太行山北段岩溶裂隙水的富水性及其电性特征

卢放; 罗旋; 胡文广; 于蕾

doi:10.11932/karst20220610

太行山北段岩溶裂隙水的富水性及其电性特征——以保定西部山区为例

doi: 10.11932/karst20220610

中国地质调查局水文地质环境地质调查中心, 河北保定 071051

基金项目: 中国地质调查局地质调查项目“太行山北段综合地质调查”（DD20190259）

详细信息

作者简介:
卢放（1977－），男，高级工程师，主要从事水文地质、水文物探相关领域研究。E-mail：lufang1977@126.com

通讯作者:
罗旋（1991－），女，工程师，主要从事水文地质领域研究。E-mail： 14782427@qq.com

中图分类号: P641.1
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出版历程
- 收稿日期: 2021-09-23
- 网络出版日期: 2023-01-06
- 刊出日期: 2022-12-25

Water abundance of karst fissure water and its electrical properties in north Taihang Mountains: A case study of mountainous area in the west of Baoding

Center for Hydrogeology and Environmental Geology , China Geological Survey, Baoding, Hebei 071051, China

摘要

摘要: 为揭示太行山北段岩溶裂隙水富水性分布规律，采用电阻率、极化率、半衰时和偏离度分析不同含水层介质结构、不同含水岩组和不同地下水系统岩溶裂隙水与电性参数的关系，探讨研究区岩溶裂隙水富水性的影响因素及其电性响应特征。结果表明：含水层介质结构按照溶蚀孔洞型→断层型→褶皱型→岩体阻水型的排列顺序，半衰时值分布范围依次降低，而偏离度值分布范围依次升高；四种电性参数对奥陶系含水岩组、蓟县系含水岩组具有较强的分辨能力；极化率、半衰时和偏离度难以识别拒马河、界河－唐河以及瀑河－漕河三种岩溶裂隙地下水系统类型；奥陶系含水岩组的富水性优于蓟县系含水岩组；就含水层介质结构而言，溶蚀孔洞型富水性最佳，断层型和褶皱型次之，岩体阻水型富水性最差。
- 岩溶裂隙水 /
- 单位涌水量 /
- 电性参数 /
- 含水层介质结构 /
- 含水岩组 /
- 地下水系统 /
- 富水性
Abstract: In north Taihang Mountains, there are mainly located the karst fissure groundwater systems of Juma river, of Puhe river-Caohe river and of Jiehe river-Tanghe river. The water-bearing formation of carbonatite karst fissure in the research area can be divided into the Ordovician and the Jixian water-bearing formations. The Ordovician water-bearing formation is mainly developed with chert zebra dolomite and limestone with holes, solution cracks and fissures and groundwater concentration zones. The Jixian water-bearing formation is made up of chert zebra dolomite with fissures, where water abundance is good. The aquifer medium structures in the research area are divided into corrosion pore type, fault type, fold type and water blocking type of rock mass. Zijingguan fault is a normal fault with relatively fragmented hanging wall. The fissures of dolomite and limestone are developed in the fracture zone with good water abundance. To determine the spatial variation of water abundance of karst fissure water in the northern Taihang Mountains and the electrical characteristics of fissure water, karst fissure water in the northern Taihang Mountains was taken as research object and the data of unit water inflow of 39 boreholes was obtained by pumping tests. According to the characteristic of karst fissure water i.e., obvious induced polarization response, four electrical parameters—resistivity, polarizability, half damping time and deviation degree—were acquired by induced polarization method. Statistical analyses and box-whisker plots were processed by Grapher software. The distribution characteristics of four electrical parameters were studied. The relationships between electrical parameters and water abundance of karst fissure water in different aquifer medium structures, water-bearing formations and groundwater systems were analyzed. Interfering factors of water abundance of karst fissure water in the research area and its electrical response characteristics were discussed. The range delineated by lower box (25%) and upper box (75%) of unit water inflow or electrical parameters reflects the dispersion degree of 50% of the data in the central range, which is indicative of various types of karst fissure water in the research area. Results showed that the structure of aquifer media was arranged in the order of corrosion pore type→fault type→fold type→water blocking type of rock mass. In this sequence, the distribution range of half aging value decreases in turn, while the distribution range of deviation value increases correspondingly. It is difficult to distinguish the four types of aquifer medium structures by resistivity and polarizability. Water-bearing formations of the Ordovician system and the Jixianian system could be identified effectively with resistivity, polarizability, half damping time and deviation degree. It was hard to identify groundwater system types among the Juma river, the Jiehe river-Tanghe river and the Puhe river-Caohe river just by the use of polarizability, half damping time and deviation degree. Water abundance in the Ordovician system is better than its value in the Jixianian system. The best water abundance was found in corrosion pore type, followed by fault type, fold type, and water blocking type of rock mass in sequence.
- karst fissure water /
- unit water inflow /
- electrical parameter /
- aquifer medium structure /
- water-bearing formation /
- groundwater system /
- water abundance

