六盤山東麓地區(qū)三橋組礫巖的似巖溶特征及找水方向分析

沈妍昱

(湖北省核工業(yè)地質局，湖北孝感 432000)

0 引言

六盤山東麓地區(qū)指六盤山以東的甘肅省平?jīng)鍪泻蛯幭幕刈遄灾螀^(qū)的固原市一帶，是西北地區(qū)重要的交通要道和少數(shù)民族聚集地。區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，旅游資源較為發(fā)達，然而受特定的自然地理條件制約，水資源較為貧乏，供需矛盾非常突出。該區(qū)白堊系深層地下水水文地質條件復雜，開發(fā)利用程度低。根據(jù)已有資料分析，六盤山群三橋組礫巖具有巖溶較發(fā)育、富水性較強、埋深較淺、水質較好的特征，是本區(qū)理想的地下水含水介質。本文結合1999年以來開展的《鄂爾多斯盆地地下水勘查(甘肅部分)》項目取得的成果，對區(qū)內(nèi)三橋組礫巖的似巖溶特征及找水方向作進一步分析和探討[1]。

1 三橋組礫巖的分布及巖性巖相特征

1.1 命名定義

三橋組屬下白堊系六盤山群，六盤山群按巖性自下而上共劃分為五個組:三橋組(K1s)、和尚鋪組(K1h)、李洼峽組(K1l)、馬東山組(K1m)和乃家河組(K1n)，總厚度約5 130 m，各組之間為連續(xù)沉積。三橋組是六盤山群中的底部層位，出露厚度250 m。命名定義:指位于寬坪巖群之上，和尚鋪組棕紅色砂巖之下的一套淺棕紫色、灰紫色塊狀礫巖，局部地方夾凸鏡狀砂巖的地層序列。下與奧陶紀灰?guī)r以明顯的不整合面為界，上以紫紅色砂巖的出現(xiàn)作為和尚鋪組的開始，兩者為整合接觸。

1.2 分布特征

六盤山群的分布及其厚度主要受賀蘭山褶皺帶控制，總體上在“古脊梁”展布地區(qū)六盤山群厚度小，粒度粗，其兩側厚度大，沉積物相對較細。三橋組分布于平?jīng)觥~城大斷裂以西—六盤山間的廣大地區(qū)內(nèi)，主要分布于涇源縣石咀子—馬家峽—沙南峽—老喂子溝一線，大片出露于崆峒山—涇河后峽峽谷兩岸的范圍內(nèi)。出露面積約115 km2，與老地層呈超覆不整合接觸(圖1)。

1.3 巖性巖相特征

三橋組為一套山麓相粗碎屑堆積，據(jù)其巖石特征及層序特征，可分為沖積扇相和少量殘坡積相。巖性為褐灰、黃灰及淺灰色中—巨厚層狀細—巨礫巖，局部夾少量淺褐灰、黃灰色薄—中層狀、透鏡狀砂礫巖、含礫粗砂巖?？v向上，礫巖向上礫徑變細，層厚變薄，砂巖、砂礫巖逐漸增多。橫向上，本組巖性及厚度變化較大，自東向西，總體具有巖性變細、厚度變薄的特點。

三橋組礫巖，礫石成分主要有奧陶紀灰?guī)r、寒武紀白云巖、鮞?；?guī)r、砂巖、粉砂巖等。一般為雜色、土黃色、紅褐色，層理不明顯，巖性堅硬，節(jié)理裂隙發(fā)育，礫石粒徑為5～20 cm，個別大者達30～50 cm，磨圓度好，分選性差，礫石成分主要為灰?guī)r、砂巖、白云巖等，泥砂質膠結，礫石與膠結物中含有較豐富的鈣質成分。因其為山麓相堆積物和山前沖洪積成因，巖性特征表現(xiàn)出由原巖成分的不同和搬運距離的遠近所決定的特點。在三關口一帶，直接覆于奧陶系之上，其物質來源直接為早古生界灰?guī)r，為“古脊梁”古巖溶峰叢的就近堆積物，表現(xiàn)出底礫巖的特征;崆峒山及平?jīng)瞿喜恳粠Ц灿诙B系及三疊系之上，其物質來源多元化，并表現(xiàn)出由西向東，顆粒由粗變細的特征，也說明當時地勢西高東低，水流也自西向東徑流。

圖1 六盤山東麓地區(qū)地層剖面圖Fig.1 Stratigraphic profile of eastern Liupanshan

2 三橋組礫巖的似巖溶特征

三橋組礫巖因其礫石中灰?guī)r占大部分，且膠結物中含有大量的鈣質成分，因而普遍具有似巖溶化現(xiàn)象，類巖溶景觀主要表現(xiàn)為石峰、溶洞、峽谷、溶槽(溶隙)等。石峰和峽谷是三橋組礫巖中典型的巖溶現(xiàn)象，其形成主要受三橋礫巖的垂直節(jié)理和區(qū)域地質構造的控制，同時也受巖性在空間上溶蝕的差異性影響。本區(qū)溶洞、溶槽(溶隙)是否發(fā)育與地下水的分布及富水特征密切相關，其發(fā)育程度決定了地下水賦存和徑流條件。

