焦作地区水文地质和工程地质认识实习

1、焦作地区水文地质和工程地质认识实习1实习目的：2实习时间及地点：3实习内容：水文本区河流分属黄河水系和海河水系两大水系，河流有丹河、西石河、山门河、纸坊沟、峪河、新河、大沙河等，丹河属于黄河水系，其余河流属于海河水系。丹河和峪河为常年性河流，其它为季节性河流。丹河发源于山西省高平县境内，干流长162km，流域面积3150km2。山路平水文站多年平均流量为11.1m3/s，基流量为6.8m3/s。该河流经灰岩分布区，河流漏失严重，是焦作市岩溶地下水的重要补给源之一。后寨至后陈庄段是河水强烈渗漏河段，渗漏量1.2841.734m3/s。西石河、山门河、纸坊沟流经灰岩分布区，河流漏失严重，常表现为干

2、谷。除丰水年有洪水流出山口外，其余时间均无水流，河水在距出山口5-10km地段全部漏失补给地下水。普济河、群英河（闫河）、翁涧河发源于市区北部山区，自北向南流经焦作老城区，在高新区汇入新河。三条河流均为排污河，常年接纳市内工业污水和生活污水，只有当山区爆发洪水时，才会有洪流通过。三河流均为严重污染河流，主要污染指标是化学需氧量、生化需氧量、悬浮物、高锰酸钾指数、非离子氨和挥发性酚。新河源于灵泉碑村西南角的灵泉湖水，流向自西向东，总长16.7km，河床宽3.0m，深1.5-2.5m。灵泉湖是地下水以自流泉形式泄于地表而成，近年来因区域地下水水位下降，泉流量减小，流入新河地下水量很小。目前，新河水

3、流主要是来自市区的工业和生活污水，50年一遇洪峰流量为1749m3/s。大沙河是幸福河和沙河在灵泉碑南郭村北汇聚而成，其中沙河上游是石河，发源于山西陵川县，丰水期山区爆发洪水时才有洪流通过，其余时间水流主要是工业和生活污水及排泄于地表的地下水。河宽200m，河床宽4-5m，深2-3m，两岸有河堤，百年一遇洪峰流量2730m3/s。河水污染严重，主要污染因子是化学需氧量、生化需氧量、高锰酸钾指数、挥发性酚、悬浮物、非离子氨。 表 焦作地区主要河流基本情况一览表水系河流名称发源地流域面积km2流量（m3/s）备注断面最大最小平均黄河丹河山西高平3150山路平18804.0911.1海河西石河山西陵

4、川333孤山245峪河山西陵川556.36峪河口8820.153.41纸坊沟山西陵川255马鞍石69.7山门河本市山区123.7白庄89.8普济河本市山区丰收路桥2.6环保局监测站1995年实测平均流量群英河本市山区站前路桥0.4翁涧河本市山区建设东路桥1.4新河灵泉湖灵泉碑断面0.6住郭庄断面10.0大沙河山西陵川修武水文站5.6 构造本区基岩断裂构造发育，多为高角度正断层。受断裂构造控制，区内地层形成由北向南呈阶梯状下降的单斜式构造形式，地层倾角为100-200。现将对深层岩溶水运动、分布和富集有控制意义的断层简要描述如下：（1）凤凰岭断层西起西向附近的石河附近，与盘古寺断裂相交，向东经丹

5、河、瓦窑沟，在焦作北部沿太行山山前展布，地貌上构成山区与平原的分界线。过焦作后隐伏于新生界地层之下，向东经过王母泉、葛庄，至狮子营一带尖灭，全长70km。断层呈东西向走向，倾向南，倾角700-800，为一正断层，落差200300m。该断层带岩石破碎，溶蚀裂隙、溶孔、溶洞发育，多个钻孔揭露过直径大于1m的溶洞，导水性和富水性强，是岩溶地下水的强径流带和富集带，大型集中水源地（岗庄、阎河等）和大型岩溶水充水矿井（演马矿）均处在该断层带上，各水源地取水量很大，但水位降深和影响范围有限。(2)朱村断层朱村断层是盘古寺新乡断裂的一部分，盘古寺新乡断裂西起济源克井盆地以西山区，向东经盘古寺、河口、柏山、焦