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图 1 研究区钻孔布置图

Figure 1. Distribution of drills in the research area

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图 2 单位涌水量及其影响因素

Figure 2. Unit water inflow and influence factors

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图 3 电性参数与含水层介质结构之间的关系

Figure 3. Relationships between electrical parameters and aquifers media structures

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图 4 电性参数与含水岩组之间的关系

Figure 4. Relationships between electrical parameters and water-bearing formations

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图 5 电性参数与地下水系统之间的关系

Figure 5. Relationships between electrical parameters and groundwater systems

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表 1 研究区岩溶地下水系统划分

Table 1. Classification of karst groundwater system in the research area

三级地下水系统代码及名称	四级地下水系统代码及名称	五级地下水系统代码及名称
拒马河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ₁）	北拒马河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_1-2）	北拒马河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_1-2-3）
		大西沟岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_1-2-5）
		鱼谷洞岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_1-2-8）
	易水河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_1-3）	北易水河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_1-3-1）
	易水河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_1-3）	中易水河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_1-3-2）
瀑河—漕河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ₂）	瀑河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_2-1）	瀑河上游岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_2-1-1）
	瀑河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_2-1）	北邵－东庄岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_2-1-2）
	漕河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_2-2）
界河—唐河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ₃）	界河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_3-1）	界河上游岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_3-1-1）
		安阳向斜东岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_3-1-2）
		界河中上游岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_3-1-3）
	唐河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_3-2）	安阳向斜西岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ_3-2-2）

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表 2 研究区地下水地层电阻率值分布

Table 2. Resistivity distribution of underground water strata in the research area

年代	地层	岩性	电阻率分布范围/Ω·m
第四系		黏土	22~62
第四系		碎石、卵石	875~1 835
第四系		回填土	89~279
第四系		砂、砾石	195~356
奥陶系	马家沟组	灰岩	184~2 865
奥陶系	冶里组、亮甲山组	燧石条带白云岩	84~2 634
寒武系	馒头组	泥岩、页岩、泥质灰岩	25~57
青白口系	龙山组	石英砂岩、粉砂岩	47~316
青白口系	下马岭组	页岩、粉砂质页岩	86~452
蓟县系	雾迷山组、高于庄组	燧石条带白云岩	103~3 124

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表 3 激发极化法极距

Table 3. Electrode spacing of induced polarization method

序号	供电极距AB/2/m	测量极距MN/2/m	装置系数K/m	序号	供电极距AB/2/m	测量极距MN/2/m	装置系数K/m
01	2.5	0.83	10.5	10	50	16.67	209.5
02	3.5	1.17	14.7	11	65	21.67	272.4
03	5.0	1.67	21.0	12	80	26.67	335.2
04	7.0	2.33	29.3	13	100	33.33	419.0
05	10.0	3.33	41.9	14	130	43.33	544.7
06	14.0	4.67	58.7	15	170	56.67	712.3
07	20.0	6.67	83.8	16	220	73.33	922.0
08	28.0	9.33	117.3	17	280	93.33	1 173.0
09	38.0	12.67	159.2	18	350	116.67	1 467.0

