肅北南部地區(qū)礦山地質(zhì)構(gòu)造及水文化學(xué)特征

孫治國

（甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730000）

酒泉市肅北縣石包城鄉(xiāng)石包城村沙灣子片區(qū)位于原石包城鄉(xiāng)政府西北1km處，沙灣子片區(qū)占地面積27.3畝（70×260m），共有居民院落12戶。東北側(cè)緊鄰榆林河西岸，村民房屋東側(cè)距榆林河西岸50-80m。2016年3月沙灣子村南部房屋墻體開裂變形，2018年3月部分房屋墻體坍塌。為了查明坍塌原因，需要對肅北南部地區(qū)礦山的地質(zhì)構(gòu)造以及水文化學(xué)特征加以分析，保證附近居民的安全。

1 肅北南部地區(qū)礦山地質(zhì)構(gòu)造分析

肅北南部地區(qū)礦山位于石包城山間盆地，采礦區(qū)構(gòu)造隸屬塔里木板塊之方山口-小紅山陸棚海相三級構(gòu)造單元，導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造和褶皺構(gòu)造都比較發(fā)育，構(gòu)造形跡主要呈北西西向、北北西向展布，肅北南部地區(qū)礦山暫時還沒有發(fā)現(xiàn)斷層發(fā)育。

1.1 褶皺構(gòu)造分析

褶皺構(gòu)造是礦山層狀的巖石經(jīng)過一系列的變形后，會形成崎嶇不平、各種各樣的形態(tài)，但是巖層的連續(xù)完整性仍然保持不變且也不會被破壞的地質(zhì)構(gòu)造，換句話說就是礦山巖層的波狀彎曲現(xiàn)象。

通常情況下，礦山的褶皺構(gòu)造是很多褶曲組成的，褶曲不僅是褶皺巖層的一種彎曲程度，也是礦山褶皺構(gòu)造的基本單位。

在礦山地質(zhì)構(gòu)造中，總結(jié)了幾條褶曲的幾何要素：

（1）弧尖：在層面與切面上軸面的垂直位置的交點處，就是地質(zhì)層面彎曲程度最大的褶皺部位；

（2）樞紐：礦山的同一褶曲巖層中，最大彎曲點的連線是褶皺構(gòu)造中軸面與軸面的交線；

（3）軸線：發(fā)生褶皺構(gòu)造的軸面與水平面的交線；

（4）軸面：褶曲兩側(cè)形成的面與對稱面相似；

（5）翼：褶皺構(gòu)造曲面的兩側(cè)部分；

（6）核：褶皺構(gòu)造曲面的中心部位。

褶曲通常分為背斜褶曲和向斜褶曲兩種基本形態(tài)，背斜褶曲是處于礦山兩翼的巖層相背傾斜的形態(tài)，在形態(tài)上屬于巖層向上彎曲的褶曲構(gòu)造；而向斜褶曲是處于礦山兩翼的巖層相向傾斜的形態(tài)，在形態(tài)上屬于巖層向下彎曲的褶曲。

根據(jù)核與兩翼巖層之間的新老關(guān)系來區(qū)分背斜褶曲和向斜褶曲，背斜褶曲核部的巖層都比較古老，而兩翼部的巖層相對比較新鮮；向斜褶曲核部的巖層相對較新，而兩翼部的巖層相對比較古老。

根據(jù)肅北南部地區(qū)礦山軸面的產(chǎn)狀，可以將褶曲分為平臥、倒轉(zhuǎn)、傾斜和直立四種。平臥褶曲的軸面比較接近水平，在兩翼處的巖層產(chǎn)狀與水平重疊比較相近，礦山廣翼巖層都是呈正常層序排列的，處于礦山另一翼的巖層大都為倒轉(zhuǎn)層序；倒轉(zhuǎn)褶曲的軸面相對傾斜，礦山兩翼的巖層一般都會朝著同一個方向傾斜，一翼是正序，一翼是倒序；傾斜褶曲的軸面也是傾斜狀態(tài)，礦山兩翼的巖層朝著相對方向傾斜，兩翼的傾角幾乎沒有差別；直立褶曲的軸面接近直立狀態(tài)，兩翼的傾斜方向相反，傾角大致相等。

1.2 斷裂構(gòu)造分析

礦山地質(zhì)斷裂構(gòu)造指的是巖石受到力的作用后發(fā)生形狀的改變，當(dāng)形變到一定程度時產(chǎn)生一系列的斷裂面，導(dǎo)致巖石的連續(xù)性及完整性遭到嚴(yán)重破壞的構(gòu)造[1]。規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造沿著走向可以達(dá)到數(shù)千公里，例如巖石圈板塊當(dāng)中的邊界斷裂構(gòu)造，小規(guī)模的斷裂構(gòu)造需要借助顯微鏡才可以觀察到斷裂的效果。

