【文章內(nèi)容簡介】 析娘子關(guān)泉域巖溶水 的水文地質(zhì)條件、巖溶發(fā)育規(guī)律以及水文地球化學(xué)特征，并用 PHREEQC 模擬該區(qū)可能的化學(xué)條件及相應(yīng)條件下的礦物溶解狀態(tài)，推測出地下水與其溶解礦物所處極限狀態(tài)應(yīng)為飽和狀態(tài)，而實際應(yīng)處于非飽和狀態(tài)，若計算為過飽和狀態(tài)，則應(yīng)可能是分析數(shù)據(jù)錯誤所致 (李義連 等 ., 2020)；郭永海、沈照理等運用質(zhì)量平衡模型研究河北平原從山前到濱海整個水流路徑上所發(fā)生的水文地球化學(xué)作用以及水巖間質(zhì)量交換 (郭永海 等 ., 1997)；王焰新等利用質(zhì)量平衡反應(yīng)模型，模擬山西柳林泉域巖溶地下水系統(tǒng)中的水一巖相互作用 (王焰新 等 ., 2020)；王廣才等應(yīng)用隨機(jī)水文地球化學(xué)模擬方法，對平頂山礦區(qū)地下水系統(tǒng)中水一巖反應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行了隨機(jī)水文地球化學(xué)模擬和評價 (王廣才 等 ., 2020)。另外，地?zé)岱矫娴难芯浚纾宏愖谟顚μ旖蛱凉翢崽锏牡責(zé)峄毓嘣囼炦M(jìn)行了地球化學(xué)模擬，確定回灌對儲層性質(zhì)的影響等 (陳宗宇 , 1998)。 總體上看，國內(nèi)的水文地球化學(xué)模型的發(fā)展一直都比較薄弱，對于水文地球化學(xué)的應(yīng)用面仍然較窄，應(yīng)該進(jìn)一步提高國內(nèi)水文地球化學(xué)的開發(fā)和應(yīng)用水平 (竇妍 , 2020)。 1. 3 研究目的及研究意義 淶源盆地受地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、氣候以 及地下水超采等因素的影響，地下水資源匱乏。水資源問題已經(jīng)嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會的可持續(xù)發(fā)展。通過對淶源盆地地層、構(gòu)造對地下水補(bǔ)給、徑流和排泄規(guī)律影響的研究，劃分淶源盆地地下水含水系統(tǒng)和地下水流動系統(tǒng)，從而 可以更好地對其地下水賦存、排泄等基本情況進(jìn)行總結(jié)，幫助當(dāng)?shù)剡M(jìn)行地下水資源的開發(fā)利用。 與此同時，以往對該地區(qū)的研究多注重于地下水水量，很少關(guān)注研究區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)的演化規(guī)律。而當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩項l件以及人類活動對地下水水質(zhì)的影響有可能加劇地下水資源匱乏的現(xiàn)狀。由于地下水水質(zhì)與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、居民生活緊密相關(guān)，因此 對地下水化學(xué)成分的調(diào)查和研究具有重要意義。通過對地下水化學(xué)成分的調(diào)查以及地下水化學(xué)演化規(guī)律的分析，能夠一定程度上掌握自然地理條件和人類活動對地下水水質(zhì)的影響，明確地球化學(xué)反應(yīng)變化及地下水溶質(zhì)運移特征。 1. 4 研究內(nèi)容 與技術(shù)路線 本文通過對淶源盆地及四周基巖地區(qū)的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造以及地下水補(bǔ)給、徑流和排泄過往研究資料的總結(jié)，對其地下水系統(tǒng)進(jìn)行劃分，歸納了各地下水系統(tǒng)的基本情況。同時，對地下水化學(xué)成分的形成及其控制因素進(jìn)行了研究，并對自然地理和人類活動對地下水化學(xué)成分的影響進(jìn)行討論。 通過收集與分析氣象、水 文、地質(zhì)與水文地質(zhì)資料，討論研究區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流和排泄條件。