河北省涿鹿县黄帝泉水文地质特征及成因.docx

河北省涿鹿县黄帝泉水文地质特征及成因刘月东*，宫凤梧，代淑娟（河北省地矿局第三地质大队，河北 张家口 075000）摘要：概述了黄帝泉泉域地质环境条件，通过有关资料及试验数据分析并论述了黄帝泉水文地质基本特征及其成因，研究并总结了黄帝泉的特征及成因对于黄帝泉的开发与保护的重要意义。关键词：泉域；断裂；补给；径流带中图分类号：P314.1 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2014)12-0088-041概况黄 帝 泉 出 露 于 河 北 省 涿 鹿 县 矾 山 镇 西 约 1.5km 处，有着悠久的历史，是中华民族极为重要的历史文化 和 旅 游 资 源 。 黄 帝 泉 故 名“ 百 泉 ”，因 百 泉 之 战 而 得 名。据司马迁的史记五帝本记记载：“黄帝与炎帝 战于百泉之野，三战而得其志”，百泉之战后黄帝征服 炎帝，炎黄部落最终结成联盟，促成了华夏文明的形 成。相传黄帝泉为轩辕黄帝当年饮用和洗浴的水源， 因为黄帝曾在此濯浴龙体，所以此泉又称“濯龙池”。 此泉水“平地涌潴，聚而不溢”，“冬不结冰，夏不生腐， 水质优良，水色透绿，久旱不竭”。另外黄帝泉形成受 地质构造的严格控制，成为一处不可多得的地学研究 基地。同时黄帝泉水为深层的基岩裂隙水，水中含有 氡气，对地震的观测和预报也有着重要的作用。2黄帝泉泉域地质环境条件2.1地形地貌黄帝泉泉域处在一个完整的水文地质构造单元， 即矾山盆地中，黄帝泉位于矾山盆地的中东部。矾山 盆地北、西、南三面环山，其沿西灵山河呈南西北东 向 倾 斜 的 葫 芦 状 ，南 北 坡 向 中 部 倾 斜 ，平 均 坡 降 约25。 南部山区为侵蚀构造中山区，山势陡峻雄伟，平均海拔高度在 1300m 以上，以灵山主峰为最高，海拔高度2420.4m。切割剧烈，相对高度一般达 300m 以上，最高 达 500m 以上。北 部 山 区 海 拔 高 度 一 般 为 9501200m，基 岩 裸 露，植被生长稀疏。盆地中有大量的巨厚黄土堆积，形成典型的黄土地貌景观，由于剥蚀冲刷形成众多的深大黄土冲沟，呈“V”型，沟梁相间。2.2地层岩性黄帝泉泉域地层1由新至老分别为：（1）第四系全新统（ Q al ）：成因类型为冲积，呈条带4状分布于矾山盆地内东灵山河及西灵山河的河床及河漫滩中，岩性以砂砾石为主，局部有薄层亚砂土夹层。al + pl（2）第四系全新统（ Q）：成因类型以冲洪积为4主，分布东灵山河及西灵山河漫滩及一级阶地上，岩性以砂砾石、亚砂土为主。dl + pl（3）第四系上更新统（ Q）：成因类型以坡洪积3为主，广泛分布于矾山盆地内的边缘山前地带，岩性以黄土、黄土状亚砂土为主，夹有薄层砂砾碎石层。（4）侏罗系上统（J3）：主要分布于南部山区的西南 部和东南部，以凝灰角砾岩、流纹质凝灰岩为主。（5）侏罗系中统（J ）：主要分布于南部山区的南部2和西南部，以安山岩、安山凝灰角砾岩、凝灰角砾岩为主。（6）寒武系下统（1）：分布于太平堡南部山区小面 积范围内，岩性以砂质页岩为主。（7）青白口系（Qn）：在太平堡南部山区有小面积分 布，岩性以砂质页岩为主。（8）蓟县系（Jx）：主要分布在矾山盆地的西部及南 部山区，在孟家窑东山也有分布。岩性以硅质白云岩、 燧石条带(结核)白云岩为主。（9）长城系（Ch）：主要分布于矾山盆地的北部山 区，其岩性以白云岩含钙质结核、含锰白云岩、硅质白* 收稿日期：2014-02-10 修回日期：2014-02-13第一作者简介：刘月东（1976-），男（汉族），河北张家口人，工程师，现从事水文地质调查与评价、水资源论证、矿区水文、矿山环境以及地质灾害防治 方面的研究工作。