试论渭北岩溶发育史及新岩溶发育规律

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试论 N:岩溶发育史及新岩溶发育规律 I I:陕西省 1 5田地质勘探队 8媒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韩树青

和古风化壳上沉积了厚 3 5m的铝土泥岩，~

避掩了前期发育的岩溶地貌，地下溶洞、溶

裂被充填 ( l、 2、 3、 4 ),从此结束图了近一亿年的岩溶化时期。溶洞中的铅土泥 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。

岩(下称奥灰 )分布地带。本区奥灰为一套浅海相沉积，园受后期地壳运动的破坏和各期岩溶亿作用，经漫长风化剥蚀后，古地形呈现西高东低，残留地层厚度为7 4 49 3￣ 5 m。.

下奥陶统冶里组；中厚层状泥质白云岩

央竹叶状白云岩及薄板泥质白云岩，全厚4 m。 7

亮甲山组，厚层状白云岩，吉乳白色燧石团块及局部成层的燧石条带，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 4~ 6段。 由灰黑色、灰色中厚层状石灰岩和灰白色、深 稼灰色白云岩，以及薄至厚层状过渡岩石图 1铜 Jl十里铺岩溶剖面围 l- - l黄土；2铝土琵岩；—石灰岩一一 3

(石灰岩一白云岩 )组成，为率区岩溶含水 层韵主体，厚69 39 2~ 4 m。一

,

谓北岩溶发育史

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，为岩溶发育创造图 2陈炉毓井口的古残丘剖面图 (1 1 )—万1 岩；一砂岩；一石灰岩一 2 3

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 )本医地壳沉降，接受海侵，在奥灰古

溶蚀面

图 3澄城三眼桥硫黄矿井巷岩溶地粒素描图 1铝土泥岩；一石灰岩一 2

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图 4白水南阿溶洞平面圆 1铝土泥岩：一石灰岩：一取样点一 2 3l蒋洞与方解石品簇；一石灰岩一 2

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，早期构造未见断裂丽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

的走向上则发育着阶梯式溶洞、裂隙落水洞及层间暗井 ( 6 )。此类岩溶均分布于奥图灰水位以上的燕山和喜山期的断裂、裂晾之中。

态特征应属溶原残丘型 (貌 )。地 (= )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j 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，堑北侧符合追踪早期构造形迹，地 形成了与汾谓地堑 (今形态 )平行的 EW现—

NE向展布的压性断裂破碎带，并伴生有

NE— s向的张性分支断裂，构成了入字 w型构造图象，给奥灰水创造了补、径排的良好通道。田 6祝家河矿井底溶漏平面位置周 (1 1 ) -万

由于地堑的沉降和煤田区的相对隆起，

1瞎洞； 2石灰岩一—

使统一的奥灰遭到破坏，同时引起奥灰水涪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。 N:的奥灰水向 I I:

据第四纪地质发展史，并结合当时气臂 条件看来，老岩涪的发育期应在徕罗纪至第四纪前。

其它方向无排泄地，它只有随着奥灰的相对隆起部位 .沿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

(三 )新岩溶第四纪以来气候干燥寒冷，雨量贫乏。

下一上更新统继续沉积了厚 10n 0 I的黄土，覆盖了所有的基岩地层，降水不能直接补给，使 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斯裂

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 17年。沿断层面的 .亿上下，发育着串珠状潦洞 ( 5 )在断裂 图。

为补精通道的奥灰水，由于大量排泄丽位于箱

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}3 0T高程以下，源短缺，溶难于发育。 8/ 1水岩全新世开始，构造 L升运动趋于活跃，新

象，而后遇到 Fj断层亦未滴水，化穿逆过断层破碎 j3时遇到 _溶洞，突然爪 1 1广

气候渐变湿润，降阿增多，形成地表径流， 切割黄土台塬，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性排泄地表水的通

4 4m/:上数例可知压性断裂舱隔水作 1 h综

用，使阻碍地下水流的一佣 (灰水集处奥是折流转向运动的受击面 )岩溶发育强烈。 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

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。

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。

=、新岩溶的发育规律 ( )构造对新岩溶的控制作用一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黼水边界，张性断裂为补径、排的通道和以奥灰为基底的统一导水同络。

( )补，、二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，属硷伏岩溶含水层。除裸露区的奥灰接受大气降水补给外， 主要靠奶穿盖层的张性断裂直接或间接疏干上覆含水层 (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￣ 3 2m(

7 7区内河床标高 4 7 7 2m )标高 3 0m以上的 0~ , 8石灰岩内不含水、只漏水，所以地表水流经切穿盖堤的张性断裂和石灰岩裸露地段时均有显著漏失 ( 1 )。表

