区域阶层
宏观上看，该区地壳自新生代以来一直处于缓慢的沉降运动中，从而积累了巨大的第四纪沉积物，第四纪沉积物是近代地下水最活跃的一层，也是氟物质扩散、迁移和聚集的主要场所，因此第四纪地质学成为该区重要的研究对象。
1.Qh全新统
A.早全新世冲积层(Qh1)
分布于全新统下部，地表未出露。该层主要分布在研究区南部，炎陵-扶沟-太康线以南。一般将瓦店、砖桥、实心墙分为东北和西南两部分:东北部分(西华县城周边)为黄河沉积的黄灰、灰黄色、浅灰色粉砂、粉细砂，部分为中细砂，岩性松散，分选磨好，层理清晰，埋深5 ~ 15m以下，厚度一般为5 ~ 65438。水平方向上，岩性由粗糙向东南变薄；河流干流区土壤颗粒粗，结构松散，透水性好。河漫滩岩性结构致密，渗透性和导水性差。西南部(洛河地区)为黄褐色、灰黄色、褐黄色黄土粘质粉土，含姜黄色，一般埋于5 ~ 10m以下，厚度约10m。
B.中全新统沉积物(Qh2a1+h)
主要分布在研究区南部，即炎陵县-扶沟县-太康县南部。全区广泛分布，大部分埋藏，部分出露于西北的瓦店和西南的谭庄-瑶姬-古强；大郭-程楼地区主要由黄灰色、灰褐色粘质粉土和灰黑色、灰褐色淤泥质亚粘土组成，多孔，含有机质，腐泥味，含少量钙、铁、锰结核，厚度一般为5 ~ 10m。
C.晚全新世冲积层(Qh3al)
黄河冲积分布在尉氏以东的广大平原地区。其沉积厚度受基底构造和黄河古河道的控制。总的规律是西部和隆起区较薄，东部和凹陷区较厚。
双河冲积矿床主要分布在研究区的中西部，包括尉氏县西南部、长葛市和许昌市东部以及鄢陵县的大部分地区。沉积厚度为4 ~ 5m。岩性为黄灰色、灰黄色粘质粉土，粉质土较轻。粘质粉土夹薄层粉土，局部夹粗砂透镜体，厚度小于1m。
沙英河冲积沉积主要分布在研究区南部，逍遥-唐庄-襄城和邓乡-华北-东安，岩性为浅棕色粘质粉土和亚粘土。西平-西虹地区由褐黄色粘质粉土和浅褐红色亚粘土组成，厚度为3 ~ 5m。
d .新近全新世黄河冲积层(Qh4al)
主要分布在莲寺-西华-坂口一带，是1938年黄河以南泛滥形成的。岩性为黄褐色-灰黄色粘质粉土和粉砂，厚度一般为1 ~ 3m。岩性疏松，具水平层理，富含分散钙及少量钙质结核，多有植物根孔、虫洞等生物活动痕迹。
在贾鲁河和涡河之间，上部还有一层1 ~ 2m的黄河现代沉积物。
E.全新统平原冲积层(Qh1al)
黄河河漫滩冲积层分布在研究区的北部，中牟县、开封市和开封县。该层出露深度为0 ~ 50m。底板埋深一般为30 ~ 50m。上部主要为黄褐色和灰黄色粘质粉土和亚粘土。河漫滩带以细砂夹薄层亚粘土为主，下部有1 ~ 2砂层，其厚度受本区构造和黄河古河道控制。古道干流区砂层厚而粗，洪泛区砂层薄而细，一般厚20 ~ 30m。凹陷区厚度可达40m左右，东部变薄，一般小于20 m。
F.全新世风成沉积
分布于研究区北部和西北部的姚佳、尉氏县黄店、庄头、西江寨和开丰县大高庙。以沙丘、沙脊、平坦沙场的形式堆积在地表。岩性为细砂和粉砂，厚度为1 ~ 8m。沙层被黄河分洪带走，后来被风吹动，堆积成各种形态的风沙地貌。中牟、尉氏一带是起伏的沙丘，大部分是固定的，少数还在移动。
