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1、地下水环境影响专章1古堆泉域水资源环境条件1.1古堆泉域概况古堆泉出露于新绛县三泉镇古堆村九原山西侧，由22个单泉组成，出露面积500m2，较大的泉眼有龙王泉、莲花泉、琵琶泉、清泉等。19571959年多年平均流量为1.3m3/s，泉水出露高程450m。受井群开采、矿坑排水等的影响，泉水逐年衰减，1997年泉水流量为0.5m3/s，1999年泉水断流。根据1998年山西省政府批复的山西省泉域边界范围及重点保护区划定，古堆泉域面积为460km2，但根据近些年来补充勘察资料，古堆泉城实际的补给范围远大于原划定区域。根据中国地质科学院岩溶地质研究所提交的梁永平教授古堆泉水补给区范围与人工增给途径调查
2、研究报告的研究成果，初步提出古堆泉城岩溶水补给边界：东部到汾河与沁河地表分水岭，北及塔儿山北断裂，西至三泉古城断裂，南达紫金山前断裂。本次古堆泉复流工作研究区以古堆泉水补给区范围与人工增给途径调查研究报告中提出的泉水补给区范围为研究范围，面积为2941.88km2，行政区地跨临汾、运城、晋城3市，涉及9个县（含县级市和区），其中临汾市面积2283.38km2，运城市面积566.51km2，晋城市面积91.98km2。 图3-1 古堆泉域范围示意图1.2古堆泉域地质条件1.2.1地层区内缺失奥陶系上统、志留系、泥盆系、石炭系下统、侏罗系和白垩系外，其余各时代地层均有不同程度出露（见图3-2、3-
3、3），由老到新分述如下。1.2.1.1太古界（Ar）包括下部的涑水群和上部的绛县群，地层主要出露于泉域南侧的紫金山及中条山地区，并零星见于中部地区。（1）沫水群（Ars）为区内最古老基底岩系，普遍遭受强烈、区域变质作用及混合岩化、花岗岩化作用，岩性以混合花岗岩、混合花岗片麻岩、混合岩化黑云斜长片麻岩及轻微混合岩化角闪黑云片岩为主，厚度达8000m以上。（2）绛县群（Arj）为一套经受中级变质作用的碎屑岩，主要岩性为泥、粉砂质岩及变质火山岩，其中赋存有重要的中条山斑岩型铜矿，厚度大于3000m，与下伏涑水群呈角度不整合接触。1.2.1.2元古界（Pt）包括下元古界的中条群、担山石群和上元古界的长
4、城系、蓟县系，主要出露于泉域东南侧中条山区。（1）下元古界（Pt1）下部的中条群为一套原岩由砂质、泥砂质及碳酸盐类沉积的低-中级变质岩，总厚度2474m以上，与下伏绛县群呈角度不整合接触；上部的担山石群为一套碎屑岩沉积的低级交质岩系，厚度大于748m，与下伏地层呈角度不整合接触。（2）上元古界（Pt3）大体由三部分组成：下部为杂色的碎屑岩堆积，以砾岩和砂砾岩为主；中部为巨厚的喷发岩为主；上部则以红、白色的石英砂岩为主，厚0-3306m。与下伏太古界或下元古界呈角度不整合接触，与上覆寒武系呈平行不整合接触。1.2.1.3古生界（Pz）（1）寒武系（）包括下统辛集组、馒头组、毛庄组，中统徐庄组、张
5、夏组和上统崮山组、长山组、凤山组，为一套浅海相沉积地层，以碳酸盐岩为主，岩性、岩相、厚度除下统外，均变化不大，总厚463.3-493m。在中条山区与下伏震旦系呈平行不整合接触，与上覆奥陶系呈整合接触。寒武系地层主要分布在区内东南部中条山煤园-泉头、龙王庙-舜王坪一带，在紫金山东南部也有出露。辛集组（1x）为一套粗碎屑-碳酸盐岩沉积建造，构成一个较完整的海进旋回。厚度、岩性变化较大，厚度在0-32.3m之间，岩性下部为灰白色中厚层石英岩状砂岩、石英砂砾岩，上部为薄板状白云质灰岩及灰质白云岩。馒头组（1m）岩性以黄灰、黄绿及棕红、紫红色泥灰岩白云岩为主，夹页岩、灰岩组成，厚38.8-59.7m。本
6、组底部常有砂砾岩，但相变较大；下部以黄灰黄绿色泥岩为主，夹薄层灰岩或白云岩；中部一般有厚2m左右的一层灰岩；上部以黄灰夹棕红色泥灰岩、白云岩为主，间夹页岩或灰岩；顶部有一层灰岩。毛庄组（1mz）下部以紫红色泥灰岩、薄板状灰岩及浅灰色灰岩为主，此灰岩中在中条山区含海豆石，在吕梁山区含镜铁矿和海绿石，为其标志层，中夹紫红色页岩；上部以紫红色含白云母片页岩为主夹灰岩，以紫金山、焦山页岩较发育。本组厚度31-43.1m。徐庄组（2x）下部为棕红、紫红色及黄灰色页岩夹泥灰岩、灰岩、透镜状砂岩；中部有一层厚2m左右的大鲕状灰岩；上部为灰色中厚层-厚层含黄褐色铁白云石条带鲕状灰岩夹黄灰色薄板状泥灰岩。本组厚
