云台山地质研究论文

一、岩溶地下水循环模式

云台山泉域岩溶地下水的补给、径流、排泄过程如图58所示。本泉域地下水的补给主要来自泉域范围大气降水的入渗补给。由于分水岭地区植被保存良好，有利于降水入渗，此外一些洼地和沟谷水流也宜于入渗。降水入渗后，首先补给上覆的中奥陶含水层。通过表层岩溶带、饱气带进入含水层饱水带，受阻于 相对隔水层，部分排出地表，形成双头泉。由于本含水层处于分水岭高处，补给途径短，泉水动态受降雨影响变化大，流量0.30～0.02m3/s。

图58 云台山泉域岩溶地下水循环模式

01—3白云岩相对隔水层在裂隙发育带，失去隔水性能，02含水层通过溶隙越流补给 含水层，并成为本区有一定调蓄能力的主力含水层。通过一系列泉水（多孔泉、水帘洞泉等）排泄，其动态较为稳定，为长年性泉水，总流量0.25m3/s左右。

上述泉水是子房沟的主要水源，也是景区的山水神韵之源。由图52可见，本区具有双层岩溶含水结构的特点，上层O2岩溶水为岩溶孔洞—管道水，直接接受大气降水补给，动态变化大，对降雨反应快，含水层调蓄功能差。降雨后，很大一部分从双头泉迅速排出，变成地表明流。下层 岩溶水为岩溶裂隙水，主要由02含水层越流补给，动态稳定，有良好的调蓄功能，保证多孔泉、水帘洞长年出流。

二、岩溶地下水资源量

本区岩溶地下水主要由流域的大气降水入渗补给，由于缺少长期观测资料，有关参数可参考邻区晋城丹河流域岩溶水资源研究成果。按降水入渗法：

Q＝αHA

式中：α为入渗系数，根据丹河岩溶水均衡研究成果，无石炭系覆盖的裸露岩溶α1=0.238，部分被石炭系覆盖区α2=0.201；本区属前者，取α＝0.238,H为年平均降水量，本区为700mm;A为流域面积为90km2;Q=0.235×0.70×90000000=1481×104m3/a，即每年岩溶地下水入渗补给量为1481万m3，相当于0.47m3/s。其中从双头泉排泄的水量约占40%，即每年592万m3，多以雨后短期洪水径流方式排向子房沟。而从多孔泉、水帘洞排出的常年性泉水量约60%，即0.28m3/s。

三、地表水水质

1.地表水水质

有关单位曾对泉瀑峡的上、下游，潭瀑峡，西仓村北，马鞍石水库等处的水质，进行过分析，分析结果是：

中国云台山岩溶及岩溶水文地质研究

水质为低矿化度弱碱性微硬水。大肠杆菌泉瀑为4个/L稍有超标外，其余均小于3个/L，杂菌总量为10～12个/L，完全符合国家饮用水水质标准。

2.地下水水质

子房沟上游夺火乡的勤泉及双头泉的水质化验结果是：

中国云台山岩溶及岩溶水文地质研究

水化学类型为HCO3-—Ca2+型，水质为低矿化度弱碱性微硬水。

四、地下水资源特征分析

（1）云台山景区“山水交响曲”中水的神韵主要是来自云台山岩溶泉群。泉域接受大气降水补给，总入渗补给量每年约1481万m3，其中从双头泉排出的约为592万m3，从多孔泉、水帘洞等泉排出的约889万m3（0.28m3/s）。双头泉出露于上层O2岩溶孔洞含水层，调蓄功能差，流量不稳定，降雨后流量迅速增大，雨停后逐渐减少，甚至断流。下层 岩溶裂隙水含水层，调蓄功能较好，相当一个小型地下水库，它能将不连续的降雨，转化为长年性泉水流，这就保证了景区泉瀑常在，溪水常流。

（2）从目前的情况来看，作为主要补给区的分水岭地区，主要在山西高原－太行山分水岭地带。这里居民较少，植被保存良好，尚没有工矿企业，居民用水主要是引双头泉水，没见有打井取水现象。只要上述情况没有变化，在非极端干旱年份，云台山泉域的水源不会发生大的变化。保护分水岭地带的生态环境，是维护景区水环境的关键措施。

（3）云台山泉域的东北侧是小磨河－大磨河－峪河泉域，与云台山泉域之间是地形－地下分水岭。东南侧沿山门河底部是否覆寒武系地层，是否有泉水，尚不清楚。因此，云台山泉域的西南边界尚不能完全确定。目前暂以子房沟与山门沟之间的地形分水岭为边界。

（4）目前云台山泉域的水量和水质现状，尚没有受到人为明显的影响。但由于泉域范围小，属于小型岩溶泉域，其水环境是很脆弱的，保护水环境是维持景区永续利用的关键之一。

（5）双头泉每年有592万m3的水资源量以季节性出流形式排往子房沟，可以考虑工程措施，将洪水调蓄在双头泉地下蓄水构造中，人工控制流量，并增加对多孔泉、水帘洞泉的入渗补给。

园区内地下水按赋存条件可分为3种类型：

（1）基岩风化带裂隙水：由二叠系砂岩、砂质页岩、页岩与砂岩互层，含水层厚度为30～70m，不同岩性的风化带、涌水量相差很大，渗透系数0.88～47.53m3/昼夜，平均13.75m3/昼夜。