2.上更新统(Qp3)
上更新统沉积物受基底构造控制，总的规律是西薄东厚，西部厚度小于20m，尉氏、通许、太康20-40m，通许东部60-70m。底部埋深西部20 ~ 40m，东部60 ~ 80m，其中炎陵-扶沟-太康线埋深较深，达100m。底界面由西南向东北倾斜。沉积物的粒度从西北向东南、从上游向下游、从粗到细变化。
3.中更新世(Qp2)
在研究区北部(开封市、中牟县一带)，中更新统地层埋深在100 ~ 140m之间，底板埋深在200 ~ 260m之间，中更新统砂层厚度自西向东、向南逐渐变薄，达20m，东南部最薄仅10m。
研究区中部地区(尉氏县、通许县、扶沟县周边)，中更新统地层西薄东厚，地表未出露。该层埋深在尉氏县西岗40 ~ 80m，东部140 ~ 150m，北部开封县朱仙镇及南部扶沟地区大于150m。这种规律性表明它明显受基底构造控制。
在研究区南部，该系列的赵岭岗厚度最薄，只有30多米。漯河、西平、东虹地区层埋深100m，厚度50 ~ 60 m，王天、练寺、西华营地区层埋深120 ~ 150 m，厚度70 ~ 100 m，埋深和厚度向东南方向逐渐增大，到达周口、商水。
4.下更新统(Qp1)
(1)研究区北部，开封、中牟。下更新统未出露地表。根据钻孔资料，其顶板埋深200 ~ 260 m，大部分钻孔未揭露下更新统，部分钻孔已穿透，其底板埋深270 ~ 400 m..厚度为50 ~ 150m。
下更新统冲积湖层:棕色和棕黄色壤土，其次是粘质粉土和粘土。有粉砂和中细砂，砂层厚度为4 ~ 8m。下更新统底板埋深和砂层厚度的分布规律与地质构造密切相关，与物源方向一致。
下更新统冰水堆积层:为一套灰绿色、棕红色、棕色粘土和亚粘土，含少量粘质粉砂，1 ~ 2层细砂和中细砂。粘土多含铁、锰结核和钙质结核，砂层泥质，分选性差。
(2)下更新统可分为以下部分:开封市、中牟县南部，炎陵县—扶沟县—太康县北部。
下更新统上部:下更新统埋藏在中更新统之下，其沉积厚度明显受基底构造控制。中部隆起区薄，南部和北部凹陷区厚，自西向东10m，中部至通许40-50m，北部70-90m。底部埋深西部40 ~ 50m，中部150 ~ 180m，东部和南部200余m，北部250m。
下更新统下部:该区下部普遍分布，厚度较大，所有钻孔均未揭露该层。从屋顶埋深来看，明显受地下室结构控制。由于原因和物质来源的不同，可以分为以下三个方面:
冲积物分布在中牟县黄店、尉氏邢庄。岩性为棕红色，夹紫红色砂质粘土和粘土、灰白色和粉红色砂层，含砾石和粘质砾石。含水层大多出现在多层中。在300 ~ 350 m深度内，一般有4 ~ 5层，最多8 ~ 10层，总厚度60 ~ 100 m..主要含水层厚而粗，显示河床相沉积特征。
洪积物分布于大英-尉氏县南部至珠曲一带，岩性为棕红色，夹紫红色砂质粘土、粘土及粉细砂、中细砂及少量粗砂。300米深度内有5 ~ 6层砂层，总厚度60 ~ 80米。主要来自西部山区，含水层颗粒细，分选差，泥质多。
