褶皺富水構(gòu)造的成生機(jī)制與地下水賦集的內(nèi)在聯(lián)系

王學(xué)棟，欒 誠，劉 冰

(1.遼寧省北票市凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧 北票122100;2.遼寧省北票市水資源辦公室，遼寧 北票122100)

褶皺富水構(gòu)造的成生機(jī)制與地下水賦集的內(nèi)在聯(lián)系

王學(xué)棟1，欒 誠2，劉 冰2

(1.遼寧省北票市凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧 北票122100;2.遼寧省北票市水資源辦公室，遼寧 北票122100)

褶皺構(gòu)造是砂頁巖，砂礫巖地層中廣泛發(fā)育的一種構(gòu)造形態(tài)。向斜、背斜裂隙展布的方向，裂隙性質(zhì)受構(gòu)造應(yīng)力及構(gòu)造強(qiáng)度的控制。裂隙的共生組合有其規(guī)律性。褶皺構(gòu)造裂隙水的補(bǔ)給、運(yùn)移、匯流、富集與褶皺構(gòu)造的成生機(jī)制有內(nèi)在聯(lián)系，從而形成褶皺構(gòu)造裂隙水的富集規(guī)律。

力學(xué)成因;構(gòu)造裂隙;運(yùn)移通道;富水空間;富水規(guī)律

褶皺構(gòu)造是成層巖層在構(gòu)造運(yùn)動作用下，巖層地質(zhì)面所形成的彎曲現(xiàn)象，它是巖層在地殼運(yùn)動中所產(chǎn)生的地應(yīng)力作用下塑性變形的結(jié)果，是地殼中廣泛發(fā)育的地質(zhì)構(gòu)造的基本形態(tài)之一。

褶皺構(gòu)造在成生過程中，巖層各部位在地應(yīng)力作用下，會有規(guī)律的出現(xiàn)不同力學(xué)性質(zhì)的裂隙。在大氣降雨、河流、地下越流補(bǔ)給的條件下，形成褶皺構(gòu)造裂隙水。分析褶皺構(gòu)造裂隙水的形成條件和富集規(guī)律對指導(dǎo)開采低山丘陵區(qū)基巖裂隙水，具有現(xiàn)實(shí)意義。

以北票地區(qū)興隆洼向斜，矯麻子溝背斜實(shí)際勘測資料為基礎(chǔ)，對褶皺構(gòu)造裂隙水的形成條件，賦水狀態(tài)和分布規(guī)律進(jìn)行分析、探討，以揭示地下水在褶皺構(gòu)造中的分布范圍和運(yùn)動規(guī)律。

1 褶皺構(gòu)造的力學(xué)成因

北票褶皺構(gòu)造主要分布于北票—哈爾腦構(gòu)造盆地中。由興隆洼向斜，矯麻子溝背斜，大饅頭溝溝門向斜構(gòu)成復(fù)褶曲。褶皺軸向主要受印支期構(gòu)造控制，構(gòu)造線方向?yàn)镹E60°。

由構(gòu)造綱要圖和構(gòu)造剖面圖看出興隆洼向斜，矯麻子溝背斜是由北西—南東向擠壓應(yīng)力作用的結(jié)果。

依據(jù)地質(zhì)力學(xué)原理可知，作用在巖層上的任何動力，無論是擠壓，引張、扭動，整個應(yīng)力場中各點(diǎn)均可誘導(dǎo)出一定方位的壓、張、扭三種應(yīng)力狀態(tài)，產(chǎn)生四種褶皺構(gòu)造裂隙。

1.1 隱閉裂隙

隱閉裂隙是一種塑性破裂。特點(diǎn)是巖石裂隙隱閉，不顯破裂面，但經(jīng)風(fēng)化后，顯示出平直和延伸較遠(yuǎn)的裂隙面，并呈一對共軛裂隙，其交角近90°，裂隙面與巖層層面近垂直。