7、95.8-126.6m。张夏组（2z）为中厚-巨厚层含黄褐色铁白云石条带鲕状灰岩，岩性较单，本组厚118.4-135.5m。崮山组（3g）下部以黄灰或灰色薄板状灰岩、白云岩为主，有时夹鲕状白云岩、竹叶状白云岩；上部为浅灰色、灰色中厚-厚层白云岩，间或含鲕粒呈鲕状构造，厚30.l-50.7m。长山组（3c）下部主要为黄灰色薄板状泥质白云岩、白云岩及白云质灰岩；上部以黄灰、棕灰、灰色薄-中厚层白云岩、粘土质白云岩为主，局部夹竹叶状灰岩，厚15.3-29.6m。凤山组（3f）下部黄灰、黄褐色中厚层夹薄板状白云岩、竹叶状白云岩及泥质白云岩；上部黄褐色中厚-厚层白云岩，有时夹竹叶状白云岩，厚63.4-9
8、6.8m。（2）奥陶系（O）包括下统和中统的下马家沟组、上马家沟组、峰峰组，系由白云岩、泥灰岩、灰岩及白云质灰岩组成的浅海相沉积，区内分布较稳定，厚426.3-591.1m。广泛分布于泉城东南侧中条山的续鲁、甘泉、西阎一带，在塔儿山、二峰山一带也有零星分布。与下伏寒武系上统为连续沉积，与上覆石炭系中统呈平行不整合接触。奥陶系下统（O1）主要为一套白云岩相沉积夹燧石结核，中、上部夹2-3层燧石层，下部夹透镜状黄绿色硅质页岩，底部与寒武系分界有0-4.9m厚黄灰色薄板状泥质白云岩。总厚52.7-80.3m。下马家沟组（O2x）下部以黄灰色薄板状泥灰岩为主，夹页岩及泥灰岩，东侯、塔儿山一带该段底部有
9、0.3m左右的透镜状石英砂砾岩；上部一般由三层灰色中厚-厚层白云质灰岩夹两层黄灰色薄板状泥灰岩组成，地貌上呈现三陡坎两缓坡景观，局部地段赋存有石膏层。本组厚81-110.1m。上马家沟组（O2s）岩性以泥灰岩、角砾状泥灰岩、豹皮灰岩、石灰岩及白云岩为主，局部地段有石膏层，依岩性、沉积韵律可分为三段，总厚223.5-304m。峰峰组（O2f）岩性以米黄色角砾状泥灰岩、灰色石灰岩为主，按岩性可分为两段，一段为米黄色薄板状、角砾状泥灰岩，二段为深灰色中厚-厚层状石灰岩，本组在区内局部地区缺失，厚度变化较大，总厚0-110.7m。（3）石炭系（C）包括中统本溪组和上统太原组、山西组，局部地段缺失本溪组
10、，厚50-110m，主要分布于泉城的东侧和北侧。与下伏奥陶系平行不整合接触。本溪组（C2b）主要由粘土岩及砂、页岩组成，下部以粘土岩为主，底部有鸡窝状、皮壳状褐铁矿（山西式铁矿）；中部为灰色、紫色页岩及中细粒石英砂岩，局部有细砾岩；上部为灰色泥岩夹薄煤和碳质页岩，局部见透镜状灰岩。本组厚0-20m。太原组（C3t）主要由石英砂岩、砂质页岩、页岩、煤层及灰岩等交互组成，为一具有明显垂直韵律特征的海陆交互相含煤建造，中有稳定可采煤层。本组厚20-70m。（4）二叠系（P）包括下统下石盒子组和上统上石盒子组、石千峰组，岩性主要为砂岩、泥岩、砂质泥岩、页岩及砂质页岩，下部夹少量碳质页岩、煤线或薄煤层，
11、上部具不稳定的薄层淡水灰岩，属陆相沉积，全系厚675-706m。与下伏山西组呈整合或平行不整合接触。山西组（C3s）主要由石英砂岩或硬质石英砂岩、粉砂岩、砂质页岩及页岩和煤层交互组成，间夹2-3个海相层（硅质岩、灰岩及页岩），含可采煤层1-2层，具有明显的垂直韵律及横向相变特征。本组厚35-50m。下石盒子组（P1x）岩性主要为黄绿色硬质砂岩、砂、质页岩、泥岩组成，底部为一层多含较大白云母片或少许煤屑的黄绿或白色硬质石英砂岩，下粗上细，总厚68-104m。上石盒子组（P2s）岩性主要为杏黄、黄绿、少量紫红色泥岩夹黄绿色砂岩组成，顶部在局部地区可见有兰灰色泥岩，其底界以一层黄绿色或灰绿色硬质石英
12、砂岩整合覆于下统下石盒子组之上，本组厚275.3-386.45m。石千峰组（P2sh）岩性主要为黄绿色或灰紫色砂岩与紫红色泥岩组成，上部夹少量紫色砂质页岩及薄层灰岩，底部为灰白色或黄绿色粗、中粒含砾长石石英砂岩，本组厚211.2-230.04m。1.2.1.4中生界（Mz）（1）三叠系（T）包括下统刘家沟组、和尚沟组和中统二马营组，为一套陆相碎屑岩夹泥岩组成，分布于东侧浮山一带，与下伏的二叠系整合接触，上为新生界角度不整合所覆盖。刘家沟组（T1l）为一套浅紫红色、棕红色细粒长石砂岩夹紫红色泥砾岩、砂质页岩，砂岩成分单一，多含砂球，斜层理发育。厚329-517m。和尚沟组（T1h）岩性主要为砖红
