月牙泉的成因分析尹念文,魏玉涛(甘肃省地质环境监测院,甘肃兰州730050)[摘 要] 详细分析了月牙泉已有的多种成因认识的局限性,最终论述认为月牙泉的形成主要取决于月牙泉所处的地质结构,低洼的地形条件和区域性地下水位较高三个方面的因素。[关键词] 月牙泉;成因;分析[中图分类号] P64118 [文献标识码] B [文章编号] 1004-1184(2010)03-0020-03
[收稿日期] 2009-11-02[作者简介] 尹念文(1967~),男,甘肃秦安人,高级工程师,主要从事水工环地质调查及勘查工作。0 前言鸣沙山月牙泉风景名胜区位于甘肃省敦煌市城南5km。月牙泉处于鸣沙山环抱之中,因其形酷似一弯新月而得名。2001年月牙泉北弧长240m,最大宽度39m,面积0188hm2,最大水深3m,水质甘冽,清澈如镜。千百年来沙山环泉而泉不被掩埋,地处干旱沙漠而泉水不浊不涸,实数罕见。泉内星草含芒、铁鱼鼓浪,山色水光相映成趣,风光十分优美。敦煌月牙泉是一处十分奇特、宝贵的自然景观资源,在国内外有很高的知名度。古往今来以“山泉共处,沙水共生”的奇妙景观著称于世,被誉为“塞外风光之一绝”,1994年被定为国家重点风景名胜区。月牙泉现已成为甘肃省集旅游观光、文化交流、学术研究、医疗健身为一体的旅游胜地,也是我国西部对外开放的一个重要窗口。无论是对我国旅游业的发展还是对当地经济的发展都有着十分重要的作用。同时月牙泉水位的高低直接反映了当地的生态地质环境,研究月牙泉的成因对月牙泉的保护乃至当地生态地质环境的保护都有着十分重要的意义。1 前人对月牙泉成因的推断和认识对于月牙泉的形成,不少自然科学家和地质学家也曾产生过种种推测和看法,主要有五种看法:(1)认为月牙泉是下部承压水通过天窗向上产生补给的自流泉,或称之为“上升泉”;(2)认为是断层泉;(3)认为是风成湖,即风蚀达到潜水面的深度时,在新月形沙丘的内湾部分形成的月牙湖;(4)推断为南部基岩裂隙水或沙漠区地下水补给的溢出泉;(5)推测认为月牙泉是古河道残留湖。在以上五种看法中,持最后一种看法的人比较多,认为月牙泉是党河的一段古河道,若干万年前,古党河改道从鸣沙山南麓流过,此后,河道又发生迁移,原来的古河道大部分被埋没,仅月牙泉一段残留下来,由于地下潜流在此处出露,形成了众多泉眼,聚集成湖,湖水不断得到地下潜流的补给,因而持久不涸。2 月牙泉的成因分析211 月牙泉多种成因说的释疑21111 对“上升泉”说的分析根据钻孔揭露,月牙泉下部第四系厚度大,岩性比较单一,380m以上均为较纯净的砂层且无稳定的隔水层存在,因此,地层上不具备形成承压含水层的结构,加之地处山前地带,即使深部有大厚度的粘土层存在,也不可能形成数百米高水头的自流水,此外,根据月牙泉泉水和300m以下深层地下水分别取样分析,分析结果,上部泉水水质较好,下部潜水水质明显较差,即200m以上地下水的矿化度小于0156g/L,而300m以下地下水的矿化度高达111g/L,故泉水不可能是承压水形成的自流泉。21112 对“断层泉”说的分析根据美国EH一4电导率成像系统及钻孔资料对比分析,月牙泉下部基岩埋藏深度最浅为650m左右,南部基岩和断层的最近距离大于1km,故月牙泉周边及其下部均为大于650m厚的第四系松散堆积物。据此分析,月牙泉不可能直接形成于断层。