区域地层及其水文地质特性 区域地质和水文地质背景

湘中地区地层发育齐全，从中元古界至第四系均有存在。各时代地层分区、建造特征及其水文地质特性（表1-1）从老至新简述如下。

一、元古宙地层及其水文地质特性

1.中元古界冷家溪群

冷家溪群是湘中出露最老的地层，主要分布于沅陵、桃源、桃江、益阳等地，在长沙、衡阳、双峰也有零星出露，可与黔东的梵净山群、滇东的昆阳群和桂北四堡群等进行对比。它是一套浅灰、浅灰绿色为主的浅变质细粒碎屑岩、粘土岩及含凝灰质细粒碎屑岩组成的复理石建造，局部夹基性、中酸性熔岩，最大厚度超过2500m，未见底，属活动型沉积，构成了本区褶皱基底。

岩石中空隙、裂隙均不发育，水力传导率极小，属于不透水层。

2.新元古界板溪群

板溪群包括其下部的马底驿组（或高涧组）和上部的五强溪组（或漠滨组），可与黔东的下江群，桂北丹州群进行对比，主要分布于湘中盆地的北部和东部边缘，与下伏冷家溪群不整合接触（武陵运动）。它由一套厚度较大的砂岩、砂质板岩、凝灰质板岩夹少量碳酸盐岩、炭质板岩、火山熔岩及火山碎屑岩组成。通常以湘潭、溆浦、黔阳一线为界将其分为北区和中区。

表1-1 湘中出露地层岩性特征及其水文地层单元

北区：由紫红色、灰绿色浅变质砂岩、砂岩、板岩、凝灰岩及碳酸盐岩、炭质板岩组成，表现为两个大的旋回。据此划分为两个地层单位，即马底驿组及五强溪组，局部地区夹中基性和中酸性火山岩，具类复理石建造特征。总厚752～380m，与下伏冷家溪群呈角度不整合接触。

中区：为一套灰绿色、灰—深灰色，少量紫灰色浅变质砂岩、凝灰岩、板岩组成。韵律发育，为较典型的复理石建造。总厚度3290～4757m，与下伏冷家溪群平行不整合接触。

深部地球物理研究（中国地质勘察技术院，1990科研报告）揭示，湘中乃至华南的上部元古宇均属低阻稳定层，如华南上元古界的地层电阻率仅为n×10Ω.m。地层、岩石的电阻率主要取决于岩性、孔隙水，以及孔隙的连通状态。以浅变质砂岩、砂岩、板岩及碳酸盐岩为主的板溪群内，孔隙及层间裂隙极为发育，且孔隙连通性好，因而极可能为研究区乃至华南地区的区域性含水层。

3.震旦系

震旦系主要分布于盆地边缘及白马山-大乘山-龙山东西向隆起带上，自下而上分为下统（江口组、湘锰组、洪江组）和上统（金家洞组、留茶坡组）。下统主要为海洋冰川沉积类型和正常海洋与海洋冰川混合型沉积的冰碛砾岩、冰碛砾粉砂岩、粉砂岩及砂岩、板岩。上统主要为温暖气候条件下沉积的硅质岩、黑色板状页岩、碳酸盐岩。震旦系厚度773～5664m，自北而南递增，与下伏板溪群呈假整合接触，各组间基本上为连续海相沉积。岩石中孔隙、层间裂隙发育，导水性能好，为一含水层。震旦系是湘中重要的锑矿赋矿层位，22.7%的锑矿产于该层位，较著名的矿床有龙山金锑矿床、钱江冲锑矿床（史明魁等，1994）。

二、古生代地层及其水文地质特性

1.寒武系

本区寒武系发育较全，主要分布于雪峰山东侧及白马山-龙山、苗儿山-关帝庙等穹隆中。下寒武统主要为硅质、炭质、砂质板岩，厚度为195～408m；中寒武统主要为炭质、泥质碎屑岩和纹层状泥灰岩，厚度为113～718m；上寒武统为一黑色薄层泥灰岩、泥质灰岩为主的碳酸盐岩类，厚70～255m。寒武系与上、下地层一般为整合接触。

碳酸盐岩富含地下水，裂隙、岩溶发育，是一较好的含水层。该套地层也是湘中较为重要的锑矿赋矿层，湘中25.6%的锑矿赋存于寒武系（史明魁等，1994）。

2.奥陶系

奥陶系发育完整，出露良好，分布范围大致与寒武系一致。岩性以碎屑岩为主，下统为灰绿、灰黑色的砂质页岩；中统为灰黑色粘土质页岩，夹含锰灰岩或钙质白云岩；上统以页岩、硅质页岩、泥岩为主。总厚度为500～1000m，与下伏寒武系整合接触。

岩石中空隙度较小，含水、透水性极差，为弱透水层。

3.志留系

出露在盆地边缘，仅发育下统。为灰、灰绿、黄绿色中厚层状细粒砂岩、粉砂岩、板状页岩，底部有少量黑色炭质板状页岩。总厚度为723～400m，整合于奥陶系之上，而与上覆中泥盆统跳马涧组或半山组呈不整合接触。

岩石中空隙、裂隙不发育，渗透率较小为弱透水层。

4.泥盆系

泥盆系是湘中盆地中出露最广泛的地层之一，亦为锡矿山超大型锑矿田内出露和被揭露的主要地层。中统下、中部属滨海—陆相碎屑沉积，自中统上部至上统主要属浅海相碳酸盐岩。由南往北，碳酸盐沉积逐渐减少，泥砂碎屑沉积相应增加，相变为滨海至陆相碎屑沉积。沉积物厚度变化大（605～2028m），与下伏地层呈角度不整合。中统包括跳马涧组和棋梓桥组，上统包括佘田桥组和锡矿山组，现对各组岩性特征及水文特性分别叙述如下。

跳马涧组：中下部为灰白色石英砂岩，上部为紫红色石英细砂岩、粉砂岩和砂质页岩，厚度95.5～536.4m。孔隙不发育，导水性能差，为弱透水层。

棋梓桥组：岩性横向变化大，可大致分为灰岩区和页岩区，厚216.2～766.1m。灰岩区主要分布于天马山、炉观、洋溪、锡矿山一带。在大观、禾青、严塘、猪婆山周围以及雷鸣桥一带，岩性主要为深灰色厚层状灰岩、生物灰岩夹泥灰岩，厚173～721.9m。页岩区主要分布于金凤团、桃林、坪上及龙山周围，厚200m。不同岩相区，其水文地质特性各异，总体上分析灰岩区为含水层，页岩区为弱透水层。

佘田桥组：岩性变化极为复杂，大致分为页岩灰岩区、灰岩区和砂岩区，厚110.1～708m。页岩灰岩区主要分布于西半部团山、天马山、炉观、桃林、大观及巨口铺、严塘、禾青和锡矿山等地；灰岩区分布于猪婆山周围，厚110.1m；砂岩区分布于雷鸣桥一带，下段以泥灰岩、灰岩为主，上段为页岩、砂岩及厚层状石英砂岩。

在锡矿山，佘田桥组按岩性分为三段：上段为钙质页岩，厚40m；中段以深灰薄—厚层状灰岩为主，厚220m；下段为灰、深灰色中厚—厚层状含白云母粉砂岩、钙质砂岩，厚45m。该组水文地质特性变化复杂，孔隙度、导水能力中下段较大，平均渗透系数为0.0017m/h（湖南有色地质勘探246队地质报告，1985），而上段为弱透水层。