13、、紫红色砂质泥岩、泥质粉砂岩夹紫红、棕红，顶部微夹灰绿色中厚层细粒长石砂岩、细砂岩，少量薄层泥砾岩组成，厚170-219m。二马营组（T2er）岩性主要为灰绿、黄绿色细粒长石砂岩夹暗紫红、棕红色砂质泥岩，厚度大于514m。1.2.1.5新生界（Cz）（1）第三系（N）区内仅出露上新统，主要分布在东部边山地带及紫金山一带，其次在汾河河谷中的柴庄附近也有出露，厚0-240m。大体可分为上下两部分，下部主要以杂色及成分复杂的砂砾岩夹紫红色、棕红色粘土为主，各地区的岩性和厚度变化较大；上部主要为深红色粘土为主，岩性较单一。（2）第四系（Q）包括下更新统、中更新统、上更新统和全新统。分布广泛，覆盖于不同
14、时代的地层之上，具河湖相、冲积、洪积、冲洪积和风破积等成因。下更新统（Ql）分河湖相和洪积相两种。河湖相为棕黄色、灰绿色的泥灰质粘土、亚粘土和灰色含砾砂岩或砂层，粘土中钙质成分很高；洪积相为棕红色亚粘土夹棕红色古土壤和灰色钙质结合层，一般有古土壤8-10层。总厚0-327m。中更新统（Q2）分冲积相、洪积相和冲洪积相三种。冲积相分布在盆地中部，岩性主要为砂层和粉砂土互层，中夹薄层粘土、亚粘土，水平层里明显，砂层中交错层发育；洪积相分布在低山丘陵区，岩性主要为棕黄色亚粘土夹浅棕红色古土壤和灰色钙质结核层；冲洪积相分布在盆地与丘陵交界处，岩性为棕黄色、浅棕红色的亚砂土夹数层中细砂，局部夹砂砾石薄层
15、。总厚0-152m。上更新统（Q3）分冲积相、风坡相、洪积相和坡洪积相四类。冲积相分布在汾河、浍河两岸的二、三级阶地上，岩性下部主要为灰色含砾砂层夹亚粘土和粘土薄层，上部以灰黄色亚粘土和粉砂土为主；风积-破积相多以披盖形式分布在低山丘陵区的塬梁顶部，岩性主要为灰黄色粉砂土，中夹2-3层不太发育的古土壤；洪积相主要分布在山麓斜坡地带，岩性为灰黄色亚砂土夹砂砾石；坡积-洪积相分布在黄土丘陵区的斜坡地带，岩性为灰黄色的亚粘土和亚砂土。总厚0-70m。全新统（Q4）分冲积相和洪积相两类。冲积相分布在汾河、浍河和涑水河等河流的河床及其两岸的一级阶地上，岩性主要为灰黄色亚砂土和砂砾石层；洪积相分布在暂时性
16、流水的冲沟中，岩性主要为砂砾石。1.2.2岩浆岩区内岩浆活动强烈，岩浆岩分布广泛。岩浆活动与构造活动关系十分密切，根据侵入、穿插关系，可划分为三个岩浆旋迴期。（1）太古代涑水期岩浆岩侵入太古界涑水群中，主要岩性为花岗伟晶岩，普遍受强烈的区域混合岩化和花岗岩化作用，分布在泉城南部的紫金山一带。绛县期岩浆活动表现为广泛的酸性-基性火山喷发，并伴随有浅成侵入。变质的酸性-基性火山岩是区内绛县群铜矿峪组的主要组成岩石，主要为交流纹岩、交流纹质凝灰岩、变火山角砾岩、绿泥片岩和黑云片岩等。主要分布在泉城东南侧的中条山铜矿峪一带。（2）下元古代吕梁期和蓟县期吕梁期岩浆活动侵入担山石群以下各地层中，岩性为斜长
17、角闪岩和角闪石岩。蓟县期的岩浆侵入是区内西阳河群的主要组成岩石，岩性为辉石安山岩、安山岩、流纹岩及相应的火山碎屑岩。（3）中生代燕山期区内燕山期的岩浆侵入活动最为强烈，主要侵入于三叠系中统，岩性主要为正长闪长岩、二长岩、正长岩和花岗岩。岩体集中分布在塔儿山-二峰山地区，地表出露面积约100km2，约占塔儿山-二峰山基岩面积的一半，据区内的钻探资料，在周围大片黄土层之下，仍有隐伏的岩体分布。在该期岩浆岩和碳酸盐岩的接触带上，分布有大量的矽卡岩铁矿，燕山期的岩浆活动是控制区内接触交代型铁矿和铜矿的主要因素之一。1.2.3地质构造研究区在区域构造上处于祁吕贺兰山字形前弧东翼，新华夏系汾河陆槽南端及晋
18、东南山字形西翼。祁吕系（祁吕贺兰山字型构造体系，下同）北东向弧形褶断带与发育其间呈“多”字型排列的北东东向隆起、凹陷及断裂，构成研究区内的主要构造格架（见图2-6）。由于受多次构造运动的影响，研究区内主要发育了多组地垒地堑式的隆起和凹陷，在这些隆起和凹陷的边缘，展布了一些与此同向的高角度隐伏正断层。这些隆起、凹陷及断裂构造控制了泉城内岩溶水的分布及补给、径流和排泄条件。现将其主要的构造体系特征概述如下：1.2.3.1祁吕系构造祁吕贺兰山字型构造前弧东翼在本测区呈北东南西向斜列展布，宽约5060km，为区域主要构造体系。其内侧有尉村范家庄褶断带；外测有腰庄陈村断裂带，与发育其间的“多”字型隆起。
