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
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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。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. -
0. 引 言
随着经济快速发展，太行山北段地区水资源短缺问题日益严重[1-2]。岩溶裂隙水是该地区主要的供水水源，研究揭示岩溶裂隙水的分布特征及赋存规律，是水资源合理开发利用迫切需要开展的工作。前人对中国太行山北段地区岩溶裂隙水的研究，主要集中在岩溶裂隙的发育特征[3-8]、含水层介质结构的空间组成[9-11]、地下水系统划分[12-15]、地下水污染[16-17]以及水资源保护[18-20]等方面，但采用物探电性参数对富水性分布不均匀特征的刻画尚不多见，利用物探工作开展富水性特征规律的探索，解决当地用水困难，具有重要的社会意义和研究价值。
本文以太行山北段岩溶裂隙水为对象，探讨研究区地下水电性参数（电阻率ρ[21]、极化率η[22]、半衰时St[23]和偏离度r[24]）的分布特征，分析电性参数与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富水性的关系，讨论影响电性参数与富水性关系的相关因素，以期丰富太行山北段岩溶裂隙水的基础研究，并为该地区岩溶地下水资源的科学开发利用提供支撑。
1. 研究区概况
研究区位于河北省保定市西部太行山连片扶贫区，包括涞水县、涞源县、易县和顺平县。区内太行山脉呈北东－南西向展布，东坡陡峭，拔地而起屹立于华北平原西侧，最大高差可达2 000 m，从北西到南东依次为中低山、丘陵和山前平原。研究区内主要河流有拒马河、易水河、瀑河、漕河、界河和唐河。各河流上游修建水库，下游多出现断流、干涸现象。
研究区属于海河流域一级地下水系统中的大清河流域二级地下水系统（Ⅶ）[25]，进一步划分的三级地下水系统有：拒马河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ1）、瀑河－漕河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ2）、界河－唐河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ3）[26]和四级、五级地下水系统，划分结果见表1。
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（Ⅶ1-2） 北拒马河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ1-2-3） 大西沟岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ1-2-5） 鱼谷洞岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ1-2-8） 易水河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ1-3） 北易水河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ1-3-1） 中易水河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ1-3-2） 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（Ⅶ2-1） 瀑河上游岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ2-1-1） 北邵－东庄岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ2-1-2） 漕河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ2-2） 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（Ⅶ3-1） 界河上游岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ3-1-1） 安阳向斜东岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ3-1-2） 界河中上游岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ3-1-3） 唐河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ3-2） 安阳向斜西岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ3-2-2） 研究区碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组可分为奥陶系碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组和蓟县系碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组。
奥陶系碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组包括冶里组（O1y）、亮甲山组（O1l）燧石条带白云岩和马家沟组（O1-2m）灰岩，主要分布于安阳向斜核部及两翼、紫石口－蒲洼一带。该含水岩组孔洞、溶隙、裂隙发育，多形成地下水富集带。
蓟县系碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组包括蓟县系雾迷山组（Jxw）、高于庄组（Jxg）燧石条带白云岩，主要分布于紫荆关大断裂以东地区。该含水岩组主要发育裂隙，富水性较好。
在上列含水层间沉积有青白口系龙山组（Qnl）石英砂岩、粉砂岩，下马岭组（Qnx）页岩、粉砂质页岩，以及寒武系下统馒头组（Є2m）薄层泥岩、页岩、泥质灰岩等隔水层。
根据前人研究结果[27]，区内含水层介质结构主要有四类，分别为溶蚀孔洞型、断层型、褶皱型和岩体阻水型。
紫荆关大断裂是研究区的主要断裂，可分为北支断裂和南支断裂[28-30]。北支断裂经乌龙沟乡、河东镇，走向为NE－SW，倾向南东，倾角较陡，铅直断距约计千米，断层带内发育0~20 m宽度不等的糜棱岩；南支断裂经镇厂、紫荆关镇、良岗镇延伸至灵山镇，走向为NE－SW，倾向南东，倾角为55°~75°，水平断距约20 m。两条断层均为正断层，上盘普遍较为破碎，断裂破碎带内白云岩、灰岩裂隙发育程度较高，富水性较好。