锡矿山组：锡矿山组是区内最主要的含铁地层，下段为泥灰岩、泥质灰岩、灰岩互层；上段以碎屑岩为主，厚155.6～534.2m，横向变化大。在锡矿山，该组由下而上分为五段（长龙界段、兔子塘段、泥塘里段、马牯脑段、欧家冲段）。长龙界段以钙质页岩为主，厚70m；兔子塘段为深灰色瘤状灰岩，厚30m；泥塘里段为黄绿色粉砂质页岩，夹鲕状赤铁矿，厚20m；马牯脑段下部为蓝灰色泥灰岩，中部为深灰色瘤状灰岩与纯灰岩互层，上部为砂质灰岩，厚240m；欧家冲段下部为黄绿色页岩，上部为灰白色薄至中厚层状石英砂岩，粉砂岩夹页岩，厚116m。

该组各段水文地质特性各异，灰岩段含水性良好，平均渗透系数0.0005m/h，属含水层，而砂岩段导水性能较差，属弱透水层，其中长龙界段页岩在锡矿山锑矿形成过程中起着隔水作用，使得成矿流体的向上运移受阻，于该岩性段下部地质构造有利部位汇聚成矿。

5.石炭系

石炭系广泛分布于盆地内部，地层发育完好，主要为碳酸盐岩、含煤碎屑岩，厚度一般大于1000m，可分为上、中、下统。下统自下而上分为岩关阶和大塘阶。

岩关阶自下而上又分为邵东段、孟公坳段和刘家塘段。岩性主要以砂岩粉、砂岩、钙质页岩、泥灰岩为主。岩石含水、透水性差，为弱透水层。

大塘阶自下而上分为石磴子段、测水段和梓门桥段。石磴子段下部为灰岩，上部为灰岩与泥灰岩互层，厚135～247m，含水性好。测水段主要为砂岩、粉砂岩夹砂质页岩、黑色页岩及煤层，厚100～200m，为弱透水层。梓门桥段下部为灰黑色泥灰岩和灰岩互层，上部为灰岩、泥质灰岩夹泥灰岩和少量白云质灰岩及生物灰岩，厚31～137m，为灰岩含水层。

中统黄龙组岩性单一，为巨厚层块状白云岩。在涟源、冷水江、田坪等地，下部见有厚30～100m浅灰色灰岩、白云质灰岩。总厚度408m。为含水层。

上统船山组岩性甚为稳定，由浅灰色厚层块状灰岩、白云质灰岩夹白云岩、灰质白云岩组成，厚度200～426m，为灰岩含水层。

6.二叠系

二叠系在湘中广泛出露，是最重要的含煤地层，总厚833～1040m。上统上部是含铁锰质的硅质岩和页岩；下部为含煤碎屑岩。下统为灰岩、硅质岩和泥砂质含煤沉积。

岩石含水、透水性较差，尤其页岩与煤层的渗透系数较小，为弱透水层。

三、中生代地层及其水文特性

1.三叠系

三叠系发育不全，仅零星出露。下统主要由页岩、粉砂岩及厚层灰岩组成，厚300～846m。中上统不发育/缺失。为弱透水层。

2.侏罗系

侏罗系零星分布于盆地内部，海相和陆相两类沉积均有，且赋存有煤、油页岩等矿产。由于岩性以页岩、粉砂岩为主，其含水透水性较差，为弱透水层。

3.白垩系

白垩系为陆相沉积，下统主要为滨海、浅湖相砂泥岩，局部夹盐湖相膏泥岩，其次为山麓相砾岩、砂岩。上统岩相复杂，除有山麓相砾岩、砂岩及滨湖相砂泥岩外，局部尚有盐湖相膏泥岩及火山岩。透水性能好，为含水层。

