第三節(jié) 風(fēng)化殼蓄水構(gòu)造

風(fēng)化殼蓄水構(gòu)造是以基巖風(fēng)化帶為蓄水空間，以其下部未風(fēng)化的不透水巖層為隔水底板而形成的蓄水構(gòu)造，它主要形成于弱透水的巖石的分布區(qū)。在強(qiáng)透水的巖石地區(qū)，因?yàn)轱L(fēng)化帶之下的巖石起不到隔水的作用，所以風(fēng)化帶中不易保持地下水。最容易形成蓄水構(gòu)造的是現(xiàn)代風(fēng)化殼，這是因?yàn)楝F(xiàn)代風(fēng)化殼中的裂隙或孔隙比較發(fā)育，它比未風(fēng)化的巖石透水性要強(qiáng)，而地質(zhì)歷史上形成較早的古風(fēng)化殼，裂隙或孔隙已被充填，或已固結(jié)成巖，透水性很弱，一般不易形成蓄水構(gòu)造。風(fēng)化殼地下水分布廣泛，埋藏較淺，雖然其水量一般較小，但由于容易開(kāi)采利用，所以作為居民生活用水及農(nóng)牧業(yè)用水的水源，仍具有一定的價(jià)值。

一、風(fēng)化殼剖面及其特征

風(fēng)化殼是巖石在各種風(fēng)化營(yíng)力長(zhǎng)期作用下的產(chǎn)物。地表附近，巖石受外營(yíng)力影響最大，風(fēng)化最強(qiáng)，隨著埋藏深度的增大，風(fēng)化營(yíng)力的影響越來(lái)越小，巖石的風(fēng)化程度也相應(yīng)地減弱，以至于逐漸過(guò)渡為完全不受風(fēng)化影響的新鮮基巖。因此，風(fēng)化殼在風(fēng)化程度及風(fēng)化性質(zhì)方面都表現(xiàn)出明顯的分帶性。從水文地質(zhì)方面考慮，一般把風(fēng)化殼分為透水性不同的三個(gè)帶，下面以花崗巖的風(fēng)化殼為例，說(shuō)明其劃分方法及各帶的特征。

（1）全風(fēng)化帶。巖石嚴(yán)重破碎，呈顆粒狀，化學(xué)風(fēng)化影響較深，巖石的礦物成分大部分已經(jīng)改變，產(chǎn)生大量的次生黏土礦物，并充填堵塞裂隙，使風(fēng)化帶的有效空隙率降低，透水性下降，富水性較差。

（2）半風(fēng)化帶。以機(jī)械破碎為主，巖石呈塊狀，裂隙發(fā)育，呈不規(guī)則的網(wǎng)狀并相互貫通，巖石的礦物成分改變不大，尚能看出母巖的礦物成分，泥質(zhì)充填物較少，透水性及富水性較強(qiáng)。

（3）微風(fēng)化帶。巖石破碎程度較低，裂隙稀少且閉合，巖石的礦物成分基本未發(fā)生變化，透水性及富水性較差。

因此，在一個(gè)完整的花崗巖風(fēng)化殼剖面里，一般以半風(fēng)化帶的透水性和富水性最大，全風(fēng)化帶泥質(zhì)充填現(xiàn)象嚴(yán)重，微風(fēng)化帶裂隙不發(fā)育，它們的透水性和富水性都較弱。

各地氣候、巖石性質(zhì)等條件的不同，風(fēng)化殼的厚度有很大的差異，一般情況下為10～50m。但在一些構(gòu)造斷裂帶附近，風(fēng)化營(yíng)力沿裂隙可以侵入很深，使得風(fēng)化殼厚度局部增大，有時(shí)可超過(guò)100m；在經(jīng)常遭受侵蝕的陡坡地帶和山脊部位，全風(fēng)化帶一般被剝蝕掉，只保留有半風(fēng)化帶和微風(fēng)化帶，所以風(fēng)化殼厚度較小；而在一些較低洼、平緩的地帶，全風(fēng)化殼可能很厚，以至于半風(fēng)化帶和微風(fēng)化帶埋藏很深。