区域地质资料和测井数据显示，研究区和地下水有关的地层电阻率值变化较大（几十至数千Ω·m），主要受到断层、裂隙、破碎、是否泥质填充、是否充水等条件的影响，具体可参见表2。
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 2. 研究方法
2.1 数据获取
为解决当地的用水需求，在研究区内布置39个探采结合的水文地质钻孔（图1）。各孔均通过抽水试验获取单位涌水量参数。
研究区岩溶裂隙水的富水性具有较为明显的激发极化响应[31]。一般情况下，在岩溶裂隙水富集区体现为较明显的电阻率ρ低值、极化率η高值、半衰时St高值以及偏离度r低值特征。本次工作对39个钻孔使用WDJD-4多功能激电仪测定并获取相应的电性参数（ρ、η、St和r）。由于绝大部分钻孔只存在一个主要的出水段，故取用钻孔主要出水段埋深位置对应的电性参数，对该钻孔处岩溶裂隙水的电性特征和富水性进行分析。
本次研究采用的激发极化法，其供电极距AB/2和测量极距MN/2如表3所示。
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 为保证电性参数实测数据的可靠性，测量中要求供电时间大于30 s，MN之间的电位差大于20 mV。
2.2 数据处理
对采集的数据用Grapher软件进行统计分析并绘制箱型图。箱型图利用一组数据的最小值、第一四分位数（25%）、中位数即第二四分位数（50%）、第三四分位数（75%）与最大值来描述该组数据的统计学特征，其优点是不受异常值的影响，以一种相对稳定的方式描述数据的离散分布情况[32]。
单位涌水量或电性参数第一四分位数（25%）、第三四分位数（75%）所圈定的范围，反映出所有单位涌水量或电性参数值中间50%数据的离散程度，对研究区岩溶裂隙水的各种类型归属具有指示作用。
3. 结果与分析
3.1 实验结果
39个钻孔试验所得结果见表4。单位涌水量与含水层介质结构、含水岩组和地下水系统存在如图2所示关系。
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 Ⅶ1-2-8 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 Ⅶ1-2-8 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 Ⅶ1-2-8 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 Ⅶ1-2-8 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 Ⅶ3-1-2 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 Ⅶ3-2-2 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ3-1-3 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ1-2-5 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 Ⅶ1-2-5 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ2-1-2 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 Ⅶ2-1-2 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ3-1-3 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 Ⅶ3-1-1 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 Ⅶ1-2-5 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 Ⅶ3-1-2 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 Ⅶ3-1-3 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 Ⅶ3-1-2 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 Ⅶ3-1-2 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 Ⅶ3-1-2 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ3-1-1 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ2-1-1 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 Ⅶ1-3-1 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 Ⅶ1-3-2 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 Ⅶ1-3-1 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 Ⅶ1-3-1 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 Ⅶ1-3-2 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 Ⅶ3-1-1 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 Ⅶ3-1-3 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 Ⅶ2-1-2 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 Ⅶ2-2 砂卵砾石3.95 m（层底埋深8.60 m） 潜流排泄区 图2a中，溶蚀孔洞型岩溶裂隙水单位涌水量的第一四分位数和第三四分位数分别为15.33 L·（s·m）−1和34.69 L·（s·m）−1，岩体阻水型单位涌水量的第一四分位数和第三四分位数分别为0.036 L·（s·m）−1和0.107 L·（s·m）−1，溶蚀孔洞型和岩体阻水型单位涌水量分布范围差别很大，较易区分。而当研究区某钻孔单位涌水量值位于0.281~0.353 L·（s·m）−1范围时（即断层型第一四分位数和褶皱型第三四分位数），难以分辨该钻孔岩溶裂隙水是属于断层型或者褶皱型。溶蚀孔洞型岩溶裂隙水富水性最佳，断层型次之，褶皱型稍逊，岩体阻水型最差（中位值分别为21.70 L·（s·m）−1、0.439 L·（s·m）−1、0.210 L·（s·m）−1和0.078 L·（s·m）−1）。图2b中，奥陶系含水岩组全部钻孔单位涌水量的中间50%数据位于10.56~30.21L·（s·m）−1之间，蓟县系含水岩组全部钻孔单位涌水量的中间50%数据位于0.104~1.037 L·（s·m）−1之间，二者箱型图没有交集，说明奥陶系灰岩富水性普遍优于蓟县系白云岩。图2c中，绝大多数钻孔单位涌水量值存在较大范围的重合，说明单位涌水量值与岩溶裂隙水地下水系统难以建立明显的关联。