2014 年第 12 期西部探矿工程89云岩及燧石条带(结核)白云岩为主，局部含有石英砂岩。（10）岩浆岩（5）：主要为燕山期侵入岩，岩性以花 岗岩脉、正长岩脉及花岗闪长岩脉为主。与周围老地层形成侵入接触关系。2.3地质构造穿越黄帝泉泉域的共有 9 条断裂，其中深断裂一 条，为大河南赤城深断裂，大断裂两条，为三里棚 口前北山大断裂和蔚县延庆大断裂，其余 6 条为二级 断裂。性质不明。上述 F4、F8、F5 和 F9 四条断裂对黄帝泉的生成具有 重要的作用。2.4 水文地质条件2.4.1 含水层(1)第四系松散岩类孔隙含水层：主要分布于盆地 内绝大部分及东西灵山河河床、漫滩及阶地，岩性为砂 砾石，并混杂一定量的粘土，含水层厚度一般 550m， 在上七旗村以东较富水，单位涌水量 11L/sm，渗透系数 250m/d，为 HCO3- Ca Mg 型 水 ，矿 化 度 一 般500mg/L 左右 。根据物探电测深解释 ，极距 AB/2 为500m，未 见 到 基 岩 ，推 断 盆 地 中 部 第 四 系 厚 度 250400m 左右。（2）碳 酸 盐 岩 岩 溶 裂 隙 含 水 层 ：为 区 域 主 要 含 水 层，广布盆地周边山区。孟家窑一带由于岩溶和构造 裂隙较发育，富水性较好，其余地区富水性较差。含水 层主要为长城系、蓟县系、青白口系地层，岩性以硅质 白云岩、礈石条带白云岩为主，局部夹有砂岩、页岩。 该层主要接受大气降水垂直入渗补给，在局部可见溶 蚀现象，经调查原来有较大的泉水出露（上七旗村）现已断流。水化学类型为 HCO3-CaMg 型水，矿化度小 于 500mg/L。（3）基岩裂隙含水层：主要分布于盆地南部及西南 部山区，含水层岩性由寒武系下统石英砂岩、侏罗系中 统安山碎屑岩、侏罗系上统凝灰质砾岩及角砾岩和燕 山期花岗岩组成。风化裂隙带厚度一般为 2030m， 直接接受大气降水补给，富水性差。在盆地边缘，当冲 沟切穿第四系地层时，有下降泉出露。水化学类型为HCO3-CaMg 型水，矿化度 350mg/L。较大沟谷中第 四系地层储存有较丰富的地下水，当地村民为解决饮水问题，采用截潜工程引出的地下水流。2.4.2隔水层 第四系中更新统红色粘土层，含有多层钙质结核，厚度大，分布广且稳定，具有良好的隔水性能。2.4.3区域地下水补给、径流和排泄条件 山区地下水直接接受大气降水补给，成为地下水的补给区。盆地内地下水除直接接受大气降水的垂直 补给和农田灌溉回渗补给外，同时还接受来自于南部 基岩山区的侧向补给3。盆地内地下水的径流方向总体是沿西灵山河由西 南向东北方向流动，至盆地的出口处。盆地内南北两 侧地下水的运动方向主要向东北和东南方向流动，在大河南赤城深断裂2（F1），该断裂为上黄旗乌龙 沟 断 裂 的 一 部 分 ，总 体 走 向 北 东 25 ，区 内 长 度20km，断裂的地表形迹稳定，规模宏伟，继承性活动明 显，断面倾向南东，倾角较陡，形态类型属正断裂。三里棚口前北山大断裂（F2），南起三里棚向北 东方向延伸至口前北山，该断裂推测发生在燕山期，性质不详。区内长度大约 28km，控制了矾山盆地西北部 边界。蔚县延庆大断裂（F3），西起蔚县南马庄以西，向 东经松枝口、黑山寺、狼山至延庆，经本区的长度大约35km，总体呈北东方向延伸。该断裂发生时代不详，大 部分被第四系覆盖，仅在卧佛寺一带有出露，属断裂面 南倾的正断裂，在矾山盆地内垂直该断裂布置了三条 电测深测线，解释结果显示该段倾向东南，倾角较陡。 该断裂控制了矾山盆地的延伸方向。孟家窑肖家堡断裂（F4、F8），属蔚县延庆断裂 的次级构造。该断裂南起孟家窑，经黄帝泉向北西延伸至肖家堡，在盆地内全部被第四系覆盖。