19、断裂构成了区内主要构造轮廓，控制了新生界盆地的雏形。（1）尉村范家庄褶断带展布于研究区西部吕梁山南端东侧，北东端自黄崖起，以南南西215方向延至范家庄附近进入侯马盆地，总体上略呈向南凸出的弧形。由于第四系的覆盖，断层出露极不完全。但就出露的部分亦可揭示断裂的形态和规模。断层破碎带宽度20m左右，构造角砾岩、断层泥、挤压透镜体普遍发育。断面均向南东倾，倾角6789，东南盘相对上升，推测沿山前有同方向陷伏断裂存在。断裂带北西一侧地层倾向北西，倾角412，在山前变陡成为2550，有的地段形成陡立岩层带和狭长紧密的拖褶皱，局部地段甚至倒转。如盘道倒转背斜，走向北东30，轴面产状为3300240，长达2
20、0km，宽1km，南段在峪口村北下奥陶统、中寒武张夏组倒转覆于下马家沟组之上。（2）腰庄陈村弧形断裂带展布于研究区东部，与尉村范家庄褶断带互为平行。北起浮山县后交一带，以南西220方向延伸，经腰庄、磨里、陈村至后宫一带延出区外。区内长度达90km，宽12km。与尉村范家庄褶断带相比，该断裂带展布于地势低缓地区，在中条山北缘表现为山前断裂。沿断裂带发育压性，压扭性断层和与之成生的压扭性、张扭性断层。由于黄土覆盖，出露极不完全，加之新华夏构造的复合，致使对该断裂带的观察受到干扰。但总体仍可以看到：断层往南呈一系列斜列规律展布，断面多向西倾，倾角6080，且多为正断层，断距一般为40100m，最大者
21、200m。（3）“多”字型构造界于上述弧形构造带之间，发育一组走向北东7080之间的隆起、凹陷及断裂，自南而北有绛县闻喜凹陷，紫金山秸王山隆起，塔儿山九原山隆起，临汾凹陷，呈“多”字型排列。就现有的资料看，该方向隆起、凹陷的延伸，没有超出上述两断裂带的范围。在隆起带两侧布格重力异常有明显的梯度带。延伸方向与隆起带的方向一致，据钻孔、物探及地震资料，推测隆起带两侧存在同向断裂，致使盆地内基岩相对隆起带落差可达千余米，并控制了新生界沉积。紫金山秸王山隆起，走向北东东7080，东西长70余km，南北宽20km。出露太古界涑水群及寒武系、奥陶系地层。下古生界倾向南东120，倾角1417。两侧发育与隆起
22、带走向一致的断层，如清水凹徐家山断层，张家院村北断层，结构面倾向北北西，倾角5570，其力学性质为压扭性断层。沿紫金山北侧，重力、磁法、电法测量均有明显的梯度带，分别向东西延伸，全长80余km。据钻探资料验证，推测紫金山北侧有隐伏断裂存在，北盘相对下降，南盘相对上升，地貌上构成明显的台阶，同样推测南侧也有断裂存在。侯马新绛断陷：走向为北东东75，全长70km，宽约20km，根据钻孔资料，在新生界地层之下为石炭系、二叠系和奥陶系，寒武系。其东南侧在物探资料上有明显的呈北东东75方向延伸的梯度带反映，与紫金山北侧断裂走向基本一致；其北西一侧被次一级褶皱和断裂复杂化。塔儿山九原山隆起，从塔儿山经过汾
23、阳岭至九原山原属一个走向北75东的完整的隆起带。由于新华夏北北东向构造的破坏，使西段汾阳岭、九原山相对往南错动，形成今日不连续的地貌特征。隆起带出露奥陶系中统岩层，产状平缓，倾角一般小于20，东西两端分别终止于腰庄陈庄弧形断裂带和尉村范家庄弧形褶断带之间。全长45km，宽20km。推测隆起带两侧有隐伏断裂存在，断层走向基本与隆起平行。1.2.3.2新华夏构造区内新华夏构造也较发育，局部地区由于与祁吕系构造的结构面特征，排列关系，力学性质基本一致。褶皱构造：主要表现为宽缓开阔的挠曲。如望嘱向斜，轴面近直立，长18km，宽5km，槽部为奥陶系，两翼为寒武系及涑水群。从二峰山南北两侧零星出露的地层及
24、产状看，这一带亦有褶皱存在，即二峰山背斜、山底村向斜、和尚公德山穹窿，其个体轴向呈北东45，呈雁行排列，燕山期中酸性岩体分布于该组褶皱核部，构成北北东向延伸的岩浆岩褶皱带。断裂构造：走向北北东1823，多呈雁行斜列的压性，压扭性断层组成。主要断裂有：二峰山天坛山断裂带、塔儿山西侧断裂带、佛岭山断裂带等。1.2.3.3晋东南山字型构造本区处于晋东南山字型构造前弧的西翼部分，展示于本区东部的小河湾西阎一带，波及范围宽达17km，长达33km。有陈家西阎断层，小河湾断层，调儿沟断层，杨家河断层，神仙角前庆幸断层及其所夹的岩块所组成。陈家西阎断层：走向北西，倾角4270；小河湾断层：走向340，倾向7
