河南新密地区岩溶水特征及构造控水研究.pdf

第 5卷第 4期 2 0 1 4年 7月 矿 产 勘 查 MI NERAL EXPL0RATI ON V0 l _ 5 N0 4 J u y， 201 4 河南新密地区岩溶水特征及构造控水研究 申明剑 ( 河南省地 质矿 产勘 查开发局 第二地质勘查 院 ， 许 昌4 6 1 0 0 0 ) 摘要岩溶水 是新 密市城市供水 的主要水 源 ， 也是 区内二 1 煤开采 和煤下 铝土矿 开采 的主要 充水来 源。 由于近 年 降水偏少 、 矿 山开采大 量抽 排地下水 ， 导致 区域 地下岩溶水水位逐 年下降 ， 至 2 0 1 3年 ， 新密市供 水 已出 现 供水 紧张局面 。文章通过对该 区岩溶 发育规律 、 岩溶水分 布特 征以及构造对 区域岩溶 水 的控 水作用研 究 ， 确定奥 陶系灰岩 是该 区地下岩溶水的主要 赋存层位 ； 背斜 的倾 伏端 与断裂 的交接 部位是 地下 岩溶水 的富集 地段 ； 断层带 附近构成地下水的强径流带和 富集带 ， 断层带两侧均 富水 ； 大隗 断层对 区域 地下水 的 影 响最 为显著 ， 将该 区完 整的水文地质单元 分为两 个水 文地质 亚区 。这一 研究 可为新 密市供 水 、 矿 山排 水 、 充分 、 合 理利用有限的水资源提供科 学依 据。 关键词褶皱断层岩溶水构造控水 中图分 类号 ： P 6 4 1 1 3 4 文献标识码 ： A 文章 编号 ： 1 6 7 4 7 8 0 1 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 6 7 9 0 6 O 引言 河 南 省新 密地 区岩 溶水 分 布 区是一个 完 整 的水 文地质单元 ， 流域面积 1 5 4 6 k m ， 行政 区划包含 登 封 、 新 郑小 部分 ， 新 密市 全 部 。新 密 市 日供 水 4 5 5 0万 m ， 其中地表水约 1万 m ， 其余 为地下岩溶 水 。岩溶水约 占市区供水的 8 0 ， 是新密市城市供 水的主要水源， 同时岩溶水也是 区内二 1煤开采和 铝土矿开采的主要充水来源 ， 据不完全统计 ， 矿井 日 排水量约 1 3万 m 。由于近年 降水偏少 、 矿 山开采 大量 抽 排地 下水 ， 导 致 区域 地 下 岩溶 水 水 位 逐 年 下 降 ， 特别是 2 0 1 2年 以来 ， 降水极少 ， 新密市所依靠 的 地下水源 日趋紧张 ， 至 2 0 1 3年 ， 新密市城市供水形 势 日益严峻 ， 市内时常有停水现象发生 ， 出现了供不 应求的局面。因此对 新密地 区岩溶水作进 一步研 究。为城市供水 、 矿山开采排水、 充分、 合理利用有 限的水资源提供依据 。 1 区域 地质概 况 1 1 地层 该 区地 层 属华 北 地 层 区豫 西 分 区 ， 出露 地 层有 古元古界、 中元古界 、 下古生界寒武系 、 奥陶系、 上古 生 界石 炭 系 、 二叠 系 、 三叠 系下 统 、 及 新 生界 古 近系 、 新近系和第 四系 ， 其 中缺失陶奥系上统一石炭系下 统 及三 叠 系 中统一 白垩 系 。基 岩 西 部 露 头 较 好 ， 东 部 仅 有 零 星 出露 ， 分 布 特 征 为 自西 向东 时代 渐 新 一 。 灰岩主要发育在下古生界的寒武系中统徐庄组 至上古生界石炭系上统太原组 ， 其 中， 寒武系徐庄组 至奥陶系中统马家沟组灰岩厚度大 ， 且稳定 ， 全 区发 育 。 新 近 系 也 有少 量 的泥 灰 岩发 育 ， 但 其 发 育 不稳 定， 分布零星 ， 埋藏浅 ， 其直接接受大气降水补给 ， 不 论是含水层规模 ， 还是其 富水性都不具供水水源条 件 。 1 2 构造 新密地区在地质构造单元上位于秦岭纬 向构造 带东段北支的南侧及新华夏 系第二沉降带西侧 ， 构 造位置属华北地台南缘嵩箕 台隆 区， 整个新密地 区 是一个向东倾伏并 敞开的复向斜。