1.2 閉合裂隙

閉合裂隙是一種高壓條件下產(chǎn)生的塑性破裂。其特點(diǎn)是，巖石的裂隙閉合嚴(yán)密，經(jīng)風(fēng)化或機(jī)械破碎后，可見發(fā)育的裂隙面。裂隙常把巖石分成大小不等的菱形碎塊，裂隙面不平，但光滑。

1.3 壓性裂隙

為壓性壓扭性破裂面，其發(fā)育狀況既受褶皺控制，又與巖石層面構(gòu)造(交錯層理等)有關(guān)。裂隙面與水平層理斜交，與交錯層理吻合，裂隙面較光滑，有擦痕，裂隙密度較大，閉合程度較高。

1.4 張性裂隙

為張性張扭性破裂面，包括縱張裂隙，橫張裂隙和層間虛脫裂隙，這些裂隙的裂隙面通常粗糙不平，張開程度較大。

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜在地應(yīng)力的長期作用下，四種裂隙有規(guī)律的存在向斜、背斜的不同部位。

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜的形成是由NW—SE向擠壓應(yīng)力造成的。軸面多為閉合裂隙。翼部裂隙受其構(gòu)造應(yīng)力和巖性的控制。其巖性為侏羅系土城子組二段三段砂頁巖互層，泥巖多為隱閉裂隙和閉合裂隙。

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜核部巖層受拉。張裂隙、張扭性裂隙發(fā)育。矯麻子溝核部有SW130°～140°方向上張性斷裂或張裂隙。土城子向斜有垂直于軸向的張裂隙。向斜背斜轉(zhuǎn)折端處有一組NW33°張扭性裂隙。

興隆洼向斜近于東西和南北方向受剪切應(yīng)力作用，出現(xiàn)壓性裂隙和X型節(jié)理。

完成前四步工作之后，需開始進(jìn)行臨時排水系統(tǒng)的建設(shè)，選擇強(qiáng)夯技術(shù)的施工點(diǎn)。強(qiáng)夯技術(shù)是整個工程建設(shè)的重中之重，強(qiáng)夯技術(shù)運(yùn)用是否成功，將直接影響該工程的建設(shè)質(zhì)量。在強(qiáng)夯技術(shù)應(yīng)用的過程中，需要注意強(qiáng)夯點(diǎn)的選擇，強(qiáng)夯的應(yīng)用次數(shù)以及強(qiáng)夯整體效果。

褶皺構(gòu)造是在地應(yīng)力長期作用下形成的，在同一應(yīng)力場中，在一定區(qū)域內(nèi)，褶皺構(gòu)造的軸向呈一定的方向性，節(jié)理裂隙有一定的組合規(guī)律。

2 褶皺構(gòu)造裂隙水形成的條件

褶皺構(gòu)造裂隙水的形成一般包括補(bǔ)給來源，運(yùn)移通道、富水空間，通過補(bǔ)排運(yùn)移，在裂隙含水層中富集形成構(gòu)造裂隙水。

2.1 大氣降雨入滲補(bǔ)給

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜呈北東向展布，長約12 km，寬約3 km，出露巖層:兩翼邊部為侏羅系土城子一段紫紅色凝灰質(zhì)頁巖夾砂巖或紫紅色凝灰質(zhì)砂巖與粉砂巖互層;二段為向斜兩翼，其巖性為灰紫色泥砂質(zhì)膠結(jié)礫巖夾砂巖;三段為向斜核部，巖性為紫紅色凝灰質(zhì)砂巖，頁巖夾礫巖。興隆洼向斜，矯麻子溝背斜在地表出露的地層，其巖性為軟硬互層。既有硬質(zhì)礫巖、砂巖，又有軟質(zhì)塑性泥巖，頁巖。既有風(fēng)化裂隙，又有構(gòu)造裂隙;既有閉合裂隙，又有張開裂隙。形成密集均勻，互相連通，或獨(dú)立存在的裂隙網(wǎng)。在年降水量大，降水強(qiáng)度適度。褶皺構(gòu)造接受大氣降雨的補(bǔ)給，通過補(bǔ)排運(yùn)移使大氣降雨富存于裂隙含水層中形成裂隙水。

