韩树青(试论渭北岩溶发育史及新岩溶发育规律

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1、试论渭北岩溶发育史及新岩溶发育规律陕西省1 85煤田地质勘探队韩树青渭北岩溶区系指陕西省渭河以北,西自富平,东到韩城弧状隆起的石灰岩山岭和倾伏于石炭二叠 纪含煤岩系之下的奥陶纪石灰岩(下称奥灰)分布地带。本区奥灰为一套浅海相沉积,因受后期地壳运动的破坏和各期岩溶化作用,经漫长风化剥蚀后,古地形呈现西高东低,残留地层厚度为73 4 一4 59m。下奥陶统冶里组:中厚 层状泥质白云岩夹竹叶状白云岩 及薄板泥质自云岩,全厚47 m。亮 甲山 组:厚层状白云岩,含乳白色隧石团块及局部成层的隧石条带,厚6 4m。中奥陶统马家沟组:按其岩性特征可 划分为6段,自西而东逐渐缺失第46段。由灰黑色、深灰色中厚

2、层状石灰岩和灰白色、棕灰色白云岩,以及薄至厚层状过渡岩石(石灰岩一白云岩)组成,为本区岩溶含水层的主体,厚6 2 934gm。一、渭北岩溶发育史岩 溶发育史取决于区域地质构造的发展史。根据渭北奥灰水文地质特征,结合本区地质构造发展及对岩溶的空间分布与其充填物的分析,按岩溶发育的先后,划 分为古、老、新三期。(一)古岩溶中奥陶世以后,奥灰褶皱隆起、裸露,经受了漫长的风化剥蚀期,为岩溶发育创造了条件。本区为补、径相叠的裸露型含水层分布区,加之当时气候温湿、雨 量充沛,促进了岩溶的发育。到中石炭世(海西运动)本区地壳沉降,接受海侵,在奥灰古溶蚀 面和古风化壳上沉 积了厚3一sm的铝土 泥岩,遮掩了前

3、期发育的岩溶地貌,地 下溶洞、溶裂被充填(图1、2、3、魂),从此结束了近一亿年的岩溶化时期。溶洞中的铝土泥岩具明显层理,显示为原始沉积而非坍陷所致,故本期岩溶发育的时间应早于石炭纪。5 5 520wN10E E E 、) 尸一份.,、 ,犷一护万叮、气犷洲一一 . 巴二竺二 吮竺, , ,一一一. 胭, . 一.即.百百 巨巨石王三巨, - 抽- 二二二二二扮 侧拓扁台孟二二盆台目曰曰震震遥荃豪丢弓系系廷弓益蕊益苏裁共共刁 . . . . . . . . . . .,.州.抽 曰.=二二 二巴竺巴, .州 公喇喇层层吮华决宝三扮退主三轰自盔羞主鳞鳞l l l一le s w e 几 . . 弓

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6、黄矿井巷岩溶地貌素描图1一铝土 泥岩; 2一石灰岩白堤矿南石门FS断层面溶洞剖面图1一洁洞与方解石晶簇; 2一石灰岩厂|匕邸联联. . .竺竺二 二二二 臣臣至至 凳王巨卜全扣吕兮蒸三燕泛泛叹叹竺份愁竺,一目r甲勺亡洲尸. . , . 喇 ,招. 眨口.吮, .冲J目.,亡鱿为尸,泣二 二二1 1 1.“叮.号号 ) ) )一.几丁.门 一咭. ,.卜.讨一、l一、“ 1 1 12, .,.尸 竺 丫健二户.-,.吮 1 竺竺 三三禅蕊潇毛台比晌山,启二二二二二二叫, 一气“曰匕, 中中下下二二.一L_下习 ._一,.,一一, 尸 资,.,石l r七七. . .一二。.,.石.1 1 1 !

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8、 . . . . . . . . . . . . . .口. . . J . . . . . . .百. . .古岩溶发育方 向受早期构造线走向的 严格控制,呈近EW和S N向 延展。从古岩溶的发育特点和充填物看,早期构造未见断裂而仅 见发育不深的裂隙,且由于后期构造的破坏及地 层的覆盖,难以窥其全貌,按其形态特征 应属溶原残丘型(地貌)。(二)老岩溶中生代中期燕山运动发生,鄂尔多斯 台向斜作为继承性拗陷而接受沉积。此时,渭河地堑及台向斜南部边缘则为长期隆起带;燕山运动使隆起顶端断陷,形成了渭河地 堑之雏型,并相继下陷,于喜山期最终完成。与 此 同时,地 堑北侧符合追 踪早期构造形迹,形成了与

9、汾渭地 堑(现今形态)平行的EW一NE向展布的压性断裂破 碎带,并伴生有N E一SW向的张性分支断裂,构成了入字型构造图象,给奥灰水创造了补、径、排的良好通道。由于地堑的 沉降和煤田区的 相对隆起,使统一的奥灰遭到破坏,同时引起奥灰水溶蚀基准面的急剧变化,地壳下降地下水位上升,反之则地下水位下降。渭北的奥灰水向其它方向无排泄地,它只有随着奥灰的相对隆起部位,冶着互相串通的断裂由高向低,自北而南的,在水力坡度的作用下,以辐聚脉状泄入渭河地 堑,并且沿着燕山期的张性断裂循环交替。溶蚀奥灰的岩溶化作用于喜山期末结束,历时近1。7亿年。沿断层面的上下,发育着串珠状溶洞(图5)。在断裂图6权家河矿井底溶