褶皱主要为轴向 近 东西 的开 阔对 称 背 向斜 ， 断 裂 以 与褶 曲轴 大 致 平 收稿 日期 2 0 1 4一 O 4一l 8 作者简介 申明剑 ， 男 ， 1 9 6 3年生 ， 高级 工程 师， 从 事矿床水文地质 、 工程地质 、 环境地质工作 。 6 7 9 第 5卷第 4期 申明剑 ： 河南 新密地区岩溶水特征及构造控水研究 平陌西北 3 5 k m处的赵家沟， 经黄寨 、 大隗镇、 双楼 向东延伸 ， 长 3 5 k m 以上。大 隗镇 以西走 向 2 9 0 。 ， 以东呈东 西向， 倾 向北 ， 倾 角 6 O 。一7 0 。 。断层西段 北盘出露石炭一二叠系 ， 南盘出露寒武系 ， 东段有超 化矿区、 苟堂矿区、 新郑矿区的钻孔控制 。落差 3 5 0 6 5 0 m E 引 1 2 3滑动 构造 区内滑动构造主要有芦店一大隗滑动构造、 任 岗滑动构造 、 宋寨滑动构 造 等 ， 其多发 育在二叠 系 山西组 中下部 ， 只 有 极 少 地 段 影 响 到 石炭 系 和奥 陶系灰岩 ， 其对区内岩溶水没有影响或影响不大 。 2 岩溶水含水层水 文地 质特征 ( 1 )石炭系上统灰岩岩溶裂 隙水含水层 ： 区内 多 被上 覆地 层覆 盖 ， 地 表 主 要 出露 在 西 部 和南 北 两 侧 的背斜 轴 部 附近 ， 自中部至 东部 埋藏 渐 深 ， 含 水层 由 7 9层灰 岩组成 ， 灰 岩主要集 中在上、 下两段。 上 段 以 L 7及 L 8两层 灰 岩 较稳 定 ， 下段 以 L l 、 L 4两 层灰岩较稳定 ， 钻孔单位涌水 量 0 0 0 9 5 52 1 5 1 6 L( s m) ， 富水性强 ( 表 1 ) 。从表 1中可 以看 出， 其富水性差别很大 ， 其原因是含水层所处的构造 位置、 埋藏条件不同造成 的。 表 1 上石炭统灰岩 岩溶裂隙水富水性 ( 2 )奥 陶系中统 白云质灰 岩岩溶裂 隙水 含水 层 ： 出露 于该 区北 、 西 、 南 部 的低 山丘 陵区 ， 向东 埋藏 渐深 ， 组成岩性为厚层状灰岩及 白云质灰岩。受构 造及埋藏等 因素的影 响， 富水性不均匀 。钻孔单位 涌 水量 为 0 0 0 0 1 6 3 2 1 9 5 L( s m) ( 表 2 ) 。 由于西部隆起 ， 东部沉降， 致使岩溶发育西浅东 深 。如西部岩溶发育标高在 0 m以上 ， 中部裴沟矿 区岩溶标高在 一1 1 9 4 6一2 2 0 3 5 i n ； 东部曲梁 矿 区标高在 一6 1 5 5 m处 ， 仍 出露有岩溶裂 隙及钻 孔 漏 水 现象 。 表 2 奥陶 系灰岩岩 溶裂 隙水 富水 性 ( 3 )寒武系 白云质灰岩岩溶裂隙水 ： 出露于西 部低 山丘陵区， 由白云质灰岩、 白云岩等组成 ， 包括 凤 山组 、 长 山组 、 崮 山组 、 张 夏 组 、 徐 庄组 、 毛 庄组 、 馒 头组 和 辛 集 组 。因 岩 性 及 地 层 差 异 ， 富 水 性 各 异 。 总厚 度 4 8 61 1 8 5 m。 凤 山组 白云 质 灰 岩 岩溶 水 ： 由厚 层状 含 燧 石 结 核 白云质灰岩组成 ， 裂隙及岩溶均发育 ， 富水性变化 较大。在西部丘陵区， 地形标 高在 3 0 0 m 以下富水 性强。在西北部低 山区地形标高在 3 0 0 m以上富水 性中等。 该含水层与奥陶系灰岩岩溶裂隙水之间无明显 隔水层存在 。在西部 岩溶发育地段 ， 二者 为统一含 水体 ， 至东部 由于灰岩埋藏变深 ， 岩溶发育差异性变 大 ， 其与奥陶系灰岩水的水力联系逐渐减弱。 长山组 、 崮山组、 张夏组 、 毛庄组 、 徐庄组、 辛集 组 白云质灰岩、 灰岩弱岩溶裂隙水 ： 分布在西部低山 区， 由薄层 白云质灰岩、 白云岩、 鲕状 白云岩、 灰岩等 组 成 。在西 部岩 溶发 育 ， 但 因出露 位置 较 高 ， 地 形起 伏大 ， 局部地段有富水。在东部 由于其埋藏较深 ， 岩 溶不发育。因此 ， 该灰岩段总体富水性不强 ， 对 区域 供水意义不大。 