同時基于水文地球化學(xué)資料分析了地下水化學(xué)演化特征。 中國地質(zhì)大學(xué) (北京 )2020 屆本科畢業(yè)論文 4 2. 研究區(qū)概況 2. 1 自然 地理 概況 河北省淶源縣位于太行山、燕山、恒山三山交匯處，是拒馬源、淶水源、易水源三源發(fā)祥地。全縣總面積 2448 km2，轄 17 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)， 285 個行政村，平均海拔 1000m 左右。東鄰淶水、易縣，南接唐縣、順平、阜平，西界山西省靈丘縣，北與河北蔚縣相連，淶源縣位于河北省保定地區(qū)西北部，太行山北端。東經(jīng) 114176。20′~115176。05′，北緯 39176。01′~39176。40′?？偯?積2448km2。東北距北京 160 km，東距天津 210 km，東南距保定 89 km，山西大同市 256 km。 調(diào)查區(qū)位于淶源縣西部 （圖 21） ，區(qū)內(nèi)包括淶源鎮(zhèn)、留家莊鄉(xiāng)、水堡鎮(zhèn)、走馬驛鎮(zhèn)、南馬莊鄉(xiāng)、白石山鎮(zhèn)以及上莊鄉(xiāng)的一部分，總面積 1200 km2，占淶源縣面積的 50%，地理坐標(biāo)為東經(jīng) 114176。22′10″114176。49′11″，北緯 39176。36′4″39176。24′9″，南北長約 59km，東西長約 36km。調(diào)查區(qū)最北部的村莊為牙庭村，最南部為桑樹堰，最西部為古道，最東部為東溝村。淶源縣主要調(diào)查區(qū)圖見圖 21。 圖 21 研究區(qū)位置圖 （陰影部分） 調(diào)查區(qū)處于溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，大陸性季風(fēng)氣候特點顯著，四季分明。冬季寒冷干燥，盛行西北風(fēng)；夏季涼爽濕潤，盛行東南風(fēng)；春季干燥多風(fēng)，秋季涼爽少雨。多年平均氣溫 8. 3℃ 。歷史最高氣溫 38. 8℃ ，最低氣溫 30. 6℃ 。最大凍土深度 1. 5m。多年平均日照 2690. 4 小時，無霜期 120180 天。年平均風(fēng)速 2. 4m/s，年最大風(fēng)速 25m/s。多年平均降水量 564. 6mm， 7 月、 8 月兩個月降雨量占全年降雨量的 70%80%，由于降水的 年際變化大，年內(nèi)分配不均勻，造成區(qū)內(nèi)春旱、夏秋多雨的特點。多年平均水面蒸發(fā)量 1229. 3mm。 中國地質(zhì)大學(xué) (北京 )2020 屆本科畢業(yè)論文 5 淶源縣主要有拒馬河和唐河兩大河流，均屬于大清河水系，總長度 79. 65km，總流量 19. 24m3/s。其中拒馬河發(fā)源于淶源縣城，為常年性河流，境內(nèi)干流長 45. 65km，流域面積 1656 km2。河道為砂卵石河床，季節(jié)性強(qiáng)，流量變幅較大。歷年平均徑流量1. 03 億 m3（ 19501999 年），最大年徑流量 2. 39 億 m3（ 1956 年），最小徑流量為 0. 40億 m3（ 1987 年）。多年平均輸沙量 96. 9 萬噸。 主要支流有馬圈溝、北屯河、西神山河。 唐河是大清河南支的一條主要干流，發(fā)源于山西省渾源縣，從水堡鎮(zhèn)進(jìn)入調(diào)查區(qū)，自北向南，由走馬驛鎮(zhèn)流出調(diào)查區(qū)進(jìn)入唐縣。在淶源境內(nèi)長 34km，流域面積 792 km2。 2. 2 地質(zhì)條件 調(diào)查區(qū)內(nèi)北部為沉積巖出露區(qū)，南部為變質(zhì)巖出露區(qū)，并有火成巖脈出露。層內(nèi)地層出露順序和特征如下如圖 22。 調(diào)查區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，燕山運動形成的地質(zhì)構(gòu)造是調(diào)查區(qū)主題構(gòu)造骨架。據(jù)以往資料，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造有如下幾組： 1) 褶皺 區(qū)內(nèi)出露多個褶皺構(gòu)造。