湖北省竹溪县丹霞山矿泉水成因机理分析

余 杰, 刘鹏瑞

((湖北省地质环境总站,湖北 武汉 430034)

湖北省竹溪县丹霞山矿泉水成因机理分析

余 杰, 刘鹏瑞

((湖北省地质环境总站,湖北 武汉 430034)

通过资料收集分析、水文地质调查、物探、综合研究等手段,查明竹溪县丹霞山矿泉水水源地地层岩性、构造及岩溶裂隙水水文地质条件及矿泉水水源地含水介质空间展布特征,地下水动态变化特征,在此基础上阐明竹溪县丹霞山矿泉水成因机理。

锶矿泉水;岩溶山地;成因机理

竹溪县丹霞山矿泉水位于十堰市竹溪县南部桃源乡两河口村,地理坐标:东经109°54′11.223″,北纬31°58′34.46″。南接重庆市巫溪县,东邻竹山县柳林乡,西连陕西省镇坪县。水源地交通较为便利,“泉双”公路贯穿全乡,境内乡、村亦通简易公路,是楚地进入川陕的门户,沿堵河入汉江的咽喉。2015年,为更好地发展竹溪县社会经济,对丹霞山矿泉水进行了勘查,基本查明了该矿泉水赋存条件及成因机理及矿泉水特征,为含锶重碳酸钙镁型饮用天然矿泉水。

1 矿泉水水源地基本概况

1.1 气象水文

丹霞山矿泉水水源地属北亚热带季风气候,气候温和,雨量充沛,全年平均降水量为928.225 mm,1999年全年降水量最小,为686.6 mm,2000年全年降水量最大,为1 121.9 mm。四季分明,年平均气温6～11 ℃。全年元月份最低,月平均气温为1～2.8 ℃,7月份最热,平均气温22.4～28.1 ℃。年平均无霜期221—238 d,年平均日照约1 800 h。项目工作区分别有瓦沧河、中河、潵水河等河流分布,其中瓦沧河属于堵河水系,年平均径流量22.5亿m3。瓦沧河是堵河支流,流程30 km,流域面积133 km2,年径流量1.26亿m3,自西向东从勘查区南部流过,汇入白河,最终流入堵河。

1.2 地形地貌

矿泉水水源地属鄂西褶皱山区,为构造侵蚀、岩溶中山地形。区内地势总体是由西向东渐低,南北两侧低、中间高,区内地形受地质构造控制明显,河流走向和山脉走向呈近东西向,平行测区主体构造天窝坑—大石案向斜轴向展布。中部由向斜核部三叠系下统嘉陵江组(T1-2j)、大冶组(T1d)碳酸盐岩组成的丹凤山、大石案、天窝坑高大山体,地势陡峻、沟谷深切,山体高大雄厚,山顶高程1 709.3～1 846.2 m。其南北两侧由二叠系硅质岩类、志留系砂页岩、奥陶系、寒武系炭质页岩及武当山群变质岩系组成的山体,地势相对低缓,山顶浑圆,地面高程700～1 400 m。中部丹凤山为区内最高点,海拔高程1 846.2 m,最低位于测区东侧边缘处的瓦沧河与白河的交汇处,其南侧与瓦沧河河谷相接的坡体陡峻,坡角35°～50°,西部地段形成陡崖,见有断层崖及崩塌体特征,正南北深切“V”型沟谷发育。

1.3 地层岩性

区内零星见第四系堆积物覆盖,前第四系地层为完整的寒武系—三叠系地层。矿泉水水源地主要岩性有寒武系—三叠系中厚层白云岩、页岩、砂岩、硅质岩等,第四系堆积物覆于基岩之上,其厚度为0～1.5 m不等。

1.4 地质构造

矿泉水水源地位于青峰台褶束西部复式向斜核部,该复式向斜呈指状分枝,次级褶皱发育。调查区褶皱和断裂构造均很发育,地质构造复杂。主要褶皱位于倒转向斜的西端。该倒转向斜核部地层为三叠系,两翼分布地层为寒武系—志留系,宽约4 km。南翼岩层倾向北,倾角40°～60°,北翼向北倒转,其岩层亦倾向北,倾角40°～50°,向斜轴向东倾伏,西端翘起。该向斜核部碳酸盐岩是矿泉水形成的含水岩组,向斜构造也是矿泉水富集的主要蓄水构造。工作区内断层较发育,发育了近东西向、北东向和北西向三组断裂。近东西向断裂(F1、F6、F7、F8、F9、F10),均倾向北,倾角20°～35°。北东向断裂为F2、F3。两条北西向断裂(F4、F5),走向330°,属平移断层,部分切穿向斜核部[1](图1)。

