伊川盆地地史發(fā)展及其水文地質(zhì)特征初步分析

麻志周

(河南省洛陽市洛龍區(qū)國土資源局，河南 洛陽 471000)

伊川盆地位于河南省西部，大部分地處洛陽市伊川縣行政區(qū)內(nèi)，面積約1 300 km2。其周圍基巖淺山環(huán)抱，東臨登封低中山區(qū)，西為宜陽低山丘陵區(qū)，南與嵩縣盆地接壤，北與洛陽盆地隔(龍門)山相望。本區(qū)屬北亞熱帶暖溫帶季風(fēng)氣候，四季氣候變化分明，多年平均降雨量633.4 mm，汛期(6－9月份)占全年降水總量67.1%，降雨量對水資源的時空分布起著重要的控制作用。區(qū)內(nèi)大部河流屬黃河水系，極少屬淮河水系。主要河流為伊河、甘水河及荊河，最大河流伊河縱橫南北，其多年平均徑流量為7.49億m3/a。區(qū)內(nèi)不同的地質(zhì)、地貌特征決定了地下水在賦存、徑流、排泄等方面具有明顯的差異性。本文試從該區(qū)域地質(zhì)歷史發(fā)展角度，重點(diǎn)對盆地各發(fā)育階段以及盆地不同部位各類地質(zhì)體的地質(zhì)、水文地質(zhì)特征進(jìn)行分析，從而為區(qū)域地下水資源利用工作提供可靠依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)、地貌概況

研究區(qū)所處大地構(gòu)造部位為中朝準(zhǔn)地臺豫西褐皺帶嵩箕隆起區(qū)之西段。控制伊川盆地的形成、發(fā)育以及地層分布主要是“東西向”、“北東向”和“北西向”三組構(gòu)造?！皷|西向”構(gòu)造形成于“燕山”期，表現(xiàn)為盆地北緣的萬安山背斜、盆地中部的江左向斜以及盆地南緣的九皋山背斜和九皋山斷裂?！氨睎|向”和“北西向”兩組構(gòu)造配套成生于“喜山”早期，主要以斷層為主，主要有北東向構(gòu)造石鍋～伊川、酒后～呂店斷裂和北西向構(gòu)造宜陽～陸渾、龍門～呂店斷裂，從而構(gòu)成了當(dāng)時的地塹式盆地。

縱觀全區(qū)，太古界(Ar)、元古界(Pt)的變質(zhì)巖、碎屑巖組成了四周的低中山;古生界(Pz)、中生界(Mz)的碳酸鹽巖、碎屑巖組成了近前山丘陵及殘山地帶;新生界(Kz)新近系(N)的卵礫層(巖)、玄武巖組成了盆地的大面積丘陵(多上覆第四系中更新統(tǒng)的風(fēng)成黃土)，第四系(Q)的沖洪積砂礫石等松散沉積物組成了山前陵前洪積扇、陵間洼地和伊河及其支流的帶狀平原。盆地是一個較完整的水文地質(zhì)單元。

區(qū)內(nèi)地勢四周高、中間低，坡嶺逐漸向伊河川傾斜，山前和丘陵前緣分布有洪積扇裙。伊河河谷平原呈北東向展布，其南穿九皋山，北切萬安山西部的龍門山，河流由南向北，漫灘、階地階梯狀相連且沿河不對稱分布。

2 盆地發(fā)育史

伊川盆地為“燕山運(yùn)動”晚期—“喜山運(yùn)動”早期在秦嶺緯向構(gòu)造帶東段發(fā)育形成的山間斷陷盆地。盆地地質(zhì)歷史的發(fā)展，控制著不同時期盆地的規(guī)模、沉積物特征。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)概況，分析盆地的演變可分為盆地形成時期、盆地發(fā)展時期、盆地消亡時期三個階段。