新生代地层为陆相沉积物，零星分布在山间盆地中。

对于湘中地区根据各地层单元的岩性特征、水文地质特性以及岩性组合、地层的区域性展布情况等，可建立其水文地层单元，如表1-1所示。

区域水文地质条件评价~

如前所述，浅层地温能资源开发水文地质条件评价工作分为区域性水文地质条件评价和场地性水文地质条件评价两类。区域性水文地质条件评价工作主要是为区域浅层地温能开发利用适宜性评价、开发利用区划及开发利用方式决策等服务。
区域地下水埋藏条件、含水层富水性、水质和地层温度等水文地质条件是影响区域浅层地温能资源开发利用潜力及开发利用方式的重要因素。为科学地开发利用浅层地温能资源，确保热泵采能工程的效率和效益(主要指经济效益和环境效益)，有效保护地下水资源，减小工程采能活动对周围生态环境的负面影响，必须开展区域水文地质条件调查和评价工作，对区域浅层地温能的储量、开发利用条件、开发方式、地层的储能和水热调蓄能力等一系列制约区域浅层地温能开发利用的关键性因素进行充分研究和客观评价。
一般而言，区域性水文地质条件评价工作主要包括如下内容:
①进行含水层(组)划分，查明不同含水层与隔水层的空间分布状况及厚度变化规律;②查明地下水的埋藏条件，评价不同含水层的水文地质参数(渗透性、富水性、涌水量及回灌率等)及其空间变化规律;③评价各含水层中地下水水质状况，分析区域地下水的化学特征及变化规律;④评价地下水污染状况、咸水体空间分布特征及咸水体与淡水体的接触关系等;⑤基本掌握地下水(水位、水质及水温)动态变化规律;⑥分析地下水的补给、径流、排泄条件。
鉴于浅层地温能资源的成因机制、赋存特点及其开发利用方式，浅层地温能区域水文地质条件评价的范围和深度与供水水文地质条件评价工作有所不同。一般而言，浅层地温能区域水文地质条件评价的重点范围是具有地温能开发利用可能性的区域，评价深度通常在300m以内。对于无人居住区、农田、地表水域等地源热泵工程建设可能性极小的地区，以及300m深度以下的地层，其水文地质条件评价可以不作为重点。
选择部分与浅层地温能密切相关的水文地质条件，阐述其评价工作的重点内容和要求。
(一)含水层分布及其水文地质特征
含水层空间分布状况及其水文地质特征在很大程度上反映了区域浅层地温能开发利用的经济性和适宜程度，是地温能资源开发利用潜力评价、适宜性评价和开发利用区划的重要指标，应作为区域水文地质条件评价的重点内容之一。
1.含水层空间分布状况
一般而言，开采目标层埋深越浅、厚度越大且水平方向上变化小，越有利于浅层地温能的开发利用。相对而言，开采目标层的岩性为松散岩类孔隙介质，其钻井施工费用比基岩层要低。
含水层空间分布规律评价需从地下水形成条件和赋存层位着眼，查明地表至评价深度内不同地层层序的组合关系和水平展布情况，划分地下水含水层(组)，分析不同地层厚度、埋藏深度等地层条件，并对区域地下水的埋藏条件进行评价。需要强调的是，浅层地温能的开采目标层及其上覆、下伏层位一定要作为评价的重点对象。
2.地下水赋存条件
地下水赋存条件(地层岩性、地下水埋藏条件及地下水水位等)是制约地源热泵采能工程设计的重要因素。一般而言，松散孔隙介质的钻井费用较基岩要小。对于地下水源热泵采能系统而言，如果回灌目标层为承压含水层，地下水回灌通常需要加压，回灌难度较潜水含水层要大。地下水水位埋深也是影响地下水回灌的一个重要因素。含水层水位埋深越大，可利用的自然压力水头越大，单井的回灌能力就越大。
可见，在水文地质条件评价工作中，需要对不同评价层位的岩性特征、地下水埋藏条件、地下水水位埋深等情况进行细致的分析和评价。
3.水文地质参数
地下水是地下水源热泵采能系统的传热载体。对于某一区域或某一具体场地而言，浅层地温能是否适宜选用地下水源热泵系统进行开发，必须论证该区域或工程靶区是否具备充足的供水条件和优良的回灌性能。相对而言，区域的富水性越好、回灌能力越高，工程建设所需的生产井的数量越少，建设费用也就越低。
含水层的渗透性、有效孔隙度和含水层厚度等参数是表征含水层导、储水性能的最主要参数，也是制约含水层富水性和回灌性能的重要参数。一般而言，含水层的渗透性越好、有效孔隙度越大，其富水性通常越强、回灌性能也越高。
在水文地质条件评价工作中，需要重点对含水层的渗透性、有效孔隙度、孔隙发育状况进行定量分析，并对规划开采层的富水性(单位涌水量)和回灌目标含水层的回灌率进行重点评价，为区域浅层地温能的开发潜力及开发利用方式选取提供重要的评判依据。上述参数一般需要通过水文地质勘探、野外试验及数值模拟反演参数等多种途径获取。需要指出的是，某一水文地质单元或行政区内的地下含水层通常是非均质的。为提高评价精度，常需要将评价区划分为若干个亚区。对于各个亚区，各项水文地质参数取相同值。
(二)地下水补径排及动态特征
1.地下水补径排条件
地下水的补给、径流和排泄是地下水循环的三个基本环节，也是地下水水量和水质形成的最重要控制因素。已有研究结果表明，浅层地温能开发的并不是存储于地下的静态能量，而是参与循环或调节的能量，其中不仅包括来自地球内部的能量、太阳辐射的能量，还包括人为注入或汲取的能量。在地下水的补给与排泄过程中，地下水与外界环境不仅有物质交换，还伴随着能量与信息的交换。因此，地下水补给、径流和排泄条件也是制约区域地层热量循环和调节能力的重要因素。在区域地下水的补给、径流和排泄条件评价工作中，通常需要对如下内容进行分析和评价:
(1)地下水的补给来源和排泄方式。补给来源一般包括大气降水入渗补给、地表水体入渗补给、各种人工补给方式等。地下水的排泄方式因含水层的类型和埋藏条件而异，主要包括潜水蒸发、地下水向地表水体排泄(包括泉排泄)以及数量占绝对优势的人工开采等。需要补充强调的是，对于存在多层含水层的地区，还需要分析和评价不同含水层之间的越流补给或排泄关系及强度。
(2)地下水的补给和排泄条件。为了解区域地下水系统与外界之间及系统内部不同子系统之间地下水量、化学成分及热量的交换作用的强弱情况，需要对区域地下水补给和排泄条件进行评价，并为浅层地温能开发利用的影响评价研究提供基础信息和评判依据。
(3)地下水的径流条件。地下水径流是连接地下水补给和排泄的中间环节，或者说是地下水补给量转化为排泄量的中间过程。地下水径流条件不仅表征地下水资源的更新能力，也在很大程度上决定了地下水与所流经岩土介质及外围环境之间的物质和能量交换作用的强弱。因此，研究地下水的径流特征是研究地下水资源数量、水质及水温形成的一项必不可少的内容。
地下水径流条件的好与差，取决于一系列的地质及自然地理因素，其中最重要的影响因素是含水层的渗透性和地下水水力坡度。一般说，岩层的渗透性愈好，水力坡度越大，径流条件越好，二者必须同时具备，缺一不可。
地下水径流条件评价通常需要查明区域地下水的径流方向、水力坡度、径流速度等。
2.地下水动态变化特征
地下水动态是指地下水各要素随时间的变化规律，包括水位、流量、流速、流向、水质和水温等。
从地源热泵采能系统的运行角度考虑，地下水的动态变化越小，系统的运行通常越稳定。但在某些特殊的情况下，地下水的动态变化往往也会对地源热泵采能产生有利的影响。如地下水流速的增加将有助于采能区温度场的恢复，减小因采能活动(储存热量或汲取热量)引发的温度场变化幅度及影响范围。
地下水动态变化特征评价需要对区域地下水的水位、流速、流向、水质及水温等参数的季节性波动情况及趋势性变化规律进行评价，以便为地源热泵采能工程设计提供参考依据。
需要特别指出的是，目前我国许多地区的地下水处于严重超采状态，地下水水位一直持续下降。有些地区因地下水的过量开采，甚至出现了较为严重的地面沉降、海水入侵等环境地质问题。对于这些地区，在地下水动态变化评价工作中，需要对地下水位、水质及水温变化趋势进行分析和预测。
(三)地温条件评价
尽管地源热泵采能技术对地层的温度要求不是非常苛刻，我国绝大部分地区均具备浅层地温能开发利用所需的地层温度条件，但是，从系统长期、稳定、高效运行和采能活动负面影响较低的角度考虑，区域开采目标层应具备较适宜的温度环境。为此，在水文地质调查和评价工作中应对地层温度分布、水温分布及其动态变化进行调查和评价，确定恒温带的温度和深度。
一般而言，热交换目标层及地下水的温度应高于6℃，温度太低，将导致供暖区的回水温度过低。但温度也不宜超过30℃，否则制冷期的回水温度将偏高。对于有冷暖需求的采能系统，热交换目标层的环境温度在10℃～25℃为宜。
(四)地下水水质评价
地下水水质评价是水文地质条件评价中一项非常重要的内容。对于浅层地温能开发利用而言，地下水水质能否符合要求，是否需要经过特殊的处理，是浅层地温能开发利用决策及采能工艺设计必须慎重考虑的一项重要因素。浅层地温能开发利用的地下水水质评价工作主要包括水质现状评价和水质预测评价两部分内容。具体而言，就是根据现阶段国家颁布的规范、标准，按照浅层地温能开发对水质的要求进行水质现状定量评价，查明区域地下水的物理性质、化学成分及其变化规律，分析和研究地下水水质对地源热泵采能系统设备的潜在影响，并评价和预测浅层地温能开发活动(工程建设施工及系统运行)对区域水质的潜在负面影响。
从地源热泵采能系统长期、稳定运行的角度考虑，需要结合地源热泵采能系统的实际特点开展区域水质评价工作，分析和研究区域地下水对地源热泵采能工程(地下取水工程、热交换系统等)的影响。
对地源热泵用地下水水质的基本要求是澄清、水质稳定、无腐蚀性、不滋生微生物或生物、不结垢、不阻塞等。地下水对水源热泵机组的有害成分有铁、锰、钙、镁、二氧化碳、溶解氧、氯离子等，酸碱度也是对水源热泵机组有影响的因素之一。水源热泵用地下水水质参考标准如表2－13所示。
区域地下水水质可参照《地下水质量标准》(GB/T14848－93)进行评价。鉴于地源热泵采能系统的建设与运行特点，除常规的区域地下水水质评价项目外，还需要重点对地下水的腐蚀性和结垢性进行评价。
1.腐蚀性评价
应对地下水中由于Cl－，SO2－4，CO2－3等的存在而导致对金属(如铜和碳钢)的腐蚀性作出评价。另外，地下水对管线设施的腐蚀影响，一般应在工程中通过试验(最基本的试验是挂片试验)作出评价，确定不同材料的腐蚀率。可参照工业用腐蚀系数来衡量地下水的腐蚀性，具体评价方法如下:①若腐蚀系数Kk>0，称为腐蚀性水;②腐蚀系数Kk0，称为半腐蚀性水;③腐蚀系数Kk<0，并且Kk+0.0503Ca2+<0，称为非腐蚀性水。
表2－13 地下水地源热泵水质要求表