冲积-湖泊沉积分布在尉氏县以东的广大平原地区。上部棕黄色夹灰绿色浸染状厚层砂质粘土、粘土，夹浅黄色、灰白色中细砂层。粘土层含较多钙质结核、铁锰结核及浸染状物质，有1 ~ 3层古土壤，结构松散，常裂隙，裂隙中充填砂粒及钙质结晶。下部为红色、蓝灰色粘土和棕黄色泥质粉细砂和中细砂层。薄层发育，主要砂层厚度大，分布稳定。颗粒较粗，延伸较远，上游为粗中砂，下游为中细砂。300 ~ 350米深度内砂层总厚度:南部和北部小于40米，中部60 ~ 80米。
(3)在研究区南部，炎陵-扶沟-太康线以南，下更新统可分为两部分。
下更新统上段:赵岭岗一带，该层埋深150 ~ 200米，厚度60 ~ 150 ~ 200米。北、西、西南次之，底板埋深200 ~ 250 m，厚度90 ~ 1100 m，周口-襄城西北-东南带埋深250 ~ 300 m，厚度100 ~ 130 m..由于材料来源不同，王天、西华、周口和襄城是两大部分。西南部为冰水沉积，岩性主要为黄褐色-红褐色夹灰绿色和锈黄色壤土，粘土夹薄层粘质粉砂和巨厚砂层。东北部由黄褐色和红褐色厚壤土、粘土和粘质粉砂粉细砂组成。一般含钙质和铁锰质结核，部分粘土富含整合层，部分粘土沿裂隙有灰绿色网状和斑块。砂层颗粒细，分选性好，微层理。是冰川湖沉积物造成的。
下更新统下段:受勘探深度限制，该段未揭露。西部揭露厚度50 ~ 100m；东部揭露厚度为100 ~ 200米。该段为河流和湖泊沉积，主要由棕红色、黄棕色、灰绿色粘土和亚粘土组成，夹有细砂和中细砂层，质地细腻，灰绿色网状，沿粘土裂缝呈斑块状，具有杂色外观。发育水平和波状层理，一般含有铁、锰结核和层状钙片。总的特点是:以粘性土为主，结构致密，有明显的油脂光泽和压面，多呈半胶结状态。砂层颗粒细，分选性好，砂层中部分长石风化半胶结。
(2)新近纪
1.上新世明化镇组(N2m)
该组岩性在开封和周口盆地略有变化。开封盆地由棕红色和灰色粘土岩和砂质粘土岩与灰色和浅棕红色粉砂岩和砂岩互层组成，底部为砾石砂岩或砾石。周口盆地由棕红色和黄绿色粘土岩和砂质粘土岩与灰黄色和灰绿色细砂岩和粉砂岩互层组成，底部为粗砂岩或砾石砂层。总的来说，该组主要由棕红色和灰绿色粘土岩组成，砂质粘土岩与粉砂岩和细砂岩互层，底部多为砾砂岩或砾砂岩。沉积物粒度自西向东变细，开封盆地比周口盆地略细。从纵向看，具有自下而上逐渐变细的特点。该组为一套河流-湖泊相沉积。东部比西部厚，从北到南厚度变化不大。周口盆地640 ~ 111m，开封盆地600 ~ 1428m。
2.中新统馆陶组(N1g)
该组的岩性和厚度在区域内变化很大。开封盆地由浅棕红色和浅灰色粉砂岩组成，砂岩与棕红色粘土岩和砂质粘土岩互层，带有浅灰色、浅棕红色钙质砂岩和杂色砾石砂岩，厚度为250 ~ 915m。周口盆地底部为杂色砾岩，棕黄色、灰绿色、灰白色砾质砂岩夹棕红色、灰绿色粘土岩、砂质粘土岩，局部夹黑色薄层劣质煤，厚度124 ~ 342 m，总体上西部碎屑沉积物粒度较粗，砂岩、砂砾岩较多，东部较薄，粉砂岩、粘土岩较多。由于物源和盆地大小不同，开封盆地沉积物的粒度比周口盆地稍细，但都属于江湖相。
(3)古近纪
