第六節(jié) 褶曲型蓄水構造

褶曲構造是巖層長期變形的產(chǎn)物，是地殼中較為常見的一種地質構造現(xiàn)象。在褶曲構造中，當同時分布有透水巖層 （或巖石的透水帶）與相對隔水層時，相對隔水層即可構成隔水邊界，透水巖層 （帶）則構成含水介質，這種褶曲構造在適宜的補給條件下即可形成褶曲型蓄水構造。褶曲型蓄水構造按構造形態(tài)分為背斜蓄水構造和向斜蓄水構造兩種類型。它們主要分布在層狀分布的沉積巖地區(qū)以及似層狀分布的火山巖和變質巖地區(qū)。

一、褶曲的形成

地殼水平運動時往往產(chǎn)生順層擠壓 （即側向擠壓）力，造成巖層向上或向下的彎曲，稱為縱彎褶皺作用。絕大多數(shù)的褶曲就是由這種縱彎褶皺作用所形成的 （圖2-12）。褶曲構造的應力跡線表明：背斜構造中性面以上的巖層受拉伸力的作用，隨著巖層彎曲程度的加劇，巖層彎曲凸側的轉折端附近產(chǎn)生與巖層層面正交、呈扇形排列的、裂面呈楔形張開的張節(jié)理，且隨深度的增大而逐漸尖滅；而在中性面以下的巖層受擠壓力的作用而產(chǎn)生兩組與層面斜交、呈X狀排列的、裂面閉合的剪節(jié)理，且隨著向核部靠近而變的密集。所以對于背斜構造來說，其中性面以上的轉折端附近發(fā)育的是張節(jié)理，中性面以下核部附近發(fā)育的是剪節(jié)理。向斜構造節(jié)理的發(fā)育規(guī)律恰好與背斜相反，即中性面以上靠近地表的核部附近發(fā)育的是剪節(jié)理，而中性面以下的轉折端附近發(fā)育的是張節(jié)理。

二、褶曲型蓄水構造的類型

1.向斜蓄水構造

向斜蓄水構造是指能夠富集和儲存地下水的向斜構造。向斜蓄水構造是以軸面附近的張節(jié)理作為蓄水空間，以核部及兩翼不透水的巖層作為隔水頂、底板所形成的蓄水構造。作為蓄水空間的這種張節(jié)理，往往是在中性面以下的轉折端附近呈帶狀分布，從而形成帶狀分布的承壓蓄水構造 （圖2-13）。地下水從翼部透水巖層裸露地表的地區(qū)接受補給，向核部或較低洼的另一翼匯集，構成良好的富水條件。

2.背斜蓄水構造

背斜蓄水構造是指能夠富集和儲存地下水的背斜構造。背斜蓄水構造是以中性面以上轉折端附近的張節(jié)理作為蓄水空間，以核部及翼部的不透水巖層作為隔水邊界所形成的蓄水構造。作為蓄水空間的這種張節(jié)理，往往是在中性面以上的轉折端附近呈帶狀分布，從而形成帶狀分布的蓄水構造，如圖2-14所示。

三、影響褶曲型蓄水構造富水程度的因素

褶曲型蓄水構造的富水因素主要取決于巖石的性質、構造形態(tài)特征及部位、埋藏條件及構造與地形之間的組合關系。其中含水層的巖性特征、構造的部位和埋藏條件對褶曲構造的富水程度具有決定性的影響。

（一） 巖性條件

巖石按力學性質可分為脆性巖石和塑性巖石。脆性巖石是指質地堅硬，受力后產(chǎn)生破裂變形，裂面張開的巖石 （這類巖石主要包括沉積巖中的碳酸巖、砂巖及結晶巖類的片麻巖、花崗巖等），這類巖石能形成較大的蓄水空間，有利于地下水的富集。塑性巖石又稱為柔性巖石 （這類巖石主要包括泥巖、頁巖、云母片巖等），質地較軟，受力后產(chǎn)生塑性變形，裂隙雖密集，但裂面的張開程度較差，且由于巖石質地軟，抗風化能力差，裂隙容易被充填，所以裂隙多屬于閉合型的，不利于地下水的富集。

（二） 地質構造條件

在褶曲構造中，不同的構造形態(tài)及部位，由于其應力狀態(tài)和應力強度不同，所產(chǎn)生的裂隙的性質及發(fā)育的程度都表現(xiàn)出很大的差異，使得褶曲構造的透水性和給水性在不同的部位增強或減弱。由此使得含水層在由巖性決定富水性的基礎上，產(chǎn)生由構造所決定的富水性的 “異常帶”，即含水層在構造的某些部位增強，而在某些部位減弱，甚至形成隔水層。

