⑴ 含水层系统边界

根据前文所述,6盆地孔隙含水层系统边界可概化如下。

一、太原盆地

(一)西部边界

西部边界基本位于晋-汾大断裂带。50m以上主要接受西边山河谷砂砾石孔隙水补给,较大的河谷有汾河河谷和文峪河河谷。文水县以南主要接受黄土台塬区地下潜水补给。交城以北地段,该系统通过断裂与西山岩溶水系统相接,主要接受西山岩溶水的侧向径流补给;50m以下,交城以北主要是接受西山岩溶水的侧向径流补给和南寒洪积扇下部承压水的侧向径流补给;交城以南地段,主要接受黄土台塬中深层孔隙承压水的侧向径流补给和石炭系、二叠系、三叠系砂岩裂隙水的侧向补给。较大河谷地段、与岩溶水相接触地段为强透水边界,黄土台塬和石炭系、二叠系、三叠系接触地段为弱透水边界。

(二)东部边界

50m以上主要接受东边山河谷砂砾石孔隙潜水和侧向径流补给,较大河谷有杨兴河、潇河、昌源河、龙风河等和黄土台塬孔隙潜水侧向径流补给。50m以下主要接受黄土台塬中深层孔隙承压水和二叠系、三叠系砂岩裂隙水的侧向径流补给;介休一带可接受少量岩溶水的侧向径流补给;较大河谷地段为强透水边界,与黄土台塬孔隙潜水和砂岩裂隙水接触的边界为弱透水边界。

(三)南部边界

位于介休市义棠汾河出口处,河谷冲积层厚50m以内,太原盆地浅层地下水以水平径流形式向区外有少量排泄。深部为二叠系、三叠系砂页岩,为隔水边界。

(四)上部边界

为系统的平原区堆积物,多为河流冲积物和洪积物。地表为砂性土的分布面积,占计算区面积50%左右。接受大气降水、灌溉水和地下水的渗入补给,通过开采和蒸发方式排泄地下水。

(五)下部边界

本次研究深度为地表以下250m,该深度是目前盆地开采井的主要开采深度。下部大部分地区为弱透水的粘性土,可看做隔水边界。见太原盆地地下水系统边界平面、剖面示意图(图3-109、图3-110)。

图3-109 太原盆地孔隙水系统平面概念图

图3-110 太原盆地孔隙水系统水文地质剖面概念图

二、大同盆地

(一)西部边界

西部边界基本位于洪涛山大断裂带。洪涛山大断裂位于洪涛山前缘,为阶梯状正断层,西南自朔州市磨石沟起向东北方向延伸,经山阴、怀仁至大同全长180km,总延伸方向北东45°,断距大于300m。50m以上主要接受西边山河谷砂砾石孔隙水所补给,较大的河谷有御河河谷、十里河河谷和大峪河河谷。口泉断裂带以南地段,该系统通过断裂与神头泉域岩溶水系统相接,可接受岩溶水的侧向径流补给。50m以下,口泉断裂带以南地段主要是接受岩溶水的侧向径流补给和边山洪积扇下部承压水的侧向径流补给;口泉断裂带以北地段,主要接受黄土台塬中深层孔隙承压水的侧向径流补给和变质岩、石炭系、二叠系、三叠系、白垩系砂岩裂隙水的侧向补给。较大河谷地段、与岩溶水相接触地段为强透水边界,黄土台塬和变质岩、石炭系、二叠系、三叠系、白垩系接触地段为弱透水边界。

(二)东部边界

东部边界主要受恒山大断裂控制。恒山大断裂位于恒山前,为正断层。西起朔州市王万庄向东北方向延伸,经山阴、应县直到浑源,全长148km,总延伸方向北东60°,断距大于500m。50m以上主要接受东边山河谷砂砾石孔隙潜水的侧向径流补给和黄土台塬孔隙潜水侧向径流补给,较大河谷为浑河河谷,桑干河河谷为排泄段。50m以下主要接受黄土台塬中深层孔隙承压水和二叠系、三叠系砂岩裂隙水,变质岩系裂隙水的侧向径流补给。南号—杨庄段边山地层岩性主要为寒武系、奥陶系灰岩,其与盆地第四系洪积物相接,为强透水边界。总之,较大河谷和与灰岩接触地段为强透水边界,与黄土台塬孔隙潜水和砂岩裂隙水接触的边界为弱透水边界。

