红层地下水富集模式
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发布时间：2022-04-21 06:08
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时间：2022-06-18 10:02
以上各节对红层地下水富集的岩性特征、地质构造及地形地貌等地质因素已经进行了分析论述，但富水块段的形成通常并不是仅仅由某一因素单独决定的，而是各种因素共同作用的结果，只有在特定的条件下，其中的某一、二个因素可能成为相对主导的因素而已。因此，富水块段的形成在地层岩性、地质构造及地形地貌组合上具有明显的规律性。当出现特定的地形地貌、含水层、储水构造等的组合形式时，就必然存在富含地下水的富水块段。水文地质研究的主题之一，就是要通过对水文地质条件的调查和勘探验证，进行深入的分析研究，从感性认识上升到理性认识，掌握地下水的富集规律，以指导找水和开发实践。本书所指的地下水富集模式（groundwater enrichmentmodel），就是有利于地下水富集的水文地质因素的组合形式，它们能够直观地表达地下水富集的内在机制与成因联系，反映对富水块段形成规律的结论性认识。在上述分析的基础上，本书进一步总结了自然界常见的红层地下水富集的规律性特征，并归纳了基本的红层地下水富集模式，为勘查和开发地下水提供有益的借鉴。在表达上采用了文图配套说明的方式，这即使对于经验和水文地质知识了解不多的读者而言也很容易理解和掌握。
（1）沉积平坝区，存在受断裂影响的脆性岩层或可溶岩层
在红层盆地和宽阔的谷地底部，往往是相对的下降区，一般都会形成一定厚度的第四系松散沉积层覆盖的平坝或平原。同时，这些平坝或平原均为被山地围限的低洼地带，是地下水的汇集区；由于地形平缓并受到一定的侧限，也是地下水的储存区。由于盆地和宽阔的谷地多为沿着断裂带陷落或侵蚀而形成，脆性岩层或可溶岩层往往裂隙很发育。因此，在地下水的潜蚀作用下，其中的脆性岩层或可溶岩层导水和储水空隙都较为发育。所以，在红层盆地和宽阔的谷地底部沉积平坝区，只要基底存在脆性岩层或可溶岩层，就能够形成富水块段（图1.8）。但由于脆性岩层或可溶岩含水层隐伏于松散沉积层之下，要圈定它们的分布位置，除了进行地质分析外，还必须借助于有效的物探方法和钻探验证。
（2）两沟交汇处，存在断裂及脆性岩层或可溶岩层
两条沟谷相交汇的地段，地下水从不同的方向汇聚于此，往往地表、地下水汇水面积较大，汇水地貌条件良好；通常这里也是断裂交汇处或裂隙发育带，当存在脆性硬质岩层或可溶岩层时，往往岩石较为破碎，裂隙和岩溶发育强烈，含水层透水性强、厚度大，富水性相应较强，加之侵蚀较为强烈，底部地形较为开阔平缓，有利于滞留和积蓄地下水，因而，易于形成富水块段（图1.9）。
（3）宽缓沟谷段，存在断裂及脆性岩层或可溶岩层组合
在一条延伸较长的沟谷中，某些特别宽阔、纵坡降较小的宽缓沟谷段通常是在较宽大
图1.8 沉积平坝区富水块段模式图
1—松散土层；2—含水层；3—隔水层；4—断层；5—地下水水位；6—富水块段界线
图1.9 两沟交汇处富水块段模式图
1—含水层；2—地下水水位；3—富水块段界线
的断裂破碎带或断裂交汇部位上形成的。当存在脆性岩层或可溶岩层时，这些岩层必然裂隙非常发育，导水和储水空隙率较高。加上宽缓沟谷段的地形条件有利于汇集和滞留地下水，因而，易于形成富水块段（图1.10）。
图1.10 宽缓沟谷段富水块段模式图
1—松散土层；2—含水层；3—隔水层；4—断层；5—地下水水位；6—富水块段界线
（4）平缓的山体斜坡下，存在同向缓倾斜的脆性岩层或可溶岩层
平缓、绵长的山体斜坡延伸至与平坝的交汇部位，且山脊或斜坡区存在脆性岩层或可溶岩层，岩层倾向与斜坡坡向基本相同。在这种地形地貌、地层、单斜构造的组合形式下，地下水在含水层裸露的山区获得降水或地表水流的渗入补给，顺坡径流，在山坡脚因地形转折而出露地表形成排泄点。由于平缓的山体与平坝之间地层往往是连续的，因此，山区裸露的含水层与平坝覆盖区的含水层存在统一的水力联系，平坝覆盖区的含水层能够直接得到来自于山区的补给，而且埋深较浅。含水层也因为处在地下水富集区，长期受地下径流的潜蚀作用，裂隙（溶隙）通畅，透水性往往较好。所以，在存在同向缓倾斜的脆性岩层或可溶岩层的平缓山体斜坡下易于形成富水块段（图1.11）。