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表 4 实验结果

Table 4. Test results

钻孔名称	单位涌水量/L·(s·m)⁻¹	水位 /m	电阻率 ρ/Ω·m	极化率 η/%	半衰时 St/ms	偏离度 r/%	含水层介质结构	含水岩组	地下水系统	钻孔包气带岩性和厚度	所处地下水系统的动力场位置
沙峪	30.214	12.05	127	2.027	1 920	4.023	溶蚀孔洞型	奥陶系	Ⅶ_1-2-8	粗砂1.64 m、砾12.03 m（层底埋深23.62 m）	岩溶水顶托补给区
芦子水	21.695	7.94	153	1.826	1 760	4.332	溶蚀孔洞型	奥陶系	Ⅶ_1-2-8	粗砂2.10 m、卵石3.42 m（层底埋深18.25 m）	岩溶水顶托补给区
清水建	15.332	9.80	178	2.109	2 020	4.276	溶蚀孔洞型	奥陶系	Ⅶ_1-2-8	粗砂1.22 m、砾7.33 m、卵石2.85 m（层底埋深27.31 m）	岩溶水顶托补给区
马各庄	33.564	12.45	147	1.657	1 550	3.902	溶蚀孔洞型	奥陶系	Ⅶ_1-2-8	粗砂3.45 m、砾2.15 m，卵石1.39 m（层底埋深37.60 m）	岩溶水顶托补给区
西安阳	5.007	3.09	223	2.513	1 610	4.401	断层型	奥陶系	Ⅶ_3-1-2	碎石3.09 m（层底埋深9.00 m）	人工开采区
岭后	10.560	11.86	234	2.016	1 540	4.631	褶皱型	奥陶系	Ⅶ_3-2-2	卵石3.00 m、风化白云岩8.86 m（层底埋深47.00 m）	潜流排泄区
龙门	39.073	13.01	524	2.113	1 980	4.053	溶蚀孔洞型	蓟县系	Ⅶ_1-2-3	卵石、砂13.01 m（层底埋深28.10 m）	岩溶水顶托补给区
西南蒲	4.080	48.45	97	1.927	1 860	4.601	溶蚀孔洞型	蓟县系	Ⅶ_3-1-3	黏土15.20 m、卵石25.80 m、含砾砂岩6.40 m、砂岩1.05 m（层底埋深9.60 m）	人工开采区
计鹿	34.686	6.99	428	1.526	1 620	4.181	溶蚀孔洞型	蓟县系	Ⅶ_1-2-3	粗砂5.12 m、砾2.43 m，卵石3.24 m（层底埋深16.25 m）	岩溶水顶托补给区
桑园	4.135	2.68	833	3.127	2 230	4.556	溶蚀孔洞型	蓟县系	Ⅶ_1-2-3	卵石2.68 m（层底埋深6.60 m）	岩溶水顶托补给区
高庄	15.654	5.00	512	1.984	1 910	4.268	溶蚀孔洞型	蓟县系	Ⅶ_1-2-3	回填土2.00 m、卵石3.00 m（层底埋深17.65 m）	岩溶水顶托补给区
南庄子	0.521	18.97	537	1.638	1 180	4.571	断层型	蓟县系	Ⅶ_1-2-5	砾石18.52 m（层底埋深22.61 m）	岩溶地下水侧向补给区
安子沟	0.439	22.32	582	1.641	1340	4.823	断层型	蓟县系	Ⅶ_1-2-5	砾石2.34 m、卵石11.33 m（层底埋深20.67 m）	岩溶地下水侧向补给区
西角	0.386	16.28	399	1.501	1 400	4.907	断层型	蓟县系	Ⅶ_1-2-3	砾石3.27 m、白云岩5.38 m（层底埋深20.34 m）	人工开采区
向阳	0.271	33.25	602	1.235	1 080	5.222	褶皱型	蓟县系	Ⅶ_2-1-2	粉土1.34 m、细晶白云岩9.76 m（层底埋深6.39 m）	地下水径流区
东娄山	0.113	21.60	564	1.193	1 060	5.348	褶皱型	蓟县系	Ⅶ_2-1-2	粉土2.13 m、细晶白云岩6.39 m（层底埋深8.66 m）	地下水径流区
南峪	1.037	128.41	1185	1.962	1 530	4.222	断层型	蓟县系	Ⅶ_1-2-3	回填土4.30 m、灰质白云岩124.11 m（层底埋深206.40 m）	大气降水入渗补给区
白云西庄	1.214	95.65	387	1.749	1 320	4.638	断层型	蓟县系	Ⅶ_3-1-3	粉砂10.00 m、燧石条带白云岩49.00 m、白云岩36.65 m（层底埋深275.00 m）	人工开采区
娘娘宫	0.331	3.09	422	1.805	1 200	4.932	断层型	蓟县系	Ⅶ_3-1-1	卵石3.09 m（层底埋深15.20 m）	大气降水入渗补给区