(三)南部边界

主要控制断裂有朔县南边山断裂,盆地南边界两侧主要为第四系上更新统黄土分布,南侧300~400m勘探孔二叠系裂隙水压力较大,但水量较小。为弱透水边界。

(四)上部边界

为系统的平原区堆积物,多为河流冲积物和洪积物。地表为砂性土的分布面积,占计算区面积56%左右。接受大气降水、灌溉水和地下水的渗入补给,通过开采和蒸发方式排泄地下水。

(五)下部边界

本次研究深度为地表以下200m,该深度是目前盆地开采井的主要开采深度。下部大部分地区为弱透水的粘性土,可看做隔水边界。

见图3-111大同盆地孔隙水系统平面图示意图、图3-112大同盆地孔隙水系统剖面示意图。

图3-111 大同盆地孔隙水系统平面图示意图

图3-112 大同盆地孔隙水系统剖面示意图

三、忻州盆地

忻州盆地松散岩类孔隙含水系统的边界按空间分布可划分为4种类型:①盆地孔隙含水系统与盆地周边裂隙含水系统之间的边界;②盆地孔隙含水系统的上部边界;③盆地孔隙含水系统的下部边界;④浅层、中层、深层含水层之间的边界。

(一)盆地孔隙含水系统与盆地周边裂隙含水系统之间的边界

忻州盆地孔隙含水系统与盆地周边裂隙含水系统之间边界属弱透水—透水边界。受边山断裂控制及差异升降运动影响,盆地边缘松散岩类与盆地周边基岩直接接触(主要为变质岩,局部地段为灰岩),因盆地边缘第四系的岩性及粒度变化较大,因此,盆地孔隙含水系统与盆地周边裂隙含水系统之间边界的透水性也因地而异。一般在较大洪积扇顶部,松散层岩性以砂砾石、卵砾石为主,且厚度较大,有利于山区地下水向盆地径流和运动,为透水边界;而扇间洼地区,松散层岩性呈亚粘土、亚砂土与砂砾石互为夹层出现,不利于地下水侧向运动,一般构成弱透水边界,局部可能为阻水边界。

(二)盆地孔隙含水系统的上部边界

忻州盆地孔隙含水系统上部平面边界为一起伏不平的开放自然界面,地表岩性为第四系全新统或上更新统亚砂土、细中砂、砂砾石等,含水系统通过此边界可直接接受外部环境物质和能量的输入,为一自然开放的透水—弱透水边界。其水文地质特征不仅与地形地貌、地表岩性密不可分,同时受诸多自然与人为因素的影响较为明显。一般大气降水入渗的多寡,除受降水特征控制外,直接与地形地貌、地表岩性及水位埋深有关。河流渗漏同时受河流水文特征及河床岩性、水位埋深的影响,而灌溉回渗则与人为因素及地表岩性、水位埋深直接相关。

(三)盆地孔隙含水系统的底部边界

本次工作将忻州盆地新近系顶面作为盆地孔隙含水系统的底界,因受新构造运动和古地形的控制,为一起伏不平的沉积界面。新近系岩性主要为坡洪积粘土夹少量砂砾石层(或透镜体),透水性弱,总体看构成隔水边界。

(四)浅层、中层、深层含水层之间的边界

盆地内浅层水与中层水在倾斜平原上部一般连为一体,中间没有连续的隔水层,具有直接的水力联系。倾斜平原中、下部,浅、中层孔隙水亚系统之间的隔水层连续性逐渐变好,厚度逐渐增厚,只在局部天窗部位发生水力联系与水量交换。在冲积平原区,浅、中层孔隙水亚系统之间一般具有较为稳定的隔水层,仅在现代河床与古河道叠置的部位可发生水力联系和水量交换。

盆地内中层孔隙水亚系统与深层孔隙水亚系统除在较大洪积扇区上部二者之间没有良好的隔水层,可直接发生水力联系与水量交换外,在冲洪积倾斜平原中下部及冲积平原区一般均具有较厚的隔水层,且连续性较好,一般很少发生水力联系和水量交换。