（5）山地边缘，存在被阻水断层切割的脆性岩层或可溶岩层
山体斜坡下部与山脉走向基本一致的断层，有着重要的水文地质意义，一般均是重要的水文地质边界。当这样的断层面向上坡的一盘为含水的硬质、脆性碎屑岩层或可溶岩层，而自身的构造岩带组成物质是弱透水的，或者面向下坡的一盘为柔性的泥岩、粉砂质泥岩等相对隔水层，这就对斜坡上方向下径流的地下水形成了阻隔作用，就犹如一道截水潜坝，阻断了地下水的径流，使其沿断层面向上坡的一侧形成地下水排泄带及富水块段（图1.12）。特别是在构造裂隙密集发育的断层影响带内，硬质、脆性碎屑岩层或可溶岩层透水性强，往往形成富水性较强的含水层。所以，我们在野外常常会发现在一些冲沟之中出露位置很高的溢出泉，就是这种水文地质组合形式的表现。也因为如此，才有了在山脚下打井没有水，而在山上反而打成了供水井的实例。
图1.11 平缓山体斜坡下的富水块段模式图
1—松散土层；2—含水层；3—隔水层；4—断层；5—地下水水位；6—富水块段界线
（6）谷地或盆地中，存在断裂与埋藏型可溶岩层
图1.12 山地边缘阻水断层富水块段模式图
1—含水层；2—隔水层；3—断层；4—地下水水位；5—富水块段界线；6—溢出泉
通常在谷地或盆地区，由于构造作用强烈，岩层破碎，地形和构造条件都有利于地下水的聚集，碳酸盐岩层长期处在埋藏和饱水的状态下，溶蚀作用持续时间长久，并有地下热动力作用的参与，致使岩溶发育强烈而均匀，往往形成了富水性强的岩溶含水层。因此，这些地区存在埋藏型的岩溶含水层与导水断裂组合时，地下水可以通过断裂导水通道获得来自于山区的大气降水下渗补给，形成对流循环，顺断裂带运动，并侧向“渗漏”至碳酸盐岩岩溶裂隙含水层中，形成富水块段（图1.13）。在红层中碳酸盐岩层的分布往往不稳定，而且埋藏于松散沉积层和基岩地层之下，要圈定它们的分布位置，必须借助于有效的物探方法和钻探验证。
图1.13 谷地或盆地中的断裂带富水块段模式图
1—可溶岩含水层；2—隔水层；3—断层面；4—地下水流向
（7）向斜谷地，存在断裂及脆性岩层或可溶岩层
向斜谷地形态受向斜构造形态控制，沿向斜轴线走向形成长条形或椭圆形，外围为基岩出露的山地，底部往往沉积了一定厚度的松散土层，地形平缓。规模较大的向斜谷地（或为盆地）边缘由平坝向外围地势逐渐升高，多由丘陵缓坡过渡为崇山峻岭。
在向斜构造形成过程中，由于受横向强烈的挤压作用，柔性的泥质岩层主要产生顺层的塑性应变，而脆性的砂岩、碳酸盐岩等可溶岩层受柔性岩层塑变产生的层间拉张应力作用而破裂，同时，可溶岩层在地下水的渗透溶蚀作用下形成溶隙、溶孔，脆性岩层和可溶岩层形成了导水和储水性能良好的含水层，含水层与隔水层相间组合形成了多层地下水。在向斜的核部，由于应力集中往往产生了纵向断裂，导水和储水空隙尤其发育。在汇水地貌条件方面，含水层在向斜谷地两侧山区（向斜两翼）对称出露，接受降水或地表水流渗入补给，向谷地底部运移，整个谷地底部成为地下水的汇集区。因此，向斜谷地底部及周边丘陵区，地层组合中存在一定厚度的脆性岩层或可溶岩层的区段均能够形成富水块段。沿断裂带含水层富水性更强（图1.14）。
图1.14 向斜和背斜富水块段模式图
1—松散土层；2—含水层；3—隔水层；4—地下水水位
（8）背斜谷地或垄岗，存在断裂及脆性岩层或可溶岩层
背斜谷地在自然界十分常见，沟谷延伸方向与背斜构造轴基本一致。沟谷之所以沿背斜轴部发育，皆因背斜轴部应力集中，纵张断裂和次级裂隙发育，有利于地表水和地下水侵蚀。相应的脆性岩层和可溶岩层也就形成了导水和储水性能良好的含水层，含水层与隔水层相间组合同样形成了多层地下水。沟谷一般是地下水的汇集排泄带，周边地下水补给顺畅，故背斜谷内脆性岩或可溶岩分布地段一般均会形成富水块段（图1.14）。
