湖北省竹溪縣丹霞山礦泉水成因機理分析

余 杰, 劉鵬瑞

((湖北省地質環境總站,湖北 武漢 430034)

湖北省竹溪縣丹霞山礦泉水成因機理分析

余 杰, 劉鵬瑞

((湖北省地質環境總站,湖北 武漢 430034)

通過資料收集分析、水文地質調查、物探、綜合研究等手段,查明竹溪縣丹霞山礦泉水水源地地層巖性、構造及巖溶裂隙水水文地質條件及礦泉水水源地含水介質空間展布特征,地下水動態變化特征,在此基礎上闡明竹溪縣丹霞山礦泉水成因機理。

鍶礦泉水;巖溶山地;成因機理

竹溪縣丹霞山礦泉水位于十堰市竹溪縣南部桃源鄉兩河口村,地理坐標:東經109°54′11.223″,北緯31°58′34.46″。南接重慶市巫溪縣,東鄰竹山縣柳林鄉,西連陜西省鎮坪縣。水源地交通較為便利,“泉雙”公路貫穿全鄉,境內鄉、村亦通簡易公路,是楚地進入川陜的門戶,沿堵河入漢江的咽喉。2015年,為更好地發展竹溪縣社會經濟,對丹霞山礦泉水進行了勘查,基本查明了該礦泉水賦存條件及成因機理及礦泉水特征,為含鍶重碳酸鈣鎂型飲用天然礦泉水。

1 礦泉水水源地基本概況

1.1 氣象水文

丹霞山礦泉水水源地屬北亞熱帶季風氣候,氣候溫和,雨量充沛,全年平均降水量為928.225 mm,1999年全年降水量最小,為686.6 mm,2000年全年降水量最大,為1 121.9 mm。四季分明,年平均氣溫6～11 ℃。全年元月份最低,月平均氣溫為1～2.8 ℃,7月份最熱,平均氣溫22.4～28.1 ℃。年平均無霜期221—238 d,年平均日照約1 800 h。項目工作區分別有瓦滄河、中河、潵水河等河流分布,其中瓦滄河屬于堵河水系,年平均徑流量22.5億m3。瓦滄河是堵河支流,流程30 km,流域面積133 km2,年徑流量1.26億m3,自西向東從勘查區南部流過,匯入白河,最終流入堵河。

1.2 地形地貌

礦泉水水源地屬鄂西褶皺山區,為構造侵蝕、巖溶中山地形。區內地勢總體是由西向東漸低,南北兩側低、中間高,區內地形受地質構造控制明顯,河流走向和山脈走向呈近東西向,平行測區主體構造天窩坑—大石案向斜軸向展布。中部由向斜核部三疊系下統嘉陵江組(T1-2j)、大冶組(T1d)碳酸鹽巖組成的丹鳳山、大石案、天窩坑高大山體,地勢陡峻、溝谷深切,山體高大雄厚,山頂高程1 709.3～1 846.2 m。其南北兩側由二疊系硅質巖類、志留系砂頁巖、奧陶系、寒武系炭質頁巖及武當山群變質巖系組成的山體,地勢相對低緩,山頂渾圓,地面高程700～1 400 m。中部丹鳳山為區內最高點,海拔高程1 846.2 m,最低位于測區東側邊緣處的瓦滄河與白河的交匯處,其南側與瓦滄河河谷相接的坡體陡峻,坡角35°～50°,西部地段形成陡崖,見有斷層崖及崩塌體特征,正南北深切“V”型溝谷發育。

1.3 地層巖性

區內零星見第四系堆積物覆蓋,前第四系地層為完整的寒武系—三疊系地層。礦泉水水源地主要巖性有寒武系—三疊系中厚層白云巖、頁巖、砂巖、硅質巖等,第四系堆積物覆于基巖之上,其厚度為0～1.5 m不等。

1.4 地質構造

礦泉水水源地位于青峰臺褶束西部復式向斜核部,該復式向斜呈指狀分枝,次級褶皺發育。調查區褶皺和斷裂構造均很發育,地質構造復雜。主要褶皺位于倒轉向斜的西端。該倒轉向斜核部地層為三疊系,兩翼分布地層為寒武系—志留系,寬約4 km。南翼巖層傾向北,傾角40°～60°,北翼向北倒轉,其巖層亦傾向北,傾角40°～50°,向斜軸向東傾伏,西端翹起。該向斜核部碳酸鹽巖是礦泉水形成的含水巖組,向斜構造也是礦泉水富集的主要蓄水構造。工作區內斷層較發育,發育了近東西向、北東向和北西向三組斷裂。近東西向斷裂(F1、F6、F7、F8、F9、F10),均傾向北,傾角20°～35°。北東向斷裂為F2、F3。兩條北西向斷裂(F4、F5),走向330°,屬平移斷層,部分切穿向斜核部[1](圖1)。