3 构 造控水作用 北部的五指岭一 白寨 背斜 、 南部 的荟萃山一风 后岭背斜 、 西部的隆起 ( 嵩箕隆起) 形成一个北 、 西、 南高、 向东敞开并逐渐降低的箕状地貌形态 ， 向东止 于京广铁路奥陶系灰岩深埋区。南北两侧的背斜及 西部的隆起形成区域地下水、 地表水的分水岭 ， 涵盖 了该区地下水 的补给 、 径流与排 泄的全部 ， 构成独 立 、 完整 的水文地质单元 。在西部及南北两侧 ， 灰岩 大 面积 出露 ， 形 成该 区岩 溶地 下水 的补给 区 ， 在 中部 6 8】 矿 产 勘 查 发育的近东西 向断层形成该区岩溶地下水的强径流 区， 在该区中东部灰岩深埋区 ， 形成区域岩溶地下水 的排 泄 区 。其 间 的东 西 向褶 皱 、 断层 控 制 了 区 内地 下水的径流与排泄条件。 ( 1 )褶 曲的控水作用 ： 在背斜 的倾伏端与断裂 的交接部大量富集地下水 ， 形 成泉域 。超 化背斜 的 倾没端遇断层阻挡 ， 部分地下水沿裂隙上升形成超 化泉群 ， 流量为 2 3 1 8 2 Ls 。 。 。在灰徐沟附近 ， 因 构造作用使得灰岩抬高 ， 地下水涌出地表 ， 泉流量为 1 5 6 6 6 L s 。 三李 矿 区处 于 五 指 岭一 白寨 背 斜 的倾没端 ， 裂隙岩溶发育 ， 地下水富集 ， 大水量泉水 广布 ( 即 三 李 泉 域 ) ， 泉 涌 水 量 7 3 04 5 9 。 O 0 L s ，钻 孔 单 位 涌 水 量0 0 1 0 6 3 0 1 9 L( sm)_ 。 。 ( 2 )断裂构 造 的控 水作 用 ： 在 断层 带 附近 构 成 地 下水 的 强径 流带 和富集 带 。 区内水 源井 多布 置在 断层带 附 近 ， 如 原新 密化 肥 厂的水 源井 、 原 宝通 电厂 的水源井布置在七里岗断层 ( F 4 ) 附近 ， 其单井涌水 量一般都在 8 0 m h 。左右。区内生产矿井巷道 掘进 中每遇断层都会 出现不 同程度的涌水现象 ， 如 芦沟煤矿东改造上 山， 巷道沿石炭系上部灰岩段开 拓 ， 在 4 0 0 m 长 的巷 道 中揭 露 断层 2 0条 ， 揭 露 到 每 条断层时都有涌水 ， 涌水量 6 0 mh 左右 ， 断层 水 占全矿井涌水量 1 0 左右。 在五指岭一 白寨前背斜 的南翼 ， 地层 向南倾 ， 断 裂 多为正 断 层 ， 倾 向北 ， 理 论上 应 该 是 北盘 ( 断 层 上 盘 ) 比断层南盘 ( 下盘 ) 更 富水 ， 而事实上断层 的上 下 盘均 富水 ， 北盘 水量 小 于南盘 。分 析认 为 ： 一是 该 区断层具 有 多期性 ， 浅 部表 现 为张性 ， 深 部表 现 为压 性 ， 浅部裂隙比深部发育。二是下盘灰岩被抬高 ， 岩 溶 比上 盘发 育 ， 地 不水 径 流强 烈 ， 更 容易 接受 上 游补 给 。断层 上 盘 富水 的 原 因是 该 区地 层 向南倾 ， 断 层 向北倾 ， 灰 岩上部 的强 富水 带 与 断 层下 盘 的弱 富水 带相对接 ， 地下水沿层 面、 裂隙径流至此时 ， 遇 到断 层 阻挡 ， 相 当于形 成 了一个 储 水构造 ， 从 而导 致 地下 水 在断层 上 盘 富集 。 中部 比东、 西部 的富水性强 。如 F 5魏寨断层 ， 在袁庄附近， 所施工 的水井 中， 几乎无水 ， 而在 中部 断层带富水性很强 ， 多数水井水量都很大 ， 是该区工 业 与 民用 的主要 水 源 。究 其 原 因 ， 一 是 因 为在 西部 断层靠近区域地下水补给区 ， 出露位置高 ， 裂隙、 岩 溶均发育， 不易形成储水构造 。二是大气 降水 长期 6 8 2 补给地下水的同时也把泥土带到 了断层带 内， 充填 了断层带的裂隙， 从而导致断层带不富水 或富水性 差 。东 部 主要是 因为 灰 岩 埋 藏深 度 太 大 ， 岩溶 不 发 育所致 ， 中部富水性 强则是 因为其正处于区域地下 岩 溶水 的强 径流 带 上 。 在这些断裂中 ， 大隗正断层对区域地下水影响 最大。该断层走 向近东西 ， 贯穿全 区， 南盘上升 ， 北 盘下降 ， 使寒武系 中上统灰 岩直接与二叠系石千峰 组砂 、 页岩接触 ， 隔断 了南北 两侧 的水力联 系 ( 图 2) 。 