①引自《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019－2003)。
②引自赵峰等，2005。在此文中矿化度≤500mg/L。
腐蚀性系数的计算:
对酸性水Kk=1.008×(rH++rAl3++rFe2++rMg2+－rHCO－3－rCO2－3)
对碱性水Kk=1.008×(rMg2+－rHCO－3)
式中:r———离子含量的每升毫克当量(毫摩尔)数。
2.结垢性评价
地下水中的钙盐是造成空调系统结垢的主要成分。要对地热流体中所含钙、镁和铁等组分产生结垢的可能性作出评价，评述结垢程度。对结垢较严重的地下水，在工程中还应做防垢试验，提出较为经济合理的解决办法。可参照工业用锅垢总量来衡量地下水的结垢性，具体评价方法如下:①若锅垢总量H0<125，称为锅垢很少的地下水;②锅垢总量H0=125～250，称为锅垢少的地下水;③锅垢总量H0=250～500，称为锅垢多的地下水;④锅垢总量H0≥500，称为锅垢很多的地下水。
锅垢总量的计算:
H0=S+C+36rFe2++17rAl3++20rMg2++59rCa2+
式中:S———地热流体中的悬浮物含量(mg/L);
C———胶体含量，C=SiO2+Fe2O3+Al2O3(mg/L);
r———离子含量的每升毫克当量数。
对氯离子含量高(超过25%摩尔当量)的地下水，可采用拉申指数(LARSON)判断碳酸钙的结垢趋势。拉申指数按下式计算:

浅层地温能资源评价

式中:Li———拉申指数;
Cl———氯化物或卤化物浓度;
SO4———硫酸盐浓度;
ALK———总碱度。
三项均以等当量的CaCO3(mg/L)表示。
当Li>0.5时，不结垢;当Li<0.5时，可能结垢。
3.地下水污染评价
在地下水污染区、枯咸水赋存区及地下水中存在热敏感组分的区域开发浅层地温能，如果开发利用不合理或未采取妥善的措施，容易引发含水层地下水污染问题。为避免污染的发生，需要对区域地下水环境、污染状况及潜在的热污染问题进行分析和评价，以便提前制定妥善的对策和措施。
(1)地下水污染状况评价。地下水污染问题是当前我国地下水面临的一个非常重要的问题。由于人类活动的影响，加上缺乏有效的管理与保护措施，许多地区的浅层地下水遭受不同程度的化学污染。在浅层地温能开发利用过程中，由于工程设计和施工不合理，浅层地温能开发活动沟通了上下含水层之间的联系，从而诱发未污染含水层中的地下水污染问题。为解决地下水诱发污染问题，在进行区域水质评价时，需要对区域地下水污染状况、污染源的类型及空间分布特征等进行调查和评价，分析浅层地温能开发活动对相邻地下水含水层的潜在污染风险和影响，以便提前制订处理方案和应对措施。
(2)区域劣质水调查与评价。由于地质成因作用，有些水文地质单元中不同含水层的水质相差较大。有些含水层的水质较好，是当地地下水开发利用的重要目标层位;而有些含水层的水质较差，不适宜生活或其他用途。浅层地温能开发利用过程中，钻井施工及地下水混层开采和异层回灌，容易导致不同含水层的混层污染。如华北一些地区浅层地下水为咸水，一些沿海地区也分布有局部入侵咸水体。如果处理不当，极易引发相邻含水层的污染。为防止此类事件的发生，需要对不同层位地下水水质进行分层评价，分析和预测混层污染的可能性及其影响，提前做好防范设计和制定应对措施。
(3)热敏感物质评价。有些工程采能负荷较大，且冬夏两季的供暖和制冷负荷悬殊或系统只设计单冷或单暖模式。此类热泵采能系统的长期运行，将导致局部地温场的陡增、陡降或趋势性变化，在浅部地层中形成所谓的“热堆积”和“冷窟”。如果含水层中存在对温度变化比较敏感的化学物质，可能因热污染造成水质的显著变化。因此，需要对区域水质中是否存在热敏感物质进行认真分析和调查研究，评价和预测热化学污染作用对地下水水质的潜在影响及其影响范围和程度，为区域浅层地温能资源开发利用决策及水质热污染应对措施的制定提供重要依据。
(五)区域地质环境评价
由于近年来人类活动的影响，加上特殊的地质条件，我国许多地区存在地面沉降、地裂缝、地面塌陷等地质环境问题。为防止浅层地温能开发诱发地质灾害，同时避免地质灾害对地源热泵采能系统的破坏和影响，指导浅层地温能的开发利用规划和地源热泵采能系统的选型和工程布局，需要对区域地质环境问题进行调查和评价。
区域环境问题调查和评价工作需要对区内地质灾害问题、发生的频率及严重程度进行调查和统计，如地面沉降、地裂缝的位置、分布范围、迹象、危害程度、形变速率等，分析诱发地质灾害的主要原因，预测地质灾害的发展趋势。

一、气象水文
1.气象
九里山泉域岩溶水系统地处中纬度地带，属大陆季风型温暖带半干旱性气候，四季分明。据焦作气象站1952～2008年降水观测资料（图10-2），57年平均降水量为598.31mm，最大年降水量为1101.7mm（1955年），最小年降水量为243.3mm（1981年）。降水年内分配不均（表10-1，图10-3），多集中在6月、7月、8月，占年降水量的75%左右，而12月、1月、2月降水总量仅占全年降水量的5%。多年平均蒸发量为1774.2mm，是年降水量的三倍，其中以5月、6月、7月蒸发量最大，三个月蒸发量占全年蒸发量的40%。多年平均气温为13.4℃，相对湿度为70%。最低气温出现在元月份，平均气温为-2.1℃，最高气温出现在6月份，月平均气温为27.0℃。

图10-2 焦作市1952～2008年年降水量柱状图

表10-1 焦作市1952～2008年月均降水量统计表



图10-3 焦作市多年月均降水量柱状图

2.水文
系统内河流有丹河、西石河、山门河、纸坊沟、峪河、新河、大沙河等（图10-1），丹河属黄河水系，其余河流属海河水系。丹河和峪河为常年性河流，其他河流均为季节性河流。
丹河发源于山西省高平县境内，干流长为162km，流域面积为3150km2。在系统内流经寒武-奥陶系灰岩岩溶发育区（图10-1），漏失严重，河水成为九里山泉域岩溶水系统的重要补给源之一。其中后寨至后陈庄段是河水强烈渗漏河段，渗漏量1.284～1.734m3/s。丹河山路平水文站46年（1955～2000年）年均径流量为7.34m3/s，最大径流量为22.00m3/s（1956年），多年趋势变化总体上呈阶段性下降（图10-4）。西石河、山门河、纸坊沟流经灰岩分布区，河流漏失严重，除丰水年有洪水流出山口外，其余时间均无水流，常表现为干谷，河水在距出山口5～10km地段全部漏失补给地下水。
二、地形地貌
焦作市区北部为太行山区，南部为黄河、沁河冲洪积平原。全区地形整体上为西北高、东南低。北部山区地面高程200～1790m，地形陡峭，地面起伏大，河谷深切，岩石裸露，发育地表岩溶景观。市区及市区南部为山前倾斜平原区，地面标高80～200m，地形略向南、南东倾斜，总体由北向南逐渐降低（图10-5）。
在长期内外地质营力的作用下，形成了山地和冲洪积平原两个一级地貌单元。根据地貌成因和形态特征，山地和冲洪积平原可划分为七个二级地貌单元。分述如下：

