水文地质与工程地质实习报告

焦作地区水文地质和工程地质认识实习

专业班级：地质工程10级2班

指导老师：刘保民

姓名：王其森

学号：311003000224

日期：2013年12月26日

目录

一．实习目的 (3)

二．实习时间及地点 (3)

三．实习内容—焦作地区水文地质条件 (4)

3.1水文 (4)

3.2构造 (5)

3.3区域水文地质条件 (6)

3.4岩溶水水文地质条件 (7)

3.5孔隙水水文地质条件 (8)

3.6孔隙水与岩溶水水力联系 (9)

3.7焦作水资源开发利用状况 (10)

四．实习内容—焦作地区工程地质条件 (12)

4.1焦作市地形地貌分析 (12)

4.2焦作地区工程地质分区 (13)

五．实习认识 (14)

焦作地区水文地质和工程地质认识实习一．实习目的

本次实习的目的在于培养我们运用所学工程地质和水文地质专业课理论知识分析水文地质和工程地质现象的能力，以及掌握观察描述水文地质、工程地质现象的能力。

实习以焦作市水文地质模型为学习对象，通过对焦作市水文地质的分析，加深对水文地质基本理论的认识，并能根据焦作市的水文地质条件、构造、地层等资料对焦作市的工程地质条件进行分区。

二．实习时间及地点

实习时间：2013年12月9日。

实习地点：焦作市水资源管理办公室。参观焦作市水文地质模型，见照片2-1焦作市水文地质模型。

照片2-1 焦作市水文地质模型

三．实习内容—焦作地区水文地质条件

3.1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3-1 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1880 4.09 11.1

海西石河山西陵川333 孤山245

峪河山西陵川556.36 峪河口882 0.15 3.41

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

河 群英河 本市山区 站前路桥 0.4 监测站1995年实测平

均流量

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

3.2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12m 3/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3-1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）3.3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841

3.80万m3/a。

3.4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。

3.5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5000m3/d，扇体中下部为3000—5000m3/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—3000m3/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—1000m3/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。

3.6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L 8）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。

3.7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m 3/a ，利用地表水600万m 3/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

-30-20-10

-20

-100

145

100 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

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3-2 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5360 870 6230

近郊农业区4600 4600

矿井排水10976 3660 1463

合计21016 9130 30146 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。

四．实习内容—焦作地区工程地质条件

4.1焦作市地形地貌分析

根据焦作市谷歌卫星地图我们可以将焦作地区地形地貌分为三个一级地貌单元分别为山地、太行山山前冲洪积平原和黄河、沁河冲积平原。其中太行山山前冲洪积平原又分为冲洪积扇和扇间洼地两个二级地貌单元。见图4-1、照片4-1.

图4-1 焦作市地形地貌卫星图

照片4-1 焦作市水文地质模型

4.2焦作地区工程地质分区

结合图4-1焦作市卫星地图以及第三章焦作地区水文地质条件现将焦作地区工程地质分为三个区域。现仅对红色矩形区域内对焦作地区工程地质进行分区。

图4-2 焦作地区工程地质分区图

1.冲洪积平原中上部区

北起近山前南至铁路线之间，区域岩土类型为粘性土夹卵砾石层或卵砾石层夹粘性土，卵砾石层分布范围广厚度也较大。岩土工程地质性质好地基承载力为150-200KPa，地下水埋深15-20米对于天然地基一般无影响，土层剪切波速较大，地表下15 米深度土层平均剪切波速250-350m/s，场地土类型属于中硬场地土覆盖层埋深40-50米属于二类建筑场地。

2.冲洪积平原前缘区

指铁路南至新河之间的区域，该区在地貌上属于冲洪积扇的前缘地带，地形平坦，岩土类型为粘性土夹中细砂土，局部砂层较厚，岩土工程地质性质较好承载力130-180kpa，水位埋深2-4米，土层剪切波速较大。地面以下15米土层平均剪切波速介180-250m/s之间多属于中软场地，土场地覆盖层厚度在50米左右，属于二类建筑场地。

3.冲洪积平原与冲积平原交接洼地区

北起新河南至大沙河地区，在地貌上属于黄河沁河的冲积平原和太行山山前冲洪积平原间的交接洼地。由粉质黏土粉细砂土组成，地势低洼，地面标高90-100米，岩土承载力为110-200kpa。地下水水位埋深0.5-2.0米，砂土在地震作用下发生液化液化等级为轻微中等液化，地面以下15米土层平均剪切波速介于180-250m/s之间，多属于中软场地，土场地覆盖层厚度70米左右，属于三类建筑场地。

五．实习认识

身为焦作市本地人，我觉得我应当更加重视这次实习，更加认真的学习刘老师在焦作市水资源管理办公室讲授的内容，我现将自己体会说明如下。

首先是对我市水文地质的认识。首先是地层的认识，从上到下奥陶系灰岩岩溶裂隙上最发育，下部寒武系灰岩发育差。北山地区大片奥陶系地层出露是地下水的补给区。

照片5-1 焦作市水文地质模型北山地层剖面图

焦作市市区下部也有寒武系、奥陶系地层，地下水沿此地层径流，在径流过程中遇到凤凰岭大断层见照片5-2.断层南部为石炭二叠地层，相对隔水，使北山沿地层径流的地下水沿

照片5-2 焦作市水文地质模型剖面图

图5-1 焦作地下水流向分析图

凤凰岭断层、朱村断层近东西向径流，并向九里山断层方向流，在凤凰岭及九里山断层附近煤矿抽采地下水方式排泄。基于上述认识结合焦作市区地形地貌和沉积环境的认识我绘制了焦作地区工程地质分区图，见图4-2.我们河南理工大学位于冲洪积平原与冲积平原交接洼地

区，工程地质条件差，这使得我校盖高层建筑受到限制，我校地下水位-1m左右也印证了这一点。

通过这次实习，我对水文地质与工程地质这门课的认识更加深刻，对我焦作地区水文地质与工程地质认识更加透彻。我认识到水文地质与工程地质这门课程的实用性及重要性，我感觉到自己在这方面知识的欠缺，接下来要更加努力去学这门课程。