2.2 河流地表水的補(bǔ)給

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜在走向上橫跨兩條北西—南東向山間河流。西為西官河，東為東官河，兩條河流為季節(jié)性潛入潛出的河谷。褶皺構(gòu)造為河間地塊之中。由于構(gòu)造運(yùn)動，興隆洼向斜，矯麻子溝背斜南東150°、北西330°方向張裂隙和張扭性裂隙發(fā)育。裂隙切割深，延伸遠(yuǎn)，穿越兩條河谷。另外兩條河流都穿越向斜和背斜。在地表向斜兩翼巖層接受地表河水的補(bǔ)給，在深部構(gòu)造裂隙接受河水的補(bǔ)給。形成構(gòu)造裂隙水。

2.3 地下水越流補(bǔ)給

興隆洼向斜是一不對稱平緩褶皺。西北翼巖層較陡，東南翼巖層較緩?？偤穸?00～1 200 m。垂直剖面巖性變化比較大。即有紫色凝灰質(zhì)頁巖夾中粒凝灰質(zhì)砂巖。又有紫紅色砂巖夾礫巖，還有紫紅色泥巖夾粉砂巖，巖性變化大，厚薄不均。由其在200 m以下，由于深度增加，頁巖泥巖密度增大，透水性減弱，隔水性增強(qiáng)。使地下水頭壓力增大，當(dāng)鉆孔揭露隔水層時，地下水位由60 m上升到27 m，充分證明向斜內(nèi)部地下水有越流補(bǔ)給。

補(bǔ)給水源通過補(bǔ)給通道滲入含水層，是補(bǔ)給區(qū)向富集區(qū)流動的主要路徑，褶皺構(gòu)造的運(yùn)移通道是影響地下水的重要因素。

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜運(yùn)移通道受構(gòu)造與巖性的控制，通過水文地質(zhì)勘察鉆探劃分兩種地下水運(yùn)移通道。

a網(wǎng)狀裂隙通道:發(fā)育在地層表面，暴露于地表的巖石，經(jīng)風(fēng)化作用，形成風(fēng)化裂隙。其特點(diǎn)裂隙密集，相互聯(lián)通構(gòu)成裂隙網(wǎng)。形成網(wǎng)狀裂隙通道，一般空隙細(xì)小，易接受降水補(bǔ)給。

補(bǔ)給來源，運(yùn)移通道是褶皺構(gòu)造裂隙水形成的基本條件，富水空間是褶皺構(gòu)造裂隙水賦存在的決定因素。

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜富水空間受構(gòu)造、巖性控制，有規(guī)律的分布。首先是應(yīng)力集中縱張裂隙富水空間，發(fā)育在褶皺構(gòu)造軸部，背斜轉(zhuǎn)折端處，使裂隙水富集形成含水系統(tǒng)。其次;褶皺兩翼在剪力作用下，使層面產(chǎn)生滑動，巖石不發(fā)生破碎。在同一構(gòu)造應(yīng)力場作用下，巖層平面產(chǎn)生平面扭節(jié)理和橫向張裂隙。此處即是裂隙水的通道也是富水空間。再次翼部軟硬巖石夾層處。興隆洼向斜翼部巖石有砂巖、礫巖與紫紅色頁巖、泥巖互層。砂礫巖在構(gòu)造運(yùn)動下發(fā)育張裂隙，富存地下水。頁巖、泥巖隔水形成層間富水空間，賦存裂隙水。

興隆洼向斜，矯麻子溝背斜裂隙展布的方向，裂隙發(fā)育的性質(zhì)受構(gòu)造應(yīng)力及構(gòu)造強(qiáng)度的控制。裂隙的共生組合有其規(guī)律性。褶皺構(gòu)造裂隙水的補(bǔ)給運(yùn)移、匯流、富集與褶皺構(gòu)造的成生機(jī)制有內(nèi)在的聯(lián)系，從而形成褶皺構(gòu)造裂隙水的富集規(guī)律。