一 。 大隗断层 以北 ， 总面积 7 8 7 k m ， 基岩 出露面积 为 1 9 6 k m ， 其 中灰岩分布面积为 8 9 k m 。其西部 为一盆 地 ， 东部 为 岗地 及 平 原 。地 层 走 向大 致 呈东 西向， 北部地层较老 ， 南部地层较新 ， 东部被第 四系 覆 盖 。寒 武 、 奥 陶系 及 石 炭 系 出 露在 西 部 地 区 。灰 岩岩溶裂隙发育 ， 断层较多 ， 地下水通过断裂带相互 贯通， 富水性 较强。钻孔单位 涌水 量 ： 石炭 系灰岩 0 1 10 9 4 L ( s m) ， 奥 陶 系 灰 岩 0 0 0 1 4 3 2 2 L( s m)。 大隗断层 以南 ， 总面积为 7 5 9 k m ， 基岩 出露 面 积为 2 0 2 k m ， 地形 西高东低 ， 南高北低 ， 地层走 向 大致 为北 西一 南 东 ， 倾 向 以北 为 主 。灰 岩 主 要 出露 于西部地 区。灰岩岩溶裂隙发育 ， 地表所见溶洞高 度达数米到数 十米 ， 据 钻孔揭露 ， 深部也 有溶洞发 育 。该区岩溶地 下水水位标高 自西 向东为 2 1 4 3 8 1 7 7 1 m， 径流条件 良好 ， 沿途无泉水 出露 ， 钻孔单 位 涌 水 量 ：石 炭 系 灰 岩 为0 2 3 7 0 2 1 5 1 6 L( s m) ，奥 陶 系 灰 岩 为0 1 9 7 2 2 L-( s m) 。在超化附近， 由于超化背斜的倾 没， 并遇断层阻挡 ， 部分 地下水沿裂 隙上升形成超化泉 域 ， 流量为 2 3 1 8 2 L s 一。余 者 继 续 向东 运 动 ， 在 灰徐 沟附 近 ， 因构 造 作 用 灰 岩 抬 高 ， 地 下 水 涌 出 地 表 ， 泉 流量 为 1 5 6 6 6 L s 。 据 以上分 析 ， 以大 隗正 断层 为界 ， 可 将本 区划 分 为两个 水 文 地 质 亚 区 I亚 区 ( 断 层 以北 ) 和 亚区( 断层 以南 ) ， 两个 亚区 的主要 区别 有 以下 几 点 ： I亚 区与 亚区岩溶水的补 给、 径流与排泄 相对 独立 ， 几 乎无 水力 联 系 。 I 亚 区内东西向断裂发育 ， 新密市水源井均 布设 在该 区 ， 生 产 矿 井 也 较 多 ， 大 量 排 泄 地 下 岩 溶 水 ， 已形成较大的地下水降落漏斗 ， 因此其地下水径 矿 产 勘 查 2 0 1 4钲 参考 文献 杨根 生， 刘天义 ， 袁东锋 ， 等 河南省密 县曲梁煤矿 区详查地 质 报告 R 许 昌： 河南省地质矿产局第二地质调查 队 ，1 9 8 9 袁东 峰， 申明剑 ， 王顶 明， 等 河南省新 密市 白石沟井 田煤炭 勘 探报告 R 许 昌： 河南省地矿局第二地质勘查院 ， 2 0 0 4 袁东 峰， 申明剑 ， 沈建党 ， 等 河南省新 密煤 田窦沟勘 探区勘 探 报告 R 许 昌： 河南省地矿局第二地质勘查院 ， 2 0 0 5 袁 东峰， 申明剑 ， 赵天德 ， 等 河南省新 密煤 田李 岗井 田煤炭 勘 探 报告 R 许 昌： 河南省地矿局第二地质勘查院 ， 2 0 0 5 袁 东峰， 申明剑 ， 宋要武 ， 等 河南省新 密市崔 岗井 田二 1煤 层 勘探 地质 报告 R 许 昌： 河南 省 地矿 局 第二 地 质勘 查 院 ， 1 9 9 9 6 沈建党 ， 孙志卿 ， 冯锦廷 ， 等 河南省新密 市韩家新郑 市李 沟矿区煤炭详查报告 R 许 昌：河南 省地 矿局第 二地 质勘 查院 ， 2 0 0 8 7 王顶明 ， 马玲 ， 师书冉 ， 等 河南省新密煤 田大隗矿 区煤 矿详 查报告 R 许昌 ： 河南省地矿局第二地质勘查 院， 2 0 1 3 8 袁东锋 ， 申明剑 ， 崔金池 ， 等 河南省新密煤 田东部滑动构 造研 究 J 价值工程 ， 2 0 1 1 ， ( 1 8 )： 3 53 6 9 王莹 ， 李永 高， 李建 国 ， 等 河南省郑州市宋 楼煤 