌水量为1.0L - s-1 - m1 （1号、2号钻孔），为强含水层，但含水性差异 性大； f. 石炭纪 岩性为页岩夹薄层砂岩，裂隙闭合，没有泉出露，为弱含水层或隔水层； g. 前泥盆纪 岩性为片麻岩及片岩，构造裂隙闭合，岩石致密，深部为隔水层，但又因为存在风化 裂隙，可含少量水，有泉出露，其泉的形式主要是下降泉，泉流量为0.32L - s1 （14-17 号泉），浅部为弱透水层。 二叠系含水层岩溶发育特征： a. 岩溶发育条件 岩石可溶性： P 地层为纯质石灰岩，为碳酸盐岩； 可溶岩透水性：岩层中存在两类空隙，一为与沉积共生的孔隙，二位后期构

11、造作 用中形成的构造裂隙，这里发育于中部褶皱区及两个断裂带附近； 水的侵蚀性：从二叠系的水化学特征中可看出重碳酸根含量较高； 水流条件：地下水循环交替是岩溶发育的充要条件，不断更替具有侵蚀性的水， 将溶解与侵蚀的物质带走，留下岩溶； 生物条件：从降水与气温资料中可得出该地应该为亚热带季风气候，植物与微生 物丰富，向土壤中释放的二氧化碳较多。 b. 岩溶分类 根据岩溶现象分布的区域分为三类： P与J1分界线处，该地区刚好位于中心盆地区域， 是地下水流的集中排泄处，地层 接触处侧向运移遇阻，连线汇集，故而岩溶发育； P与AnD东部断裂北部，在断裂带附近，该断层不导水，侧向运移受阻，流线汇集， 故而

12、岩溶发育； P与C交界处，分水岭为高地势，地下水向中心汇聚，且在C地层中有常年（季节） 河流，被岩溶水袭夺，推测该处存在局部溯源侵蚀，地下水截断地表水从而形成 地表岩溶现象，可能有落水洞、溶蚀漏斗等现象； P地层中部地区，此处不是地层接触处，故推此处构造裂隙发育，控制水优先运移， 形成差异性溶蚀，裂隙区岩溶程度进一步加大。 3.2各含水层的主要水文地质特征 1）各含水层的出露分布特征 由图可知，二叠系为纯质石灰岩，出露范围较大，岩溶发育，是本地区主要含水层； 中侏罗统为长石石英砂岩，裂隙张开，形成较薄的含水层。其中，区中二叠系中的含水层 主要以泉的形式出露，沿其与上侏罗统岩层界线分布。其它含水

13、层则没有出露。 2）泉的出露条件、类型及命名 根据补给泉的含水层的性质，可将泉分为上升泉和下降泉两大类；图中显示共有17 处泉，东王村附近的泉主要为下降泉，主要分布在二叠系与下侏罗统地层中，为溢流泉， 地下是由灰岩与页岩构成，含有丰富的地下水，以潜水为主，编号为12、13的泉为上升 泉，分布在断层地带，为断层泉；在断层地区冒出的水量，主要是来源于地下承压水在静 水压力下溢流出的泉水。具体各个泉的性质见表 1。 表1 泉号 出露地层 泉流量 /(L ?s-1) 水化学类 型 出露成因 泉命名 1-11 P 759 HCOCa,Mg 溢流下降 泉 12 J2 1.5 HCONa 断层上升 13 P

14、 2.3 SO-Na,Ca 泉 14-17 AnD 0.32 HCOCa 侵蚀下降 泉 3）二叠系含水层的水温及水质变化特征 二叠系纯质石灰岩出露范围较大，属可溶性岩，岩溶现象随构造发育，由于岩溶发育, 使得岩层极易透水给水，并可给出相当数量的水，故为本地区主要含水层。根据表U可看 出水质从东向西二叠系氯化物浓度增高，重碳酸根与硫酸根稍有减少，矿化度明显增大， 水温略有升高，约20C左右，比该地区全年平均气温高。 4）中侏罗统含水层的水温及水质变化特征 中侏罗统含水层的水温比该地区全年平均气温稍高约17C,从该地区地下水化学成分 分析知中侏罗统含水层中有硫酸根离子，为中矿化度水，但随其深度增加

15、，矿化度有一定 减少。因 3 号钻孔中出现了较多的低矿化度离子，如钙离子、镁离子、碳酸氢根离子。总 的来说该地区含水层中的水为中矿化度水。水质从东向西矿化度增加，水温略有升高。 5）含水层的补给、排泄、径流条件 含水层主要补给来源于大气降水，早侏罗世与晚侏罗世地层的渗透性能差，中侏罗世 的渗透性能较前两个要好， 侏罗系岩层主要侧向径流排泄的河流； 二叠纪岩层透水性能好， 尤其是在盆地边缘，即与 AnD相交地区，岩溶发育强烈，补给通过大气降水和石炭系向其 侧向流入，形成补给的岩溶通道。 排泄方式主要通过泉排泄以及地下水补给地表水。 地表水径流主要与地形有关，构造也对其具有一定的影响。地下水在第四

16、纪地层中以 潜水的形式流动，在二叠纪岩层中以岩溶通道径流，水体总势在该地区的西部排泄，我们 可以从 6号泉、 3号钻孔、 1 号钻孔及 13号泉的矿化度及水温来判断径流强度变化： 6号泉f 3号钻孔f 1号钻孔f 13号泉 M 0.25 1.9 4.0 4.1 t 15 C 19 C 20 C 23 C P 含水层中的地下水从东到西运移，水温逐渐变高，表明水位埋深变深，矿化度逐渐 增大，表明径流强度逐渐减弱，水循环速度下降。从补给区到排泄区，径流强度减弱，二 叠系石灰岩区岩溶发育处以及第四系砂砾岩区的径流强度大。 3.3 断裂带的水文地质特征 东部断层为南北走向，断层的倾角在 85左右，倾向向西，上盘为石炭系页岩夹薄层 砂岩，下盘为AnD片麻岩和片岩，为正断层，断层北部由石炭系向二叠系侧向流入，断裂 带附近河流被截断，股推测该断层不导水。 西部的断层为NW-SE走向，上盘为侏罗纪到二叠纪地层，下盘为前泥盆纪地层，地表 有泉出露，是地下水沿断层向上喷涌而成，均为上升泉，然而12 号、 13 号泉流量很小， 且沿断裂带流经的河流所受的补给也极小，所以推测该断层是隔水断层，该