25、0，倾角1520，缓倾角逆掩断层，断距200m，断面呈舒缓坡状，破碎带较窄，仅23m，挤压透镜体、断层泥、斜察痕普遍发育，其力学性质为压扭性断层。1.2.3.4东西向构造主要展布于本区东南部张马舜王坪一带，按其出露的纬度不同分为上阁石家断束，大河回马岭断裂带，前河断裂及西卫口北午芹断层与四合庄断层。1.2.3.5近南北向构造本区近南北向构造主要展布在东部神南沟上阁大河一带，较祁吕系、新华夏构造、东西向构造为弱，其展布规律有尖灭再现或相辅而行的特点。主要有神南沟上良狐断层、东坡下峪断层、好峪村西断层和恶石沟断层。1.2.3.6新构造运动自第三纪以来，区内新构造运动比较明显，主要表现有以下几点：（
26、1）根据地貌、地震及其准测量，从上新世以来，盆地相对山区具有明显的下沉，由于不断的活动，在沉降区如侯马新绛凹陷堆积了数百米，甚至上千米的河湖相松散物。相反在隆起的山地则遭受强烈的侵蚀和剥蚀，形成了各种侵蚀、剥蚀地形，并出现了34级夷平面。（2）伴随着隆起和沉降，形成了一系列切割上新统或中、下更新统的北东东及北西向断层。主要分布于浮山县西部，绛县东北的续鲁、么里和闻喜东北部，大体沿着临汾盆地西北及东南边缘，涑水盆地的东北部边缘，呈现带状分布，多为基底断裂的继承性活动，其规模大小不等。1.3水文地质条件1.3.1含水层根据地下水含水介质特征，赋存条件、水理性质和水力特征，可将本区地下水划分为松散岩
27、类孔隙水、碎屑岩类裂隙水、基岩裂隙水和碳酸盐岩类岩溶裂隙水四种类型。碳酸盐岩类岩溶裂隙水作为本项目研究重点，在本节不作介绍。1.3.1.1松散岩类孔隙水含水层松散岩类孔隙水根据所处地理位置、地貌、岩性特征，又可划分为山丘区松散岩类孔隙水和盆地松散岩类孔隙水。（1）山丘区松散岩类孔隙水，主要分布于东部山区，含水层为第四系中、下更新统黄土夹古土壤，局部为砂砾石或钙质结核，含水空间以空隙为主，裂隙次之。（2）盆地松散岩类孔隙水，根据含水层的埋深及水力特征，又划分为浅层（潜）水，中层（承压）水和深层（承压水）。1.3.1.2碎屑岩类裂隙水含水层碎屑岩类孔隙水广泛分布于东部山区的二叠、三叠系碎屑岩区，大
28、部分地区有不同程度的黄土覆盖，一般沟谷底部基岩裸露，地下水赋存于基岩风化裂隙和砂岩构造裂隙、孔隙中。该含水岩类主要接受大气降水入渗补给。在基岩裸露区，地下水一般不经长途径流即沿沟谷底部以泉的形式排泄于地表，形成地表径流。泉水的流量较小，大都为0.1-1.0L/s，但数量多，泉水动态变化大，部分旱季干枯。1.3.1.3基岩裂隙水含水层分布在二峰山、塔儿山等变质岩、火成岩区，因地势较高，风化裂隙发育，大气降水直接渗入，形成基岩裂隙水，具潜水特征，径流途径短，一般以泉的形式排泄。泉流量的大小与降雨量关系密切。1.3.2岩溶水系统根据中国地质科学院岩溶地质研究所梁永平教授古堆泉水补给区范围与人工增给途
29、径调查研究报告的研究成果，古堆泉岩溶水系统北边界从汾阳岭北侧到塔儿山北侧在到浮山盆地南侧，总长度89km；东部边界是汾河流域与沁河流域的地表分水岭，总长度约70km；南边界总长度约80km，东段地层向北倾斜，南侧出露元古界-下寒武区域隔水层，构成隔水边界，中段为黑河流域地表分水岭，西段大致沿侯马盆地南缘断裂；西部边界长约24.5km，为汾阳岭-九原山西缘断裂，认为该断裂为一隔水边界，也是古堆泉水出流的阻水边界。根据岩溶水联系密切程度和循环的独立性，进一步将古堆泉复流研究区划分为4个子系统。（1）塔儿山-九原山古堆泉岩溶水子系统该子系统呈北东东向带状分布，面积472km2，是早期山西省水资源管理
30、委员会办公室划分的古堆泉域范围（冷水系统）。其地质构造基础是系统西部、北部塔儿山隆起、汾阳岭-九原山隆起，北边界与西边界与大系统一致，东北边界为浮山盆地西缘断裂与塔儿山东缘至塔儿山南断裂，南部边界以塔儿山南断裂和汾阳岭-九原山东侧断裂连线，均为与南侧岩溶水有交换的潜流边界，其中曲沃县里村镇以东地下水和塔儿山区地下水都向南部盆地中潜流，里村以西岩溶水总体从南向北西潜流。西南部则以九原山南缘断裂为界。（2）佛岭山-高显海头泉岩溶水子系统佛岭山-高显海头泉域子系统包括佛岭山区、绵山-丹山隆起和高显-史村隆起三部分。其东北边界与大系统一致。盆地内以2个隆起带北缘确定，为向两侧补给的潜流边界；西侧由于缺