研究区古近系地层未出露，主要分布在开封和周口凹陷盆地，位于第四系或第三系盖层之下。据钻探，始新统和渐新统相对发育，但古新世未出露，情况不明。根据沉积岩相、构造和古生物化石资料，本区古近系为下始新统孔店组、中上始新统沙河街组和渐新统东营组。
从沉积特征来看，周口盆地多为一套氧化条件下形成的浅湖相红层，岩石颗粒较粗，主要为暗紫红色和褐色砂质粘土岩、粉砂岩、砾砂岩、灰紫色和红褐色角砾灰岩、泥灰岩和灰色粘土岩，厚度为342米..开封凹陷多属还原环境形成的浅湖-深湖相，为深灰色、灰褐色粘土岩夹浅灰色、灰白色细砂岩、钙质砂岩，局部夹3 ~ 5层玄武岩，厚度123 ~ 477 m。
(4)区域地质构造
研究区域构造对高氟地下水分布和形成的意义主要包括两个方面:①基底对深层水循环的影响，构造运动引起的地层起伏，某些断裂构造改变深层地下水循环的影响；②对介质空间和地下热水厚度分布的影响。随着构造的变化，地层厚度也会发生变化，隆起处地层变薄，凹陷处地层变厚。介质的不同空间分布也会影响地下热水的分布和动态变化。
(五)地下室结构概况
1.秦岭东西向构造带
研究区北部-开封凹陷带由多个凹陷和凸起组成。其中，中牟、开封凹陷、王洛凹陷、兰考隆起均为近东西向，受其他构造体系或构造带的干扰时会发生部分偏转。东西向压扭性逆冲断层相对发育，并伴有北东向和北西向扭性断层构造，可划分为多个次级构造单元。
研究区中部和南部的大部分地区主要以一系列东西向或近东西向断裂带和褶皱带为特征。主要断裂有鄢陵-太康断裂、鄢陵北彭店-曹丽断裂、姚佳-朱仙镇断裂、临颍-商水断裂、王刚断裂、桃城向斜和张桥断裂。
2.新华夏构造带
研究区属于新华夏第二沉降带的一部分，区内主要断裂为朱仙镇-庄头断裂和祁县断裂。西有大营西断裂，东有鲁豫曹西安-睢县断裂延伸至本区。
在研究区东南部，新华夏构造带由两条断层(符草楼断层和淮阳断层)和一个背斜(安陵背斜)组成，背斜为n 18 ~ 25° E，雁列倾向淮阳-林采宜带，断层规模大，可达20km。
3.南北构造带
南北向构造带形成于燕山期，喜马拉雅期继续活动，表现为断裂向斜构造，力学性质多表现为压性和压扭性断层。分布于尉氏曹楠一带。
4.北西向构造带
该构造带在研究区内不发育，主要分布在周口和夏亭东部，由两条大致平行的断层组成。一条从西华经周口到平甸，呈北西北走向，走向东北。一条从包屯-大新集入境，经东霞阁至王店，走向西北，倾向东北，倾角50°，切断东西向断层，使其水平移动。可能发生在燕山晚期，为压扭性断层。它明显地控制了研究区尤其是贾鲁河的水系分布。
(6)研究区内的大型构造单元
研究区的构造体系主要受小秦岭-嵩山东西向构造带、新华夏系构造体系和河南省中北部-西部构造带控制。受此影响，研究区主要有三个构造单元，即开封凹陷、通许凸起和周口凹陷。通许隆起(或通许背斜)占据了研究区的大部分地区，只有南北两个隆起分别与开封凹陷和周口凹陷的部分地区相交。现描述如下。
1.开封凹陷
开封凹陷属于济源-开封凹陷，是济源-开封凹陷的一个亚单元，位于济源-开封凹陷的东南角(图2-11)。开封凹陷属于中新生代断陷。
