北京房山岩溶区节理裂隙分布特征研究

杨 楠，李世君，孙 颖，张 院，许苗娟，黄煜琪

（1.北京市地质工程勘察院，北京 100048；2. 北京市水文地质工程地质大队，北京 100195；3.北京超维创想信息技术有限公司，北京 100085）

北京房山岩溶区节理裂隙分布特征研究

杨 楠1,3，李世君1，孙 颖2，张 院2，许苗娟2，黄煜琪2

（1.北京市地质工程勘察院，北京 100048；2. 北京市水文地质工程地质大队，北京 100195；3.北京超维创想信息技术有限公司，北京 100085）

北京房山区岩溶发育广泛，通过对发育其中的节理裂隙进行统计分析，发现房山地区的节理裂隙多为高角度垂直节理；节理密度较大，填充物较少，同一地点通常发育两到三组节理。高密度、高角度、渗透性好的多组节理裂隙为岩溶作用和风化剥蚀作用，提供了极为有利的条件；而沿节理裂隙入渗的雨水直接下渗溶蚀，使原本的裂隙网络被扩大。

节理裂隙；房山；岩溶水

0 概述

岩溶区内构造发育的脉络是探讨裂隙发育的基础，而节理裂隙的研究又能够指示构造演化期次与格局，因此，节理裂隙的研究在理论和生产上都具有重要意义。一方面，节理裂隙能够为大气降水和地表水入渗以及地下水的横向运移提供通道，同时也是地下水的储水空间；另一方面，利用节理裂隙的主方向可以恢复古构造应力场，分析构造应力场的形成背景，为进一步分析岩溶发育机理及岩溶赋水性规律提供依据[1～2]。

1 研究区概况

房山区位于北京市西南，其西北部为山区，东南部为山前冲洪积平原。地形地貌主要受拒马河和大石河冲积作用的影响，地势总体上西北高东南低。

研究区蓟县系雾迷山组白云岩大面积出露，占房山区可溶岩地层的70%以上，经历古岩溶时期的岩溶发育和新

构造运动的抬升，岩溶发育为似峰丛岩溶地貌特征，沿拒马河一线岩溶地貌最为明显，形成北京独特的岩溶风景旅游区[3～6]。

2 节理裂隙分布规律

本文所使用的数据来源于北京岩溶水资源勘查评价工程中水文地质测绘的工作成果，截止到2013年4月，通过对北京房山区地表各时期地层野外出露的节理进行详细的观察与测量，共采集来自295个观测点共2095条节理裂隙数据，其中忽略延伸小于1m的节理，共有有效节理2036条。

2.1 平面特征

总体来说，房山区域内节理裂隙非常发育，同一测点通常有两到三组节理交叉分布；变形以低应变脆性破裂为主，形成X形共轭节理，节理面平直、倾角较陡、延伸中等。利用获得的节理数据绘制的节理倾角分布直方图和走向玫瑰花图如图1所示。由统计可见，房山区节理发育并没有指示出单一的优势方位，而是主要集中在35°、305°、350°三个方向，整体上节理走向与区域性大断裂保持了一致性，主要是北西向（305°）和北东向（35°）比较发育。节理的倾角集中在70°～90°的高角度范围内。

图1 房山岩溶水分布区基岩节理倾角分布图及走向玫瑰花图

将所测量的节理裂隙数据以测量点为中心进行归类，共划分出14个单元，并分别绘制节理裂隙的走向玫瑰花图，如图2所示。研究区节理发育方向较为集中，优势节理突出，少数几个区域的节理发育方向分散，裂隙发育方向特征显示区内经历了多起构造运动的改造，形成交错裂隙网，为地下水的入渗提供了通道。地表水系的发育方向也呈现与优势裂隙发育方向一致的特点。大石河在山区自霞云岭沿北东向发育，拒马河上游段沿北西发育，下游呈北北西向，河道总体发育方向与裂隙优势方向一致。从水动力条件分析，水流自高处向低处汇流。因此推断，本区地下水也应沿优势裂隙方向由山区向平原汇流，房山山前区拒马河流域地下水应自西北高处向东南流，大石河流域地下水应自西南山区向东北平原流动。

