水文地质学基础
实 习 报 告
题目：二叠系灰岩含水层的补给、排泄、径流条件简述
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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，到最低点高程约为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A＇600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Ⅱ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-SE走向，上盘为侏罗纪到二叠纪地层，下盘为前泥盆纪地层，该断层可导水，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Ⅱ6-3 岩层含水性说明表 代号 时代 岩性 裂隙及岩溶发育情况 Qal 第四纪（冲积物） J3 角度不整合 晚侏罗世 泥质砂岩与砂质页岩互层 J2 中侏罗世 长石石英砂岩 J1 P 角度不整合 二叠纪 早侏罗世 页岩（夹煤层） 纯质石灰岩 岩溶发育（成岩溶率为9.4-13.5） C 石炭纪 AnD 角度不整合 前泥盆纪 页岩夹薄层砂岩 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 裂隙闭合 弱含水层 761.3 0.9-1.1 强含水层 裂隙张开（裂隙率为1.5-1.8） 裂隙闭合 隔水层 1.5 0.1-0.11 弱含水层 裂隙闭合 隔水层 砂砾石 孔隙发育 0 泉流量/L∙s-1 钻孔单位涌水量/L∙s-1∙m-1 3.1 强含水层 岩层含水性划分
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∙m-1（3号钻孔），泉流量为0，为强含水层；
b.晚侏罗世
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∙m-1（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3~5m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∙s-1（1-11号、13号泉），钻孔单位涌水量为1.0L∙s-1∙m-1（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∙s-1（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) 1-11 P 759 HCO3-Ca,Mg 12 13 J2 P 1.5 2.3 HCO3-Na SO4-Na,Ca 断层上升泉 溢流下降泉 水化学类型 出露成因 泉命名 14-17 AnD 0.32 HCO3-Ca 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Ⅱ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20℃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17℃，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，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→3号钻孔→1号钻孔→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，该断层导水性较差。据表Ⅱ，12号泉正好出露于该断层上，其TDS为0.9，重碳酸根离子与钠离子含量高，并含有硫酸根离子和钙离子，为低矿化度的水，水温为20℃，比该区全年平均气温稍高。
3.4地下水资源的概略估算
二叠系含水层补给量可通过其排泄量来衡量，其主要通过泉排泄，总流量为761.3 L∙s-1，故年排泄量为：761.3×365×24×3600/1000=2.4×107m3,即二叠
系含水层年补给量。
东王村盆地地下水的补给量为：
（1.5+761.3+0.32）/1000+2.75-1.5-1.2=0.81m3/s.
