第三节 风化壳蓄水构造

风化壳蓄水构造是以基岩风化带为蓄水空间，以其下部未风化的不透水岩层为隔水底板而形成的蓄水构造，它主要形成于弱透水的岩石的分布区。在强透水的岩石地区，因为风化带之下的岩石起不到隔水的作用，所以风化带中不易保持地下水。最容易形成蓄水构造的是现代风化壳，这是因为现代风化壳中的裂隙或孔隙比较发育，它比未风化的岩石透水性要强，而地质历史上形成较早的古风化壳，裂隙或孔隙已被充填，或已固结成岩，透水性很弱，一般不易形成蓄水构造。风化壳地下水分布广泛，埋藏较浅，虽然其水量一般较小，但由于容易开采利用，所以作为居民生活用水及农牧业用水的水源，仍具有一定的价值。

一、风化壳剖面及其特征

风化壳是岩石在各种风化营力长期作用下的产物。地表附近，岩石受外营力影响最大，风化最强，随着埋藏深度的增大，风化营力的影响越来越小，岩石的风化程度也相应地减弱，以至于逐渐过渡为完全不受风化影响的新鲜基岩。因此，风化壳在风化程度及风化性质方面都表现出明显的分带性。从水文地质方面考虑，一般把风化壳分为透水性不同的三个带，下面以花岗岩的风化壳为例，说明其划分方法及各带的特征。

（1）全风化带。岩石严重破碎，呈颗粒状，化学风化影响较深，岩石的矿物成分大部分已经改变，产生大量的次生黏土矿物，并充填堵塞裂隙，使风化带的有效空隙率降低，透水性下降，富水性较差。

（2）半风化带。以机械破碎为主，岩石呈块状，裂隙发育，呈不规则的网状并相互贯通，岩石的矿物成分改变不大，尚能看出母岩的矿物成分，泥质充填物较少，透水性及富水性较强。

（3）微风化带。岩石破碎程度较低，裂隙稀少且闭合，岩石的矿物成分基本未发生变化，透水性及富水性较差。

因此，在一个完整的花岗岩风化壳剖面里，一般以半风化带的透水性和富水性最大，全风化带泥质充填现象严重，微风化带裂隙不发育，它们的透水性和富水性都较弱。

各地气候、岩石性质等条件的不同，风化壳的厚度有很大的差异，一般情况下为10～50m。但在一些构造断裂带附近，风化营力沿裂隙可以侵入很深，使得风化壳厚度局部增大，有时可超过100m；在经常遭受侵蚀的陡坡地带和山脊部位，全风化带一般被剥蚀掉，只保留有半风化带和微风化带，所以风化壳厚度较小；而在一些较低洼、平缓的地带，全风化壳可能很厚，以至于半风化带和微风化带埋藏很深。

由性质不同的多种岩石组成的地区或有断裂构造的地区，由于差异风化使风化壳剖面变得比较复杂，但其风化规律基本如图2-1所示。在这种情形下，岩石风化的差异性不仅仅表现在垂直方向上，而且也表现在水平方向上。当抗风化能力较弱的岩石在地表已普遍形成全风化带时，抗风化能力较强的岩石才达到半风化的程度，因而使透水性较强的半风化带岩石出现在透水性较弱的全风化带岩石之下，形成较好的蓄水条件。与此相反，在断裂构造及抗风化能力很弱的岩石部位上，风化带又特别加深，形成袋状或囊状风化壳，因而在地下深部未风化的岩石中，局部出现半风化的含水带，也能形成较好的蓄水条件。

二、风化壳地下水

风化壳地下水的特点主要表现在以下几个方面：

（1）水以裂隙潜水为主，一般具有连续的、统一的地下水面。潜水面的形状随地形的起伏而缓慢变化。在有隔水岩层 （一般是第四系的坡积物、残积物）覆盖的低洼地段，也可以形成局部承压水。

（2）裂隙带的发育深度在水平方向随岩性的不同、地形的起伏变化及构造条件的变化而表现出差异性，所以所形成的含水层似层状分布在地表附近。

（3）因为风化裂隙的发育程度随着深度的增大而减弱，以至于完全消失，所以风化裂隙含水带与其下面的隔水的新鲜基岩之间没有明显的界线，呈渐变的过渡关系，含水性较强的部位一般在半风化带。