济源-开封凹陷沿黄河东西向分布于济源-开封-全敏地区，面积约12000km2。该地区被第四系广泛覆盖，仅侏罗系和古近系零星分布于姬塬西部。济源-开封凹陷基底主要为古生代和三叠系，部分地区(武陟凸起)为太古代变质岩。其中有古生代和新生代的陆相碎屑，最大厚度可达900m以上
济源-开封凹陷构造线近东西向，断层较发育，主要有近东西向、东北向和西北向三组。近东西向断裂规模大、形成早、活动时间长，均为正断层，形成凹陷或次级隆起的边界，控制凹陷的形成、发展和形态。北侧除焦作-商丘深断裂外，还有规模更大的中牟、杨庄、龙塘断裂。规模较小、形成较晚的北东向和北西向断层为平冲正断层，对凹陷内次生隆起和凹陷的形态、中新生代岩相和厚度变化有一定影响。
图2-11区域地质构造示意图
断层:f 1-兰考断层；F2-中牟-商丘断裂；F3-实心盒故障；F4-商水断裂；F5—湘江断层；F6-卢野断层；F7-郑州断层；F8-维斯断层；F9-包屯断层；f 10—-扶沟断层；f 11-陆毅断层；f 12—-蓼兰断层；f 13—-睢县断裂；f 14—-沙集断层；F15—延吉断裂；F16—进化断层。褶皱:S1—许昌背斜；S2-固定隔室背斜；S3—商水向斜；S4-季连背斜；S5—曹楠向斜；S6-宁陵背斜；S7-杜集背斜；S8—永城背斜；S9—吉水集背斜。1-基岩地层；2-正常故障；3-背斜；4—向斜
2.通许凸起
位于松吉台隆东部，永城凹陷西部。济源-开封与周口坳陷之间的通许-商丘面积约18000km2，如图2-11所示。
隆起基底以古生代为主，东西两端依次为元古代和太古代。主要由新近系河流红色、棕色和黄色粘土岩、砂岩和砂砾岩组成，中部厚度为400米，南北两侧厚度为1300米。第四系河流相粘土和砂层厚度为100 ~ 200米。南、北边缘带和内部小凹陷仍发育厚度为100 ~ 300 m的古近系陆相碎屑岩。
通许隆起实际上是宋吉台隆起的东延伸。近东西向断裂主要有北部的中牟、杨庄、龙塘断裂和南部的临颍-商水断裂。北东向断裂包括济阳断裂和睢县-曹西安断裂。北西向断裂为曹里北和东夏亭。通许隆起是古近纪以后下沉的潜伏隆起。
3.周口凹陷
位于渑池-确山断裂东部，通许和西平-平舆之间，面积近10000km2。
凹陷西部以负航磁异常为主，东部以正航磁异常为主。重力是以负异常为主的重力区，有正负相。周口-沈丘南部的重磁异常呈北西向，北东向。重磁特征大致反映了周口凹陷的面貌。如图2-12所示。
图2-12研究区构造剖面图
凹陷基底为古生代和三叠纪，部分地区为太古界(郸城隆起)。凹陷主要由古近系河湖相粘土岩、砂岩夹泥灰岩和亚稳定的暗红色复杂陆相碎屑岩建造组成。古近系为杂色粘土岩和砂岩煤线组成的亚稳定复杂陆相碎屑岩建造，第四系为粘土、砂和砾石层。此外，凹陷部分地区可能有中生界。新生代沉积物的最大厚度超过7000米。
总之，周口凹陷是一个以古生界为基础，受区内北西向和北东向主要断裂发育的中新生代坳陷盆地。它经历了前新近纪断陷和新近纪及其以后的坳陷两个发展阶段，形成了今天的多隆，坳陷众多，形态复杂。这种地貌对研究区的地下水流起到了一定的控制作用，从而指示了地下水中盐分的迁移和富集。