3 褶皺構(gòu)造裂隙水富水部位的確定及勘探

運(yùn)用地質(zhì)力學(xué)原理對興隆洼向斜，矯麻子溝背斜進(jìn)行了力學(xué)分析，從而確定了褶皺構(gòu)造的富水部位。

3.1 興隆洼向斜軸部富水帶

興隆洼向斜軸向?yàn)楸睎|60°，軸部出露在低丘中部。與當(dāng)?shù)厮磺治g基準(zhǔn)面高差相差約60余米。軸部巖性為侏羅系土城子組三段灰紫色砂巖，礫巖組成。西北翼產(chǎn)狀較陡，東南翼較緩，且開闊，軸面傾向北西。2004年在軸部走向東面施工一個鉆孔，孔深 381.5 m，靜水位 26.7 m，降深 14.3 m，涌水量50 m3/h。2009年在軸部走向西面又施工一個鉆孔，孔深528 m，靜水位30 m，降深15 m，涌水量45 m3/h。

3.2 興隆洼向斜緩翼富水帶

興隆洼向斜兩翼不對稱，西北翼巖層較陡，傾角45°，東南翼巖層較緩，傾角13°。地面標(biāo)高西北翼高，東南翼低。地下水從向斜西北翼補(bǔ)給東南翼。2003年在向斜緩翼施工兩個鉆孔，巖性為紫紅色頁巖、砂巖、礫巖互層。3號孔深501.66 m，水位埋深 15.06 m，降深 6.2 m，涌水量 44 m3/h。4號孔孔深118 m水位埋深36.9 m，涌水量25 m3/h。

3.3 興降洼向斜陡翼貧水帶

興隆洼向斜西北翼巖層傾角45°，應(yīng)用力學(xué)觀點(diǎn)分析，高角度巖層的層面和壓性結(jié)構(gòu)面接近，因而層面裂隙較閉合，含水性較差。通過實(shí)際鉆探充分證明，在興隆向斜北翼施工的兩個鉆孔，出水量很小。5號鉆孔布在扣卜營，孔深400 m，抽水實(shí)驗(yàn)涌水量1 m3/h。6號孔布在土城子北山，孔深347.7 m，水位埋深 16.8 m，降深 113 m，涌水量 1.2 m3/h。

3.4 矯麻子溝背斜軸部富水帶

矯麻子溝背斜與興隆洼向斜為一連續(xù)的復(fù)褶曲，是在同一應(yīng)力作用下形成的。其巖性為土城子組一段灰紫色頁巖夾凝灰質(zhì)砂巖。當(dāng)巖層受到強(qiáng)烈擠壓。背斜軸部表層巖石受拉力最大，在軸部產(chǎn)生張裂隙或張扭性裂隙，在地形低洼處地下水富集。1995年在唐坊南洼施工一鉆孔，孔深110 m，靜水位 11.8 m，降深 11.4 m，涌水量 25 m3/h。2009年在玉代溝背斜軸部又施工了一眼鉆孔，孔深110 m，降深5 m，涌水量50 m3/h。

4 結(jié)語

褶皺構(gòu)造是砂頁巖，砂礫巖地層中廣泛發(fā)育 的一種構(gòu)造形態(tài)，各種性質(zhì)的裂隙受構(gòu)造應(yīng)力控制。裂隙水在褶皺構(gòu)造內(nèi)有其獨(dú)特的形成條件和富水部位。利用地質(zhì)力學(xué)原理，對褶皺構(gòu)造進(jìn)行分析，找出富水規(guī)律。指導(dǎo)低山丘陵，干旱半干旱地區(qū)，科學(xué)、合理、準(zhǔn)確開采基巖構(gòu)造裂隙水。

［1］k－51－xx(朝陽)中高地質(zhì)圖說明書.

［2］構(gòu)造地質(zhì)學(xué).廣西冶金地址學(xué)校;長春冶金地質(zhì)學(xué)校;遼寧冶金地質(zhì)學(xué)校合編.

P641.72

B

1004－1184(2012)04－0046－02

2012－04－13

王學(xué)棟(1966－)，男，遼寧北漂人，高級工程師，主要從事水利工程建設(shè)工作。