由性質(zhì)不同的多種巖石組成的地區(qū)或有斷裂構(gòu)造的地區(qū)，由于差異風(fēng)化使風(fēng)化殼剖面變得比較復(fù)雜，但其風(fēng)化規(guī)律基本如圖2-1所示。在這種情形下，巖石風(fēng)化的差異性不僅僅表現(xiàn)在垂直方向上，而且也表現(xiàn)在水平方向上。當(dāng)抗風(fēng)化能力較弱的巖石在地表已普遍形成全風(fēng)化帶時(shí)，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)的巖石才達(dá)到半風(fēng)化的程度，因而使透水性較強(qiáng)的半風(fēng)化帶巖石出現(xiàn)在透水性較弱的全風(fēng)化帶巖石之下，形成較好的蓄水條件。與此相反，在斷裂構(gòu)造及抗風(fēng)化能力很弱的巖石部位上，風(fēng)化帶又特別加深，形成袋狀或囊狀風(fēng)化殼，因而在地下深部未風(fēng)化的巖石中，局部出現(xiàn)半風(fēng)化的含水帶，也能形成較好的蓄水條件。

二、風(fēng)化殼地下水

風(fēng)化殼地下水的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）水以裂隙潛水為主，一般具有連續(xù)的、統(tǒng)一的地下水面。潛水面的形狀隨地形的起伏而緩慢變化。在有隔水巖層 （一般是第四系的坡積物、殘積物）覆蓋的低洼地段，也可以形成局部承壓水。

（2）裂隙帶的發(fā)育深度在水平方向隨巖性的不同、地形的起伏變化及構(gòu)造條件的變化而表現(xiàn)出差異性，所以所形成的含水層似層狀分布在地表附近。

（3）因?yàn)轱L(fēng)化裂隙的發(fā)育程度隨著深度的增大而減弱，以至于完全消失，所以風(fēng)化裂隙含水帶與其下面的隔水的新鮮基巖之間沒(méi)有明顯的界線，呈漸變的過(guò)渡關(guān)系，含水性較強(qiáng)的部位一般在半風(fēng)化帶。

（4）由于風(fēng)化裂隙水多分布在巖石抗風(fēng)化能力比較強(qiáng)的剝蝕丘陵地區(qū)，所以地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源是大氣降水入滲，而我國(guó)北方地區(qū)降水具有明顯的季節(jié)性，所以風(fēng)化裂隙水的水位、水量均隨季節(jié)而變化。

（5）風(fēng)化裂隙水的運(yùn)動(dòng)主要受地形起伏的控制 （嚴(yán)格地講，是受風(fēng)化殼隔水底板起伏的控制）。地下水從分水嶺處順山坡向低洼的河谷地帶運(yùn)動(dòng)，所以山脊或陡坡地帶不易形成風(fēng)化裂隙水，河谷洼地才是風(fēng)化殼地下水的匯集、排泄地帶。

（6）風(fēng)化殼地下水的埋藏深度一般不大，便于開(kāi)采利用，尤其適合于人工開(kāi)挖大口井，但水量一般不大，適于分散開(kāi)采。

三、風(fēng)化殼蓄水構(gòu)造的富水規(guī)律

如前所述，風(fēng)化殼的透水性以半風(fēng)化帶最強(qiáng)。在巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造及地形條件一定的前提下可以形成以下幾種形式的富水帶。