沿背斜轴部形成垄岗地形亦是自然界中较为常见的地质现象，一般是因背斜核部地层为坚硬、性脆的砂岩或碳酸盐岩等岩层，抗风化侵蚀能力强，两翼地层为柔软的泥质岩层，地表水沿背斜两翼侵蚀形成谷地，背斜核部形成相对较高的平缓垄岗。同理，由于背斜形成过程中背斜核部为应力集中区，背斜核部坚硬、性脆的岩层中的断裂或节理裂隙集中发育，故垄岗区坚硬、性脆的砂岩或碳酸盐岩等可溶岩透水性好，有利于降水和地表水渗入补给地下水，而两翼谷地区存在的柔性泥质岩层，形成了隔水边界。因此，地下水在垄岗区得到补给，向两侧谷地区分向径流，排泄于地表河溪中。在这样的地层岩性、地质构造、地形地貌背景下，垄岗两侧斜坡、谷地边缘往往形成了富水块段。
（9）汇水地形条件下，褶皱轴部和转折端存在脆性岩层或可溶岩层
褶皱轴部和转折端，均为构造应力特别集中的部位，在其构成地层中的坚硬、性脆的砂岩或碳酸盐岩等可溶岩层，节理裂隙发育强烈，导水和储水空隙率极高。当这些构造部位所处地形为有利于地下水汇集的低洼地带时，其中的坚硬、性脆的砂岩或碳酸盐岩等可溶岩层必然能够成为富水性很强的含水层，形成富水块段。如果这些构造部位所处地形为陡峻的山体之上，断裂发育、地层破碎，则其中的坚硬、性脆的砂岩或碳酸盐岩等可溶岩层也只能成为透水层。但需要说明的是，假若这些构造部位的形态保留比较完整，含水层和隔水层相间分布且较为连续，在褶皱转折端凸向与地形坡向基本一致时，由于隔水层的悬托和围限，即使处在高于当地区域饱水带的山体之上，也能形成与上层滞水类似的富水块段（图1.15）。
（10）宽缓低阶地，下伏基岩地层存在脆性岩层或可溶岩层
红层区河流两岸宽缓的一、二级阶地区，往往存在断裂构造、侵入岩等构造因素的影响，地层中断裂、裂隙比较发育，岩层较为破碎，坚硬、性脆的砂岩或碳酸盐岩等含水层导水、储水空隙通畅，透水性强。河流阶地水文地质结构相对简单，一般上部覆盖河流冲积形成的松散砂砾石含水层，下伏红层基岩风化裂隙、构造裂隙或溶蚀裂隙孔隙含水层。在水循环过程中，宽缓的低阶地区常常为区域地表水和地下水的汇集排泄区。红层地下水补给来源丰富，除在山地红层基岩含水层出露区获得降雨直接渗入补给外，上覆砂砾石松散孔隙含水层的下渗补给、雨季河流洪水的渗入补给也是常见的补给来源。在宽缓的低阶地区，红层地下水通常直接向河流排泄或于阶地后缘地带形成泉（或溢出带）排泄，因此，地下水水位埋深浅，是开发利用条件良好的富水块段。此外，在人工抽取地下水形成降落漏斗的情况下，低阶地区的红层地下水还可获得地表河流的补给。当然，这样的补给是否有益，主要还要根据河流的水质状况来评价。如果河流的水质未受到污染，则这样的补给显然是有益的，反之则是有害的。在河流水质已经受到明显污染时，地下水开采中应进行严格的观测和*开采量，合理控制降落漏斗的规模，避免袭夺河流的污染水（图1.16）。
图1.15 向斜转折端富水块段模式图
1—含水层；2—隔水层；3—地下水水位；4—富水块段界线
（11）丘陵、台地、剥蚀面，风化壳发育的开阔平缓或低洼处
丘陵、台地、剥蚀面等地区，通常都是基岩长期暴露于地表的地区，风化作用强烈、持续时间长。而且，由于地形切割深度小，起伏和缓，侵蚀作用较弱，风化产物容易保存下来。因此，这些地区风化壳厚度大、分布广，普遍存在风化裂隙含水层。在其中一些地层相对破碎或软弱、抗风化能力弱的地段，经过风化剥蚀，地形常常相对开阔平缓或低洼，所覆盖的风化层厚度大，有利于降水对地下水的渗入补给和地下水的汇集、储存，形成富水块段（图1.17、图1.18）。此外，一般在山体环抱的洼地中、圈椅状山凹地带或山谷的出口（图1.19）、两条及其以上山间沟谷的交汇处、较大规模山间沟谷的开阔平缓段、山脉转折的凹弯内，以及宽而长的大山坡脚下都是风化裂隙水富集的有利地段。
图1.16 阶地富水块段模式图
1—松散土层；2—含水层；3—地下水水位；4—富水块段界线
图1.17 剥蚀台地富水块段模式图
1—风化裂隙含水层；2—基岩裂隙含水层；3—隔水层；4—富水块段界线
图1.18 丘陵区富水块段模式图
1—风化裂隙含水层；2—基岩裂隙含水层；3—隔水层；4—地下水水位；5—富水块段界线
图1.19 圈椅状山凹富水块段模式图
1—风化裂隙含水层；2—基岩裂隙含水层；3—隔水层；4—富水块段界线