图10-4 丹河山路平水文站年均流量动态变化曲线图


图10-5 焦作附近地形地貌卫星影像图

1.山地
（1）构造侵蚀中山
分布于市区北部山西境内的晋庙铺、柳树口、夺火一带，山体呈北东向展布，标高为1000～1790m，地形陡峭，沟谷深切，似峰林地貌。山体出露地层主要是元古宇变质岩。
（2）构造溶蚀低山
分布于寨豁、赵庄、西村、黑龙王庙一线以北，地面标高为500～1000m。地形起伏较大，沟谷深切。山体岩层多为寒武-奥陶系灰岩和白云岩，地表岩溶发育，有溶隙、溶沟、溶槽和大型溶洞。
（3）构造剥蚀丘陵
分布于近山前地带，标高为200～500m，山顶呈浑圆状，山坡平缓。地表多出露中奥陶统灰岩和石炭-二叠系砂岩、泥岩。
2.山前倾斜平原
分布于山前一带，由河流冲洪物堆积而成。分坡洪积斜地、冲洪积扇、扇前和扇间洼地、交接洼地等二级地貌单元。
（1）坡洪积斜地
不连续地分布于市区东北部的方庄、薄壁等近山前地带，由重力和坡面水流作用堆积而成，黏土、碎石、卵石等组成的坡积物呈倒石锥状或围绕坡麓堆积构成坡积裙，坡积裙相连组成坡积斜地。
（2）冲洪积扇
在丹河、西石河、山门河、子房沟、翁涧河等河流的出山口处，间歇性暂时洪流堆积作用形成了一系列冲洪积扇。不同时期、不同河流的洪积扇相互重叠或相连，呈带状沿太行山前连成一片。组成物质为粉质黏土、黏土、卵砾石等。
（3）扇前洼地
分布于焦枝铁路线以南至新河间的朱村—于村—墙南—待王一带，为西石河、翁涧河、山门河洪积扇的前缘地带，地形低洼，地面标高95～85m，微向东南倾斜。组成物质以粉质黏土、粉土为主，局部夹有砂层。
（4）交接洼地
分布于新河—大沙河一带，为黄河、沁河的冲积平原与太行山山前冲洪积平原之间的交接洼地，由粉质黏土、粉细砂土组成。地势低洼，地面标高100～90m，微向东南倾斜。
在山前冲洪积平原中上部，分布有十几座煤矿。采煤引起地表下沉变形，地表形成塌陷坑。据调查，焦作矿区有较大的塌陷坑17个，塌陷面积近70km2。
三、地层与构造
1.地层
区域出露的地层有太古宇变质岩、震旦系石英砂岩、寒武系和奥陶系碳酸盐岩，石炭系和二叠系煤系地层、三叠系砂页岩、新近系砂泥岩、第四系松散冲洪积物。由老至新分述如下：
太古宇（Ar）：出露于山区峪河口、薄壁一带，主要岩性为变质程度中等的片麻岩和混合岩，厚度大于1000m。
震旦系（Z）：分布于山区马鞍石水库一带，与下伏太古宁呈角度不整合接触。主要岩性为浅红、紫红色石英砂岩，厚度为100～500m。
寒武系（）：出露于丹河、峪河等深切河谷中，与下伏震旦系地层平行不整合接触。总厚度为300～500m，分下统、中统、上统。下统主要为泥灰岩、泥质灰岩、砖红色页岩和砂岩，中统下部为紫红色页岩、砂岩，中上部为深灰色亮晶灰岩、白云岩，上统是中厚层状白云岩。
奥陶系（O）：山区广泛出露于地表；山前倾斜平原区则隐伏于石炭-二叠系之下，与下伏寒武系呈整合接触。总厚度约500m，分中统、下统。下统出露于深切河谷两岸，岩性为青灰色细晶白云岩和硅质条带或硅质团块白云岩。中统广泛分布于山区，山前倾斜平原区除局部埋藏于新生代地层之下外，大部分埋藏在石炭纪地层之下。是一套碳酸盐岩地层，厚度约400m。岩性主要是黑色、灰色厚层状灰岩、白云质灰岩和泥灰岩。
石炭系（C）：山区零星出露，山前平原区则隐伏于新生代地层之下，是一套由灰岩、泥岩、页岩组成的海陆交互相沉积，含煤数层。厚70～90m。
二叠系（P）：隐伏于山前平原之下。岩性为砂岩、页岩互层，夹可采煤层。厚度为70～120m。
新近系及第四系（R+Q）：据钻孔资料，新近系下部为砾岩、泥岩、砂岩、灰岩互层，上部是黏土、砂砾石互层。第四系（Q）分布于山前冲洪积平原区，由砾石、砂、粉土和粉质黏土组成，沉积物厚度从北向南由薄到厚，颗粒由粗变细。前冲洪积平原上部（近山前）沉积物一般为粉质黏土、砾石层或粗砂层，中部一般为粉质黏土夹粉土或中细砂层，冲洪积平原前缘多为粉质黏土夹粉土或砂透镜体。第四系地层厚度在近山前地带小于50m；老城区为75～150m，局部大于200m；焦枝铁路线南至新河一带，厚为175～200m；新河至大砂河一带，厚度大于500m。
区内分布的地层由于岩性不同，构成不同的含水介质。广泛分布的寒武系和奥陶系灰岩和白云岩岩溶裂隙普遍发育，富水性和导水性强，并具有很好的补给条件，富含岩溶水。石炭系薄层灰岩，岩溶裂隙较为发育，也富含有岩溶水。分布于山前冲洪积平原第四系冲洪积物，厚度大，砂卵石及砂层孔隙中，富含孔隙水。
2.构造
本区基岩断裂构造发育（图10-6），多为高角度正断层。受断裂构造控制，区内地层形成自北向南呈阶梯状下降的单斜式构造形式，地层倾角为10°20°。现将对岩溶水赋存和运动有控制意义的断层简要描述如下：