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，

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 (NE~ s )运动 w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， 但予禹门 I到露井镇相距 4 km的地堑中及 Z I O黄河岸边却均未见奥灰水涌出，说明陵段奥灰水与地堑中的第四系和临近之黄河确无水

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

力联系。蜘 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,

断裂，在大气压强和水重力的作用下，以液面羞的排泄方式，入者深出，入者浅溢的深浅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湫 头、汤、乐坡等处的上升泉群和自流井温常

理展达 5k1。例 8象山矿 2 O平石门掘 7 1 8水进石灰岩 2 0m未见溶嗣，巷道仅有潮湿现 9

蒲城西头乡袁家坡的 t升泉 i合阳东王村一 z措的上升泉群等，均系低中温岩溶水，水温2~4。 5 O C,实属本区奥灰水溢出带。l 7韩城电厂水碌降落摒斗形态图 (1 2万 )曩l 5

渭北新岩溶的发育深鹿受奥荻水排泄条

讳

斗雉求盘缓；一韩城断裂；一取水井群； 观铡井 2 3 4

件的限制，岩溶形态也多呈密集戚群的济孔

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富一韩区各河流流经张性断裂扣石灰砉地段|水漏失量统计表可

表 1

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

(涪洞直径为 0 1 2 9i .~ . 3 1)。例如 1 5 2

状、分散状薄膜状三种结构 )的古量是不同的。

奥灰岩溶发育速度随岩性而异，岩溶发育于质纯、厚层状、隐晶质结构的石灰岩和白云岩中，对薄层状的泥灰岩、泥质白云岩来说，其层面抗溶矿物富集，不但含量高且多呈薄膜状分布，岩溶发育特别徽弱第四纪后，该医奥灰水的径、排不受水力坡度限制，不纯石灰岩中已少见溶蚀，裂

号孔距奥灰水补给区 (河 )2 0 1在黄 5 0I, 26 . 5I厚的白云岩地层中，发育了 5层直 69 1 2径为 0 4 1 1的溶洞 j在上峪口的 S号孔 .~ 1 7 3

亦受黄河水的补给，相同高程、同一岩性 -于

又同处边部构造内侧，但孔内厚 6 l的白 6 9q] 云岩中仅见数层直径为 0 0 5 0 O 5I的溶 .O~ . 1 1 2孔，合阳东王村处奥灰水排泄区，距补给区 (门口黄河流经地段 )4 ki, H8在孔禹 0 3 1孔深 2 2 7 l见有直径 1 m的溶洞 3 .8处 n 渭北奥灰岩溶的发育深度受奥灰水循环交薷影响深度的限制，而不受区域侵蚀基准面和海平面的控制。如 S1孔的岩溶发育高例 8程在一6 . 5一1 3 7 l;孔在一2 . 2 15~ 1 . 3q H9] 4 6

隙被方解石充填，起了隔水作用，奥灰水在这种岩石中运动停滞。例如新岩溶在韩 ( )城 台 (阳 )矿区主要发育在马家沟组第 2段纯 质白云岩中}蒲白矿区在马家沟组第 4段石灰岩中发育强烈，铜川矿区则主要发育在马家沟组第 5段石灰岩和白云岩层中。三小结

n处有直径 O 11溶洞在循环变替深魔 l .的 I 2以内，奥灰水有选择性的作用于易溶的石灰岩和白云岩地层，使新岩溶具有在单一岩层中成层发育的规律。在径流带内，由于奥灰水底部虹吸作用强 水压大，岩溶于垂向上有上弱下强的规律}径流带以下，刚随埋深

1海平面上下发育的溶洞，均是经过断 .裂通道，在大气压强、水重力和液面差排泄作用下的产物。

2岩溶在不均衡发育

中存在着均衡发育 .

规律，岩溶发育条件相同的，其发育程度相似，含水层富水性相近。按渭北新岩溶发育规律，应合理布置勘

的增加雨逐渐减弱，直至停止发育。 (三 )岩矿成分对岩溶发育程度的影响’通过对奥灰的元素分析，其一般量值知为： O3~ 5 M g . 9 1、大部 Ca 0 5 O0 6~ 6绝分的烧失量为4~ 4,个别的为 1 .~ 1 5 0 2 . 7, SO、 AlO。 Fe O。抗溶矿 6 1 i 、=等物占0 3~ 2 0,别的占4 .~ 7 5 .2 .8个 0 7 1 4:

探工程量，进一步在水平方向上划分强弱含水地块，在垂向上划分强弱含水层段，以确

定各个岩块的涌水量，为矿建和煤田开发提供可靠的数据和工农业的供水基地

从分析看，奥灰的纯度和抗溶矿物 (呈绪核