图1 区域构造纲要图Fig.1 Regional tectonic outline map

1.5 水文地质条件

天窝坑—大石案—木城寨向斜为区内主体褶皱构造,轴向近东西,延展长度超过15 km,其西端仰起封闭。向斜核部为三叠系下—中统嘉陵江组,两翼地层分别为三叠系大冶组、二叠系及志留系,该向斜构造为区内地下水主要蓄水构造。向斜核部及其两翼中等富水的碳酸盐岩分布区形成高大的地表分水岭山体,残留多级岩溶化剥夷面,广泛分布的垂直与水平岩溶管道系统为岩溶水的补给与径流奠定了基础。南北两侧及西部为志留系砂页岩相对隔水层所围限,东部为F5阻水断层及深切的瓦沧河切割,形成一个相对独立的岩溶水水文地质单元。受前述特有的地质构造地形地貌及含水岩组位置关系制约影响,其水文地质条件具有以下特点:由于中部受瓦沧河支流香浦沟深切分割,可将勘查区细分为天窝坑—大石案与南天门—丹凤山两个水文地质区块,其水文地质条件各具特色(图2)。

2 丹霞山矿泉水成因机理分析

前文所述,受构造、地貌、岩性组合特征等因素影响,丹霞山矿泉水形成机理如下:

图2 丹霞山矿泉水水源地水文地质图Fig.2 Hydrogeological map of mineral water in Mt.Danxiashan

丹霞山矿泉受志留系相对隔水层及隔水断层围限,香浦沟切割形成,位于以天窝坑—大石案向斜核部三叠系灰岩含水层为主体的水文地质块段南东侧边缘。大石案—天窝坑一带山体高大宽厚,高程1 709.3～1 786.8 m的溶蚀台面上,落水洞、漏斗、溶蚀洼地等岩溶形态发育,为大气降水补给地下水提供了条件。向斜核部遭受构造应力强烈,岩体较为破碎,向斜西端翘起封闭,向斜核部平缓岩层岩体倾向北东,受控于大冶组薄层泥质灰岩夹钙质页岩的西高东低水平岩溶管道发育,为地下水的径流提供了通道。东部高陡的断层崖及因岩性差异形成的陡缓相交地形为岩溶水的出露排泄提供了地形条件,特有的地层岩性、地质构造与地形配置关系决定了天窝坑、大石案水文地质块段的性状特征。该区大气降水沿大面积分布的溶蚀台面垂直岩溶管道入渗地下,通过向斜核部受控于大冶组薄层泥质灰岩夹钙质页岩发育的水平岩溶管道,向东南部深切的瓦沧河及支流香浦沟径流在适宜的部位出露排泄,使得该区域地下水具有较为丰富的大气降水补给来源与较长的径流途径,溶解了较为丰富的矿物质,最终在区段东南陡崖出露,形成流量较大的矿泉。此外由于F2导水断裂构造延伸长,切穿了向斜北翼志留系砂页岩隔水层,使其北部寒武系碳酸盐岩含水层地下水与向斜核部三叠系含水层地下水径流形成一定的水力联系,使向斜北翼高程1 400～1 600 m区段的寒武系灰岩含水层中岩溶水沿导水断裂自北东向南西运移,侧向补给Q1泉,也是泉水流量丰富且稳定的原因之一。

3 结语

根据实地调查工作经历,对丹霞山饮用天然矿泉水锶水化学指标进行检测,进而对矿泉水成因机理科学分析,即与钙质岩矿类质同象的锶微量元素在溶滤作用下不断富集于地下水,并受地形地貌和岩溶管道发育的影响,逐渐成为富锶矿泉水,为矿泉水开发利用提供了地质依据。

[1] 周丕虎,余杰.湖北省竹溪县两河口矿泉水勘查报告[R].武汉:湖北省地质环境总站,2015.

[2] 徐恒力.环境地质学[M].北京:地质出版社,2009.

[3] 刘劝余.桂南红层岩溶及其发育控制因素探讨[J].中国岩溶,2011,30(2):145-155.

(责任编辑：陈姣霞)

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,助理工程师,硕士,环境工程专业,从事地下水评价工作。E-mail:826643858@qq.com

P641.5

A

1671-1211(2016)05-0730-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.05.014

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160810.1457.018.html 数字出版日期:2016-08-10 14:57