图10-6 焦作矿区基岩断裂构造纲要图

（1）凤凰岭断层
西起石河附近，与盘古寺断裂相交，向东经丹河、瓦窑沟，在焦作北部沿太行山山前展布，地貌上构成山区与平原的分界线。过焦作后隐伏于新生界地层之下，向东经过王母泉、葛庄，至狮子营一带尖灭，全长约70km。断层呈东西向走向，倾向南，倾角70°～80°，为一正断层，落差200～300m。该断层带岩石破碎，溶蚀裂隙、溶孔、溶洞发育，多个钻孔揭露过直径大于1m的溶洞，导水性和富水性强，是岩溶地下水的强径流带和富集带，大型集中水源地（岗庄、阎河等）和大型岩溶水充水矿井（演马矿）均处在该断层带上，各水源地取水量很大，但水位降深和影响范围有限。
（2）朱村断层
朱村断层是盘古寺-新乡断裂的一部分，盘古寺-新乡断裂西起济源克井盆地以西山区，向东经盘古寺、河口、柏山、焦作，直至新乡市南部的郎公庙，全长约160km。呈东西走向，倾向南，倾角为60°～70°，北盘上升，南盘下降，落差700～1000m。断层北盘的奥陶系灰岩岩溶含水层与南盘的石炭-二叠煤系地层及新生界相对阻水的地层对接，使岩溶水不能越过断层向南运动，从而构成岩溶水的南部边界。断层带岩石破碎，岩溶发育，断层北侧构造发育，断层北侧的岩溶水沿王封断层、39号井断层等北东向导水断层渗流。
（3）九里山断层
断层走向北东，倾向北西，倾角70°。南东盘上升，北西盘下降，落差300～1000m。南东盘局部地段中奥陶统灰岩出露地表，形成北东向展布的残丘，残丘附近中奥陶统灰岩与第四系接触，形成“天窗”。天然状态下，残丘附近曾是区域岩溶地下水的排泄中心，岩溶水以泉群形式集中排泄，20世纪50年代泉流量达12m3/s。该断层也是岩溶水强径流带，演马庄矿特大型突水后，岩溶水降落漏斗也沿断层扩展。九里山断层西南端与朱村断层交会，中间被凤凰岭断层截断，东北端与方庄断层交会，起到沟通各大断层的作用。
（4）赵庄断层
西南端与凤凰岭断层斜接，向北东方向延伸，全长35km，倾向南东，倾角65°～85°。赵庄断层和朱岭断层组成地垒构造，对焦作地区岩溶水渗流和分布有一定控制作用。断层两侧岩溶水水位及动态明显不同，北侧为高水位区，断层南侧为低水位区，断层两侧水位相差70～240m。
（5）方庄断层
呈北西走向，落差200m，倾向南西，西盘上升，东盘下降。导水性强，该断层西侧的冯营矿多次突水，最大突水量85m3/min。该断层与NE向展布的九里山断层相交，来自北部山区的岩溶水沿方庄断层带和九里山断层带运动、富集。
此外，规模比较大的断层还有39号井断层、3号井断层、天官区断层、王封断层、冯封断层、黑龙王庙断层、马坊泉断层等。
四、岩溶水系统边界
九里山泉域岩溶水系统周边均为隔水边界，岩溶水有独立的补给、径流和排泄条件。
1.西北边界
系统西北为丹河小山字形东南弧压性断层组成的隔水边界，总体上北盘上升、南盘下降。在晋城孔庄白水河河谷地面可见主断层带内发育约80cm厚断层糜棱岩，区域水文地质条件分析认为，水掌泉、三姑泉的出流与该断层带的相对阻水有关。
2.北部边界
大致在丹河一带，山字形构造前弧断层压性特征减弱，在青天河水库坝址北约2km可见断层面，断层带内发育角砾岩（未见糜棱岩），南北两侧地层断距约70m。经岩溶所水均衡计算，认为该段为潜流边界，三姑泉域岩溶水系统内约有0.944m3/s潜流量补给九里山泉域岩溶水系统（崔光中，1993）。
3.东北边界
东北边界分别与三姑泉域岩溶水系统和太行山散流区岩溶水系统为地下分水岭边界。
4.东部、南部边界
南部为朱村断层，该断层使中奥陶统含水层与南盘的石炭-二叠煤系地层及新生界相对阻水的地层对接，构成隔水边界；东南部为碳酸盐岩含水层埋深大致在1000m的滞流性隔水边界。
5.西部边界
西部边界从山西晋城冶底—追山并沿逍遥河西侧分水岭构成与延河泉域岩溶水系统的地下水分水岭或隔水边界。
五、区域水文地质概况
1.含水岩组及富水性
依据含水介质特征、储水条件、地层时代和含水层富水性，区内含水层可以划分为寒武-奥陶系灰岩岩溶含水层组、石炭系薄层灰岩岩溶含水层和第四系松散沉积物孔隙含水层组。
（1）寒武系—奥陶系灰岩岩溶含水层组
由寒武系中上统和奥陶系中统灰岩组成，总厚约900m，岩溶裂隙发育，富含裂隙岩溶水，是本区最富水的含水层。在北部山区呈裸露型，山前倾斜平原区掩埋于石炭-二叠系和新生界地层之下，呈埋藏型。岩溶发育程度和含水层富水性与岩性、构造、地形、地貌等条件有关。主干断层带包括凤凰岭断层带、朱村断层带、九里山断层带和方庄断层带，是岩溶水地下强径流带和富集带，岩石破碎，岩溶发育，裂隙密集，岩溶水沿这些主干断层富集、运动。凤凰岭断层带上分布着数个大型水源地，其中岗庄水源地，在0.05km2的面积上布有50个水源井，取水量超过2.5m3/s。凤凰岭断层与朱村断层之间的焦西矿区、凤凰岭断层与九里山断层相交构成的三角形区域即演马、韩王、九里山、古汉山一带，在东西向主干构造控制下，北东向断裂构造发育，造成岩石破碎，岩溶发育，并发育有溶洞，富水性强，是岩溶水极强富水区，单井出水量大于3000m3/d，最大可达16000m3/d。处于该区的演马矿、九里山矿、王封矿等均是大型岩溶水充水煤矿，常发生大型岩溶水突水事故。方庄断层和九里山断层相会处附近即冯营、方庄一带，奥陶系灰岩埋深小于500m，岩溶也比较发育，单井出水量1000～3000m3/d，是岩溶水强富水区。朱村断层以南和焦东矿区的凤凰岭断层以南，奥陶系灰岩岩溶含水层深埋于新生界和石炭-二叠系之下，岩溶发育微弱，富水性较差，是弱富水区。北部山区奥陶系灰岩出露于地表，岩溶水水位埋深大，岩溶发育程度和富水性具有不均匀性。
（2）石炭系薄层灰岩岩溶含水层
