六盘山东麓地区三桥组砾岩的似岩溶特征及找水方向分析

沈妍昱

(湖北省核工业地质局，湖北孝感 432000)

0 引言

六盘山东麓地区指六盘山以东的甘肃省平凉市和宁夏回族自治区的固原市一带，是西北地区重要的交通要道和少数民族聚集地。区内矿产资源丰富，旅游资源较为发达，然而受特定的自然地理条件制约，水资源较为贫乏，供需矛盾非常突出。该区白垩系深层地下水水文地质条件复杂，开发利用程度低。根据已有资料分析，六盘山群三桥组砾岩具有岩溶较发育、富水性较强、埋深较浅、水质较好的特征，是本区理想的地下水含水介质。本文结合1999年以来开展的《鄂尔多斯盆地地下水勘查(甘肃部分)》项目取得的成果，对区内三桥组砾岩的似岩溶特征及找水方向作进一步分析和探讨[1]。

1 三桥组砾岩的分布及岩性岩相特征

1.1 命名定义

三桥组属下白垩系六盘山群，六盘山群按岩性自下而上共划分为五个组:三桥组(K1s)、和尚铺组(K1h)、李洼峡组(K1l)、马东山组(K1m)和乃家河组(K1n)，总厚度约5 130 m，各组之间为连续沉积。三桥组是六盘山群中的底部层位，出露厚度250 m。命名定义:指位于宽坪岩群之上，和尚铺组棕红色砂岩之下的一套浅棕紫色、灰紫色块状砾岩，局部地方夹凸镜状砂岩的地层序列。下与奥陶纪灰岩以明显的不整合面为界，上以紫红色砂岩的出现作为和尚铺组的开始，两者为整合接触。

1.2 分布特征

六盘山群的分布及其厚度主要受贺兰山褶皱带控制，总体上在“古脊梁”展布地区六盘山群厚度小，粒度粗，其两侧厚度大，沉积物相对较细。三桥组分布于平凉—铜城大断裂以西—六盘山间的广大地区内，主要分布于泾源县石咀子—马家峡—沙南峡—老喂子沟一线，大片出露于崆峒山—泾河后峡峡谷两岸的范围内。出露面积约115 km2，与老地层呈超覆不整合接触(图1)。

1.3 岩性岩相特征

三桥组为一套山麓相粗碎屑堆积，据其岩石特征及层序特征，可分为冲积扇相和少量残坡积相。岩性为褐灰、黄灰及浅灰色中—巨厚层状细—巨砾岩，局部夹少量浅褐灰、黄灰色薄—中层状、透镜状砂砾岩、含砾粗砂岩。纵向上，砾岩向上砾径变细，层厚变薄，砂岩、砂砾岩逐渐增多。横向上，本组岩性及厚度变化较大，自东向西，总体具有岩性变细、厚度变薄的特点。

三桥组砾岩，砾石成分主要有奥陶纪灰岩、寒武纪白云岩、鲕粒灰岩、砂岩、粉砂岩等。一般为杂色、土黄色、红褐色，层理不明显，岩性坚硬，节理裂隙发育，砾石粒径为5～20 cm，个别大者达30～50 cm，磨圆度好，分选性差，砾石成分主要为灰岩、砂岩、白云岩等，泥砂质胶结，砾石与胶结物中含有较丰富的钙质成分。因其为山麓相堆积物和山前冲洪积成因，岩性特征表现出由原岩成分的不同和搬运距离的远近所决定的特点。在三关口一带，直接覆于奥陶系之上，其物质来源直接为早古生界灰岩，为“古脊梁”古岩溶峰丛的就近堆积物，表现出底砾岩的特征;崆峒山及平凉南部一带覆于二叠系及三叠系之上，其物质来源多元化，并表现出由西向东，颗粒由粗变细的特征，也说明当时地势西高东低，水流也自西向东径流。

图1 六盘山东麓地区地层剖面图Fig.1 Stratigraphic profile of eastern Liupanshan

2 三桥组砾岩的似岩溶特征

三桥组砾岩因其砾石中灰岩占大部分，且胶结物中含有大量的钙质成分，因而普遍具有似岩溶化现象，类岩溶景观主要表现为石峰、溶洞、峡谷、溶槽(溶隙)等。石峰和峡谷是三桥组砾岩中典型的岩溶现象，其形成主要受三桥砾岩的垂直节理和区域地质构造的控制，同时也受岩性在空间上溶蚀的差异性影响。本区溶洞、溶槽(溶隙)是否发育与地下水的分布及富水特征密切相关，其发育程度决定了地下水赋存和径流条件。