圖1 區域構造綱要圖Fig.1 Regional tectonic outline map

1.5 水文地質條件

天窩坑—大石案—木城寨向斜為區內主體褶皺構造,軸向近東西,延展長度超過15 km,其西端仰起封閉。向斜核部為三疊系下—中統嘉陵江組,兩翼地層分別為三疊系大冶組、二疊系及志留系,該向斜構造為區內地下水主要蓄水構造。向斜核部及其兩翼中等富水的碳酸鹽巖分布區形成高大的地表分水嶺山體,殘留多級巖溶化剝夷面,廣泛分布的垂直與水平巖溶管道系統為巖溶水的補給與徑流奠定了基礎。南北兩側及西部為志留系砂頁巖相對隔水層所圍限,東部為F5阻水斷層及深切的瓦滄河切割,形成一個相對獨立的巖溶水水文地質單元。受前述特有的地質構造地形地貌及含水巖組位置關系制約影響,其水文地質條件具有以下特點:由于中部受瓦滄河支流香浦溝深切分割,可將勘查區細分為天窩坑—大石案與南天門—丹鳳山兩個水文地質區塊,其水文地質條件各具特色(圖2)。

2 丹霞山礦泉水成因機理分析

前文所述,受構造、地貌、巖性組合特征等因素影響,丹霞山礦泉水形成機理如下:

圖2 丹霞山礦泉水水源地水文地質圖Fig.2 Hydrogeological map of mineral water in Mt.Danxiashan

丹霞山礦泉受志留系相對隔水層及隔水斷層圍限,香浦溝切割形成,位于以天窩坑—大石案向斜核部三疊系灰巖含水層為主體的水文地質塊段南東側邊緣。大石案—天窩坑一帶山體高大寬厚,高程1 709.3～1 786.8 m的溶蝕臺面上,落水洞、漏斗、溶蝕洼地等巖溶形態發育,為大氣降水補給地下水提供了條件。向斜核部遭受構造應力強烈,巖體較為破碎,向斜西端翹起封閉,向斜核部平緩巖層巖體傾向北東,受控于大冶組薄層泥質灰巖夾鈣質頁巖的西高東低水平巖溶管道發育,為地下水的徑流提供了通道。東部高陡的斷層崖及因巖性差異形成的陡緩相交地形為巖溶水的出露排泄提供了地形條件,特有的地層巖性、地質構造與地形配置關系決定了天窩坑、大石案水文地質塊段的性狀特征。該區大氣降水沿大面積分布的溶蝕臺面垂直巖溶管道入滲地下,通過向斜核部受控于大冶組薄層泥質灰巖夾鈣質頁巖發育的水平巖溶管道,向東南部深切的瓦滄河及支流香浦溝徑流在適宜的部位出露排泄,使得該區域地下水具有較為豐富的大氣降水補給來源與較長的徑流途徑,溶解了較為豐富的礦物質,最終在區段東南陡崖出露,形成流量較大的礦泉。此外由于F2導水斷裂構造延伸長,切穿了向斜北翼志留系砂頁巖隔水層,使其北部寒武系碳酸鹽巖含水層地下水與向斜核部三疊系含水層地下水徑流形成一定的水力聯系,使向斜北翼高程1 400～1 600 m區段的寒武系灰巖含水層中巖溶水沿導水斷裂自北東向南西運移,側向補給Q1泉,也是泉水流量豐富且穩定的原因之一。

3 結語

根據實地調查工作經歷,對丹霞山飲用天然礦泉水鍶水化學指標進行檢測,進而對礦泉水成因機理科學分析,即與鈣質巖礦類質同象的鍶微量元素在溶濾作用下不斷富集于地下水,并受地形地貌和巖溶管道發育的影響,逐漸成為富鍶礦泉水,為礦泉水開發利用提供了地質依據。

[1] 周丕虎,余杰.湖北省竹溪縣兩河口礦泉水勘查報告[R].武漢:湖北省地質環境總站,2015.

[2] 徐恒力.環境地質學[M].北京:地質出版社,2009.

[3] 劉勸余.桂南紅層巖溶及其發育控制因素探討[J].中國巖溶,2011,30(2):145-155.

(責任編輯：陳姣霞)

The Formation Mechanism Analysis of Mineral Water ofMt.Danxiashan in Zhuxi County，Hubei Province

YU Jie， LIU Pengrui

(HubeiInstituteofGeologicalEnvironment，Wuhan，Hubei430034)

Through collecting and analyzing data，developing hydrogeological survey，comprehensive geophysical prospecting and research，the authors find out that the stratigraphic lithology，structure and the hydrogeological conditions of karst fissure water of the mineral water source in Zhuxi Mt.Danxiashan. They also point out that the spatial distribution characteristics of aquifer medium which is the water source of mineral water and dynamic change characteristics of groundwater，and clarifie the formation mechanism of mineral water of Mt.Danxiashan in Zhuxi County.

mineral water； karst mountains； formation mechanism

2016-02-25;改回日期:2016-03-07

余杰(1988-),男,助理工程師,碩士,環境工程專業,從事地下水評價工作。E-mail:826643858@qq.com

P641.5

A

1671-1211(2016)05-0730-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.05.014

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160810.1457.018.html 數字出版日期:2016-08-10 14:57