3.2 研究区电性参数与含水层介质结构、含水岩组和地下水系统之间的关系
3.2.1 电性参数与岩溶裂隙水含水层介质结构之间的关系
图3中，电阻率值位于溶蚀孔洞型第三四分位数（524 Ω·m）和岩体阻水型第一四分位数（512 Ω·m）范围时，电阻率不能对四种含水层介质结构进行分辨。溶蚀孔洞型全部钻孔极化率中间50%数据位于1.826%~2.113%之间，断层型全部钻孔极化率中间50%数据分布范围为1.638%~1.962%，二者重叠范围较大，极化率对此二种含水层介质结构的辨别能力较差。极化率值位于褶皱型第一四分位数（0.924%）和岩体阻水型第三四分位数（1.121%）范围时，极化率对褶皱型和岩体阻水型的分辨能力很弱。图3中半衰时和偏离度对溶蚀孔洞型和岩体阻水型的响应较为明显。在分辨4种含水层介质结构全局变化趋势方面，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。
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 structures3.2.2 电性参数与岩溶裂隙水含水岩组之间的关系
图4中，奥陶系含水岩组岩溶裂隙水电阻率值的第三四分位数（223 Ω·m）与蓟县系的第一四分位数（422 Ω·m）存在很大差异，二者电阻率值分布范围没有重合，蓟县系含水岩组岩溶裂隙水的电阻率明显高于奥陶系。奥陶系含水岩组岩溶裂隙水半衰时值的第一四分位数（1 550 ms）与蓟县系的第三四分位数（1 410 ms）差距较大，没有出现重合，说明半衰时对奥陶系及蓟县系含水岩组具有较强的分辨能力。极化率和偏离度在两种含水岩组分布的整体趋势方面，分别呈现下降和抬升的形态（按照奥陶系→蓟县系的排列顺序），区别效果也较为可靠。
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 formations3.2.3 电性参数与岩溶裂隙水地下水系统之间的关系
图5中，拒马河地下水系统电阻率值的第三四分位数（907 Ω·m）与瀑河－漕河地下水系统的第一四分位数（602 Ω·m）之间，重合范围较广，说明电阻率值难以分辨拒马河地下水系统与瀑河－漕河地下水系统。界河－唐河地下水系统的电阻率处于低值范围（电阻率中间50%数据分布范围为223~452 Ω·m）。拒马河地下水系统极化率值的第三四分位数（1.984%）与界河－唐河地下水系统的第一四分位数（1.286%）之间，重合较多，极化率对此两种地下水系统的分辨能力很差。瀑河－漕河地下水系统的极化率较低（极化率中间50%数据分布范围为1.002%~1.269%），但依旧与拒马河地下水系统存在较小范围的重合现象。与极化率类似，半衰时和偏离度同样难以体现三种地下水系统的整体变化趋势。
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由表4可知，单位涌水量大于2 L·(s·m)−1的钻孔有沙峪、芦子水、清水建、马各庄、计鹿、龙门、桑园、高庄、西安阳、岭后、西南蒲和辛宅等，0.3 L·(s·m)−1<单位涌水量<2 L·(s·m)−1的钻孔有南庄子、安子沟、西角、娘娘宫、南清醒、白云西庄、都衙和南峪等。因此，研究区岩溶裂隙水富水地段主要分布在紫荆关大断裂破碎带、安阳向斜附近，以及界河—唐河岩溶裂隙地下水系统内。
3.3 其他影响因素
紫荆关大断裂对研究区岩溶裂隙水的分布具有重要影响。图1中，拒马河岩溶裂隙地下水系统中的计鹿、福山口两个钻孔分别位于南支断裂的上、下两盘。两处含水岩组均为蓟县系雾迷山组、高于庄组白云岩，但由于受到断层控水作用的影响，形成上盘计鹿钻孔富水性（单位涌水量34.686 L·(s·m)−1）优于下盘福山口钻孔（单位涌水量0.211 L·(s·m)−1）的现象。计鹿钻孔电阻率428 Ω·m、极化率1.526%、半衰时1620 ms和偏离度4.181%，福山口钻孔电阻率907 Ω·m、极化率0.889%、半衰时980 ms和偏离度5.668%。计鹿钻孔电性参数的富水性特征明显优于福山口钻孔。界河岩溶裂隙地下水系统中娘娘宫、官银堂两个钻孔也分别位于南支断裂的上、下两盘，单位涌水量、极化率、半衰时和偏离度也具有类似的富水性和贫水性特征。
研究区内的次级断裂对局部岩溶裂隙水的分布具有一定影响。图1中，界河岩溶裂隙地下水系统中的西白司城钻孔，位于紫荆关大断裂上盘蓟县系雾迷山组、高于庄组白云岩分布区，含水层介质结构亦为断层型。但由于西白司城钻孔附近发育有一条次级压性逆断层，导致钻孔单位涌水量仅为0.248 L·(s·m)−1。同理，该次级压性逆断层附近的导务钻孔，其电性参数基本上也能提供类似的岩溶裂隙水贫水性数据支持。
水位埋深、钻孔包气带岩性厚度以及所处地下水系统动力场位置对岩溶裂隙水的分布具有影响。随着岩溶水补、径、排关系发生动态变化，地下水位呈下降态势，包气带厚度增大，降水入渗路径增长，水力坡度一般增大，在一定程度上影响了岩溶水的流动场，导致岩溶水径流条件发生变化。由表4可知，包气带岩性为颗粒较粗的砂、砾、卵石时（如龙门、计鹿、高庄等），入渗补给量较大。包气带岩性为黏土、粉质黏土、细晶白云岩时（如上黄蒿、导务、太和庄等），入渗补给量较小。
4. 结 论
（1）太行山北段保定西部山区岩溶裂隙水的电性参数分布区间大，数据离散程度高。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。电阻率、极化率、半衰时和偏离度对奥陶系含水岩组、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；
（2）研究区奥陶系含水岩组富水性明显优于蓟县系。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；
（3）紫荆关大断裂以及一些次级压性逆断层，对断裂分布区岩溶裂隙水富水性有着较强的控制作用；
（4）研究区岩溶裂隙水富水地段主要分布在紫荆关大断裂上盘破碎带、安阳向斜附近及界河－唐河岩溶裂隙地下水系统内。
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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
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
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