2.1 盆地形成時期〔始于新生代(Kz)古近紀(jì)(E)的始新世(Eocene)，距今 56.50Ma［1］

該區(qū)自古老的前寒武紀(jì)(An∈)以來，地層分布較為完整，相伴而生的巖漿巖出露良好，各期構(gòu)造運(yùn)動形跡可辨。在漫長的地質(zhì)發(fā)展歷史中，經(jīng)歷了多次造山運(yùn)動。在中生代晚期～新生代早期，強(qiáng)烈的“燕山運(yùn)動”，產(chǎn)生了來自南北方向區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力，致使該地區(qū)產(chǎn)生了較大的構(gòu)造變形，形成了東西向的萬安山背斜、九皋山背斜和江左向斜，并伴生形成了背斜核部的近東西向斷裂(九皋山斷裂)。進(jìn)入新生代，早期的“喜山運(yùn)動”，使本區(qū)又受到來自南西方向區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的影響(為印度洋海底擴(kuò)張，印度板塊向中國大陸板塊俯沖的所引起［2］)，發(fā)生了反時針方向的扭動，因而產(chǎn)生了北東走向的張扭性斷裂和北西走向的壓扭性斷裂，酒后～呂店和石鍋～伊川北東向張扭性斷裂分別構(gòu)成盆地的南北邊緣，垂直于北東向張性斷裂產(chǎn)生的龍門～米廟等北西向壓扭性斷裂成為盆地東側(cè)邊緣，從而誕生了北東東向展布的地塹式盆地，形成了伊川盆地的鄒型。其與南西相鄰的嵩縣盆地成一斜列，并平行于北西相鄰的宜陽盆地與洛陽盆地構(gòu)成的另一斜列。［3］

這一時期，伊川盆地的分布范圍不大，僅在盆地中心(向斜核部)的平等一帶堆積了一套相當(dāng)于新生界古近系始新統(tǒng)(E2)的河湖相沉積建造，為紫紅色砂巖和泥巖。

此后，因喜山運(yùn)動持續(xù)影響，本區(qū)域性地殼回升，缺失了古近系漸新統(tǒng)(E3)的沉積。野外可見始新統(tǒng)陳宅溝組(E2c)紫紅色砂巖、泥巖直接上覆新近系的中新統(tǒng)洛陽組(N1l)砂質(zhì)粘土(巖)、砂卵石(巖)或上新統(tǒng)大營組(N2d)玄武巖等，且為沉積不整合接觸。

2.2 盆地發(fā)展時期〔新生代新近紀(jì)的中新世(Miocene)—上新世(Pliocene)，距今 23.30 ～ 2.60 Ma［1］

進(jìn)入中新世，隨著“喜山運(yùn)動”的發(fā)展，本區(qū)繼區(qū)域性的短暫抬起(缺失漸新統(tǒng)沉積)之后，演變?yōu)榇竺娣e沉降拗陷階段［4］，伊川盆地與相鄰的各盆地聯(lián)成一片，成為一巨大的湖盆。該時期由于受北臨的洛陽盆地南緣北東向斷裂(宜陽斷裂)的影響，本區(qū)下降幅度小于洛陽盆地，且處于不穩(wěn)定的下降階段，形成了中新統(tǒng)(N1)一套多旋回的河湖相堆積。其沉積范圍廣闊，厚度一般為60m左右。在盆地中心厚度較大，可達(dá)150～300m以上。

直至上新世，由于盆地構(gòu)造活動的增強(qiáng)，引起九皋山斷裂復(fù)活(由壓性→張性)。邊部斷裂的拉張，在盆地南緣的九皋山一帶，北東向與東西向斷裂的交接部位出現(xiàn)了基性玄武巖漿的多期噴發(fā)。