（4）由于风化裂隙水多分布在岩石抗风化能力比较强的剥蚀丘陵地区，所以地下水的主要补给来源是大气降水入渗，而我国北方地区降水具有明显的季节性，所以风化裂隙水的水位、水量均随季节而变化。

（5）风化裂隙水的运动主要受地形起伏的控制 （严格地讲，是受风化壳隔水底板起伏的控制）。地下水从分水岭处顺山坡向低洼的河谷地带运动，所以山脊或陡坡地带不易形成风化裂隙水，河谷洼地才是风化壳地下水的汇集、排泄地带。

（6）风化壳地下水的埋藏深度一般不大，便于开采利用，尤其适合于人工开挖大口井，但水量一般不大，适于分散开采。

三、风化壳蓄水构造的富水规律

如前所述，风化壳的透水性以半风化带最强。在岩石性质、地质构造及地形条件一定的前提下可以形成以下几种形式的富水带。

1.汇水洼地型风化壳富水带

在岩石性质及地质构造条件比较均一的地区，例如在花岗岩、片麻岩地区，岩石风化的差异性很小，风化壳的下限大体上是随着地形的起伏而变化。因此风化壳地下水的运移和富集规律主要受地形因素的控制 （严格地说是受风化壳底板的控制），地下水从分水岭向河谷洼地汇集，最后在洼地中排泄至地表或补给孔隙水，于是地形上的低洼汇水部位就成了风化裂隙水富集的地带。但由于洼地中第四系沉积物的覆盖条件不同，所形成的汇水洼地风化壳富水带又可分为下面两种形式：

（1）当洼地中无第四系沉积物覆盖或有少量强透水的松散沉积物 （如冲积层覆盖时），风化壳富水带位于洼地中心的最低部位。

【例2-1】 山东省肥城市王庄村的大口井 （图2-2）就是位于一条河沟的底部，岩性为片麻岩，井直径3.5m，深18m，可浇地150亩。

（2）当洼地中有黏土或其他不透水沉积物覆盖时，来自洼地四周风化壳中的地下水在向洼地中心汇集的途中，遇到黏土质不透水层的阻挡，因而在黏土质覆盖物的边缘地带基岩的风化带里造成地下水富集，甚至可形成泉溢出地表。在这种条件下，风化壳的富水带不在洼地的中心，而是在黏土质覆盖层的边缘地带。

【例2-2】 河北省康保县郝家官庄的大口井就是位于缓坡的坡角处，片麻岩与坡积红黏土的交界处，井直径6.0m，深8.0m，出水量2000m³/d（图2-3）。

2.与侵入接触构造复合的风化壳富水带

受岩浆侵入作用的影响，在古老的变质岩地层当中，常有软硬性质不同的岩脉相间出现，其与围岩的接触面一般是软弱结构面，风化作用的外营力往往可沿着此结构面渗入到岩体深部进行风化，使得岩石风化程度局部加强，风化的深度局部增大。由于岩石的抗风化能力不同，因而导致风化程度的差异，在同一深度，易风化的软岩石已达到全风化的程度，而不易风化的脆性岩石却只能达到半风化或微风化的程度。由于软岩石一侧的全风化带黏土充填及化学沉淀较为严重，透水性及富水性较差；而脆性岩石一侧的半风化带裂隙发育，黏土充填及化学沉淀现象较差，透水性强及富水性较强。所以在塑性岩石一侧一般形成隔水边界，在脆性岩石的接触带附近形成相对富水带。

3.与断裂构造复合的风化壳富水带

构造裂隙是风化作用的外营力渗入到岩石深部进行风化作用的通道，可以使得风化作用沿着构造裂隙带风化程度局部加强，风化深度局部增大，形成带状、囊状风化壳。这种局部加深的风化壳，两侧以未风化的岩石作为隔水边界，向下与构造裂隙带相沟通，形成与构造断裂带符合的风化壳富水带，这种富水带常常可以得到深部构造裂隙水的补给，因而水量比较丰富。