6、作，直至新乡市南部的郎公庙，全长约160km。呈东西走向，倾向南，倾角为600700，北盘上升，南盘下降，落差7001000m。断层北盘的奥陶系灰岩岩溶含水层与南盘的石炭二叠煤系地层及新生界相对阻水的地层对接，使岩溶水不能通过断层向南运动，从而构成岩溶水的南部边界。断层带岩石破碎，岩溶发育，断层北侧构造发育，断层北侧的岩溶水沿王封断层、39号井断层等北东向导水断层渗流。(3)九里山断层断层走向北东，倾向北西，倾角700。南东盘上升，北西盘下降，落差3001000m。南东盘局部地段中奥陶统灰岩直接暴露地表，形成北东向展布的残丘，残丘附近中奥陶统灰岩与第四系地层接触，形成“天窗”。天然状态下，残丘

7、附近曾是区域岩溶地下水的排泄中心，岩溶水以泉群形式集中排泄，50年代泉流量达12m3/s。该断层与也是岩溶水强径流带，演马庄矿特大型突水后，岩溶水降落漏斗也沿断层扩展。九里山断层西南端与朱村断层交汇，中间被凤凰岭断层截断，东北端与方庄断层交汇，起到沟通各大断层的作用。(4)赵庄断层西南端在与凤凰岭断层斜接，向东北方向延伸，全长35km，倾向南东，倾角650850。赵庄断层和朱岭断层组成地垒构造，对焦作地区岩溶水渗流和分布有一定控制作用。断层两侧岩溶水水位及动态明显不同，北侧为高水位区，断层南侧为低水位区，断层两侧水位相差70-240m。(5)方庄断层呈北西走向，落差200m，倾向南西，西盘上升

8、，东盘下降。导水性强，该断层西侧的冯营矿多次突水，最大突水量85m2/min。该断层与NE向展布的九里山断层相交，来自北部山区的岩溶水沿方庄断层带和九里山断层带运动、富集。此外，规模比较大的断层还有39号井断层、3号井断层、天官区断层、王封断层、冯封断层、黑龙王庙断层、马坊泉断层等。图2-1焦作地区基岩断裂构造纲要图（1：20万）（F1凤凰岭断层；F2朱村断层；F3九里山断层；F4方庄断层；F5赵庄断层；F639号井断层；F73号井断层；F8天官区断层；F9中站断层；F10王封断层；F11冯封断层；粗黑线表示山区与平原分界）区域水文地质条件焦作的地下水资源由岩溶水和孔隙水组成，以岩溶水资源为主

9、。据河南省第一水文地质工程地质大队河南省焦作市东小庄水源地水文地质勘察报告（1989年），焦作地区地下水天然资源总量为10.758m3/s，其中岩溶水为8.09m3/s，相当于25512.6万m3/a；孔隙水为2.668m3/s，相当于8413.80万m3/a。 岩溶水水文地质条件焦作裂隙岩溶水系统是我国北方岩溶区发育比较典型的系统之一。区内寒武奥陶系碳酸盐岩出露面积大，地层厚，岩溶裂隙发育，为岩溶地下水的补给、径流和排泄提供了有利条件。区内构造发育，岩溶水分布和运动明显受构造的控制，一些规模较大的断裂如凤凰岭断层、朱村断层、九里山断层及方庄断层是岩溶水的强径流带，控制了矿区岩溶水的分布和总体

10、运动方向。焦作山前地区是九里山泉域岩溶水的集中排泄区，北部山区是岩溶水的补给区，地表分布的碳酸盐岩面积达1167.5km2，地表及地下岩溶发育，有利于岩溶水的补给和赋存。良好的补给、赋存和径流条件，使焦作岩溶水资源丰富。处在山前的焦作矿区，则因矿井水文地质条件复杂，矿井水害严重，成为我国著名的岩溶大水矿区之一。焦作北部山区是岩溶水补给区，焦作山前冲洪积平原区则是岩溶水的排泄径流区。山区地表分布有大面积的碳酸岩盐，溶蚀裂隙及溶孔发育，接受大气降水的入渗补给。丹河、西石河、山门河和子房沟河流经碳酸岩盐分布区，河床渗漏严重，地表水沿河渗漏是焦作岩溶水的重要补给来源之一。丹河常年有水，多年平均渗漏量为