該時期，盆地中的沉積物自下而上為中新統(tǒng)洛陽組(N1l)河湖相沉積和上新統(tǒng)大營組 (N2d)玄武巖沉積。［4］

2.3 盆地消亡時期〔下更新世(Lower Pleistocene)開始，距今2 .60Ma［1］

上新世末期，正值“喜山運(yùn)動”晚期，由于印度板塊的強(qiáng)烈碰撞擠壓，加上太平洋板塊的持續(xù)俯沖，引起了秦嶺等山系的復(fù)活，造成豫西地區(qū)隆起，巨大的湖盆開始消失，本區(qū)大部抬升為丘陵。［4］進(jìn)入第四紀(jì)以后，本區(qū)一直處于上升剝蝕狀態(tài)，故缺少了下更新統(tǒng)(Qp1)沉積，中更新統(tǒng)(Qp2)～上更新統(tǒng)(Qp3)也僅在局部接受洪積、坡積和風(fēng)成黃土的堆積。由于新構(gòu)造運(yùn)動的差異及間歇性，在山前地帶及丘陵洼地堆積有沉積物。至全新統(tǒng)(Qh)形成了伊河等現(xiàn)代水系的沉積物堆積。其形態(tài)受構(gòu)造控制較為明顯。由南向北，伊河階地由內(nèi)迭變?yōu)樯系?，沖積平原寬度由小到大。

由上可知，伊川盆地的發(fā)育與區(qū)域構(gòu)造演化歷程密切相關(guān)(見表1)。

3 盆地水文地質(zhì)特征

本區(qū)地史演變、地質(zhì)構(gòu)造的展布，控制著盆地不同時期的沉積物及其地貌特征，同時也決定著含水巖系的生成發(fā)育和分布規(guī)律。據(jù)盆地及其相關(guān)區(qū)域地質(zhì)特征，現(xiàn)劃分以下含水巖系(圖1)，并對其水文地質(zhì)特征初步分析。

3.1 太古界(Ar)—中生界(Mz)基巖孔隙裂隙含水巖系

主要分布于盆地周邊基巖山區(qū)以及丘陵殘山地帶。巖性主要為太古界(Ar)—中生界(Mz)的變質(zhì)巖、碳酸鹽和碎屑巖類。儲水裂隙主要是東西向、北西向構(gòu)造及其相伴生的次一級構(gòu)造裂隙。

3.1.1 變質(zhì)巖類裂隙水

指賦存于太古界(Ar)、下元古界(Pt1)的片麻巖、片巖和石英巖的風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中的地下水。主要分布于盆地北緣萬安山背斜核部一帶。其變質(zhì)巖構(gòu)造裂隙、風(fēng)化裂隙雖然較為發(fā)育，但由于基巖山區(qū)侵蝕切割強(qiáng)烈，不利于地下水的補(bǔ)給和儲存，富水性弱，常見泉流量0.1～0.5 L/s，單井涌水量10～100m3/d。局部的丘陵平緩地帶，泉流量和單井涌水量較大，如:呂店的農(nóng)場井，含水層為太古界片巖，單井涌水量485m3/d，單位涌水量3.53m3/s·m;呂店清泉寺泉流量1.5 L/s，地下水類型屬Ca·MgHCO3型水。

大氣降水入滲是本類型地下水的主要到給來源，地下水沿裂隙向盆地內(nèi)流動，主要側(cè)向補(bǔ)給丘陵區(qū)河湖相孔隙水，并向伊河及其山間支流排泄。

3.1.2 碳酸鹽巖裂隙溶洞水

主要儲存于古生界寒武系(∈)、奧陶系(O)及石炭系(C)的碳酸鹽巖裂隙溶洞之中，分布于盆地邊緣以及殘山地帶的半坡、鴉嶺西、高山和萬安山等地。其相對富集程度與裂隙溶洞的發(fā)育程度及其規(guī)律密切相關(guān)，又均受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地貌、水文及巖性組合等因素的控制。本區(qū)碳酸鹽巖分布多裸露地表，由于地形起伏，地下水排泄迅速，富水條件較差。如盆地西北邊緣基巖出露區(qū)，泉流量僅為0.6 L/s。但是在地形比較平緩的埋藏區(qū)或覆蓋區(qū)，則構(gòu)成本類型地下水的富水地段，如九皋山背斜北翼的半坡一帶為地下水徑流區(qū)，碳酸鹽巖裂隙溶洞水近于飽和，地下水多處于承壓狀態(tài);在盆地南緣，龍門溫泉則受龍門～呂店斷裂的次一級構(gòu)造(草店～楊莊斷層)所控制，含水巖性為寒武系(∈)的厚層鮞狀灰?guī)r和白云巖，富水性強(qiáng)，泉群流量 205.68m3/h，水溫 43℃。