2.1 溶洞

溶洞是三橋礫巖中常見的巖溶景觀，主要發(fā)育于涇河后峽和大峽峽谷兩岸及崆峒山上。在大峽峽谷兩岸，溶洞主要沿水平層理面(或易溶層面)發(fā)育而成，沿水平方向發(fā)育延伸，高、深一般在1 m左右，而水平方向達數(shù)米。在涇河后峽主要發(fā)育于陡直崖壁上，沿易溶的薄弱層位發(fā)育，形狀一般為似圓狀，開口較大，一般在數(shù)米，而深度較淺，最大者也僅3～5 m。在崆峒山上，溶洞主要沿節(jié)理裂隙溶蝕而成，規(guī)模較小，一般沿節(jié)理面方向發(fā)育延伸。根據(jù)現(xiàn)有鉆探資料分析，該套地層鉆孔提取巖芯中，存在蜂窩狀溶蝕孔洞，溶蝕孔洞直徑3～8 cm，且在局部巖性段具有較好的連通性，說明三橋組礫巖由地表到地下深部均存在溶蝕孔洞的發(fā)育現(xiàn)象，只不過出露地表部分，由于其所處環(huán)境發(fā)生了極大改變，相比地下部分溶蝕孔洞更為發(fā)育而已。

2.2 溶槽(溶隙)

溶槽主要發(fā)育于崆峒山上，深一般為幾米，寬度較窄，一般為2～3 m，槽壁平直，由垂直節(jié)理控制在水流作用下形成。溶槽發(fā)展擴大就形成溶溝。節(jié)理裂隙經(jīng)溶蝕擴大形成溶隙，一般呈楔行形態(tài)，且以垂向多見。

本區(qū)三橋組礫巖的似巖溶現(xiàn)象具有普遍性，在平?jīng)鍪嗅轻监l(xiāng)涇河河谷區(qū)的“勘探孔(井)”為這一觀點提供了佐證。據(jù)平基1號勘探孔和平熱1號勘探孔簡易水文地質觀測，在三橋礫巖層鉆進時漏漿現(xiàn)象明顯，漏失量較大，通過后期抽水試驗驗證水量豐富，說明三橋礫巖溶洞、溶隙較為發(fā)育，雖然上述鉆孔不是以找水為目的，抽水試驗相對簡易，且鉆孔孔徑偏小，對三橋組礫巖的水文地質特征尚未查清，但對今后開發(fā)利用三橋組基巖裂隙水的勘查工作具有借鑒和指導意義。而本區(qū)平熱3號勘探孔位于峽門—南坡斷裂帶附近，沿斷裂帶三橋組礫巖具有帶狀富水的特點，說明三橋礫巖裂隙(溶隙)發(fā)育程度還受斷裂構造控制。

3 三橋組礫巖的似巖溶特征與碳酸鹽巖的巖溶特征對比分析

三橋組礫巖的似巖溶特征較為明顯，但與碳酸鹽巖的巖溶特征對比仍有許多不同之處:

3.1 三橋組礫巖的似巖溶特征受節(jié)理控制明顯

碳酸鹽巖層理普遍發(fā)育，有利于溶隙的發(fā)育，特別是背斜的核部沿巖石層面大多產(chǎn)生順層錯動，往往形成寬達數(shù)十厘米的寬大溶隙，上寬下窄，呈“楔”形形態(tài)，且延伸較遠。三橋組礫巖層理不發(fā)育，溶槽、溶隙由垂直節(jié)理控制形成，規(guī)模小，且較規(guī)則。

3.2 三橋組礫巖中的溶洞規(guī)模較小

本區(qū)碳酸鹽巖分布地段溶洞較多，主要分布在現(xiàn)代河谷兩岸，如蘇家峽、野狐峽和龍門洞峽谷是溶洞的集中發(fā)育區(qū)。三橋組礫巖區(qū)溶洞主要沿節(jié)理裂隙溶蝕而成，一般沿節(jié)理面方向發(fā)育延伸，規(guī)模較碳酸鹽巖區(qū)小，連通性也較碳酸鹽巖區(qū)差，多為孤立溶洞，溶洞成群、連片地受構造運動及裂隙發(fā)育程度的控制。

3.3 三橋組礫巖巖溶洼地不發(fā)育

碳酸鹽巖分布地段巖溶洼地也較發(fā)育。巖溶洼地在裸露巖溶區(qū)山頂?shù)墓乓钠矫嫔习l(fā)育形成，在崆峒山口子梁、華亭馬峽—野狐峽一帶廣泛分布，形狀一般呈手掌形，三面環(huán)山梁，一側有溶蝕溝谷出口，上部覆蓋有第四系及第三系沉積物，如華亭的何家山古巖溶洼地、羅馬寺古巖溶洼地等。三橋礫巖巖溶發(fā)育相對弱，巖溶夷平面和巖溶洼地少見?甘肅省地質調查院，鄂爾多斯盆地地下水勘查 (甘肅)報告，2007。。