区内众多开采井多为浅、中层水,甚至与深层水混合开采,破坏了含水层亚系统之间隔水层的完整性,形成了许多含水层亚系统之间的人工天窗,使浅、中、深层孔隙水亚系统通过开采井发生水力联系和水量交换。

四、临汾盆地

临汾盆地松散岩类孔隙水系统是发育于汾河地堑系临汾断陷盆地松散沉积物内的地下水系统,该系统边界与断陷盆地的地质边界大致相同,大多由边山断裂充当,或受隐伏边山断裂控制,与边山岩溶地下水系统的边界有一定差异。

西北边界从黄河龙门一带的边山断裂开始,沿着龙门山—罗云山边山断裂带北上,直到在魏村附近罗云山断裂被苏堡断裂、万安断裂截断,边界在此沿万安断层稍向西凸继而北上。在刘家垣镇附近系统边界沿团柏断裂直至上团柏附近的汾河河谷,然后沿汾河河谷边的基岩与松散沉积物分界线北上,并在退沙一带穿越汾河,过汾河后沿基岩与松散沉积物的分界线往北直到西许,西许为盆地的最北端。(图3-113)此段边界大多受出露地表的边山断裂带控制,由南至北系统边界大致与龙门山断层、罗云山断层、万安断层及团柏断层重合;在退沙一带过汾河后孔隙水系统边界主要受隐伏的边山小断裂控制,边界具体位置大致沿山前基岩与松散沉积物的分界线。

图3-113 临汾盆地孔隙水系统边界位置示意图

在龙门山—罗云山断裂中,除龙门—西硙口段、张吴—北董段断层两侧分别为太古宇涑水群(Ar)变质岩和N、Q接触外,其他区段均为、O灰岩与N、Q松散沉积物接触,图3-114~图3-116。盆地边山粗颗粒冲洪积物,透水性较好,故与、O灰岩接触地段,岩溶水可以潜流形式补给盆地松散孔隙水,为透水边界。与太古宇涑水群变质岩接触地段,山区基岩裂隙水、山区潜流及导水断层水也可补给盆地松散层,构成盆地松散孔隙水系统的透水边界。团柏断层两侧岩性分别为C、P和N、P接触,透水性较弱,为隔水边界。退沙至西许段,因该边界与地下水流向基本一致,故视为零通量边界。

东部边界。从盆地北部的西许开始,沿盆地东侧的霍山山前断裂南下至洪洞附近,然后沿大阳断裂到襄汾,沿塔儿山山前绕过塔儿山向东拐直到翼城北坡村,在北坡村转而向南,沿着中条山北麓断层一线往南直到紫金山东麓。此段系统边界受出露地表的霍山山前边山断裂、塔儿山山前断裂、中条山北麓断层及隐伏的大阳断裂控制,在边山断裂出露地表的一线,系统边界与断层带大致重合;受隐伏断层控制的一线,孔隙水系统边界位置大致沿山前基岩与松散沉积物的分界线。

东部边界均为透水边界,因为接触关系不同,其透水性有较大差异。北部霍山断裂大部分地段,盆地松散岩类与古老变质岩接触,但由于山区潜流、基岩裂隙水的补给,同样可认为也构成盆地松散层地下水系统的透水边界。同样大阳断裂段,盆地第四系松散岩类与三叠系接触,其透水性较差。中条山北麓断层,松散层与奥陶系灰岩接触,且第四系为冲洪积物,颗粒粗,透水性强,为强透水边界。

图3-114 临汾盆地孔隙水系统西北边界罗云山、龙门山断裂泽掌段透水性示意图

图3-115 临汾盆地孔隙水系统西北边界罗云山、龙门山断裂土佳坡段透水性示意图

图3-116 临汾盆地孔隙水系统西北边界罗云山、龙门山断裂土门段透水性示意图

南侧边界从紫金山东麓开始沿紫金山北麓断层由东向西,到峨嵋台地后,沿峨嵋台地地下分水岭一线由东往西直到黄河边。此段边界在紫金山一带与出露地表的紫金山北麓断层大致重合。尽管断层南侧为太古宇涑水群变质岩与古近-新近系、第四系松散沉积物接触,但由于第四系松散层沉积厚度大,为冲洪积物,颗粒粗,透水性好,受到山区基岩裂隙水、导水断层水的补给,为导水边界。过紫金山后孔隙水系统边界与峨嵋台地孔隙水地下水分水岭重合,为零通量边界。