3.1.3 碎屑巖類孔隙裂隙水

指中元古界(pt2)、古生界(Pz)二迭系(P)以及中生界(Mz)的三迭系(T)、侏羅系(J)、白堊系(K)的砂巖、礫巖、泥(頁)巖和凝灰?guī)r的孔隙裂隙水。主要分布于九皋山、田湖、半坡、江左、白沙以及高山、鴉嶺一帶。巖層組合以砂巖為主，且構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙均較發(fā)育，間夾相對隔水的泥頁巖，為地下水的補(bǔ)給和儲存創(chuàng)造了有利的條件。但由于大部碎屑巖分布區(qū)溝谷深切，破壞了地下水的有效儲存，使地下水顯得貧乏，常見泉流量小于1.0 L/s，單井涌水量10～100m3/d。在局部斷裂構(gòu)造部位存在地下水相對富集地段，如:位于九皋山北翼的九皋山斷裂帶、含水巖性為中元古界(Pt2)石英砂巖(構(gòu)造破碎帶)的自流井，水位高出地面1.5m，涌水量130m3/d，且水量四季穩(wěn)定，地下水化學(xué)類型為CaHCO3型水。

3.2 古近系(E)—新近系(N)孔隙、裂隙含水巖系

分布于盆地的大部地區(qū)。巖性為古近系始新統(tǒng)陳宅溝組(E2c)的紫紅色砂巖和泥巖，新近系中新統(tǒng)洛陽組(N1l)的砂礫石層(巖)、粘土和砂巖互層以及上新統(tǒng)大營組(N2d)的玄武巖，多上覆厚度不大的第四系(Q)黃土。其主要補(bǔ)給來源為大氣降水滲入補(bǔ)給、盆地邊緣基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給、上覆黃土潛水的垂向補(bǔ)給以及伊河及其支流在上游地段的入滲補(bǔ)給。該含水巖組差異較大，分述如下:

3.2.1 古近系始新統(tǒng)陳宅溝組(E2c)碎屑巖孔隙裂隙水

分布于盆地中心，且厚度較大。區(qū)內(nèi)僅有零星出露，巖層產(chǎn)狀近于水平，在南部埋藏于伊河河谷階地之下，構(gòu)成河谷之基底。常見泉流量0.1～1.0 L/s，單井涌水量小于100m3/d，富水性弱。

3.2.2 新近系中新統(tǒng)洛陽組(N1l)砂卵石孔隙水

廣泛分布于盆地之中，多被中更新統(tǒng)(Qp2)黃土所覆蓋，埋深0～250m左右。巖性為多層結(jié)構(gòu)的砂質(zhì)粘土、砂卵石等。局部與上覆黃土孔隙孔洞裂隙潛水構(gòu)成同一含水層，水力聯(lián)系較為密切，一些地段呈砂卵石孔隙層間水。＊ 其富水性與其出露高度、下伏基巖埋深以及固結(jié)程度密切相關(guān)，沉積厚度受古地形制約。伊河兩側(cè)的丘陵區(qū)，新構(gòu)造運(yùn)動以上升為主，地勢相對較高，溝谷發(fā)育，基巖埋深淺(一般為60～150m)，厚度較小，為10～50m，砂卵石局部膠結(jié)，富水性一般。其滲透系數(shù)k=1～3m/d，降深15m，單井涌水量100～500m3/d。而相對下降幅度較大的古盆地中心(平等西一帶)，基巖埋深較大(多＞100m)，含水層厚度較大，在100～200m深度以上具含水層1～5層，富水性較強(qiáng)，降深15m單井涌水量500～1 000m3/d，局部可達(dá)1 500m3/d。地下水類型多為CaHCO3型水。

