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北京房山地区是碳酸盐岩分布区,是我国北方半干旱区岩溶类型的典型代表。区内岩溶旅游资源丰富、景观独特,地理位置优越,交通方便。选取这个地区进行对构造分布情况和岩溶发育特征的观察与研究,不仅会对北京房山岩溶区岩溶形态成因和机理有重要的理论意义,有助于认识中国北方岩溶发育与演化过程;另一方面,岩溶地下水作为北京市地下水资源的重要组成部分,通过房山地区岩溶发育特征和及其主控因素的研究,对北京市岩溶水开发利用规划和保障供水安全具有现实的指导意义。 本文以房山张坊地区为重点研究区,在现有地质、水文地质、钻探、物探和开采等资料的基础上,以先进的碳酸盐岩岩石学、构造地质学、地球化学与水文地质学等理论为依据,采用宏观与微观相结合,定性与定量相结合,野外观测与室内实验相结合,采用重点岩溶区精细地质观测及实验室测试与理论分析等,对岩溶发育的地质背景,岩溶的期次、类型、特征及发育过程以及岩溶发育的控制因素进行深入研究。主要结论和认识如下: (1)通过野外宏观岩层观测及岩石薄片等微观分析,总体上本区蓟县系岩石可以分为三大类,碳酸盐岩、陆源碎屑岩和变质岩。对雾迷山组白云岩矿物表面进行了扫描电镜(SEM)观察,认为白云石表面构造呈现以下4种类型:Ⅰ.菱形体型;Ⅱ.粒状型;Ⅲ.板状型;Ⅳ.柱状体型。根据本区孔隙成因与岩石组构的关系,以及孔隙结构的特点,把孔隙分为13种类型,其中以空洞、溶沟、晶(间)晶内、溶孔、晶面、铸模、层间隙的孔隙为主。多数碳酸盐岩样品渗透率值分布在0.03左右,孔隙度也相对较小,基本上在1.0-3.0之间,说明成岩期后作用(如重结晶作用、硅化作用等)对原生白云岩的孔隙度和渗透率进行了强烈的改造。 (2)研究区域构造发育过程大体经历了4个变形旋回,盖层至少含有10个世代的构造变形,其中各种大、中、小型褶皱-断裂体系,以及节理裂隙等,与岩溶的发育密切相关。具体表现为:断裂构造可分为北东向、北西向、南北向三组断裂系,其中北东向和北西向断裂形成的网格状结构,为地下水形成统一含水层及大范围深层径流提供了有利的构造条件。从整体上看节理的产状与断裂构造保持了一致性,在该区溶洞的发育与地质构造的关系中,以节理裂隙的走向与溶洞延伸方向的相关性最具普遍意义,并控制着岩溶洞穴的平面形态。 (3)研究区基岩地下水主要含水岩组为蓟县系雾迷山组及铁岭组的碳酸盐岩。含水岩组厚度较大,富水区呈明显的条带状、脉状分布。断裂构造对白岱、石窝及长沟富水区的富水特征及地下水流动具有重要控制作用。对岩溶水水化学特征研究表明,水化学类型多为HCO3-Ca-Mg型,水质特征往往自补给区形成到径流区和排泄区的演化过程中不断得到强化。 (4)研究区内地下岩溶洞穴发育,具有多期发展与地表岩溶密切相关的特点,是中国北方岩溶洞穴的典型代表。具体表现为岩溶洞穴以水平廊道洞为主,且大部分被碎屑堆积物和泥土充填,绝大多数岩溶洞穴的形态结构比较简单,溶洞的发育与地质构造有关,节理裂隙的走向与溶洞延伸方向具有相关性。其次,岩层层面对本区的溶洞也具有重要意义,尤其在广泛分布的蓟县系雾迷山组硅质白云岩中,岩层产状平缓,常构成弱隔水层而成为溶洞发育的底板。此外,一些大、中型洞穴还与断裂带有关,如云水洞的发育与推覆体下的断层带方向一致,黄院洞发育于小型剥离断层中。 (5)通过研究认为,岩溶是在碳酸盐岩地层、构造、水文、气候等多种因素共同控制下形成的。本文从岩性、构造(节理裂隙、断层、褶皱、岩层产状及其他)、水动力条件、气候、生物这五个方面探讨了研究区内岩溶发育的主要控制因素,在诸多控制因素中,地层岩性是基础,地质构造是主导,而水动力条件是决定性因素。最后,在此基础上,并重建了该区岩溶发育过程。