焦作地区水文地质和工程地质认识实习

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1.2８4—1．７34m3／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

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２00—3０0ｍ。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600—70０,北盘上升,南盘下降,落差700—1００0ｍ。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３00—1000m。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650—8５0。

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，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；F6—39号井断层；

F7—3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。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5—1０ｋｍ地段全部漏失补给地下水。

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70—200ｍ的地下水力陡坎。断层北为高水位

灰场

1

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3—5月份）高水位区岩溶水位在1３0—160m之间,而低水位水位在7０—８０m左右。丰水期(每年９—10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200—240m,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10—1２m。

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2０—40m 。

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—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50０0m ３/d ，扇体中下部为300０—５0０

0m ３

/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10—15ｍ，导水性和渗透性较差,单井出水量１000—３000m 3/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５—１０m ，富水性差,单井出水量500—10０0m 3/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5０0m 3/d 。

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5000m 3/d ）；2—较富水区（单井5m 降深涌水量3000-5000m 3/d ）；3—中

等富水区（单井5m 降深涌水量1000-3000m 3/d ）； 4—较贫水区（单井5m 降深涌水量100-1000m 3/d ）；5—贫水区（单井5m 降深涌水量小于100m 3/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

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。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３50m —４0０m 厚的石炭—二叠系砂岩、泥岩隔水层，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（L 2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。

-30-20-10

-20

-100 145°

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—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（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

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10976万ｍ3/a,孔隙水36６0万m3／a。

近郊农村农民生活用水、农田灌溉用水和乡镇企业生产用水开采孔隙水约为４60０万m3/ａ。

从表１可以看出，岩溶水开采量为21０1６万m3／a，低于岩溶水天然资源量;孔隙水开

采量９130万m3／a，高于孔隙水天然资源量。岩溶水尚有一定开发潜力，而孔隙水处于轻微超采状态。

焦作市水务有限责任公司担负着焦作市中站区、解放区、山阳区、马村区以及高新技术开发区居民生活用水和工业用水的供水工作。现有水厂７座，设计日供水能力２5.5万m3,实际日供水能力19.2万ｍ3。主要以深层岩溶水为水源，水库水和矿井水为辅助水源。截止20０5年底,供水管网长度3６4kｍ,管网覆盖面积达50km2，供水人口７2万人，供水量为5478.67万m3。

焦作电厂岗庄水源地概况如下:岗庄水源地是焦作市内开采岩溶水规模最大的水源地，现有开采井4６眼，年均开采量为3720万m3／年。位于焦作市北部山区与平原分界线（凤凰岭断层带)附近,1980年９月建成使用,是焦作电厂的自备水源地。初建时,共有水源井30眼，分布在东西长250ｍ，南北宽1５0m，面积0.０4km２的范围之内。井群分两排布置,南排２1眼井,北排１2眼井,排距100ｍ,井距1０m。井深2７5.15—430m,终孔层位多达到冶里组白云质灰岩。

工程地质条件

主要写工程地质分区,以铁路为界,以北在什么地貌单元,其工程地质水文地质有何特点,以南的地貌单元，其工程地质水文地质有何特点。这一部分自己写。

实习认识：写几点体会