31、乏足够资料，高显-史村隆起向西延伸情况无法控制，水质方面隆起带西部水质与东部相差较大，目前对边界尚无法确定，因此暂划为推测边界。东南部二峰山以西根据等水位线，大致从二峰山向东为一个向西微凸的地下水分水岭边界，这样划分的子系统面积491km2。（3）中条山南梁泉岩溶水子系统 中条山南梁泉岩溶水子系统位于古堆泉复流研究区东南部，是碳酸盐岩出露最广的地区，系统面积949 km2，其中碳酸盐岩裸露区面积达210.66km2，占到古堆泉复流研究区碳酸盐岩裸露区总面积的五分之四以上。北部以地下分水岭与佛岭山-高显海头泉岩溶水子系统分界，边界为中条山前断裂，东部和南部为古堆泉复流研究区大系统边界。（4）侯马
32、盆地深循环岩溶水子系统侯马盆地深循环子系统包括侯马凹陷、塔儿山南凹陷和翼城凹陷，总面积1030km2，是联系前述3个浅循环系统的纽带。由于这一子系统碳酸盐岩含水层处于深埋状态，除了大系统边界外，与各子系统间均为潜流边界。1.3.3岩溶地下水循环与富集1.3.3.1岩溶地下水循环古堆泉复流研究区岩溶地下水系统是一个面积大，岩溶埋藏深，构造复杂的岩溶地下水系统，其补给区主要是东北部的塔儿山、二峰山区，东部碎屑岩山区及东南部中条山区，主要为大气降雨入渗补给和地表水的渗入补给，由北东、东南方向向古堆泉方向径流，其中南梁泉、海头泉是该系统岩溶地下水的局部排泄点，古堆泉是该系统岩溶地下水的主要排泄点，由补
33、给、径流、排泄组成较独立的岩溶地下水系统。受岩性、构造及地形地貌因素影响，补给、径流、排泄特征不尽相同。（1）塔儿山-九原山古堆泉岩溶水子系统的岩溶水循环在九原山-汾阳岭-塔儿山隆起带，岩溶地下水接受区内因碳酸盐岩裸露区和覆盖区的降水入渗补给和通过深循环来自东侧的侧向潜流补给，向北、向西均为断裂构造使得碳酸盐岩含水层与松散层对接，径流受阻，区内NE、NEE向两组断裂控制和次一级断裂异常发育影响，使隆起带岩石破碎，裂隙、溶洞发育，致使塔儿山区的岩溶地下西南沿隆起带径流至九原山地段，天然条件下由古堆泉水排泄。古堆泉系由九原山局部隆起导水而成，具有天窗式排泄特点，由于其中出露的碳酸盐岩处于全区最低处
34、，该泉水既是岩溶地下水子系统的排泄点也是岩溶水系统的最终排泄点。（2）佛岭山-高显海头泉岩溶水子系统的岩溶水循环佛岭山区岩溶地下水主要接受降水入渗补给以及部分河流在山前碳酸盐岩流量河段的渗漏补给。由前述可知，该区地下水主要沿与山前断裂派生的碳酸盐岩隆起带由北东向南西运移，并从塔儿山与二峰山间的通道进入绵山丹山隆起带。绵山-丹山隆起和高显-史村隆起在南唐西对接，隆起带两侧分别发育断裂，造成隆起带灰岩浅埋、岩溶裂隙发育，且两侧断裂与山前断裂斜接，使部分岩溶地下水沿断裂向海头方向运移。由于隆起带南侧导水性较强，沿途水头损失较隆起带两侧深循环系统要小，因此进入高显-史村隆起带形成了岩溶地下水位的隆起，
35、并形成了向内部两侧深部潜流排泄的动力。海头泉是该系统岩溶地下水的局部排泄点，除部分以人工开采的形式排泄外，另一部分以深循环的形式仍向古堆泉方向径流，由于隆起带北侧侵入基岩中的火戍岩较多，对地下水具有阻隔作用，因此，这部分潜流在主要沿南侧断裂进入侯马盆地。（3）中条山南梁泉岩溶水子系统的岩溶水循环中条山区是碳酸盐岩出露面最集中的地区，面积达210.66km2，占全区碳酸盐岩裸露区总面积的80以上，同时在南部山前还存在覆盖性岩溶区。中条山区碳酸盐岩性为寒武、奥陶系质纯、厚层灰岩、白云岩、岩层倾向北偏东，由于受NNE向弧形大断裂及次一级断裂与早期发育的“山”字型构造相复合的影响，岩石破碎，构造裂隙发
36、育，岩溶化程度高，降水在碳酸盐岩裸露区以及覆盖区入渗成为区内岩溶水最重要的补给源。除接受大气降水入渗补给外，发源于西部及南部碎屑岩区地表水在进入下游碳酸盐岩后渗漏补给岩溶水。接受补给的地下水受地层倾向和地下水排泄基准控制向西北方向运移，在山前汇集形成强富水带，在构造条件适宜的部位，以泉的形式排泄，即南梁泉排泄。南梁泉是中条山区岩溶地下水的局部排泄点，除部分以人工开采形成排泄外，其余部分通过山前大断裂以潜流形式补给第四系盆地中松散层孔隙水，如绛县大交镇大郡泉出露于山前洪积扇，其补给源主要来自续鲁峪沟口一带岩溶水的侧向补给，还有部分通过山前断裂补给岩溶地下水，以深循环的形式向古堆泉方向径流。（4）
