肃北南部地区矿山地质构造及水文化学特征

孙治国

（甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730000）

酒泉市肃北县石包城乡石包城村沙湾子片区位于原石包城乡政府西北1km处，沙湾子片区占地面积27.3亩（70×260m），共有居民院落12户。东北侧紧邻榆林河西岸，村民房屋东侧距榆林河西岸50-80m。2016年3月沙湾子村南部房屋墙体开裂变形，2018年3月部分房屋墙体坍塌。为了查明坍塌原因，需要对肃北南部地区矿山的地质构造以及水文化学特征加以分析，保证附近居民的安全。

1 肃北南部地区矿山地质构造分析

肃北南部地区矿山位于石包城山间盆地，采矿区构造隶属塔里木板块之方山口-小红山陆棚海相三级构造单元，导致矿区内的断裂构造和褶皱构造都比较发育，构造形迹主要呈北西西向、北北西向展布，肃北南部地区矿山暂时还没有发现断层发育。

1.1 褶皱构造分析

褶皱构造是矿山层状的岩石经过一系列的变形后，会形成崎岖不平、各种各样的形态，但是岩层的连续完整性仍然保持不变且也不会被破坏的地质构造，换句话说就是矿山岩层的波状弯曲现象。

通常情况下，矿山的褶皱构造是很多褶曲组成的，褶曲不仅是褶皱岩层的一种弯曲程度，也是矿山褶皱构造的基本单位。

在矿山地质构造中，总结了几条褶曲的几何要素：

（1）弧尖：在层面与切面上轴面的垂直位置的交点处，就是地质层面弯曲程度最大的褶皱部位；

（2）枢纽：矿山的同一褶曲岩层中，最大弯曲点的连线是褶皱构造中轴面与轴面的交线；

（3）轴线：发生褶皱构造的轴面与水平面的交线；

（4）轴面：褶曲两侧形成的面与对称面相似；

（5）翼：褶皱构造曲面的两侧部分；

（6）核：褶皱构造曲面的中心部位。

褶曲通常分为背斜褶曲和向斜褶曲两种基本形态，背斜褶曲是处于矿山两翼的岩层相背倾斜的形态，在形态上属于岩层向上弯曲的褶曲构造；而向斜褶曲是处于矿山两翼的岩层相向倾斜的形态，在形态上属于岩层向下弯曲的褶曲。

根据核与两翼岩层之间的新老关系来区分背斜褶曲和向斜褶曲，背斜褶曲核部的岩层都比较古老，而两翼部的岩层相对比较新鲜；向斜褶曲核部的岩层相对较新，而两翼部的岩层相对比较古老。

根据肃北南部地区矿山轴面的产状，可以将褶曲分为平卧、倒转、倾斜和直立四种。平卧褶曲的轴面比较接近水平，在两翼处的岩层产状与水平重叠比较相近，矿山广翼岩层都是呈正常层序排列的，处于矿山另一翼的岩层大都为倒转层序；倒转褶曲的轴面相对倾斜，矿山两翼的岩层一般都会朝着同一个方向倾斜，一翼是正序，一翼是倒序；倾斜褶曲的轴面也是倾斜状态，矿山两翼的岩层朝着相对方向倾斜，两翼的倾角几乎没有差别；直立褶曲的轴面接近直立状态，两翼的倾斜方向相反，倾角大致相等。

1.2 断裂构造分析

矿山地质断裂构造指的是岩石受到力的作用后发生形状的改变，当形变到一定程度时产生一系列的断裂面，导致岩石的连续性及完整性遭到严重破坏的构造[1]。规模较大的断裂构造沿着走向可以达到数千公里，例如岩石圈板块当中的边界断裂构造，小规模的断裂构造需要借助显微镜才可以观察到断裂的效果。

节理是断裂构造中比较显著的断裂类型，当岩石发生断裂构造时，断裂面两侧的岩块通常是不会发生显著的位移变化，节理的另一种说法是裂迹，如果肃北南部地区矿山岩层的节理是比较发育的，就说明该矿山岩层裂迹也比较多。

根据断裂形成的原因可以将节理分为三类，即原生节理、风化节理和构造节理。原生节理就是矿山周围岩石在形成的过程中天然形成的节理；风化节理是肃北南部地区的地表岩石受到风化作用后产生的节理；构造节理是由于地壳的不规则运动，矿山周围岩石受到构造作用力而形成的，构造节理也是苏北南部地区矿山中广泛存在的一种节理现象，根据力学成因的不同，还可以分为张节理和剪节理两种。张节理就是在岩石张力的作用下形成的，大多数都是呈张开状态，表面呈现凹凸不平的结构，而且还不会出现各种痕迹；剪节理是当岩石受到的剪应力远远超过了岩石本身的抗剪强度时产生的，一般都是紧闭状态，而且节理的表面较为平坦，手感也比较光滑。

综上所述，由于肃北南部地区的新构造运动与青藏高原的形成有着十分密切的关系，在继承老构造运动的基础上，新构造的差异性升降运动十分明显，如区域总体上升的条件下形成了许多小型山间盆地。在上升区与沉降区的过渡地带，往往产生一系列的褶皱和断裂，许多断裂具有继承性。区内新构造运动还具有阶段性特点，在沉积物的岩相、接触关系和河流改道、河流阶地等方面均有反映。新构造运动强度自南向北有逐渐减弱的趋势。

2 肃北南部地区矿山水文化学特征

肃北南部地区水文资源主要来源于矿区地表径流，相对于大型构造盆地堆积着巨大的松散地层，在矿区内蕴藏着极其丰富的水资源。肃北南部地区水文地质主要是循环裂隙水，其化学特征会受当地气候带的影响。

2.1 地表水的化学特征分析

榆林河是肃北南部地区的唯一地表水体，由于榆林河河谷地段水质良好，地表水的化学类型为SO42-－Ca2+型，其地表水水质成果如表1所示。

表1 榆林河地表水水质成果一览表（单位：mg/l）

2.2 地下水化学特征分析

肃北南部地区沙湾村榆林河河谷潜水化学类型主要为SO42-－Ca2+型，PH值为7.72－8.47，溶解性总固体1064－1420mg/l，总硬度311.01－470.22mg/l，局部地段由于污染因素影响，个别离子（组分）含量增高，但总体来说水质仍适宜人畜饮用和农田灌溉要求。溶解性总固体884－1159mg/l，总硬度315.3－619.5 mg/l，PH值为7.5－8.3，水化学类型属－ Ca2型。

表2 地下水水质分析成果一览表

肃北南部地区的地下水处于积极交替状态，所以榆林河水在溢出带以上的水质在垂直分异上不是很明显，由于肃北南部地区的蒸发浓缩作用非常强烈，在不透水层分隔的情况下，水体呈上咸下淡的水质，如图1所示[2]。

图1 地下水埋深与矿化度的关系图

3 结束语

本文提出肃北南部地区矿山地质构造及水文化学特征。由于近年来沙湾子村北侧房屋地面和基础上部墙体出现返潮现象，局部房屋墙角墙皮脱落，甚至墙体开裂及部分房屋坍塌等，本文通过分析肃北南部地区矿山的褶皱和断裂等地质构造，及地表水与地下水的化学特性，查明房屋坍塌的原因，确保人民的居住安全。希望本文的研究可以为沙湾子村的墙体开裂及部分房屋坍塌现象的产生提供理论依据。