电测深解 释 表 现 为 倾 向 北 东 ，倾 角 较 陡 ，2 条 断 裂 形 成 宽 约150m 的 断 裂 破 碎 带 ，属 一 组 张 性 的 导 水 断 裂 。 该 断 裂沟通了南部山区基岩地下水，成为黄帝泉的重要补 给通道。百泉断裂（F5），从上七旗南部山区北东向延伸至 黄帝泉，倾向北西，倾角较陡，为一正断裂，断距大约100m。属一条张性的导水断裂，沟通南部山区基岩地 下水，对黄帝泉的形成起到了重要作用。黄帝泉断裂（F9），走向北东东，倾向南，倾角不明， 电测深推断倾角近乎直立。断裂近于直立，倾向 S，具有压性特征的阻水断裂。矾山断裂（F6），分布于矾山镇东部偏南，呈东西向 展布，性质不明。羊圈孟家窑东山断裂（F7），倾角陡，近乎直立，90西部探矿工程2014 年第 12 期下水水化学类型、pH 值均没有发生变化，矿化度却有所增加，大约增加了 200mg/L 之多，几乎增加了近一 倍 。 2008 年 7 月 取 样 分 析 ，黄 帝 泉 水 中 锶 含 量 为0.330mg/L,偏硅酸含量为 18.65mg/L,与搜集的 1988 年黄帝泉矿泉水水质评价时的锶含量为 0.29mg/L,偏 硅酸含量为 22.15mg/L,没有发生较大变化。总之，自有资料以来黄帝泉水水质没有发生较大变化，水化学类型仍为 HCO3-CaMg 型水，从矿化度 来 看 ，1998 年 以 前 为 240256mg/L，2008 年 为459.2mg/L，矿化度增加了 200mg/L 之多。见表 1。3.2 水量动态盆地中心汇集，沿盆地出口处排出，汇入官厅水库。盆地内地下水排泄方式主要表现为机井开采、泉 水溢出、矿山疏干及潜流流出等。3黄帝泉水文地质基本特征3.1水质动态根据搜集到的 1974 年、1988 年和 1998 年三次黄帝泉 水 水 质 检 测 资 料 ，地 下 水 水 化 学 类 型 均 为 HCO3- Ca Mg 型 水 ，矿 化 度 为 240256mg/L，pH 值 7.47.82。河北省地矿局第三地质大队在 2008 年 7 月取样分析，黄帝泉水水化学类型为 HCO3-CaMg 型水，矿 化度 459.2mg/L,总硬度 184.2mg/L,pH 值 7.7，说明地表 1黄帝泉水质状况统计表时间（年）矿化度（mg/L）总硬度（mg/L）偏硅酸（mg/L）锶（mg/L）pH水化学类型1974198819982008HCO3-CaMgHCO3-CaMg HCO3-CaMg HCO3-CaMg256240244459.27.47.757.827.722.150.29184.218.650.330黄帝泉水历来较为稳定，流量始终保持在 4000m3/d左右，但到本世纪黄帝泉水有了较明显的变化，流量呈 现逐年减少的态势，引起了各方面的关注。河北省地 矿局第三地质大队于 2008 年 10 月采用矩形堰等方法 测得黄帝泉流量为 2128.08m3/d。据华北冶金地质勘探公司五一七队 1976 年提交的 “河北省涿鹿县矾山磷铁矿水文地质勘探报告”资料： 黄 帝 泉 水 流 量 枯 水 期 为 3095.71m3/d，丰 水 期 为3678.05m3/d，平均为 3386.88m3/d，年内枯水期与丰水 期流量变化幅度为 582.34m3/d。1998 年矾山磷矿编写的“河北省矾山磷矿（基建 试生产）矿区水文地质、工程地质总结报告”中黄帝泉 水流量的偶测值为 4924.80m3/d（流量可能偏大）。也 可以说明 1998 年黄帝泉水流量与 1998 年以前黄帝泉 水流量相比，起码黄帝泉水流量没有减少的迹象。