主要的褶皺構(gòu)造如下： 團(tuán)圓向斜：該向斜出露于調(diào) 查區(qū)北部的紅泉 —牙庭一帶，呈北東 40176。方向展布，出露長約 35km，寬約 10km。樞紐位于紅泉 —牙庭一帶，兩翼主要由早古生代饅頭組—冶里組組成，核部地層由馬家溝組和亮甲山組構(gòu)成。兩翼產(chǎn)狀不對稱，北西翼地層受牛欄 —陳家莊斷裂影響，產(chǎn)狀明顯變陡，傾角一般在 6070176。，南東翼產(chǎn)狀較緩，傾角一般在 10—20176。之間，兩翼地層向核部逐漸變緩，為一大型開闊歪斜褶皺。在龍河水、水石塘以及對角溝可見中侏羅世土城子組角度不整合覆于向斜核部的馬家溝組及亮甲山組之上。 2) 斷層 調(diào)查區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造發(fā)育，既有區(qū)域斷層，又有小規(guī)模斷層 。主要有以下 2 個斷層： （ 1）北東 70176。斷裂，傾向北西，傾角 5585176。，屬壓扭性斷裂，擠壓破碎帶寬，糜棱巖發(fā)育。特別是淶源盆地中部的牌坊 馮村斷層、金山口 黃花灘斷層，破碎帶寬度可達(dá)十米至百余米。調(diào)查區(qū)內(nèi)這幾條斷層控制了淶源南北兩個盆地的南部邊界。 （ 2）北東 4045176。斷裂，傾向北西或南東，傾角 6085176。，屬壓扭性斷裂，擠壓破碎帶不發(fā)育，其中以北牛欄 陳家莊斷層最長，長度約 27km，其兩端延出調(diào)查區(qū)外。構(gòu)成淶源盆地西北部的地下水阻水邊界。該斷層又分為兩個區(qū)段，分別為北牛欄 東溝和東溝 陳家莊斷層，其在 東溝被一條南北向斷層阻斷，但未影響斷層的整體性質(zhì)。斷層傾向西北，傾角 7080176。西北盤上升，主要出露霧迷山組三段（ Jxw3）白云巖、含燧石條帶白云巖；東南盤下降，主要出露青白口系硅質(zhì)角礫巖（ Qnbrb）與饅頭組（ ?12m）磚紅色泥巖、頁巖。 這組斷層另外有寨溝門 坡水?dāng)鄬印⑸硯X 寨溝門斷層等。這些斷層多為張性導(dǎo)水?dāng)鄬印? （ 3）北西 2030176。斷裂。該組斷裂傾向北東，傾角 6070176。，多屬張扭性斷裂。該組斷裂對塑造淶源盆地西南邊界以及唐河在調(diào)查區(qū)內(nèi)北段的流向起到了控制作用，如圖 23。 （ 4）北西 4050176。斷裂。該組斷裂多發(fā)育于調(diào)查區(qū)西南，傾向北東，傾角 6570176。多為張性斷層。其中馬莊 望天嶺斷層構(gòu)成了走馬驛盆地的西南邊界。 （ 5）南北向斷裂。調(diào)查區(qū)內(nèi)本組斷裂不甚發(fā)育，平面分布無規(guī)律性，展布方向中國地質(zhì)大學(xué) (北京 )2020 屆本科畢業(yè)論文 6 為南北向或近南北向。斷層面傾向東，傾角 70—80176。斷裂帶寬 50—100m，斷裂帶內(nèi)巖石以脆性破裂為主。次級滑動面上發(fā)育硅化鏡面、擦痕線理、階步，結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)為張性。 （ 6）東西向斷裂。該組斷裂傾向向北或向南，傾角 5065176。，對唐河南部與西河的流向起到控制作用。 灰色中厚層鮞粒灰?guī)r薄層或薄板狀泥晶灰?guī)r灰色中厚層白云巖、粗晶白云巖紫紅色、磚紅色頁巖、泥巖灰色薄層或薄板狀泥晶灰?guī)r灰色薄層至巨厚層泥晶灰?guī)r組成灰色中厚層含燧石結(jié)核灰?guī)r灰色厚層泥晶灰?guī)r、白云化泥晶灰?guī)r灰色、褐灰色礫巖、砂質(zhì)礫巖中下統(tǒng)上統(tǒng)下統(tǒng)震旦系元古界霧迷山組（ J x w ）饅頭組（ ?12m ）張夏組（ ?2z ）崮山組（ ?3g ）炒米店組（ ? o ? ）冶里組（ O1y ）亮甲山組（ O1l ）中統(tǒng)馬家溝組（ O2m ）寒武系奧陶系949124116土城子組（ J2tc h ）中統(tǒng)侏羅系古生界中生界界 系 統(tǒng) 組 巖性 厚度（ m ） 巖性描述 （? 0?） (?3g) (?2z) (?12m) 中國地質(zhì)大學(xué) (北京 )2020 屆本科畢業(yè)論文 7 圖 22 淶源盆地北部層序地層 圖 23 淶源盆地地區(qū)斷層示意圖 （? 