11、1.60m3/s，其它河流属季节性河流，河床漏失也严重，河水在距出山口510km地段全部漏失补给地下水。1灰场岩溶水在焦作北部、西部接受补给后，由北向南向山前排泄区径流。赵庄断层是一条弱导水断层，岩溶水以赵庄断层为界形成水位差达70200m的地下水力陡坎。断层北为高水位区，岩溶水水位与大气降水同步变化，水位变幅与降水量大小成正比。断层南是低水位区，岩溶水水位低，水位受大气降水和人工开采的双重影响，年水位变幅小。枯水期（每年35月份）高水位区岩溶水位在130160m之间，而低水位水位在7080m左右。丰水期（每年910月）岩溶水获得大气降水入渗补给后，高水位区岩溶水水位会很快上升至200240m

12、，而低水位区岩溶水位仍保持在80-85m左右，水位上升幅度通常只有1012m。近山前地带是岩溶水排泄径流区，断裂构造和岩溶发育。岩溶水自山区水平径流至排泄区后，便沿凤凰岭断层、九里山断层、朱村断层等强导水断裂运动、富集，并形成岩溶水强径流带。、天然条件下，岩溶水在九里山残丘南侧的奥灰“天窗”处以泉群形式集中排泄，在目前开采条件下，人工开采和矿井排水是岩溶水主要排泄方式。 孔隙水水文地质条件孔隙水主要分布于山前冲洪积平原区(图2)，含水层主要为砂砾石层或中细砂层，顶板埋深为2040m。图2 焦作矿区孔隙水水文地质图1富水区（单井5m降深涌水量大于5000m3/d）；2较富水区（单井5m降深涌水量

13、3000-5000m3/d）；3中等富水区（单井5m降深涌水量1000-3000m3/d）； 4较贫水区（单井5m降深涌水量100-1000m3/d）；5贫水区（单井5m降深涌水量小于100m3/d）；6、淡水区（矿化度小于1.0g/L）；7微咸水（矿化度1.0-3.0g/L）；8咸水（矿化度大于3.0g/L）；9基岩出露界线；10富水性分区界线；11矿化度分区界线；12水位下降漏斗范围；13自流水区分界线；14冲洪积扇界线；15地下水流向；16泉点；17钻孔；18矿井受地质、地貌和水文地质条件的影响，含水层富水性空间分布不均。丹河、西石河、山门河等河流的冲洪积扇上，含水层为砂砾石层，厚度20

14、50m，导水性和渗透性强，补给、迳流条件好，富水性最强。单井出水量扇体上部大于5000m3/d，扇体中下部为30005000m3/d。冲洪积平原的扇间区，含水层为砂、砂砾石，连续性差，常呈透镜体状，厚度为1015m，导水性和渗透性较差，单井出水量10003000m3/d。山前倾斜平原的前缘区，含水层为上更新统中细砂，单层厚度510m，富水性差，单井出水量5001000m3/d。坡洪积裙区，含水层是坡洪积的碎石和砾石，连续性差，多呈透镜状，局部半胶结，富水性最差，单井出水量小于500m3/d。 孔隙水与岩溶水水力联系孔隙水与岩溶水属于两个不相同的含水层系统，各自有相对独立的补给、迳流和排泄条件。

