第六节 褶曲型蓄水构造

褶曲构造是岩层长期变形的产物，是地壳中较为常见的一种地质构造现象。在褶曲构造中，当同时分布有透水岩层 （或岩石的透水带）与相对隔水层时，相对隔水层即可构成隔水边界，透水岩层 （带）则构成含水介质，这种褶曲构造在适宜的补给条件下即可形成褶曲型蓄水构造。褶曲型蓄水构造按构造形态分为背斜蓄水构造和向斜蓄水构造两种类型。它们主要分布在层状分布的沉积岩地区以及似层状分布的火山岩和变质岩地区。

一、褶曲的形成

地壳水平运动时往往产生顺层挤压 （即侧向挤压）力，造成岩层向上或向下的弯曲，称为纵弯褶皱作用。绝大多数的褶曲就是由这种纵弯褶皱作用所形成的 （图2-12）。褶曲构造的应力迹线表明：背斜构造中性面以上的岩层受拉伸力的作用，随着岩层弯曲程度的加剧，岩层弯曲凸侧的转折端附近产生与岩层层面正交、呈扇形排列的、裂面呈楔形张开的张节理，且随深度的增大而逐渐尖灭；而在中性面以下的岩层受挤压力的作用而产生两组与层面斜交、呈X状排列的、裂面闭合的剪节理，且随着向核部靠近而变的密集。所以对于背斜构造来说，其中性面以上的转折端附近发育的是张节理，中性面以下核部附近发育的是剪节理。向斜构造节理的发育规律恰好与背斜相反，即中性面以上靠近地表的核部附近发育的是剪节理，而中性面以下的转折端附近发育的是张节理。

二、褶曲型蓄水构造的类型

1.向斜蓄水构造

向斜蓄水构造是指能够富集和储存地下水的向斜构造。向斜蓄水构造是以轴面附近的张节理作为蓄水空间，以核部及两翼不透水的岩层作为隔水顶、底板所形成的蓄水构造。作为蓄水空间的这种张节理，往往是在中性面以下的转折端附近呈带状分布，从而形成带状分布的承压蓄水构造 （图2-13）。地下水从翼部透水岩层裸露地表的地区接受补给，向核部或较低洼的另一翼汇集，构成良好的富水条件。

2.背斜蓄水构造

背斜蓄水构造是指能够富集和储存地下水的背斜构造。背斜蓄水构造是以中性面以上转折端附近的张节理作为蓄水空间，以核部及翼部的不透水岩层作为隔水边界所形成的蓄水构造。作为蓄水空间的这种张节理，往往是在中性面以上的转折端附近呈带状分布，从而形成带状分布的蓄水构造，如图2-14所示。

三、影响褶曲型蓄水构造富水程度的因素

褶曲型蓄水构造的富水因素主要取决于岩石的性质、构造形态特征及部位、埋藏条件及构造与地形之间的组合关系。其中含水层的岩性特征、构造的部位和埋藏条件对褶曲构造的富水程度具有决定性的影响。

（一） 岩性条件

岩石按力学性质可分为脆性岩石和塑性岩石。脆性岩石是指质地坚硬，受力后产生破裂变形，裂面张开的岩石 （这类岩石主要包括沉积岩中的碳酸岩、砂岩及结晶岩类的片麻岩、花岗岩等），这类岩石能形成较大的蓄水空间，有利于地下水的富集。塑性岩石又称为柔性岩石 （这类岩石主要包括泥岩、页岩、云母片岩等），质地较软，受力后产生塑性变形，裂隙虽密集，但裂面的张开程度较差，且由于岩石质地软，抗风化能力差，裂隙容易被充填，所以裂隙多属于闭合型的，不利于地下水的富集。

（二） 地质构造条件

在褶曲构造中，不同的构造形态及部位，由于其应力状态和应力强度不同，所产生的裂隙的性质及发育的程度都表现出很大的差异，使得褶曲构造的透水性和给水性在不同的部位增强或减弱。由此使得含水层在由岩性决定富水性的基础上，产生由构造所决定的富水性的 “异常带”，即含水层在构造的某些部位增强，而在某些部位减弱，甚至形成隔水层。