表1 伊川盆地地史演化歷程及地質(zhì)特征一覽

因其分布面積廣，富水性較強(qiáng)，在區(qū)內(nèi)可作為主要地下水開采對象。實際上，由于其出露泉水到處可見，加上水質(zhì)較好，目前已成為農(nóng)村的主要飲用水源，如鴉嶺鄉(xiāng)趙圪垱村東南近東西向溝谷中出露的泉群，測得總匯流達(dá)19.4 L/s。3.2.3 新近系上新統(tǒng)大營組(N2d)巖漿巖孔洞裂隙水

分布于盆地南緣的酒后、葛寨、白元一帶。呈近水平產(chǎn)出，呈多期噴發(fā)。一般具2～4層，間夾砂質(zhì)粘土巖、棕紅色粘土。其原生裂隙、風(fēng)化裂隙以及氣孔孔洞具有水平分帶特征，為地下水的儲存奠定了基礎(chǔ)。在近山前地帶，地形起伏較大，不利于大氣降水滲入和儲存，富水性弱，且隨季節(jié)變化明顯，單泉流量一般為0.1 L/s左右;而遠(yuǎn)山前單泉流量1.0～10.0 L/s，地下水位埋深一般為2～20m，屬潛水或承壓性質(zhì)。一般降深15m，單井水量100～500m3/d，屬中等富水級。地下水一般為CaHCO3型水。

新近系中新統(tǒng)洛陽組(N1l)以及上新統(tǒng)大營組(N2d)多上覆第四系中更新統(tǒng)(Op2)地層，并局部構(gòu)成同一含水層，故本文圖1將其組合為N～Op2含水巖系。

圖1 伊川盆地地質(zhì)概況及地下水系統(tǒng)示意圖

3.3 第四系(Q)松散巖類孔隙裂隙含水巖系

分布于廣大丘陵區(qū)和伊河及其支流的沿岸，地層巖性主要為中更新統(tǒng)(Qp2)的風(fēng)成黃土、上更新統(tǒng)(Qp3)—全新統(tǒng)(Qh)沖洪積成因的黃土和砂礫石層等。其所處位置最低，地下水的補(bǔ)給來源有大氣降水入滲補(bǔ)給、山區(qū)和丘陵區(qū)含水系統(tǒng)側(cè)向補(bǔ)給以及河流入滲補(bǔ)給。其排泄方式主要為開采排泄、蒸發(fā)排泄、側(cè)向徑流排泄。該地段地下水與地表水聯(lián)系極為密切，它是地表水與地下水系統(tǒng)發(fā)生水質(zhì)、水量交換的主要場所，同時也是工農(nóng)業(yè)取水的主要對象。根據(jù)本區(qū)該含水巖組含水介質(zhì)的不同，分為黃土孔隙孔洞裂隙水和砂卵石孔隙水。

3.3.1 黃土孔隙孔洞裂隙水

本區(qū)內(nèi)黃土丘陵區(qū)、陵間洼地和一些伊河支流的河谷旁側(cè)，廣布著中更新統(tǒng)(Qp2)的風(fēng)成以及上更新統(tǒng)(Qp3)沖洪積成因的黃土。通過大氣降水滲入的地下水主要儲存于中更新統(tǒng)(Qp2)及其鈣核層的孔隙、孔洞和裂隙中。該組合的中更新統(tǒng)(Qp2)粘土夾層為相對隔水層，局部下伏新近系(N)的砂質(zhì)粘土為隔水底板，多為潛水，局部為上層滯水。因丘陵區(qū)地形支離破碎，起伏不平，加之黃土厚度較小，因此富水性弱，單井涌水量小于10m3/d，常見泉流量小于1.0 L/s。地下水位埋深一般為10～30m，地下水類型為CaHCO3型水。