盆地孔隙水系统西侧边界位置大致沿黄河一线,汾河由此排入黄河。同时黄河也成为整个临汾盆地孔隙水系统的排泄基准,为透水边界。

综合上述,盆地东、南、西及西北侧边界所圈闭的界线即构成了临汾盆地孔隙水系统的边界。由于临汾盆地是一个典型的构造断陷盆地,发育于盆地中的孔隙水系统其边界大多由边山断裂充当,或者受隐伏边山断裂控制。除西部边界为整个临汾盆地松散孔隙水系统的排泄基准,为透水边界;南部边界部分为地下水分水岭,为零通量边界;西北部边界的团柏断裂部分为弱透水边界,退沙至西许段为零通量边界外,其他边界或区段均构成盆地松散孔隙水系统的透水边界。

盆地松散岩类孔隙水系统,根据含水层的埋深及水力特征,又可进一步划分为浅层(潜)水、中层(承压)水和深层(承压)水。

五、运城盆地

运城盆地松散岩类孔隙水系统是发育于汾渭地堑南端,系运城断陷盆地松散沉积物内的地下水系统。该系统边界与断陷盆地的地质边界大致相同,大多由边山断裂组成。见图3-117。

图3-117 运城盆地孔隙水系统边界位置示意图

北部边界从东向西有紫金山、稷王山、孤山呈岛状隆起,展列于黄土台塬之上,组成汾河与涑水河的分水岭。

西部边界为黄河,黄河水大多数时间紧靠岸边,与松散岩类孔隙水的浅层含水层水力联系极为密切,并具有补给作用,黄河水边界的变化对浅层水影响极大,其边界为定水头补给边界。

东南部边界为中条山大断裂,该断裂由西南端永济的首阳沿山体方向延展,向东北过盐湖区、夏县、闻喜后宫,通过蔡村-隘口次级断裂与绛县中条山前大断裂相连,为一典型的铲式断裂。

中条山前断裂为一导水断裂。山区潜流、山区基岩裂隙水以及少量的岩溶水通过导水断裂可补给盆地松散层,构成盆地松散孔隙水系统的透水边界。沿边山在洪积扇地区和粗颗粒冲洪积物接触,透水性较好,在其他地段透水性相对较弱。

东北部边界分布在陈村、绛县或勃村以北,是运城及临汾盆地的人为分界线,是地下水的移动分水岭。

六、长治盆地

(一)东部边界

东部边界基本位于长治大断裂一带,主要接受大气降水补给及雨季河流渗漏补给,较大的河谷有石子河河谷和陶清河河谷。该系统通过断裂与辛安泉岩溶水系统相接,但是由于岩溶水水位均位于松散层之下,因此岩溶水不可能补给松散层孔隙水,相反一部分松散层孔隙水通过断层接触带补给岩溶水,长治大断层属于透水边界。

图3-118 长治盆地地下水系统剖面示意图

图3-119 长治盆地地下水系统平面示意图

(二)西部边界

西部边界位于西部边山和松散层的接触地带,主要接受边山河谷砂砾石孔隙潜水和侧向径流补给,较大河谷有绛河、岚水河、雍河、浊漳河南缘等,雨季可接受裂隙水的侧向补给量,边界类型为地表分水岭边界。

(三)南部边界

庄头断层是长治盆地的南界,也是长治矿区与其南侧高平矿区的分界;断面倾向北,断距约200m;主要接受边山河谷沙砾石孔隙潜水和侧向径流补给,雨季可接受少量裂隙水的侧向径流补给,与黄土丘陵孔隙潜水和砂岩裂隙水接触的边界为弱透水边界。

(四)北部边界

北部边界位于北部边山和松散层的接触地带,主要接受边山河谷砂砾石孔隙潜水和侧向径流补给,雨季可接受裂隙水的侧向径流补给,边界类型为地表分水岭边界。

(五)下部边界

本次研究最大深度为地表以下200m。该深度是目前盆地松散层开采井的最大开采深度,下部大部分地区为弱透水的粘性土,可看作隔水边界。

见长治盆地地下水系统边界剖面(图3-118)、平面示意图(图3-119)。