背斜的上部转折端和向斜的下部转折端，受引张力的作用形成纵向及横向张裂隙，并伴随着产生层间滑动裂隙，这些部位有利于地下水的富集，形成富水地带。而在靠近褶曲的核部及翼部，受挤压应力的作用，岩石被挤压得非常密实，透水性逐渐减弱，而过渡为隔水层。所以说，无论是背斜还是向斜，其轴面附近的转折端是富水地带；而其核部及翼部均是贫水地带。

【例2-7】 济南市南部的侯家庄向斜 （图2-15）为一不对称的向斜构造，轴面向西倾斜，东翼岩石倾角29°，西翼48°。该地区地势较高，海拔460余米，地下水位埋藏深度90余米，因此，在利用该向斜构造找水定井时，要考虑含水层埋藏深度的影响，井的位置应选择在该向斜的西翼，并与其核部有一定的距离，即井在穿过轴面时的深度要控制在区域水位以下。

沿该向斜的轴线方向，在岩层倾角较陡的西翼曾先后布设过2口水井，其中侯家庄的水井距离向斜的核部30m左右，井深216m，在110～125m处，裂隙岩溶发育，出水量达35m³/h，而义和庄的水井由于距向斜的核部较近，井的下部提前进入产状较缓的翼部，裂隙发育很差，出水量仅15m³/h。由此可见，构造部位的不同，往往可以改变蓄水构造富水的背景。

（三） 含水层的埋藏深度

岩石空隙发育的程度往往是随着岩石埋藏深度的增大而逐渐减弱的，其透水性和给水性也随着变差，由透水层逐渐过渡为隔水层。在地表附近，岩石处于低围压的环境，裂隙面多张开，且为地质作用的外营力 （水、温度）的渗入提供了条件，加速了岩石的风化，所以岩石的空隙发育、透水性和给水性较强，富水性较好；否则反之。所以在背斜构造中，随着含水层埋藏深度的增大，越靠近起核部，富水性越差；在拗陷很深的大型向斜中，当其轴部埋深很大时，由于上部围岩产生巨大的压力，使得裂隙发育程度较差，所以轴部的富水性有时很小，反而不如翼部的富水性好。

在影响褶曲构造富水的诸因素中，构造条件是最为重要的影响因素，它往往使蓄水构造的富水性变得更加不均匀，形成一些富水部位，常见的有以下几种情况。

1.向斜轴部富水带

当向斜两翼地形高差不大，且轴部含水层拗陷不深或虽然拗陷较深，但为中心排泄式的向斜盆地，相对富水带一般位于向斜的轴部。

2.向斜翼部富水带

当向斜两翼地形高差很大，构成向斜山岭时，相对富水带位于地下水的排泄区。例如山西省朔县的神头 洪寿向斜，富水带主要位于翼部的神头泉一带 （图2-16）。

3.背斜轴部富水带

背斜构造的上部遭受剥蚀时，往往沿其轴线的方向形成背斜谷。当背斜的轴部地带出露透水岩层时，背斜谷中的透水岩层即成为汇集和储存地下水的最好场所。

【例2-8】 山东省长清县的苏庄背斜，就是一个轴部富水的蓄水构造，沿该背斜的轴部地带地下水十分丰富，水井出水量可达80～250m³/h。

4.背斜倾没端富水带

倾伏背斜的倾没端，多位于岩层产状急剧变化的部位，张裂隙特别发育，可以构成富水带。

【例2-9】 四川省永川县东山背斜的倾没端，出露岩层为三叠系砂岩、煤系及侏罗系砂岩、页岩互层。位于倾没端岩层产状变化较大部位的1号和3号孔，深度分别为746m和1804m，接露的含水层为砂岩，出水量分别为256m³/d和312m³/d。而位于1号和3号孔之间的2号孔，虽然也设计在倾没端上，但因岩层产状变化不大，所以成为干孔。由此可知，背斜倾没端富水带的裂隙也是由于岩层产状急剧变化而产生的。