尚金淼，劉大金，王建國(guó)

(華北有色工程勘察院有限公司，石家莊050021)

0 引言

在一些干旱——半干旱地區(qū)，尤其是蒙古國(guó)地區(qū)內(nèi)陸湖盆水源地勘探及研究中，多以研究勘探區(qū)的匯水面積、地層結(jié)構(gòu)及含水層的分布和地下水三大系統(tǒng)(補(bǔ)給、徑流和排泄)為主，雖然這是非常正確和必須的，但是，針對(duì)內(nèi)陸湖盆勘探目的地層的形成，尤其是由地形地貌、入盆河流(或溝谷)和湖水水位變化等共同構(gòu)成的沉積環(huán)境對(duì)地層形成的特點(diǎn)的研究不多。

水源地勘探，尤其是礦山水源地的勘探，往往考慮到經(jīng)濟(jì)效益，多優(yōu)先選在距礦山較近的范圍，即小型湖盆沉積或湖盆近山邊緣區(qū)。比如蒙古蘇赫巴托爾省圖木爾廷－敖包鋅礦和前巴音鉬礦水源地勘探即是如此。通過對(duì)前巴音盆地上白堊系地層沉積特征及水文地質(zhì)意義的研究認(rèn)為，蒙古國(guó)山間盆地多為斷陷湖盆沉積，沉積地層受河流(溝谷)規(guī)模和湖水位共同控制，一般各種沉積相地層發(fā)育規(guī)模小，相帶窄。沖洪積物物源近，砂體分選性差，顆粒成熟度低，常含大量粗顆粒的礫卵石和細(xì)顆粒的黏性土，含水層呈多層結(jié)構(gòu)，單層厚度往往比較薄，連續(xù)延伸范圍也相對(duì)較小，從而決定了地下水上游及基巖風(fēng)化裂隙水補(bǔ)給，短途運(yùn)移和就近排泄的水文地質(zhì)特征。

1 地質(zhì)水文概況

蒙古前巴音斷陷盆地位于蒙古國(guó)蘇赫巴托爾省東南額爾敦查干縣境內(nèi)，東南部為努庫特達(dá)班復(fù)式背斜北西翼，印支－燕山期花崗巖等侵入體沿北東向廣泛侵入。斷陷盆地呈北東向展布，北部與蒙古東方省塔木察格盆地(塔南盆地)相連(圖1)。地處干旱—半干旱氣候區(qū)，多年平均降水量241.8 mm，蒸發(fā)量為1 032.2 mm。地勢(shì)南部、東部高，北部、西部低，最高海拔1 200 m，最低750 m。溝谷自南向北沿盆地中部穿過，無常年水流，只在上游偶有表流出露，匯水面積3 204 km2。盆地邊沿及底部主要為三疊～侏羅紀(jì)花崗巖基底，東北部為下白堊紀(jì)英安巖、安山巖。盆地內(nèi)沉積白堊系，在300 m深度內(nèi)主要為上白堊統(tǒng)泥巖、砂巖及砂礫巖，上部覆蓋新近系上新統(tǒng)褐紅色黏土，由于第四紀(jì)的沖刷和剝蝕，盆地中部多不復(fù)存在，只在近坡麓地帶殘存，厚度一般10～50 m。

2 上白堊紀(jì)地層沉積特征

在盆地內(nèi)主要沉積白堊紀(jì)地層，深度300 m內(nèi)為上白堊系，主要為湖相及湖盆邊緣近源陸相沉積。上白堊系沉積層序經(jīng)歷了從低水位體系域→湖侵體系域→水退體系域，受構(gòu)造和古地形等沉積環(huán)境影響，分別沉積了辮狀河、沖積扇、湖底扇和各種小型三角洲以及濱淺湖的各種沉積相地層[2]，并決定了含水砂體的規(guī)模、透水性以及盆地系統(tǒng)地下水補(bǔ)給、徑流和排泄特征。