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（Ⅶ1-2） 北拒马河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ1-2-3） 大西沟岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ1-2-5） 鱼谷洞岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ1-2-8） 易水河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ1-3） 北易水河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ1-3-1） 中易水河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ1-3-2） 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（Ⅶ2-1） 瀑河上游岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ2-1-1） 北邵－东庄岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ2-1-2） 漕河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ2-2） 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（Ⅶ3-1） 界河上游岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ3-1-1） 安阳向斜东岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ3-1-2） 界河中上游岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ3-1-3） 唐河岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ3-2） 安阳向斜西岩溶裂隙地下水系统（Ⅶ3-2-2） 
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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 Ⅶ1-2-8 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 Ⅶ1-2-8 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 Ⅶ1-2-8 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 Ⅶ1-2-8 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 Ⅶ3-1-2 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 Ⅶ3-2-2 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ3-1-3 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ1-2-5 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 Ⅶ1-2-5 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ2-1-2 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 Ⅶ2-1-2 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ3-1-3 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 Ⅶ3-1-1 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 Ⅶ1-2-5 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 Ⅶ3-1-2 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 Ⅶ3-1-3 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 Ⅶ3-1-2 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 Ⅶ3-1-2 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 Ⅶ3-1-2 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ3-1-1 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 Ⅶ1-2-3 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 Ⅶ2-1-1 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 Ⅶ1-3-1 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 Ⅶ1-3-2 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 Ⅶ1-3-1 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 Ⅶ1-3-1 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 Ⅶ1-3-2 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 Ⅶ3-1-1 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 Ⅶ3-1-3 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 Ⅶ2-1-2 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 Ⅶ2-2 砂卵砾石3.95 m（层底埋深8.60 m） 潜流排泄区
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