背斜的上部轉折端和向斜的下部轉折端，受引張力的作用形成縱向及橫向張裂隙，并伴隨著產(chǎn)生層間滑動裂隙，這些部位有利于地下水的富集，形成富水地帶。而在靠近褶曲的核部及翼部，受擠壓應力的作用，巖石被擠壓得非常密實，透水性逐漸減弱，而過渡為隔水層。所以說，無論是背斜還是向斜，其軸面附近的轉折端是富水地帶；而其核部及翼部均是貧水地帶。

【例2-7】 濟南市南部的侯家莊向斜 （圖2-15）為一不對稱的向斜構造，軸面向西傾斜，東翼巖石傾角29°，西翼48°。該地區(qū)地勢較高，海拔460余米，地下水位埋藏深度90余米，因此，在利用該向斜構造找水定井時，要考慮含水層埋藏深度的影響，井的位置應選擇在該向斜的西翼，并與其核部有一定的距離，即井在穿過軸面時的深度要控制在區(qū)域水位以下。

沿該向斜的軸線方向，在巖層傾角較陡的西翼曾先后布設過2口水井，其中侯家莊的水井距離向斜的核部30m左右，井深216m，在110～125m處，裂隙巖溶發(fā)育，出水量達35m³/h，而義和莊的水井由于距向斜的核部較近，井的下部提前進入產(chǎn)狀較緩的翼部，裂隙發(fā)育很差，出水量僅15m³/h。由此可見，構造部位的不同，往往可以改變蓄水構造富水的背景。

（三） 含水層的埋藏深度

巖石空隙發(fā)育的程度往往是隨著巖石埋藏深度的增大而逐漸減弱的，其透水性和給水性也隨著變差，由透水層逐漸過渡為隔水層。在地表附近，巖石處于低圍壓的環(huán)境，裂隙面多張開，且為地質作用的外營力 （水、溫度）的滲入提供了條件，加速了巖石的風化，所以巖石的空隙發(fā)育、透水性和給水性較強，富水性較好；否則反之。所以在背斜構造中，隨著含水層埋藏深度的增大，越靠近起核部，富水性越差；在拗陷很深的大型向斜中，當其軸部埋深很大時，由于上部圍巖產(chǎn)生巨大的壓力，使得裂隙發(fā)育程度較差，所以軸部的富水性有時很小，反而不如翼部的富水性好。

在影響褶曲構造富水的諸因素中，構造條件是最為重要的影響因素，它往往使蓄水構造的富水性變得更加不均勻，形成一些富水部位，常見的有以下幾種情況。

1.向斜軸部富水帶

當向斜兩翼地形高差不大，且軸部含水層拗陷不深或雖然拗陷較深，但為中心排泄式的向斜盆地，相對富水帶一般位于向斜的軸部。

2.向斜翼部富水帶

當向斜兩翼地形高差很大，構成向斜山嶺時，相對富水帶位于地下水的排泄區(qū)。例如山西省朔縣的神頭 洪壽向斜，富水帶主要位于翼部的神頭泉一帶 （圖2-16）。

3.背斜軸部富水帶

背斜構造的上部遭受剝蝕時，往往沿其軸線的方向形成背斜谷。當背斜的軸部地帶出露透水巖層時，背斜谷中的透水巖層即成為匯集和儲存地下水的最好場所。

【例2-8】 山東省長清縣的蘇莊背斜，就是一個軸部富水的蓄水構造，沿該背斜的軸部地帶地下水十分豐富，水井出水量可達80～250m³/h。

4.背斜傾沒端富水帶

傾伏背斜的傾沒端，多位于巖層產(chǎn)狀急劇變化的部位，張裂隙特別發(fā)育，可以構成富水帶。

【例2-9】 四川省永川縣東山背斜的傾沒端，出露巖層為三疊系砂巖、煤系及侏羅系砂巖、頁巖互層。位于傾沒端巖層產(chǎn)狀變化較大部位的1號和3號孔，深度分別為746m和1804m，接露的含水層為砂巖，出水量分別為256m³/d和312m³/d。而位于1號和3號孔之間的2號孔，雖然也設計在傾沒端上，但因巖層產(chǎn)狀變化不大，所以成為干孔。由此可知，背斜傾沒端富水帶的裂隙也是由于巖層產(chǎn)狀急劇變化而產(chǎn)生的。