2.1 低水位體系域沉積特征

低水位體系域沉積給湖盆面積相對(duì)較小，主要發(fā)育洪沖積平原，包括河流沉積、河道間以及盆底扇、扇三角洲等。其特征是:河流沉積以河道堆積為主，巖性為淺灰—雜色半松散的砂礫卵石，棱角狀—次棱角狀，少量為次圓形，分選性差。主要局限于辯狀河及沖積扇分支河道，透水性強(qiáng)。河道間為黃褐色—雜色含礫卵石的砂質(zhì)泥巖，泥質(zhì)砂巖為主，成分比較混雜，常含有鉄錳質(zhì)結(jié)核，透水性差;盆底扇、扇三角洲以淺灰—灰色各種半松散砂巖，普遍含泥質(zhì)較高，固結(jié)程度相對(duì)較好，透水性較差。該層段埋藏深度210 m以下，砂巖含水層埋深一般＞260 m，固結(jié)程度一般較好，地下水補(bǔ)給條件差，徑流緩慢，供水意義不大(圖2)。

圖2 低水位期沉積相分布模式圖

2.2 湖侵體系沉積層序及特征

由于構(gòu)造作用，湖盆不斷沉降，湖盆沉降速度大于沉積物供給速度，水體加深、湖水范圍擴(kuò)大和可溶空間增加，沉積物沿盆地邊緣不斷超覆[3]，形成一系列退積沉積層序。湖盆邊緣沉積相主要為水底扇、扇三角洲和水下三角洲、席狀砂。在縱向上表現(xiàn)比較明顯，以逐漸退積的水下扇及扇前三角洲為主，巖性為灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖和半松散砂巖互層，而在橫向上變化較小，以加積水下三角洲為主，巖性為淺灰、灰～深灰色砂質(zhì)泥巖和砂巖互層，并見席狀砂。隨著湖水面抬升，湖水面積達(dá)到最大，已接近整個(gè)湖盆，相應(yīng)湖相沉積范圍有所擴(kuò)展，沉積比較緩慢，巖性則以頁巖和薄層泥巖及砂質(zhì)泥巖為主，顏色由灰色變?yōu)樯罨摇G灰色，甚至灰黑色。淺湖相泥巖中有時(shí)出現(xiàn)黃鐵礦結(jié)核，比如KS05和GK10鉆孔見到少量黃鐵礦結(jié)核和星點(diǎn)狀黃鐵礦顆粒。沉積相模式見圖3。

圖3 湖侵期沉積相分布模式圖

2.3 水退系域沉積層序及特征

該體系域相當(dāng)于海相層序中的高水位體系域，由于構(gòu)造沉降的相對(duì)減弱和沉積速率的相對(duì)加大，出現(xiàn)快速沉積，湖盆具有快速水退的特征[2]。沉積體系也以辨狀河三角洲和三角洲為主。在縱向上主要以辨狀河及辨狀河三角洲為主，其前緣分支河道廣泛發(fā)育。巖性多以砂礫巖(石)及中粗砂巖為主，在橫向上則以三角州和水下三角洲為主，巖性為含礫石的砂巖、泥質(zhì)砂巖，巖性變化快，單層厚度較小，并且隨著陸源物質(zhì)的快速大量充填，湖盆面積迅速減小以致消失，湖水快速蒸發(fā)和濃縮，水中鹽份迅速上升，在湖盆邊緣一帶地層頂部普遍發(fā)育一層由碳酸鹽膠結(jié)的礫質(zhì)砂巖薄層或透鏡體。

3 水文地質(zhì)特征

斷陷湖盆的發(fā)育、演化和沉積地層層序，決定了地層中含水砂體的分布范圍和層厚，也決定了其分選性和顆粒成分組成，從而顯現(xiàn)出不同的導(dǎo)水性和富水性。

在湖盆邊緣，由于低水位體系域沉積物多為陸相沉積，埋藏深度在250 m以下，巖性為透水性和富水性差的雜色黏土質(zhì)礫巖和含礫石砂質(zhì)泥巖，雖然向湖盆內(nèi)部可能存在砂體含水層，但埋深大，固結(jié)較好，透水性和富水性較差，遠(yuǎn)不及上部湖侵體系域和湖泊水退體系域，無供水意義，故不再贅述。