（2）基岩构造裂隙水：含水层赋存条件及岩性构造，又分为层状岩类和块状岩类构造裂隙水，层状岩类水量贫乏，块状岩类水量丰富。

（3）岩溶裂隙水：是本区地下水的主要类型，太原组为裂隙溶洞孔隙水含水组。太原组上部一般由三层厚度为2m、5m及2.2m的灰岩及一层厚2～15.7m的细砂岩组成，单位涌水量0.0062～0.55L/s。此外还有奥陶系裂隙溶洞含水组和寒武系中上统裂隙溶洞含水组。

云台山景区由南向北约40km的距离内，经历了剥蚀丘陵区，溶蚀－侵蚀中、低山峡谷地，侵蚀－溶蚀高原中山区三大地貌单元的变化。其形态特征是层叠状抬高上升，沿子房沟朔源而上，层层叠叠，陡崖与斜坡相间，大层套小层，错落叠置，再加上地层颜色的不同，确实构成云台山的独特景观。

本节探讨构成这种典型的层叠状地貌的成因和影响因素。

一、新构造运动

新构造运动系指第三纪以来的构造运动。本区处于太行山前大断裂带，该断裂带走向NE NEE。第三纪以来，断裂带西侧的山西高原隆起区上升高度1000～1800m，东侧华北平原沉降深度可达2000m。景区均处于上升盘。隆起上升标志主要是根据高原上新构造运动间歇期形成的夷平面的分布及河谷区的阶地分布来确定。

从云台山地区来看，黑龙王庙附近的圪老峪断层有重要的地质意义，该断层的南东盘地层呈阶梯状下降，而北西盘呈上升状态。分水岭地区，太行期夷平面（N1）（1200～1400m）及唐县期夷平面（N2）（800～1000m）分布普遍，与两期夷平面相对应的洼地和溶洞高程为1100～1200m及750～850m。老潭沟和小寨沟虽然呈峡谷状，但阶地和相应的卵石层堆积物也时有分布，应属于汾河期（Q1）和湟水期（O2）的标志，是第四纪以来地壳上升运动的产物。上述夷平面及阶地使本区宏观上显示出层状地貌特征。

二、产状平缓的寒武－奥陶系碳酸盐岩系的岩性变化

本区沿子房沟到高原分水岭出露产状平缓的元古界寒武－奥陶系的全套地层，厚度约1400m左右。中元古界云梦山组为中厚层状，紫红色石英砂岩，层理发育，在河水冲刷作用下，显出参差不齐的层状形态。而厚度达800m的寒武－奥陶系碳酸盐岩则由成分不同，软硬不一，层组厚薄相异的岩层相间组成（表15，图36）。

表15 云岩山地区碳酸盐岩石化学成分表

（1）下寒武统馒头组 及辛集组 总厚100m 左右，为砖红色含石英粉砂岩与土黄色钙质泥岩，主要是非碳酸盐岩，化学成分中酸不溶物达21%～25%。泥质含量最高，易于风化成土状，具隔水性，形成缓坡。

（2）毛庄组 厚70m 左右，为含泥质条带的泥晶灰岩，亮晶鲕状灰岩及泥质粉砂质页岩。尽管含少量的非碳酸盐岩，但主要为碳酸盐岩，酸不溶物仅含6.29%。其抗风化能力强，形成高60～70m的陡壁，溶蚀作用形成溶隙，有溶隙水渗出。

（3）徐庄组 厚122m，主要岩性为紫红色微薄层细砂岩和黄绿色微薄层页岩或泥质条带，酸不溶物含量为13.20%，易风化成碎片状或土状，具隔水性，是张夏组岩溶含水层的底板隔水层。形成缓坡。

（4）张夏组 ，厚210m，主要为巨厚层至中厚层状亮晶鲕粒灰质白云岩或含云质灰岩，鲕粒状灰岩，其酸不溶物含量仅1.96%。这种纯质的厚层状碳酸盐形成高大的峭壁。

（5）亮甲山组 、冶里组 、上寒武统 ，总厚170m。主要为厚层至中厚层状白云岩，含硅质条带和硅质团块，酸不溶物含量为9.50%，说明其泥质含量比张夏组高得多，但比徐庄组低得多，反映在岩体表面有风化层，坡角有土夹石堆积体，往往与张夏组共同组成高大的峭壁。景区内的大瀑布落差300m，就是从下奥陶统顶面，飞流直下至张夏组底部及徐庄组顶面。

（6）中奥陶下马家沟组 段，厚30m左右。主要为灰黄色薄层泥云岩夹泥页岩、角砾状含石膏假晶泥灰岩，风化后呈土状并含似层状膏溶角砾岩。本层酸不溶物为19.24%。在地貌上形成缓坡或平台，有时夷平面吻合。

（7）中奥陶下马家沟组 段，厚87m左右。主要为中厚层状—巨厚层状泥晶灰岩、云质灰岩，酸不溶物含量4.24%。在地貌上形成陡壁。

（8）中奥陶上马家沟组 段，厚96m。灰黑色角砾状泥质白云岩、页岩，风化后成土黄色，含石膏假晶泥灰岩、膏溶角砾岩。酸不溶物含量16%，在地貌上形成大缓坡，有时与夷平面吻合。

图36 岩石化学成分变化图

（9）中奥陶上马家组 段，厚160m，中厚层状，豹皮状灰岩、泥晶云质灰岩，夹薄层泥质灰岩。酸不溶物2.5%，形成高大陡壁。

综上所述，寒武系总厚1000m以碳酸盐岩为主的岩系，从岩层的化学成分及性质可以分为四软五硬，即有4组地层为泥质含量高的易风化的泥岩、页岩、泥灰岩类，有5组地层为不易风化，但易溶蚀的石灰岩、白云岩类。这样在地貌上就形成了4个陡壁4个缓坡的阶梯状或层状地貌。