15、孔隙水主要分布于山前冲洪积平原的第四系冲洪积物中，含水空间是孔隙，岩溶水主要分布于奥陶系灰岩中，含水空间是裂隙岩溶。岩溶水补给区在北部山区，属于远源补给，大气降水入渗和山区河流渗漏是岩溶水的补给来源。山前倾斜平原区是岩溶水集中排泄区，人工开采和矿井排水是岩溶水的主要排泄方式。孔隙水的补给来源包括大气降水入渗、农田灌溉水回渗、河流和沟渠地表水沿河渗漏等，补给区范围与其分布范围一致，属于近源补给。排泄方式为人工开采、蒸发、泉排泄及地下迳流等。在山前冲洪积平原上，第四系冲洪积物孔隙水含水层在地表浅部，奥灰岩溶水含水层埋藏于石炭二叠煤系地层之下，奥灰含水层之上有350m400m厚的石炭二叠系砂岩、泥岩

16、隔水层，奥灰岩溶水与浅层孔隙水一般无直接水力联系。但在九里山演马矿一带，由于九里山断层北西盘下降，南东盘上升，使石炭、奥陶系地层直接和第四系地层接触，局部地段中奥陶灰岩出露地表，形成“天窗”（图3-4），使奥灰含水层、第四系含水层、石炭系薄层灰岩含水层（L2和L8）相互间可以发生一定水力联系。表现在：其一，奥灰水与孔隙水互相补给。20世纪60年代之前岩溶水水位高，岩溶水补给孔隙水，岩溶水在此直接出露成泉。目前，孔隙水水位高于奥灰岩溶水水位，孔隙水补给岩溶水。其二，孔隙水越流补给石炭系薄层灰岩岩溶水。石炭系薄层灰岩在松散沉积物有条带状露头，孔隙水水位高于薄层灰岩岩溶水水位，孔隙水越流补给后进入九

17、里山矿和演马矿矿井中，最后以矿井排水形式排出地表。矿井水主要来源于石炭系岩溶水和奥灰水，矿井长期排水不仅使石炭系岩溶水和奥灰水位下降，也使九里山、演马矿附近的第四系孔隙水水位下降，并形成水位降落漏斗。因此，在九里山演马矿一带，岩溶水和第四系孔隙水有一定水力联系。因发生水力联系的范围有限，且奥灰水与孔隙水水位相差不大，水力联系的程度有限。正是因为如此，多年来九里山演马矿一带孔隙水降落漏斗面积基本上没有变化。-300-200-1000-200-10000145°100奥陶系灰岩天窗区石炭系薄层灰岩天窗区九里山灰岩露头区图3-4 九里山“天窗区”剖面图1断层；2煤层；3灰岩；4地下水位；5

18、砂岩泥岩 焦作水资源开发利用状况焦作市开发利用地下水的形式有：供水总公司大型水源地集中开采、厂矿自备井水源地（水源井）集中或分散开采、矿井排水和郊区农业分散开采四种。焦作市供水公司现有水厂六座（第三水厂于2001年4月停产），以开采岩溶水为主，并利用少量地表水（群英水库），其中第七水厂（东小庄水源地）和第二水厂（周庄水源地）开采规模较大。供水公司近五年（1996-2000年）年均开采岩溶水4680万m3/a，利用地表水600万m3/a（表1）。焦作城区共有厂矿自备水源井224眼，其中岩溶水开采井96眼，孔隙水开采井128眼。岩溶水的开采主要集中在焦作电厂（岗庄水源地46眼井）、爱依斯万方电厂（

19、待王水源地14眼井）、化工三厂（6眼井）、热电厂（4眼井）、中州铝厂（14眼井）和化工总厂等企业，孔隙水的开采主要集中在造纸厂、平光厂、中州机械厂、化工一厂、轮胎厂和化工二厂等企业。近五年自备井年均开采地下水6230万m3/a，其中开采岩溶水5360万m3/a，开采孔隙水870万m3/a。表1 焦作市规划区地下水开采现状统计表开采方式岩溶水开采量（万m3/a）孔隙水开采量（万m3/a）合计（万m3/a）供水公司水源地4680厂矿自备水源井53608706230近 郊 农 业 区46004600矿 井 排 水1097636601463合 计21016913030146焦作矿区现有大型煤矿9座，主要分布在焦东矿区，矿井排水总量为5.95 m3/s，相当于18764万m3/a，扣除22%的重复排水量，实际抽排地下水16436万m3/a，其中岩溶水为109