3.1 湖侵體系域地層水文地質(zhì)特證

該體系域沉積層，隨著湖盆沉降，水體范圍不斷擴(kuò)展和加深，主要表現(xiàn)為退積。早期湖水較淺，在湖岸附近形成了各種粗碎屑巖類沉積，粗碎屑巖類主要為礫石質(zhì)中粗砂巖，隨著水進(jìn)和陸源物質(zhì)的后退，沉積物的顆粒也逐漸由粗變細(xì)。透水性及富水性中等;在陡坡的斷階和斷崖帶則以加積為主，湖盆面積擴(kuò)大不明顯，沉積物的沉積范圍和粒度變化也較小，砂體則以中砂、細(xì)砂為主，含少量礫石。砂巖呈半松散狀態(tài)，一般顆粒分選差，磨圓度很低，常含3% ～8%的黏土，厚度約占1/4～1/3，由下往上顆粒變細(xì)，厚度也有所減小，尤其是縱向上表現(xiàn)比較明顯。雖然砂巖中含有一定量黏土，但黏土多附著在顆粒表面，在結(jié)構(gòu)力的支撐下，仍保持一定的孔隙度，滲透系數(shù)0.3 ～0.6 m/d，最大3.33 m/d，單位涌水量0.3 ～1.0 L/s·m，最大2.16 L/s·m。

3.2 水退體系域水文地質(zhì)特征

隨著湖盆沉降速率變緩和陸源物質(zhì)的大量堆積以及氣候干旱，湖泊的快速收縮，以河流相的河谷及沖洪積扇和分支河道沉積為主，并多沼澤相沉積。因地形高差減小和侵蝕基準(zhǔn)面的抬升，在湖盆近邊緣大范圍沉積了砂礫卵石和中粗砂層，埋藏深度30～70 m，含水層厚度8～25 m。主要由于河流相對(duì)較短，陸源近，沉積物顆粒混雜，分選和磨圓差。多成松散狀，透水性強(qiáng)，富水性中等。滲透系數(shù)1～3 m/d，最大11.1 m/d，單位涌水量1～3 L/s·m，最大5.09 L/s·m。其分布范圍KS06以東—CK04以西—KS09—GK16—GK18西南沿線以東。

4 盆地富水帶和成井條件分析

在前巴音斷陷盆地內(nèi)，東側(cè)為斷階型坡折帶，地形坡度陡峻，無論在哪個(gè)體系域沉積時(shí)期，湖盆邊緣范圍變化不大——沉積相帶窄，陸原物質(zhì)多為就近快速充填堆積，雖然顆?；祀s、含泥質(zhì)較多，成熟度低，但多有湖浪二次搬運(yùn)，形成沿?cái)嘟纬砷L(zhǎng)條形水下三角洲相(包括小型洪沖積扇)含水砂體分布，因此形成富水帶;向湖盆內(nèi)砂體驟然變薄和顆粒變細(xì)，泥質(zhì)含量逐漸增多，富水性變?nèi)?在近基巖一帶，沉積厚度小，含水層薄，富水性變差。南部為河流溝谷如湖盆地帶，多形成河流相和洪沖積扇，地形坡度相對(duì)較緩，并沉積了范圍較廣，厚度較的含水砂體，為盆地最富水地段，富水性分區(qū)及成井條件分析見圖4。

圖4 水文地質(zhì)略圖

在富水帶內(nèi)，靠近湖盆一側(cè)，含水層厚度大、埋藏深，透水性強(qiáng)，補(bǔ)給條件好，地下水既有一定的儲(chǔ)存空間，又對(duì)含水層具有可控性——即允許有一定的降深空間，又可通過水位的降低，獲得周圍含水層對(duì)井群的地下水補(bǔ)給。

5 結(jié)論

1)前巴音斷陷湖盆，在深度300 m內(nèi)，依次沉積了低水位、高水位和水退體系域?qū)有?，其中高水位和水退體系域沉積層序，沉積相主要為河流相、水下沖積扇和水下三角洲相。其中含水層為半松散砂巖，呈多層結(jié)構(gòu);

2)強(qiáng)富水帶主要分布于東側(cè)斷階型坡折帶和溝谷中上游緩坡帶的湖盆邊緣，前者呈窄帶狀分布，后者為扇狀分布，是供水井首選區(qū)域，具有透水性強(qiáng)、補(bǔ)給和徑流條件好，地下水具可控性，是干旱——半干旱地區(qū)內(nèi)陸斷陷湖盆內(nèi)找水的重點(diǎn)勘探區(qū)域。

[1]紀(jì)友亮，蒙啟安，曹瑞成，等.蒙古國(guó)東部塔木察格盆地南部白堊系地層結(jié)構(gòu)及沉積充填特征[J].古地理學(xué)報(bào)，2010，12(06):729－736.

[2]王偉，張欣，張麗艷.蒙古國(guó)宗巴音油田查干組沉積相研究[J].天然氣勘探與開發(fā)，2010，33(3):1 －4，9.

[3]紀(jì)友亮.層序地層學(xué)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2005.