趵突泉上遊的山區是由石灰岩組成的,而平原的泥土底下也隐藏着岩漿岩。山區的石灰岩大約是在4億年前形成的,其質地比較純,以大約30度的斜度由南向北傾斜。石灰岩本身有空隙、裂隙和洞穴,能儲存和輸送地下水,地下水順着石灰岩層的傾斜,大量地流向下遊,在平原下的岩漿岩組織緊密,地下水流到這裡後碰到岩漿岩的阻擋就流不過去,加上岩漿岩上又覆蓋着一層不透水的粘土層,地下水就不能自由地流向下遊,這些被攔阻的大量地下水憑着強大的壓力,從地下的裂隙中湧上地面,就形成了趵突泉。
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