石炭系有5～11层薄层灰岩，其中第八层灰岩和第二层灰岩分布比较稳定，八灰厚为6～10m，二灰厚为4～21m，含裂隙岩溶水。八灰和二灰位于二煤（大煤）之下，距煤层分别是20m和70m，是煤层底板充水含水层。石炭系薄层灰岩地表露头面积有限，直接接受大气降水入渗补给量非常有限，仅在近山前及九里山、演马矿一带覆盖在第四系松散沉积物地层之下，接受上部第四系孔隙水的越流补给。石炭系薄层灰岩虽然是煤层底板直接充水层，岩溶承压水影响采掘生产，但没有供水意义。
（3）第四系松散沉积物孔隙水含水层组
孔隙水主要分布于山前冲洪积平原区，含水层主要为砂砾石层或中细砂层，顶板埋深为20～40m。受地质、地貌和水文地质条件的影响，含水层富水性空间分布不均。丹河、西石河、山门河等河流的冲洪积扇上，含水层为砂砾石层，厚度20～50m，导水性和渗透性强，补给、径流条件好，富水性最强。单井出水量扇体上部大于5000m3/d，扇体中下部为3000～5000m3/d。冲洪积平原的扇间区，含水层为砂、砂砾石，连续性差，常呈透镜体状，厚度为10～15m，导水性和渗透性较差，单井出水量为1000～3000m3/d。山前倾斜平原的前缘区，含水层为上更新统中细砂，单层厚度为5～10m，富水性差，单井出水量为500～1000m3/d。坡洪积裙区，含水层是坡洪积的碎石和砾石，连续性差，多呈透镜状，局部半胶结，富水性最差，单井出水量小于500m3/d。
2.岩溶水的补给、径流和排泄
太行山区是岩溶水系统补给区，地表分布有大面积的寒武-奥陶系碳酸盐岩，地表及地下岩溶发育，且山区大气降水丰富，大气降水入渗是焦作岩溶水重要补给来源之一。丹河常年有水，流经碳酸盐岩分布区，河床渗漏严重，多年平均渗漏量为1.60m3/s。西石河、山门河和子房沟河流属季节性河流，流经碳酸盐岩分布区，河水在距出山口5～10km地段全部漏失补给地下水。地表水沿河渗漏也是焦作岩溶水的重要补给来源之一。
岩溶水在焦作北部、西部接受补给后，由北向南、东南以水平径流方式向山前排泄区径流汇集。赵庄断层是一条弱导水断层（图10-6），岩溶水以赵庄断层为界形成水位差达70～200m的地下水力陡坎。断层北为高水位区，岩溶水水位与大气降水同步变化，丰水期（9～10月）水位200～240m，枯水期（3～5月）水位130～160m，水位升降幅度与降水量大小成正比。断层南是低水位区，岩溶水水位低，水位受大气降水和人工开采的双重影响，年水位变幅小，丰水期水位为80～85m，枯水期水位为70～80m，年水位变幅为10～12m。近山前地带断裂构造和岩溶发育，岩溶水循环径流交替条件好，是岩溶水排泄-径流区，也是岩溶水富集区。来自北部山区的岩溶水，沿凤凰岭断层、九里山断层、朱村断层等强导水断裂运动、富集，并形成岩溶水强径流带。区内分支断裂及小构造也十分发育，相互连通，从而使山前地区的岩溶水具有统一流场和相似的水位动态。
天然条件下，岩溶水在九里山残丘南侧的奥灰“天窗”处以泉群形式集中排泄，在目前开采条件下，人工开采和矿井排水是岩溶水的主要排泄方式。
3.孔隙水的补给、径流与排泄
孔隙水补给来源有大气降水入渗、农田灌溉水回渗和地下水侧向径流补给等。山前冲洪积平原区地势比较平坦，地表植被发育，包气带岩性多为砾石、砂及粉质黏土等，渗透性好，大气降水容易下渗补给孔隙地下水。因此，大气降水入渗是孔隙水的重要补给来源之一。市区西部和市区东部农业区多用矿井排水灌溉农田，焦作南部农业区多采用城市污水灌溉农田，矿井水和污水沿渠道渗漏、农田灌溉水回渗也是孔隙水的重要补给方式。人工开采、矿井排水和地下蒸发是孔隙水的主要排泄方式。此外，在灵泉碑和小张庄，孔隙水还以泉和自流井形式向外排泄。
天然条件下，孔隙水自冲洪积扇上部向扇前缘径流，径流方向与地形坡降方向基本一致。在目前开采条件下，受煤矿排水和人工开采影响，孔隙水径流状态发生了变化，孔隙水分布区出现了水位深埋、含水层疏干区，水位降落漏斗区和水位稳定区。近山前地带，因煤矿长期排水和人工开采，水位大幅度下降，水位埋深为30～60m，含水层处于疏干—半疏干状态。老城区南部因集中开采已形成孔隙水水位下降漏斗，漏斗附近孔隙水由漏斗边缘向中心运动。丰收路以南孔隙水，补给与排泄处于平衡状态，水位稳定，地下水自西北向东南运动。
4.孔隙水与岩溶水水力联系
孔隙水与岩溶水属于两个不相同的含水层系统，各自有相对独立的补给、径流和排泄条件。孔隙水主要分布于山前冲洪积平原的第四系冲洪积物中，含水空间是孔隙；岩溶水主要分布于奥陶系灰岩中，含水空间是裂隙岩溶。岩溶水补给区在北部山区，属于远源补给，大气降水入渗和山区河流渗漏是岩溶水的补给来源。山前倾斜平原区是岩溶水集中排泄区，人工开采和矿井排水是岩溶水的主要排泄方式。孔隙水的补给来源包括大气降水入渗、农田灌溉水回渗、河流和沟渠地表水沿河渗漏等，补给区范围与其分布范围一致，属于近源补给。排泄方式为人工开采、蒸发、泉排泄及地下径流等。在山前冲洪积平原上，第四系冲洪积物孔隙水含水层分布在浅部，奥灰岩溶水含水层埋藏于石炭-二叠煤系地层之下，奥灰含水层之上有350～400m厚的石炭-二叠系砂岩、泥岩隔水层，奥灰岩溶水与浅层孔隙水一般无直接水力联系。
在九里山—演马矿一带，由于九里山断层北西盘下降，南东盘上升，使石炭系、奥陶系灰岩覆盖在第四系松散地层之下，局部区域中奥陶灰岩出露地表，形成“天窗”（图10-7），使奥灰水、孔隙水和薄层灰岩岩溶水相互间发生水力联系。20世纪60年代之前岩溶水水位高于孔隙水水位，岩溶水在此直接出露成泉。目前，孔隙水水位高于奥灰岩溶水水位，孔隙水补给岩溶水。石炭系薄层灰岩在松散沉积物分布区有条带状露头，孔隙水水位高于薄层灰岩岩溶水水位，孔隙水越流太灰岩溶水，顺地层倾向流入九里山矿和演马矿井田，以矿井排水形式排出地表。矿井水主要来源于太灰和奥灰岩溶水，矿井长期排水不仅造成岩溶水水位下降，也使九里山、演马矿附近的孔隙水水位下降，并形成水位降落漏斗。因此，在九里山—演马矿一带，岩溶水和孔隙水有一定水力联系。