3.3.2 砂卵石孔隙水

分布于伊河及其一些山間支流的階地，包括伊河西側(cè)陵前洪積扇中的地下水。多呈潛水性質(zhì)。因受新構(gòu)造運(yùn)動影響，本區(qū)第四紀(jì)以來以上升為主，其沉積物厚度較小，伊河階地基底埋深較淺。砂卵石埋深5～20m，厚5～10m，水位埋深1～15m。一般降深5m，涌水量500～1 000m3/d，為中等級富水。地下水化學(xué)類型為CaHCO3和CaHCO3SO4型水。

在伊河河谷沖積平原變寬地段以及陵前洪積扇之前緣，富水性明顯增強(qiáng)。如伊川縣城南西井，位于伊河西側(cè)陵前洪積扇前緣與二級階地的交接部位，降深5m，涌水量1 800m3/d。位于盆地北部伊河西側(cè)洪積扇前緣的郭家寨泉，流量達(dá) 18.6 L/s。

在支流旁側(cè)，堆積物分布厚度及其寬度均較小，其富水性不好且不均勻。

4 結(jié)語

伊川盆地的地史發(fā)展、區(qū)域構(gòu)造演化，控制著不同時期的盆地規(guī)模、沉積物特征以及地貌形態(tài)，同時也決定著含水巖系的生成發(fā)育和分布規(guī)律。綜上分析，區(qū)內(nèi)地下水資源利用條件最好的含水巖系為新近系中新統(tǒng)洛陽組(N1l)的砂卵石層、砂質(zhì)粘土組合，因其多上覆第四系中更新統(tǒng)(Qp2)黃土，并多與上覆黃土孔隙孔洞裂隙潛水構(gòu)成同一含水層，因含水層厚度較大，富水性及水質(zhì)均較好，加之分布面積廣，隨著社會的發(fā)展和區(qū)域工農(nóng)業(yè)用水的增長，其在區(qū)內(nèi)可做為地下水主要開采對象;其次為第四系中更新統(tǒng)(Qp2)、上更新統(tǒng)(Qp3)—全新統(tǒng)(Qh)沖洪積成因松散巖類孔隙裂隙含水巖系，雖其水文地質(zhì)條件優(yōu)越，但因分布有限，僅在伊河及其支流河谷沖積平原變寬地段和陵前洪積扇之前緣可作為重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域，建議在利用該含水巖系地下水時，應(yīng)在必要地段承建攔水水面工程，以增加地下水的補(bǔ)給來源，同時應(yīng)注意地表水水質(zhì)的監(jiān)測與保護(hù)，預(yù)防地下水污染;此外，分布于區(qū)內(nèi)太古界(Ar)—中生界(Mz)的變質(zhì)巖類裂隙水、碳酸鹽巖裂隙溶洞水、碎屑巖類孔隙裂隙水等各種類型狀態(tài)的地下水，應(yīng)多加強(qiáng)其分布區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)研究，拓展深部找水工作。總之，在區(qū)域地下水資源勘察與利用的工作中，應(yīng)進(jìn)一步重視空間地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水動態(tài)以及各含水層之間水力聯(lián)系等基礎(chǔ)研究，從而在全區(qū)發(fā)現(xiàn)更多更好的地下水富水地段。同時并注重保護(hù)盆地地質(zhì)環(huán)境，合理開發(fā)、節(jié)約利用地下水資源，以保障經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展對水資源的需求。

［1］全國地層委員會.中國區(qū)域年代地層(地質(zhì)年代)表說明書［M］.北京:地質(zhì)出版社，2(102，1—l0.

［2］肖楠森，等.新構(gòu)造分析及其在地下水勘查中的應(yīng)用［M］.北京:地質(zhì)出版社.1986:71－92.

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