到 2008 年实测的黄帝泉水流量为 2128.08m3/d，比1998 年黄帝泉水流量的偶测值 4924.80m3/d（流量可能 偏 大），黄 帝 泉 水 流 量 减 少 了 2796.72m3/d，减 少 了56.79%。即使按 1977 年冶金 517 队在“河北省涿鹿县 矾山磷铁矿水文地质勘探报告”中测得的黄帝泉水平 均 流 量 3386.88m3/d 考 虑 ，黄 帝 泉 水 流 量 也 减 少 了1258.80m3/d，减少了 37.17%。 通过以上分析，充分说明黄帝泉水流量逐年减少，尤其是近年来减少幅度较大，与大气降水补给量减少以及矾山盆地机井开采量增加关系较大。4 黄帝泉成因矾山盆地周边及南部广阔的基岩山区地势较高， 海拔高度均在 1300m 以上，最高的灵山主峰海拔标高 为 2420.4m，东 、西 灵 山 山 峰 分 别 为 2303.0m 和2203.0m，此区除有较多的燕山期花岗岩分布外，还有 大面积的长城系和蓟县系白云岩分布，为地下水循环 系统的补给区。该区大气降水降落后，大部分通过地 表迳流排走，剩余部分沿岩溶裂隙入渗地下，形成地下 水，地下水在向较低处做长时间、长距离曲折复杂的运 移过程中汇集，局部形成岩溶裂隙地下水系统强径流 带，通过断裂构造沟通补给盆地地下水。而 黄 帝 泉 的 形 成 主 要 接 受 南 部 山 区 的 地 下 水 补 给，由调查资料和物探电测深工作可知，黄帝泉在地形上处于沟谷中，在构造上处于电测深推测的 F4、F8、F5三条断层交会点。地下水水流方向呈 SWNE，SN 向，汇于盆地中心。黄帝泉附近 3 条导水断裂构造的沟 通，形成强烈的地下水径流通道，在地下水由南向北运移过程中，受黄帝泉附近近东西向 F9 阻水断裂构造的 阻挡，地下水运移受阻，在压力作用下水位上升，在上升中与第四系地下水混合，在上覆地层相对薄弱处出露地表，形成黄帝泉。（下转第 92 页）92西部探矿工程2014 年第 12 期野外调查过程中，global-mapper 软件可以对目的点的地理信息进行存储命名，对所行走的路线进行保 留，所保存的点位置信息和航迹会在软件中生成一个 单独的文件，使用者可以根据需要把形成的文件进行 单独保存，方便转入室内工作后随时查看和修改。4 后期工作的处理global-mapper 软件拥有强大的输出功能，可以把 野外调查过程中所存储的点、线、面以及航迹等文件转 存为所需要的格式。本文以水文地质调查野外成果图 件常用的 MAPGIS 格式为例进行说明分析。global-mapper 软 件 所 形 成 的 数 据 文 件 默 认 比 例 尺为 1：1000 比例尺，通过 global-mapper 软件“文件”菜 单下的“输出”选项可以看到有一个“输出矢量格式”功 能，把所需要的文件输出为 DXF 矢量格式的文件，然 后通过 MAPGIS 软件中的文件转换功能把 DXF 文件 转换为 MAPGIS 格式的点线面文件，再通过 MAPGIS 软件中的“整图变换”功能进行比例尺变换即可。5 结论以上是针对 global-mapper 软件在水文地质调查 过程中实时定位及后期处理的方法进行了分析说明， 事实说明，通过 global-mapper 软件在水文地质野外调 查工作中的应用，不但能够实现了野外调查过程中的 实时定位，同时也可大大提高野外一手资料在后期处 理过程中速度与步骤。简化了野外调查工作中的定位 繁琐步骤，提高了工作效率，有着较为突出的综合应用 优势，值得关注和进一步发展应用。的“信息”选项，可实时查看所处位置的地理信息，如方里网坐标、经纬度坐标、高程、定位精度等。图 1 外置 GPS 模块在软件中的常规设置3实际野外调查工作中的应用通过基础图件的矫正匹配和 GPS 模块的正确安 装 后 ，在 野 外