節(jié)理是斷裂構(gòu)造中比較顯著的斷裂類型，當(dāng)巖石發(fā)生斷裂構(gòu)造時，斷裂面兩側(cè)的巖塊通常是不會發(fā)生顯著的位移變化，節(jié)理的另一種說法是裂跡，如果肅北南部地區(qū)礦山巖層的節(jié)理是比較發(fā)育的，就說明該礦山巖層裂跡也比較多。

根據(jù)斷裂形成的原因可以將節(jié)理分為三類，即原生節(jié)理、風(fēng)化節(jié)理和構(gòu)造節(jié)理。原生節(jié)理就是礦山周圍巖石在形成的過程中天然形成的節(jié)理；風(fēng)化節(jié)理是肅北南部地區(qū)的地表巖石受到風(fēng)化作用后產(chǎn)生的節(jié)理；構(gòu)造節(jié)理是由于地殼的不規(guī)則運動，礦山周圍巖石受到構(gòu)造作用力而形成的，構(gòu)造節(jié)理也是蘇北南部地區(qū)礦山中廣泛存在的一種節(jié)理現(xiàn)象，根據(jù)力學(xué)成因的不同，還可以分為張節(jié)理和剪節(jié)理兩種。張節(jié)理就是在巖石張力的作用下形成的，大多數(shù)都是呈張開狀態(tài)，表面呈現(xiàn)凹凸不平的結(jié)構(gòu)，而且還不會出現(xiàn)各種痕跡；剪節(jié)理是當(dāng)巖石受到的剪應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了巖石本身的抗剪強(qiáng)度時產(chǎn)生的，一般都是緊閉狀態(tài)，而且節(jié)理的表面較為平坦，手感也比較光滑。

綜上所述，由于肅北南部地區(qū)的新構(gòu)造運動與青藏高原的形成有著十分密切的關(guān)系，在繼承老構(gòu)造運動的基礎(chǔ)上，新構(gòu)造的差異性升降運動十分明顯，如區(qū)域總體上升的條件下形成了許多小型山間盆地。在上升區(qū)與沉降區(qū)的過渡地帶，往往產(chǎn)生一系列的褶皺和斷裂，許多斷裂具有繼承性。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動還具有階段性特點，在沉積物的巖相、接觸關(guān)系和河流改道、河流階地等方面均有反映。新構(gòu)造運動強(qiáng)度自南向北有逐漸減弱的趨勢。

2 肅北南部地區(qū)礦山水文化學(xué)特征

肅北南部地區(qū)水文資源主要來源于礦區(qū)地表徑流，相對于大型構(gòu)造盆地堆積著巨大的松散地層，在礦區(qū)內(nèi)蘊藏著極其豐富的水資源。肅北南部地區(qū)水文地質(zhì)主要是循環(huán)裂隙水，其化學(xué)特征會受當(dāng)?shù)貧夂驇У挠绊憽?/p>

2.1 地表水的化學(xué)特征分析

榆林河是肅北南部地區(qū)的唯一地表水體，由于榆林河河谷地段水質(zhì)良好，地表水的化學(xué)類型為SO42-－Ca2+型，其地表水水質(zhì)成果如表1所示。

表1 榆林河地表水水質(zhì)成果一覽表（單位：mg/l）

2.2 地下水化學(xué)特征分析

肅北南部地區(qū)沙灣村榆林河河谷潛水化學(xué)類型主要為SO42-－Ca2+型，PH值為7.72－8.47，溶解性總固體1064－1420mg/l，總硬度311.01－470.22mg/l，局部地段由于污染因素影響，個別離子（組分）含量增高，但總體來說水質(zhì)仍適宜人畜飲用和農(nóng)田灌溉要求。溶解性總固體884－1159mg/l，總硬度315.3－619.5 mg/l，PH值為7.5－8.3，水化學(xué)類型屬－ Ca2型。

表2 地下水水質(zhì)分析成果一覽表

肅北南部地區(qū)的地下水處于積極交替狀態(tài)，所以榆林河水在溢出帶以上的水質(zhì)在垂直分異上不是很明顯，由于肅北南部地區(qū)的蒸發(fā)濃縮作用非常強(qiáng)烈，在不透水層分隔的情況下，水體呈上咸下淡的水質(zhì)，如圖1所示[2]。

圖1 地下水埋深與礦化度的關(guān)系圖

3 結(jié)束語

本文提出肅北南部地區(qū)礦山地質(zhì)構(gòu)造及水文化學(xué)特征。由于近年來沙灣子村北側(cè)房屋地面和基礎(chǔ)上部墻體出現(xiàn)返潮現(xiàn)象，局部房屋墻角墻皮脫落，甚至墻體開裂及部分房屋坍塌等，本文通過分析肅北南部地區(qū)礦山的褶皺和斷裂等地質(zhì)構(gòu)造，及地表水與地下水的化學(xué)特性，查明房屋坍塌的原因，確保人民的居住安全。希望本文的研究可以為沙灣子村的墻體開裂及部分房屋坍塌現(xiàn)象的產(chǎn)生提供理論依據(jù)。