0?） (?3g) (?2z) (?12m) 中國地質(zhì)大學(xué) (北京 )2020 屆本科畢業(yè)論文 8 3. 地下水系統(tǒng)的劃分 3. 1 調(diào)查區(qū)水文地質(zhì)條件 調(diào)查區(qū)內(nèi)主要地貌類型為中高山，海拔在 7002100m 之間，溝谷縱橫，地表水與地下水交替現(xiàn)象普遍。調(diào)查區(qū)內(nèi)的地層巖性、構(gòu)造、地形地貌等都對區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄起到控制作用。 3. 1. 1 地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件 1) 地下水的補(bǔ)給 淶源盆地地下水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給，渠道入滲補(bǔ)給、坑塘入滲補(bǔ)給以及工 礦水回歸入滲補(bǔ)給量很小。其中第四系潛水主要以大氣降水和四周中高山地區(qū)地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給為主，補(bǔ)給源為盆地周圍中高山地區(qū)以巖溶水、裂隙水為主的基巖水和沖洪積扇頂部降水入滲形成的地下水，補(bǔ)給充足，徑流通暢。 除了大氣降水直接入滲補(bǔ)給和盆地周邊基巖裂隙水補(bǔ)給外，淶源盆地主要靠盆地周邊各沖溝洪水補(bǔ)給。這部分山區(qū)山高谷深，洪水量大，洪水流入盆地邊緣迅速入滲補(bǔ)給盆地地下水。尤其盆地北部控制的山區(qū)溝谷，第四系洪積沙礫、卵石厚度大（見表 31），有利于蓄存洪水補(bǔ)給盆地地下水。 表 31 盆地外圍溝谷中第四系洪積沙礫卵石層厚 度 溝谷段 黑石溝 留家莊 黃土嶺 南坡底 紅泉 艾河 上莊 甲村 厚度（ m） 2030 3050 2060 5080 2) 地下水徑流特征 天然條件下，淶源盆地地下水自盆地四周中高山地區(qū)向盆地中心匯流。北盆地地下水由北、西北、西向旗山至北海泉一帶匯流，地下水水平運動較緩慢；盆地南部地下水基本上是自南向北流，地下水水平運動速度較快。 3) 地下水的排泄 淶源盆地地下水主要是以泉的形式排泄以及人工排泄。 在構(gòu)造、巖性和地形的控制下，淶源盆地的地下水于盆地中心的低洼地帶，即拒馬河兩岸相繼溢出。拒馬 河是淶源盆地地下水的唯一排泄出口，以地表河水和河床卵礫石層地下水側(cè)向徑流的形式排泄。根據(jù)以往調(diào)查資料，淶源盆地中心幾個較大的泉均為受基巖控制的沖洪積扇地下水上升泉。淶源盆地中心大量泉水出露于盆地北部沖洪積扇地下水溢出帶與牌坊 馮村斷層的復(fù)合部位。由于盆地北部外圍基巖控制面積較大，盆地面積較小，致使洪積扇扇體含水層均為沙礫卵石。在山口處豐富的沙礫卵石孔隙水受到斷裂控制，基巖阻擋溢出成泉。此處形成拒馬泉群景觀 (張海波 等 ., 2020)。 拒馬泉群由旗山泉、南關(guān)泉、北海泉、泉坊泉、杜村泉、石門泉、石門南泉等七個 較大泉群組成。其中，北海泉位于本次調(diào)查的調(diào)查區(qū)內(nèi)。北海泉位于淶源縣縣城東中國地質(zhì)大學(xué) (北京 )2020 屆本科畢業(yè)論文 9 部，唐朝在此修建文興塔。根據(jù)調(diào)查，北海泉在 1958 年人工開挖后，形成兩個出水點，一個位于文興塔東沖溝內(nèi)，一個在文興塔南側(cè)。開挖前后泉水總流量沒有變化。北海泉占地面積約為 2. 5 公頃。泉水全年恒溫，約為 7℃ 。 淶源盆地四周基巖山區(qū)，在地貌控制影響的情況下，有泉溢出。如四角臺、羊圈、清風(fēng)溝等地均有流量較大的泉水出露。其中，四角臺西北出露的泉水，在人為破壞導(dǎo)致泉水水量大幅減少后，流量仍然達(dá)到近 200 m3/d；羊圈村西北的泉水雨季實測流量也達(dá) 到了 900 m3/d；燒車村的泉水流量達(dá)到 600 m3/d，曾作為飲料廠備用水源。 近年來，由于降雨量減少以及地下水的大量開采，使淶源盆地地下水水位大幅下降，盆地中大量泉點干涸。如馬圈溝門村村東泉水原為該村主要水源，現(xiàn)流量僅有約14 m3/d，該泉水已無法使用；水石塘村過去作