37、侯马盆地深循环岩溶水子系统的岩溶水循环侯马盆地深循环子系统内无碳酸盐岩含水层出露，绝大多数地区碳酸盐含水层埋藏深度在800m以上，其中地下水主要源于其他三个子系统和浅循环系统的侧向潜流补给，由浅部向深部的转换途径则依赖于边界处的断裂构造，包括中条山前断裂、塔儿山南缘断列以及绵山-丹山隆起带的边缘断裂。进入深部含水层地下水经过地热加温成为对流型中低温热水，并从东向西部缓慢渗流，最终通过西部潜流边界进入塔儿山-九原山子系统排向古堆泉。 1.3.3.2岩溶地下水的富集 （1）汾阳岭岩溶地下水富水地段该富水地段位于该系统相对隆起部位，属塔儿山-九原山隆起的一部分，含水层主要为奥陶系的质纯厚层灰岩，灰岩
38、顶板埋深小于300m，因受NE、NEE断层的影响及NWW、近SN向断层的交汇复合，岩石极为破碎，裂隙和溶洞均较发育，主要受到塔儿山区岩溶地下水的径流补给，因而含水层的富水性较强。据安成坪A10、德西毛A11号钻孔揭露，灰岩中裂隙、溶洞自下而上较发育，尤以孔深50-177m、200-222m两段更为发育。标准降深的涌水量分别为6155.33 m3/d和11463.6m3/d。近年来，在汾阳岭施工了大量的开采井，统一降深单井涌水量均大于3000m3/d。（2）九原山岩溶地下水富水地段该富水地段也是塔儿山-九原山隆起的一部分，含水层上部为奥陶系灰岩，下部为寒武系灰岩，主要受NE向断裂和NEE向断裂影
39、响，岩石破碎、裂隙发育。主要接受来自塔儿山区的地下径流和中条山区经深循环的地下水径流补给。由于受到九原山西部NE向断裂和南部NEE向阻水断层的阻隔，因而含水岩组的富水性很强也迫使岩溶大泉-古堆泉在九原山西侧呈片状出露。据山西省二勘院资料，该地段单孔统一降深涌水量多大于5000m3/d。（3）海头-绵山岩溶地下水富水地段该富水地段位于海头-绵山-司空山隆起带上，岩性为奥陶系质纯，厚层灰岩，据钻孔揭露，灰岩中多有侵入岩脉穿插。在隆起带两侧，分别发育NE向呈带形断裂，其东北端与山前断裂斜接，也导致山区岩溶地下水沿断裂向海头方向运动，由于断裂和侵入岩脉穿插，隆起带岩石破碎，岩溶裂隙发育，更有利于岩溶地
40、下水的赋存和富集，遇海头村西火成岩侵入体和阻水断层的阻挡之后，便溢出成泉，即海头泉。据钻孔资料，灰岩埋深108m，在150-170、185-186、202-208m岩芯均破碎，并有小溶洞，统一降深涌水量为4886.79m3/d。（4）南梁泉岩溶地下水富水地段该富水地段主要分布在中条山前断裂带，岩性主要为奥陶系质纯灰岩，岩层产状倾向北偏东。由于中条山前大断裂和次一级断层发育，并与早期发育的晋东南“山”字型构造相复合于二曲一带，使该区灰岩中的构造节理、裂隙、溶洞均较发育，给山区岩溶地下水的运动和富集创造了极有利的条件，使其在边山地带形成岩溶地下水的强富水地带，并在构造条件适宜的南梁村附近出露特大的
41、灰岩泉水，即南梁泉。据区内2个钻孔资料，单井统一降深涌水量分别为11285.3m3/d和4132.30 m3/d。综上所述，古堆泉复流研究区4个子系统中，与主排泄口古堆泉关系最密切的子系统是塔儿山-九原山古堆泉岩溶水子系统，其它3个子系统没有与古堆泉口直接相连的中等富水区或浅富水区分布。3.3.4古堆泉岩溶水动态特征古堆泉水没有系列监测资料。1956年泉水流量为1.3m3/s，1970年以前动态相对比较稳定，但是之后20多年来，古堆泉水流量出现了日益减小的趋势，1980年泉水流量为0.715m3/s，1998年锐减到的0.15m3/s，1999年夏断流（见下表）。此后，水位逐年下降，2012年
42、泉口水位埋深达到50m，2014年泉口水位埋深达到61m。表1-1 不同年份泉水流量统计表年份1956 1964-19681968-19731973-19781978-19821982-1986流量（m3/s）1.31.21.00.90.7150.618年份1987-19881988-19901991-19931993-19971997-19981999 流量（m3/s）0.4950.7150.5320.325-0.20.25-0.15断流3.3.5岩溶水水化学特征及其变化规律地下水的水化学特征，主要受地貌、岩性、埋藏条件、径流及水文气象诸因素的制约。区内岩溶水一般符合自补给区至排泄区，水质逐
