肅北南部地區礦山地質構造及水文化學特征

孫治國

（甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730000）

酒泉市肅北縣石包城鄉石包城村沙灣子片區位于原石包城鄉政府西北1km處，沙灣子片區占地面積27.3畝（70×260m），共有居民院落12戶。東北側緊鄰榆林河西岸，村民房屋東側距榆林河西岸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礦山的地質構造以及水文化學特征加以分析，保證附近居民的安全。

1 肅北南部地區礦山地質構造分析

肅北南部地區礦山位于石包城山間盆地，采礦區構造隸屬塔里木板塊之方山口-小紅山陸棚海相三級構造單元，導致礦區內的斷裂構造和褶皺構造都比較發育，構造形跡主要呈北西西向、北北西向展布，肅北南部地區礦山暫時還沒有發現斷層發育。

1.1 褶皺構造分析

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

通常情況下，礦山的褶皺構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，也是礦山褶皺構造的基本單位。

在礦山地質構造中，總結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造中軸面與軸面的交線；

（3）軸線：發生褶皺構造的軸面與水平面的交線；

（4）軸面：褶曲兩側形成的面與對稱面相似；

（5）翼：褶皺構造曲面的兩側部分；

（6）核：褶皺構造曲面的中心部位。

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

根據核與兩翼巖層之間的新老關系來區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。

根據肅北南部地區礦山軸面的產狀，可以將褶曲分為平臥、倒轉、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層序；倒轉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，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，兩翼的傾斜方向相反，傾角大致相等。

1.2 斷裂構造分析

礦山地質斷裂構造指的是巖石受到力的作用后發生形狀的改變，當形變到一定程度時產生一系列的斷裂面，導致巖石的連續性及完整性遭到嚴重破壞的構造[1]。規模較大的斷裂構造沿著走向可以達到數千公里，例如巖石圈板塊當中的邊界斷裂構造，小規模的斷裂構造需要借助顯微鏡才可以觀察到斷裂的效果。

節理是斷裂構造中比較顯著的斷裂類型，當巖石發生斷裂構造時，斷裂面兩側的巖塊通常是不會發生顯著的位移變化，節理的另一種說法是裂跡，如果肅北南部地區礦山巖層的節理是比較發育的，就說明該礦山巖層裂跡也比較多。

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

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

2 肅北南部地區礦山水文化學特征

肅北南部地區水文資源主要來源于礦區地表徑流，相對于大型構造盆地堆積著巨大的松散地層，在礦區內蘊藏著極其豐富的水資源。肅北南部地區水文地質主要是循環裂隙水，其化學特征會受當地氣候帶的影響。

2.1 地表水的化學特征分析

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

表1 榆林河地表水水質成果一覽表（單位：mg/l）

2.2 地下水化學特征分析

肅北南部地區沙灣村榆林河河谷潛水化學類型主要為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，但總體來說水質仍適宜人畜飲用和農田灌溉要求。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，水化學類型屬－ Ca2型。

表2 地下水水質分析成果一覽表

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

圖1 地下水埋深與礦化度的關系圖

3 結束語

本文提出肅北南部地區礦山地質構造及水文化學特征。由于近年來沙灣子村北側房屋地面和基礎上部墻體出現返潮現象，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礦山的褶皺和斷裂等地質構造，及地表水與地下水的化學特性，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象的產生提供理論依據。