矿水文地质 报告 R 邯郸 ： 中国煤炭地质总局一二九勘探队 ， 2 0 0 4 1 O 申明剑 ， 郗国增 ， 陈荔荔 河南新密煤 田二 1 煤 层充水特 征分 析 J 中国煤炭地质 ， 2 0 1 3 ， 2 5 ( 9 )： 3 74 2 Ch a r a c t e r is t ic s o f k a r s t wa t e r a nd s t u d y o n wa t e r c o n t r o l l in g s t r u c t u r e s in t h e Xin mi a r e a，He n a n Pr o v in c e S HE N Min g - j ia n ( N o 2 G e o l o g i c a l a n d E x p l o r a t i o n I n s t it u t e u n d e r H e n a n B u r e a u o f G e o l o g i c a l E x p l o r a t i o n a n d Mi n e r a l E x p l o i t a t i o n ， X u c h a n g 4 6 1 0 0 0 ) Ab s t r a c t ： T h e k a r s t w a t e r i s t h e ma i n s o u r c e o f t h e u r b a n wa t e r s u p p l y i n X in mi a r e a ，He na nAl s o it pr o v id e s t he f il l in g wa t e r f o r t h e N o I I一1 c o a l min in g a r e a a n d u n d e r l y in g b a u x it e min in g b e l o w t h e c o a l l a y e r i n t h e a r e a I n r e c e n t y e a r s ，d u e t o l e s s r a in f a l l a n d p ump in g t o o muc h g r o u n dwa t e r d u r in g minin g o p e r a t io n，t h e u nd e r g r o un d ka r s t wa t e r l e v e l d e c r e a s e d y e a r by y e a r wit h in t he r e g io nBy 2 01 3，Xinmi c it y h a s f a c e d t h e u r g e nt s it ua t io n o f wa t e r s up pl y s h o r t a g e Ba s e d on t h e r e g u l a r it ie s o f k a rat de v e l o pme n t in t h e r e g io n，d is t r ibu t io n c h a r a c t e r is t ic s o f k ars t wa t e r a n d s t ud y o n s t r uc t u r a l c o nt r o l o n t he r e g io na l k a r s t wa t e r ，t h e a u t ho r s p r o po s e t h a t t h e Or d o v i c ia n l i me s t o n e is t h e ma i n w a t e rb e a r i n g h o r i z o n o f t h e k a r s t g r o u n d wa t e r ；T h e j u n c t i o n p a rt o f a n t i c l i n e p l u n g