43、渐变差，矿化度逐渐增高的趋势，如南梁泉，在其补给区常家庄，水质类型为SO4HCO3CaMg型水，矿化度442mg/L，而南梁泉的水质类型为SO4HCO3CaNa型水，矿化度1000 mg/L；古堆泉在其补给区襄汾县官坡水质类型为SO4HCO3CaNa型水，矿化度676 mg/L，硬度400 mg/L，而在径流排泄区水质类型为SO4HCO3CaNa或NaCa型水，矿化度876904 mg/L，硬度441455 mg/L，水质明显变差。从各泉点及井水水质分析结果看，区内岩溶水以含较多的硫酸盐为特征，水中碳酸盐含量较低，主要化学类型为SO4HCO3CaNa或NaCa型水。水温低于40度，属于低温热水
44、，PH值7.38，矿化度2641000 mg/L。水体中人为活动产物酚、氰及硝酸盐类含量较低，表明区内岩溶水的人为影响较小，受原生地球化学环境影响和水流循环条件影响较大。个别水中Na+、Ca2+等离子含量较高，SO42-、F-指标超过饮用水标准，重金属及微量元素（除F-外）的1.4古堆泉断流原因分析1.4.1大气降水对泉水流量的影响大气降水是研究区岩溶水的主要补给来源，但由于该岩溶水系统范围广阔且岩溶形态复杂，降水量对泉流量的影响在某种程度上表现为滞后效应。在含水介质的调节作用下，一次降水需要经过相对较长时间，泉流量才能做出反应。因此，大气降水量的多年变化规律对泉流量具有重要影响。研究区与山西
45、其它地区相比属降水较丰沛的地区，根据多年（1956-2000年浍河水库雨量站）平均降雨量527.4mm，但多集中在7、8、9三个月，一般月份较少，尤其在2-5月份更少。大气降水在水平方向上也是有变化的。根据多年长观资料分析，新绛、侯马等平川地区的降水量在460527mm；靠近边山地带的绛县、翼城等地在540560 mm；中条山区降水最高可达968 mm。显然在区域上从平川到山区，随着地势的增高，降水量有逐渐增加的趋势。研究区在上世纪50年代的平均降水量为643.8mm，与90年代的513.5mm相比，减少20.2%；而同期泉水平均流量减少了88.5%，泉水流量由1.3m3/s下降到了0.15m
46、3/s。通过对比降水量与泉水流量长期变化趋势发现，两者虽然在总体上都呈下降趋势，但泉水流量的衰减速率远远大于降水量。因此，降水量的减少虽然是古堆泉流量衰减的一个因素，但不是古堆泉泉水断流的最主要原因。1.4.2地下水开采对泉水流量的影响九原山西侧的古堆泉是古堆泉域岩溶地下水的一个集中排泄点，据三泉管理站观测资料，1956年以前泉水流量一般稳定在1.3m3/s，随着岩溶水开采量的增加，泉流量逐渐减少，1986年为0.618m3/s，1996年为0.5m3/s，1999年断流。古堆泉断流后，当地在泉口打井取水用来养鱼，水位持续处于下降状态，2002年泉口水位距离地面11.97m，到目前泉口水位距地
47、面61m。据2003年统计，在古堆泉域内，已凿井165眼，年实际取水量4119.42万m3(1.31m3/s)，已超出目前岩溶地下水的实际天然补给量。据调查，至2012年底，研究区共有岩溶水井216眼，开采总量为3718.86万m3/a，加之其他排泄量（如矿井排水）也较大，岩溶水的总排泄量已超过其总补给量。由此分析泉水衰减直至枯竭的原因，除了大气降水量减少外，主要是泉域内市、县超量开采岩溶地下水引起。1.5本项目与古堆泉域关系1.5.1在古堆泉域内的相对位置本项目位于古堆泉域中的塔儿山-九原山古堆泉岩溶水子系统，为古堆泉岩溶水的补给径流区。项目位于古堆泉源出露处的东北方向，距离古堆泉源出露处约26km，见图1-1。1.5.2与古堆泉域重点保护区相对位置根据山西省人民政府晋政函1998137号文“关于山西省泉域边界范围及重点保护区划定的批复”，对山西省重点岩溶泉域进行了划分，其中包括对古堆泉域边界范围及重点保护区进行了划定。泉域重点保护区是对泉域岩溶地下水水质、水量产生严重影响的地段，重点保护区范围指：泉域集中出露带或岩溶地下水主要排泄带；对岩溶地下水水质有严重影响的渗漏带或断层渗漏带；集中开采的重点水源地以及对岩溶泉水水量产生严重影响的煤炭带压开采矿区。根据以上原则，古堆泉域岩溶水重点保护区范