1.匯水洼地型風(fēng)化殼富水帶

在巖石性質(zhì)及地質(zhì)構(gòu)造條件比較均一的地區(qū)，例如在花崗巖、片麻巖地區(qū)，巖石風(fēng)化的差異性很小，風(fēng)化殼的下限大體上是隨著地形的起伏而變化。因此風(fēng)化殼地下水的運(yùn)移和富集規(guī)律主要受地形因素的控制 （嚴(yán)格地說(shuō)是受風(fēng)化殼底板的控制），地下水從分水嶺向河谷洼地匯集，最后在洼地中排泄至地表或補(bǔ)給孔隙水，于是地形上的低洼匯水部位就成了風(fēng)化裂隙水富集的地帶。但由于洼地中第四系沉積物的覆蓋條件不同，所形成的匯水洼地風(fēng)化殼富水帶又可分為下面兩種形式：

（1）當(dāng)洼地中無(wú)第四系沉積物覆蓋或有少量強(qiáng)透水的松散沉積物 （如沖積層覆蓋時(shí)），風(fēng)化殼富水帶位于洼地中心的最低部位。

【例2-1】 山東省肥城市王莊村的大口井 （圖2-2）就是位于一條河溝的底部，巖性為片麻巖，井直徑3.5m，深18m，可澆地150畝。

（2）當(dāng)洼地中有黏土或其他不透水沉積物覆蓋時(shí)，來(lái)自洼地四周風(fēng)化殼中的地下水在向洼地中心匯集的途中，遇到黏土質(zhì)不透水層的阻擋，因而在黏土質(zhì)覆蓋物的邊緣地帶基巖的風(fēng)化帶里造成地下水富集，甚至可形成泉溢出地表。在這種條件下，風(fēng)化殼的富水帶不在洼地的中心，而是在黏土質(zhì)覆蓋層的邊緣地帶。

【例2-2】 河北省康保縣郝家官莊的大口井就是位于緩坡的坡角處，片麻巖與坡積紅黏土的交界處，井直徑6.0m，深8.0m，出水量2000m³/d（圖2-3）。

2.與侵入接觸構(gòu)造復(fù)合的風(fēng)化殼富水帶

受巖漿侵入作用的影響，在古老的變質(zhì)巖地層當(dāng)中，常有軟硬性質(zhì)不同的巖脈相間出現(xiàn)，其與圍巖的接觸面一般是軟弱結(jié)構(gòu)面，風(fēng)化作用的外營(yíng)力往往可沿著此結(jié)構(gòu)面滲入到巖體深部進(jìn)行風(fēng)化，使得巖石風(fēng)化程度局部加強(qiáng)，風(fēng)化的深度局部增大。由于巖石的抗風(fēng)化能力不同，因而導(dǎo)致風(fēng)化程度的差異，在同一深度，易風(fēng)化的軟巖石已達(dá)到全風(fēng)化的程度，而不易風(fēng)化的脆性巖石卻只能達(dá)到半風(fēng)化或微風(fēng)化的程度。由于軟巖石一側(cè)的全風(fēng)化帶黏土充填及化學(xué)沉淀較為嚴(yán)重，透水性及富水性較差；而脆性巖石一側(cè)的半風(fēng)化帶裂隙發(fā)育，黏土充填及化學(xué)沉淀現(xiàn)象較差，透水性強(qiáng)及富水性較強(qiáng)。所以在塑性巖石一側(cè)一般形成隔水邊界，在脆性巖石的接觸帶附近形成相對(duì)富水帶。

3.與斷裂構(gòu)造復(fù)合的風(fēng)化殼富水帶

構(gòu)造裂隙是風(fēng)化作用的外營(yíng)力滲入到巖石深部進(jìn)行風(fēng)化作用的通道，可以使得風(fēng)化作用沿著構(gòu)造裂隙帶風(fēng)化程度局部加強(qiáng)，風(fēng)化深度局部增大，形成帶狀、囊狀風(fēng)化殼。這種局部加深的風(fēng)化殼，兩側(cè)以未風(fēng)化的巖石作為隔水邊界，向下與構(gòu)造裂隙帶相溝通，形成與構(gòu)造斷裂帶符合的風(fēng)化殼富水帶，這種富水帶常常可以得到深部構(gòu)造裂隙水的補(bǔ)給，因而水量比較豐富。