3.4 三橋組礫巖巖溶泉流量較小

與碳酸鹽巖區(qū)巖溶泉天然露頭相比，三橋礫巖區(qū)雖發(fā)育有巖溶泉，但流量均較小，如崆峒山一帶的玻璃泉、黑龍泉、黃龍泉、西巖泉等，流量多＜1 L/s。而水泉溝碳酸鹽巖溶水多年平均流量達179 L/s。

4 三橋組礫巖的找水方向分析

通過對三橋礫巖的似巖溶特征與碳酸鹽巖的巖溶特征對比，并結合近二十年來有關部門和施工單位的勘探或探采結合井(孔)資料分析，筆者對三橋礫巖的水文地質特征和找水方向方面初步得到如下幾點認識，供進一步勘查開發(fā)該類地下水時參考。

4.1 三橋組礫巖可作為找水目的層進行勘探開發(fā)

在本區(qū)碳酸鹽巖地層中曾打出自流量達8 228.4 m3/d，在三橋礫巖中已成功施工了十余眼供水井，水量較豐富，部分供水井見表1，水質好，部分井鍶含量達到飲用礦泉水標準。因此，在查清該區(qū)水文地質條件的基礎上，可將三橋組礫巖作為開采目的層進行合理開發(fā)利用，以進一步解決或緩解該區(qū)部分地段的缺水問題。

表1 三橋礫巖部分孔(井)水文地質資料一覽表Table 1 Schedule of hydrologic data of part hole of Sanqiao conglomerate

4.2 有利構造部位是富水性好的地段

六盤山東麓地區(qū)碳酸鹽巖巖溶發(fā)育相對較弱，溶蝕作用主要沿構造裂隙發(fā)育，巖溶富水性不均一，表現(xiàn)為典型的“巖溶裂隙型”特征。三橋組礫巖分布區(qū)也與此基本一致，地下水的運移、儲存嚴格地受到構造裂隙的控制，一些大的斷裂構造帶、構造復合部位、裂隙密集區(qū)往往成為有利的富水帶，巖溶分異作用更促進了地下水的不均一性，是典型的“脈狀水”，具地下水動態(tài)不穩(wěn)定，水位高差大的特征。

本區(qū)在古生代、中生代時期經(jīng)歷了多次地殼運動，至燕山運動基本上奠定了本區(qū)構造格局。受強烈燕山運動的影響，區(qū)內(nèi)地層特別是白堊系地層發(fā)生了一系列的斷裂和褶皺，同時派生節(jié)理十分發(fā)育，節(jié)理面平直延伸較遠。統(tǒng)計表明發(fā)育較好的節(jié)理有五組，走向285°、走向 310°、走向 350°、走向 30°和走向 80°，北西向三組，北東向兩組，構成“X”型，節(jié)理傾角較陡，傾角在70°以上的節(jié)理占59.3%，將巖體切割成不同的塊體，為地下水的運移、儲存提供了有利條件[2]。

但受地層巖性、構造運動差異性的影響，節(jié)理、裂隙發(fā)育程度在不同地段存在較大的差異，受此影響和控制，地下水的運移、儲存在不同地段和構造部位也表現(xiàn)出明顯的差別，一些大的斷裂構造帶、構造復合部位、裂隙密集區(qū)往往成為有利的富水帶和強徑流帶，也是找水布井的首選區(qū)。據(jù)平?jīng)龀菂^(qū)河谷一帶的已有井(孔)資料分析，富水性強的井(孔)多位于兩條斷裂的交匯處，無水、干孔處往往斷裂構造不發(fā)育。

4.3 三橋組礫巖水資源量有限，需合理開發(fā)利用

受似巖溶發(fā)育特征、補給、賦存條件限制，三橋組礫巖中賦存的地下水資源量有限，需合理規(guī)劃，長遠開發(fā)利用。特別是該區(qū)大多數(shù)供水井水位下降幅度較大，初期大多自流，在短短的幾年時間內(nèi)，水頭和自流量均大幅衰減，說明補給有限?楊小雄、俞堯龍，甘肅省平?jīng)隹h農(nóng)田供水水文地質勘察報告，甘肅省地質局水文一隊，1980。。因此，在資源評價中，需充分考慮似巖溶發(fā)育的不均一性，合理確定含水層厚度和補給空間，并充分考慮水頭的衰減，選取合理的計算參數(shù)，確定可開采資源量，達到資源的合理開發(fā)利用。

[1] 楊雨.甘肅省巖石地層[M].武漢:中國地質大學出版社，2008:50－52.

[2] 張彥林，李生永，等.隴東盆地西部巖溶地下水形成機制研究[J].中國地質，2006(12):1 396－1 397.