2.1 溶洞

溶洞是三桥砾岩中常见的岩溶景观，主要发育于泾河后峡和大峡峡谷两岸及崆峒山上。在大峡峡谷两岸，溶洞主要沿水平层理面(或易溶层面)发育而成，沿水平方向发育延伸，高、深一般在1 m左右，而水平方向达数米。在泾河后峡主要发育于陡直崖壁上，沿易溶的薄弱层位发育，形状一般为似圆状，开口较大，一般在数米，而深度较浅，最大者也仅3～5 m。在崆峒山上，溶洞主要沿节理裂隙溶蚀而成，规模较小，一般沿节理面方向发育延伸。根据现有钻探资料分析，该套地层钻孔提取岩芯中，存在蜂窝状溶蚀孔洞，溶蚀孔洞直径3～8 cm，且在局部岩性段具有较好的连通性，说明三桥组砾岩由地表到地下深部均存在溶蚀孔洞的发育现象，只不过出露地表部分，由于其所处环境发生了极大改变，相比地下部分溶蚀孔洞更为发育而已。

2.2 溶槽(溶隙)

溶槽主要发育于崆峒山上，深一般为几米，宽度较窄，一般为2～3 m，槽壁平直，由垂直节理控制在水流作用下形成。溶槽发展扩大就形成溶沟。节理裂隙经溶蚀扩大形成溶隙，一般呈楔行形态，且以垂向多见。

本区三桥组砾岩的似岩溶现象具有普遍性，在平凉市崆峒乡泾河河谷区的“勘探孔(井)”为这一观点提供了佐证。据平基1号勘探孔和平热1号勘探孔简易水文地质观测，在三桥砾岩层钻进时漏浆现象明显，漏失量较大，通过后期抽水试验验证水量丰富，说明三桥砾岩溶洞、溶隙较为发育，虽然上述钻孔不是以找水为目的，抽水试验相对简易，且钻孔孔径偏小，对三桥组砾岩的水文地质特征尚未查清，但对今后开发利用三桥组基岩裂隙水的勘查工作具有借鉴和指导意义。而本区平热3号勘探孔位于峡门—南坡断裂带附近，沿断裂带三桥组砾岩具有带状富水的特点，说明三桥砾岩裂隙(溶隙)发育程度还受断裂构造控制。

3 三桥组砾岩的似岩溶特征与碳酸盐岩的岩溶特征对比分析

三桥组砾岩的似岩溶特征较为明显，但与碳酸盐岩的岩溶特征对比仍有许多不同之处:

3.1 三桥组砾岩的似岩溶特征受节理控制明显

碳酸盐岩层理普遍发育，有利于溶隙的发育，特别是背斜的核部沿岩石层面大多产生顺层错动，往往形成宽达数十厘米的宽大溶隙，上宽下窄，呈“楔”形形态，且延伸较远。三桥组砾岩层理不发育，溶槽、溶隙由垂直节理控制形成，规模小，且较规则。

3.2 三桥组砾岩中的溶洞规模较小

本区碳酸盐岩分布地段溶洞较多，主要分布在现代河谷两岸，如苏家峡、野狐峡和龙门洞峡谷是溶洞的集中发育区。三桥组砾岩区溶洞主要沿节理裂隙溶蚀而成，一般沿节理面方向发育延伸，规模较碳酸盐岩区小，连通性也较碳酸盐岩区差，多为孤立溶洞，溶洞成群、连片地受构造运动及裂隙发育程度的控制。

3.3 三桥组砾岩岩溶洼地不发育

碳酸盐岩分布地段岩溶洼地也较发育。岩溶洼地在裸露岩溶区山顶的古夷平面上发育形成，在崆峒山口子梁、华亭马峡—野狐峡一带广泛分布，形状一般呈手掌形，三面环山梁，一侧有溶蚀沟谷出口，上部覆盖有第四系及第三系沉积物，如华亭的何家山古岩溶洼地、罗马寺古岩溶洼地等。三桥砾岩岩溶发育相对弱，岩溶夷平面和岩溶洼地少见❶甘肃省地质调查院，鄂尔多斯盆地地下水勘查 (甘肃)报告，2007。。