图2 房山岩溶水分布区节理走向平面分布图

2.2 垂向特征

发育于可溶性碳酸盐岩中的裂隙，被流动的地表水和地下水溶蚀，形成溶隙、溶穴、溶洞等岩溶构造。出露于地表可见的溶穴、溶洞为岩溶发育特征的直观表现。房山地区碳酸盐岩分布区内有大小溶洞90多个[7]，本次工作共调查溶洞71处，主要发育于蓟县系雾迷山、铁岭组白云岩和奥陶系、寒武系灰岩中。规模较大的溶洞发育在厚层质纯、节理宽大的易溶的奥陶系和寒武系灰岩中，如石花洞、孔水洞、银狐洞等。而雾迷山组和铁岭组白云岩中，洞穴发育数量虽较多，但一般规模较小。

图3 房山区蓟县系地层中溶洞洞口高程分布统计图

从溶洞洞口高程曲线图（图3）可以看出，以224m、360m和630m为拐点，洞口高程曲线斜率呈4个曲线段分布。360m以下溶洞数量多，洞口间高差较小；360m以上，洞口高程曲线斜率变大，溶洞数量减少且洞口间高差加大。据此可推测区内地层在早期每次抬升幅度较大；到后期，区内地层处于相对稳定抬升期，侵蚀基准面相对稳定。溶洞的垂向分布规律显示区内雾迷山组中岩溶发育具有分层发育的特点[8～9]。

3 总结与展望

北京房山区岩溶发育广泛，通过对发育其中的节理裂隙进行统计分析，可以发现房山地区的节理裂隙多为高角度垂直节理；节理密度较大，填充物较少，同一地点通常发育两到三组节理。高密度、高角度、渗透性好的多组节理裂隙为岩溶作用和风化剥蚀作用提供了极为有利的条件；而沿节理裂隙入渗的雨水直接下渗溶蚀，使原本的裂隙网络被扩大。

北京房山地区的岩溶水开发为北京的生产生活用水提供了保障，因此详细研究房山地区的岩溶发育机制及分布情况，将更有利于岩溶地下水的安全开采利用。

[1]章 程，蒋忠诚，谢运球等.北京西山南部构造及新构造运动与区域岩溶地貌形成与演化[J].中国岩溶1995.

[2]曾贤薇.其宗水电站坝址区岩溶发育特征及岩溶水系统研究[D].成都理工大学,2009.

[3]北京市水文地质工程地质大队.北京应急水源地——房山岩溶地下水水供水水文地质勘察与评价[R].2007.

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[5]杜 涛. 南水北调入京后北京西南地区地下水水质演变的实验模拟研究[D].吉林：吉林大学，2004.

[6]北京市地质工程勘察院.水文地质测绘报告[R].2013.

[7]北京市地矿局. 北京市区域地质志[M].北京：地质出版社,1991．

[8]叶连俊等.华北地台沉积建造[M].北京：科学出版社,1983．

[9]张之一.北京西山燕山运动的发展过程[J].河北地质学院学报,1981．

Study on Characteristics of Joints and Fissures in Karst Region of Fangshan, Beijing

YANG Nan1,3；LI Shijun1；SUN Ying2；ZHUANG Yuan2；XU Miaojuan2；HUANG Yuqi2

（1.Beijing Institute of Geological and Prospecting Engineering, Beijing 100048；2. Beijing Hydrogeology and Engineering Geology Team, Beijing 100195；3.Beijing Creatar Information Technology Co. Ltd.；Beijing 100085）

Karst landform is widely developed in Fangshan, and we find that most joints and fissures measured here are nearly vertical; 2～3 groups of joints and f ssures are measured at one site which shows that it has large density with less f ller through the statistical analysis of joints and f ssures. Multiple sets of joints and fissures with the characters of high angles, high density, high penetrability are easy to be karstif cation and weathering. At the same time, the rain inf ltration along original joints and f ssures makes the fracture network expanded.

Joints and f ssures; Fangshan; Karst water

P542.33

A

1007-1903（2014）01-0030-03

项目支持：北京市岩溶水资源勘查评价工程，项目编号：BJYRS-ZT

杨 楠（1986- ），女，硕士，应用地质。E-mail: nan.yang@pku.edu.cn