10、洞平面位置图 (1:1万)1一溶洞;2一石灰岩据第四纪地质发展史,并结合当时气侯条件看来夕老岩溶的发育期应在侏罗纪至第四纪前。(三)新岩溶第四纪以来气候千燥寒冷,雨 量贫乏。下一上 更新统继续沉积了厚10 0m的黄土,筱盖了所有的基岩地层,使降水不能直接补给,而只能沿黄土节理下渗。渗透途径过长,易于蒸发和 吸收,靠切穿基岩盖层的张性断裂为补给通道的奥灰水,由于大量排泄而位于+38om高程以下,水源短缺,岩溶难于发育。全新世开始,新构造上升运动趋于活跃,气候渐变湿 润,降雨增多,形成地表径流,切割黄上台源,不仅使奥灰裸露,逐渐扩大了受水面 积,而 且切穿盖层的张性断裂,形成衔接上 下含水层和渗透

11、性排泄地表水的通道,此时抬升了的奥灰水,沿着原始串通的断裂泄入南邻的渭河地堑,开始了渭北新岩溶的 发育历程。二、新岩溶的发育规律(一)一 构造对新岩溶的控制作用本区奥灰水的赋存受区域地质构造的严格控制,形成了以压性断裂为隔水边界,张性断裂为补、径、排的通道和以奥灰为基底的统一导水网络。压性断裂的隔水作用,控制着地下水流向和岩溶发育方向。例1:与韩城断裂斜交并平行发育的上峪口、象山北等逆断层 组夕构成了东部边界垂向隔水体,使奥灰水只能沿压性断裂展布的方向(N ESW )运动。汾渭地 堑平原和相邻的石灰岩山岭虽高差 悬殊,奥灰水位也已高出地 堑内现 代冲积层,但于禹门口到露井镇相距40 km的地堑

12、 中及黄河岸边却均未见奥灰水涌出,说明该段奥灰水与地堑中的第四系和临近 之黄河确无水力联系。例2:韩城电厂供水水源降落漏斗(图7)长轴展布方 向与构造线走向一致,延展达5km。例8:象山矿2 8 0水平石门掘进石灰岩2 90m未见溶洞,巷道仅有潮 湿现 耀耀鬓夔夔r r r一一刃二一一_,-一一一一i i i_竺一牡_举钾_立_、. . .图7韩城电厂水源降落漏斗形态图(l:2 5万)l一漏斗等水位线;2一韩城断裂;3一取水井群;4一观测井象,而 后遇到F:逆断层亦 未 滴水,但当穿过断层破碎带sm时遇到了溶洞,突然涌 水4Hm3/h。综上数例可知压性断裂的隔水作用,使阻碍地下水流的一侧(奥灰

13、水汇集处是折流转向运动的受击面) 岩溶发有强烈。区内张性断裂和多组张性构造的交汇处,则是奥灰水补、径、排的 通道,新岩溶首先在此发育。这是因为断层面或不同方向的多组构造相交,交汇点附近应力特别集中、岩石破碎极为显著导水性强、储水空间开阔、补泄 通畅、水的 混合作用和侵蚀性强的关系。(二)补、径、排条件与岩溶发育程度、深度的关系本区奥灰呈岛状裸露于煤田南部 边缘,大面积被石炭二叠系覆盖,属隐伏岩溶含水层。除裸露区的奥灰接受大气降水补给外夕主要靠切穿盖 层的张性断裂直接或间接疏二F上覆含水层(以钻孔穿 过这 类断层无水为据),渗透式袭夺地表水为主要补给来源。因为奥灰埋藏在区内河床以下2 7一3 7

14、2m(区内河床标高4 07一75 2m),标高3 80;“以上的石灰岩内不含水、只漏水,所以地表水流经切穿盖层的 张性断裂和石 灰岩裸露地段时均有显著漏失 (表1)。全新世以前渭河地堑被巨厚的第三、第四系松散层充填,本区奥灰水不能以水力坡度的作用排泄到地堑,仍然遵循原始沟通的断裂,在大气压强和水重力的作用下,以液面差的排泄方式,深入者深出,浅入者浅溢的形式出露于 渭河平原的北缘及地堑中NEE、NE向展布的张性断裂的交汇处。例如澄城洛河 入川河床底部的上升泉与下游 的之伏头、温汤、常乐坡等处的上升泉群和自流井;蒲城西头乡袁家坡的上升泉,合阳东王村一带的上升泉群等,均系低 中温岩溶水,水温2 5

15、4 0OC,实属本区奥灰水溢出带。渭北新岩溶的发育深度受奥灰水排泄条件的限制,岩溶形态也多呈密集成群的溶孔富一韩区各河流 流经张性断裂和石灰岩地 段汀水 漏失量统计表表1测站地点漏失量 m“Zh测站她点漏失 m.最 Ih一,名一一河一全部漏失全部漏失3 70.0653。415 96。72843 2。0毛家河正断层张家河正断层澄城三 服桥至下段 付;登城与合阳交界处韩城县桑树坪韩城县象山口6 09。8357 4。7533 53.理 2648.05 5 8。033 0。0l一|!富平县富平 县高岭铜川付里铺白龙潭正断层郭家围正断层新井正断层河河河庄 河河河家家水水水潘漆寺白白白或以方解石脉为板的蜂巢状溶蚀,只在临近补、排区和张性断裂破碎带岩溶才得以强烈发育(溶洞直径为。.12.9 m)。例 如125号孔距奥灰水补给区(黄河)25 0o m,在66gsm厚的白云岩地层中,发育了5层直径为0.4一lm的溶洞;在上峪口的53号 孔亦受黄河水的补给,于相同高程、同一岩性,又同处边部构造内侧,但孔内厚66.9m的 白云岩中仅见数层直 径为0.00 5 一0.01 5m的溶孔;合阳东主村处奥灰水排泄区,距补给区(禹门口黄河流经地 段)4叭m,HS孔在孔深23 2了sm处见有直径lm的溶洞。渭北奥灰岩溶的 发育深度