金水口	0.259	27.50	1083	1.712	1 050	5.132	断层型	蓟县系	Ⅶ_1-2-5	砾石27.50 m（层底埋深28.96 m）	岩溶地下水侧向补给区
南康关	0.281	64.09	391	1.286	1 410	4.701	断层型	蓟县系	Ⅶ_3-1-2	角砾岩64.09 m（层底埋深84.00 m）	人工开采区
辛宅	2.238	45.69	149	2.103	1 770	4.532	断层型	蓟县系	Ⅶ_3-1-3	粉土21.00 m、粉质黏土24.69 m（层底埋深39.00 m）	人工开采区
西白司城	0.248	14.91	521	1.875	1 110	5.218	断层型	蓟县系	Ⅶ_3-1-2	粉土4.06 m、风化泥质灰岩10.85 m（32.44 m）	人工开采区
史家沟	0.101	10.04	452	0.924	950	4.995	褶皱型	蓟县系	Ⅶ_3-1-2	黏土0.66 m、破碎石灰岩8.34 m、竹叶状灰岩1.04 m（层底埋深12.54 m）	岩溶地下水侧向补给区
导务	0.006	4.26	516	0.913	910	5.706	褶皱型	蓟县系	Ⅶ_3-1-2	黏土0.90 m、石灰岩3.36 m（层底埋深15.30 m）	地下水径流区
福山口	0.211	39.16	907	0.889	980	5.668	褶皱型	蓟县系	Ⅶ_1-2-3	粉土11.90 m、微晶白云岩27.26 m（层底埋深37.70 m）	潜流排泄区
都衙	0.353	8.43	1076	1.333	1 100	5.425	褶皱型	蓟县系	Ⅶ_1-2-3	砾石5.32 m、白云岩3.11 m（层底埋深46.88 m）	潜流排泄区
南清醒	0.354	1.29	261	1.628	1 280	4.506	褶皱型	蓟县系	Ⅶ_3-1-1	含砾石黏土1.29 m（层底埋深4.70 m）	岩溶地下水侧向补给区
裸心峪	0.183	10.50	986	1.825	1 230	5.203	褶皱型	蓟县系	Ⅶ_1-2-3	白云岩10.50 m（层底埋深41.40 m）	岩溶地下水侧向补给区
夏家庄	0.209	65.35	713	1.269	1 160	4.798	褶皱型	蓟县系	Ⅶ_2-1-1	细晶燧石白云岩63.70 m、白云岩1.65 m（层底埋深14.70 m）	人工开采区
南百全	0.107	7.23	618	0.951	920	5.889	岩体阻水型	蓟县系	Ⅶ_1-3-1	黏土5.39 m、细晶白云岩2.36 m（层底埋深12.39 m）	人工开采区
柳林庄	0.092	8.00	576	0.934	960	6.301	岩体阻水型	蓟县系	Ⅶ_1-3-2	粉土2.41 m、微晶灰岩5.25 m（层底埋深3.95 m）	人工开采区
太和庄	0.011	7.99	577	0.775	910	6.891	岩体阻水型	蓟县系	Ⅶ_1-3-1	粉质黏土6.00 m、细晶白云岩1.99 m（层底埋深55.40 m）	地下水径流区
上黄蒿	0.028	6.36	651	1.121	970	7.021	岩体阻水型	蓟县系	Ⅶ_1-3-1	卵石6.36 m（层底埋深8.50 m）	人工开采区
福家庄	0.078	10.36	512	0.906	890	6.114	岩体阻水型	蓟县系	Ⅶ_1-3-2	粉土3.00 m、微晶灰岩4.20 m、微晶灰岩3.16 m（层底埋深4.00 m）	人工开采区
官银堂	0.059	11.79	317	0.859	990	5.867	岩体阻水型	蓟县系	Ⅶ_3-1-1	卵石5.50 m、粉晶白云岩6.29 m（层底埋深8.90 m）	大气降水入渗补给区
西后兴	0.108	36.24	206	1.539	1 090	4.938	岩体阻水型	蓟县系	Ⅶ_3-1-3	黏土3.00 m、粉土18.50 m、黏土11.50 m、卵石3.24 m（层底埋深38.50 m）	人工开采区
南韩	0.036	27.84	725	0.821	820	6.329	岩体阻水型	蓟县系	Ⅶ_2-1-2	粉土2.00 m、碎石12.40 m、砾石9.60 m、石灰岩3.84 m（层底埋深5.20 m）	地下水径流区
草庄儿	0.104	3.95	1088	1.002	990	5.331	岩体阻水型	蓟县系	Ⅶ_2-2	砂卵砾石3.95 m（层底埋深8.60 m）	潜流排泄区

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