3.4 三桥组砾岩岩溶泉流量较小

与碳酸盐岩区岩溶泉天然露头相比，三桥砾岩区虽发育有岩溶泉，但流量均较小，如崆峒山一带的玻璃泉、黑龙泉、黄龙泉、西岩泉等，流量多＜1 L/s。而水泉沟碳酸盐岩溶水多年平均流量达179 L/s。

4 三桥组砾岩的找水方向分析

通过对三桥砾岩的似岩溶特征与碳酸盐岩的岩溶特征对比，并结合近二十年来有关部门和施工单位的勘探或探采结合井(孔)资料分析，笔者对三桥砾岩的水文地质特征和找水方向方面初步得到如下几点认识，供进一步勘查开发该类地下水时参考。

4.1 三桥组砾岩可作为找水目的层进行勘探开发

在本区碳酸盐岩地层中曾打出自流量达8 228.4 m3/d，在三桥砾岩中已成功施工了十余眼供水井，水量较丰富，部分供水井见表1，水质好，部分井锶含量达到饮用矿泉水标准。因此，在查清该区水文地质条件的基础上，可将三桥组砾岩作为开采目的层进行合理开发利用，以进一步解决或缓解该区部分地段的缺水问题。

表1 三桥砾岩部分孔(井)水文地质资料一览表Table 1 Schedule of hydrologic data of part hole of Sanqiao conglomerate

4.2 有利构造部位是富水性好的地段

六盘山东麓地区碳酸盐岩岩溶发育相对较弱，溶蚀作用主要沿构造裂隙发育，岩溶富水性不均一，表现为典型的“岩溶裂隙型”特征。三桥组砾岩分布区也与此基本一致，地下水的运移、储存严格地受到构造裂隙的控制，一些大的断裂构造带、构造复合部位、裂隙密集区往往成为有利的富水带，岩溶分异作用更促进了地下水的不均一性，是典型的“脉状水”，具地下水动态不稳定，水位高差大的特征。

本区在古生代、中生代时期经历了多次地壳运动，至燕山运动基本上奠定了本区构造格局。受强烈燕山运动的影响，区内地层特别是白垩系地层发生了一系列的断裂和褶皱，同时派生节理十分发育，节理面平直延伸较远。统计表明发育较好的节理有五组，走向285°、走向 310°、走向 350°、走向 30°和走向 80°，北西向三组，北东向两组，构成“X”型，节理倾角较陡，倾角在70°以上的节理占59.3%，将岩体切割成不同的块体，为地下水的运移、储存提供了有利条件[2]。

但受地层岩性、构造运动差异性的影响，节理、裂隙发育程度在不同地段存在较大的差异，受此影响和控制，地下水的运移、储存在不同地段和构造部位也表现出明显的差别，一些大的断裂构造带、构造复合部位、裂隙密集区往往成为有利的富水带和强径流带，也是找水布井的首选区。据平凉城区河谷一带的已有井(孔)资料分析，富水性强的井(孔)多位于两条断裂的交汇处，无水、干孔处往往断裂构造不发育。

4.3 三桥组砾岩水资源量有限，需合理开发利用

受似岩溶发育特征、补给、赋存条件限制，三桥组砾岩中赋存的地下水资源量有限，需合理规划，长远开发利用。特别是该区大多数供水井水位下降幅度较大，初期大多自流，在短短的几年时间内，水头和自流量均大幅衰减，说明补给有限❶杨小雄、俞尧龙，甘肃省平凉县农田供水水文地质勘察报告，甘肃省地质局水文一队，1980。。因此，在资源评价中，需充分考虑似岩溶发育的不均一性，合理确定含水层厚度和补给空间，并充分考虑水头的衰减，选取合理的计算参数，确定可开采资源量，达到资源的合理开发利用。

[1] 杨雨.甘肃省岩石地层[M].武汉:中国地质大学出版社，2008:50－52.

[2] 张彦林，李生永，等.陇东盆地西部岩溶地下水形成机制研究[J].中国地质，2006(12):1 396－1 397.