图10-7 焦作九里山奥灰与第四系冲洪积层“天窗”式接触剖面示意图

六、岩溶水水位及动态
岩溶水水位动态主要受山区大气降水和人工开采（包括矿井排水）双重因素的影响，随开采量增加和降水减少呈阶梯状下降，自1952年至1993年上半年，水位呈台阶状下降，大致可划分5个阶梯；1994～2008年的水位动态主要表现为动态性的波动（图10-8）。

图10-8 焦作矿区历年岩溶水水位动态曲线

第一阶梯：1952～1964年，年均降水量734.3mm，岩溶水开采量小于1.50m3/s，水位标高在100～110m间波动，最高达到119m，高出九里山泉群排泄极限标高（95m），岩溶水在九里山奥灰露头周围以泉群形式排泄。泉水最大流量达到12m3/s。
第二阶梯：1965～1970年，年均降水量512.4mm，降水量减少，矿井排水和自备井开采量增大到4.42m3/s，岩溶水水位在100～102m之间波动，略高于九里山泉口标高，泉水流量减小。
第三阶梯：1971～1976年，年均降水量602.4mm，岩溶水开采量和矿井排水量增加到6.58m3/s，水位标高在90～100m之间波动。此间，九里山泉群开始出现断流，并开始形成水位下降漏斗。
第四阶梯：1977～1985年，年均降水量546.9mm，岩溶水开采量增至10.1m3/s，其中矿井排水量为8.7m3/s，水位降至80～90m，低于九里山泉口标高，泉水完全断流。1980年9月焦作电厂岗庄水源地建成使用，开采量达到0.7m3/s。焦作第四水厂于1982年投入使用，开采量0.3m3/s。因集中开采岩溶水，出现了以岗庄水源地为中心的水位降落漏斗。
第五阶梯：1986～1993年，年均降水量561.0mm，开采量达到达到峰值10.3m3/s，水位在70～90m之间波动。
1994年以来，王封矿、焦西矿和焦东矿相继被关闭，矿井排水量出现了逐年递减的变化。近年来，工作面煤层底板含水层注浆改造技术在焦作煤矿得到普遍应用，矿井排水量减小，但城市供水开采岩溶水量逐步增加，由此抵消了消减的矿井排水量，岩溶水开采总量仍然保持在较高的水平，在8.5～9.5m3/s之间，岩溶水水位在70～90m之间波动。此间，1996年和2003年降水量较大，分别达到746.8mm和859.0mm，当年岩溶水水位最高回升至95m，接近岩溶泉水排泄标高。
七、岩溶水水化学特征
本区岩溶水属于大气降水、地表水溶滤-入渗型，其化学成分是水-岩相互作用的结果。太行山山区分布有大面积的碳酸盐岩地层，岩石化学成分主要是CaO和MgO，在水和水中CO2共同作用下，碳酸盐岩中的碳酸钙、碳酸镁等被溶于水中，从而使岩溶水以、Ca2+、Mg2+等离子为主，水化学类型以-Ca2+·Mg2+型为主。
东部山区岩溶水水化学形成环境和西部山区略有不同。在西部山区，奥陶系碳酸盐岩地层之上覆盖有富含硫化物的石炭-二叠煤系地层，大气降水的淋滤作用将煤系地层中的硫化物溶于水中，随入渗水流进入到岩溶水中，致使岩溶水含量较高，水化学类型演变为·-Ca2+·Mg2+型。这种类型岩溶水分布于寨豁—西张庄—李封以南、焦作电厂以西，水中化学成分以、、Ca2+、Mg2+为主，固化物、总硬度和各种离子含量，特别是含量均明显高于东部。东部山区，奥陶系—寒武系碳酸盐岩地层上基本没有煤系地层覆盖，大气降水、地表水通过岩溶裂隙补给岩溶水，水中含量不及西部地区，水化学成分主要是、Ca2+、Mg2+，水化学类型一般为-Ca2+·Mg2+型。
八、地下水资源概况及开采利用现状
1.地下水资源概况
焦作的地下水资源由岩溶水和孔隙水组成，以岩溶水资源为主。据河南省第一水文地质工程地质大队“河南省焦作市东小庄水源地水文地质勘查报告”（1989年），焦作地区地下水天然资源总量为10.758m3/s，其中岩溶水为8.09m3/s，相当于25512.6万m3/a；孔隙水为2.668m3/s，相当于8413.80万m3/a。
2.地下水资源开采利用现状
焦作市开发利用地下水的形式有：供水总公司大型水源地集中开采、厂矿自备水源地（水源井）集中或分散开采、矿井排水和郊区农业分散开采四种（表10-2）。
表10-2 焦作市规划区2008年地下水开采现状统计表 单位：万m3/a


焦作市供水公司现有水厂六座（第三水厂于2001年4月停产），以开采岩溶水为主，并利用少量群英水库地表水，其中以第七水厂（东小庄水源地）和第二水厂（周庄水源地）开采规模较大。2008年供水公司开采岩溶水4348万m3。
焦作城区共有厂矿自备水源井224眼，其中岩溶水开采井96眼，孔隙水开采井128眼。岩溶水的开采主要集中在焦作电厂（岗庄水源地46眼井）、爱依斯万方电厂（待王水源地14眼井）、化工三厂（6眼井）、热电厂（4眼井）、中州铝厂（14眼井）和化工总厂等企业，孔隙水的开采主要集中在造纸厂、平光厂、中州机械厂、化工一厂、轮胎厂和化工二厂等企业。2008年自备井开采地下水4403万m3，其中开采岩溶水3533万m3，开采孔隙水870万m3。
焦作矿区现有大型煤矿9座，主要分布在焦东矿区，2008年矿井排水总量为5.97m3/s，相当于18827万m3/a，扣除20%的重复排水量，实际抽排地下水15062万m3/a，其中岩溶水为12050万m3/a，孔隙水3012万m3/a。
近郊农村农民生活用水、农田灌溉用水和乡镇企业生产用水开采孔隙水约为4600万m3/a。
岩溶水开采量为19931万m3/a，低于岩溶水天然资源量；孔隙水开采量为8482万m3/a，略高于孔隙水天然资源量。岩溶水尚有一定开发潜力，而孔隙水则处于超采状态。

第四系含水组的划分及分区水文地质特征
答：浅层潜水-微承压水含水组底板埋深山前倾斜平原为40～120m，滨海平原为140～180m；深层承压水含水组底板埋深山前倾斜平原为100～450m，滨海平原为500～550m。二、分区水文地质特征 （一）山区 山区第四系沉积物主要分布于...

奥陶纪地层
答：二、研究区地层特征 1.分布范围 在研究区主要出露有阴沟群a组，分布在丰乐河的石鸡河一带，面积不大，与区域地层方向一致，呈条带状沿NW-SE向展布(原来1∶20区域地质调查和1∶25万区域遥感地质调查认为是志留系的肮脏...

矿井水文地质条件
答：一、矿区水文地质特征 焦作矿区突水频繁,涌水量大,淹井次数多,从客观上讲,主要受矿区水文地质条件制约。具体表现是区域地下水补给量大;含水层层数多,厚度大,隔水层薄;断裂构造发育,使各含水层之间水力联系密切(图4-4)。 1.区城地...

地质概况和地下水分布
答：受地质和地形地貌的控制,黑河流域不同地质单元的水文地质条件各异,气候、地貌和第四系地层的分布均具有明显的分带性,导致地下水赋存和分布也具有明显的分带特征。 根据流域地下水的赋存条件和水动力特征,流域地下水可分为基岩裂隙水、碎屑...

区域地层基本特征
答：2020-01-30 区域地层特征 2020-01-31 区域地层简述 2020-01-30 区域地层 2020-01-31 区域地质特征 2020-02-03 区域地质特征概述 2020-02-02 区域地层及其水文地质特性 2020-01-31 中国区域地质特征概述 2020-02-02 ...

地下水类型与水文地质分区
答：现将各地下水系统、亚系统的水文地质特征分述如下: (1)卫河地下水系统(I): ①太行山地下水亚系统(I1):位于太行山东麓、东南麓,为中低山地形,面积约4916km2。构造方向主要为SW—NE,含水岩层主要为下古生界碳酸盐岩,岩溶裂隙发育,...

主要坳陷区的水文地质条件
答：说明水动力条件，地层水矿化度及水型能够反映油气的保存程度，可以作为油气聚集及保存条件评价的参数。根据上述分析，我们将各块坳的水文地质条件进行评价，并且参考前人的资料，建立了如下评价标准（见表3-5-10）。根据这一...

黑河流域地质概况
答：因此,建立黑河流域地下水三维地质结构模型,摸清其地质结构,对于流域内干旱区找水、流域内生态环境建设、经济和社会发展,都具有重要的意义。 1.气象 黑河流域地处欧亚大陆腹地,远离海洋,为典型的大陆性气候。在夏季,东南太平洋暖湿气流可...

区域水文地质调查
答：总之,柴达木盆地从四周山麓向盆地中心,在水动力循环和水化学特征上,都具有典型的分带现象。 2.石油地质结构调查 按一定比例尺的精度进行地质-水文地质填图。在山区地层出露区,查明地层时代、分布范围、岩石性质与结构,特别注意砂岩、泥岩...

区域地层系统
答：1982年《河南省区域地质志》将上述地层统称为“登封群”。2005年本研究小组测得在河南省沁源县二仙庙八一水库的太古宙变质岩锆石SHRIMP年龄达3400Ma(高林志等,2005;Gao et al.,2006),辉县宝泉水库的变质钾长花岗岩锆石年龄为2800～2500...