21113 对“风成湖”说的分析月牙泉地区气候干旱,多大风,且风力强大,全年8级以上大风平均出现15~20次。因此,风力地质作用对月牙泉这一独特地貌形态的形成起到了一定的作用,但不是主要的作用,月牙泉洼地的形成,除了风力地质作用以外,更重要的是月牙泉所处的古地理环境,以及这种环境下所形成的特殊的地形条件。21114 对“基岩裂隙水溢出泉或沙漠孔隙水溢出泉”说的分析月牙泉有无可能接受南部山区基岩裂隙水的补给,根据月牙泉周边的水化学资料分析,月牙泉北部和东部水质都比较差,西南部水质较好,月牙泉接受南部地下水补给的可能性是有的,但由于南部山区基岩的分布离月牙泉较远,其间又多为大厚度的松散堆积物,即使有基岩裂隙水的补给,这种补给也已与区域地下水形成汇流,只能对月牙泉有间接的补给作用,难以形成高出泉域周边区域地下水位的补给带,更不可能直接溢出于基岩裂隙,故基岩裂隙水溢出泉的提法亦难已成立。从区内气候条件来分析,月牙泉地区年降水量少,多年平均降水量仅3911mm,加之泉域汇水面积小,蒸发强烈,降02 2010年3月第32卷 第2期 地下水Groundwater Mar1,2010Vol132 NO12水后大部分雨水被蒸发,一部分被饱气带所吸收,故降水所能形成的有效补给量微乎其微。根据1997年泉湖水域面积计算,仅泉湖水面年蒸发消耗的水量就达113382万m3,因此,沙漠区不可能有如此大的补给量,故月牙泉也不可能是南部沙漠区孔隙水补给形成的泉。21115 对“古河道残留湖”说的分析从地形上来看,鸣沙山的山前地带,即由河水庄南部山前至东部的月牙泉,以沙山渠为界,有一明显的由北向南缓慢倾斜的洼地地形,该洼地在分布上,呈现出西窄东宽,西浅东深的特点,洼地在西部逐渐变窄,向东至秦家庄一带宽度约300~500m,到月牙泉宽度增至600~1000m,在深度上,西部与地面基本持平,向东至杨家庄一带深5~9m,在小泉湾与北部的沙山渠一带,地面相对高差约6~8m,向东又逐渐变浅,如果单从地形上来看,该洼地具有古河道的特征。从地貌上来看,月牙泉处于党河冲洪积扇和西水沟冲洪积扇的扇间洼地,也是洪积扇边缘与鸣沙山的接触地带。一般而言,在沿山脚和洪积扇的边缘地带都能形成带状洼地,因此,党河冲洪积扇与鸣沙山的接触带也必然存在这种地形,加之月牙泉南部有一断层,该断层的存在,使党河冲洪积物在历次沉积时,由于受断层西端山体的阻碍,冲洪积物的堆积和扩散与断层存在夹角关系,该夹角的角度是西部小,向月牙泉方向逐渐增大,沉积物的分布也应服从于这一规律,特别是从上述洼地西窄东宽,西浅东深的地形形态,更具有扇间洼地地形的特点。从洼地的岩性特征来看,月牙泉至小泉湾下部均为数百米厚的细颗粒沉积物,岩性以粉细砂和粘土层为主,无砾石分布。而泉域周边的西北部,松散沉积物的颗粒明显有由细增粗的现象,在泉域的外围区不但出现砾石,而且砾石由南向北数量明显由少增多,砾径也由小变大,这种岩性上的分布特点,具有洪积扇边缘沉积物相变的基本规律。从敦煌盆地,特别是敦煌城区以南现代河床和古河床中分布的堆积物来看,多以粗颗粒的砾卵石为主,而月牙泉下部所揭露的地层岩性并未发现砾石,这与现代河床和古河床中的沉积物具有很大的差异性,所以月牙泉地区的第四纪堆积物应属于扇间洼地地形条件下形成的冲洪积物,即洪水在出山口后水流强度由强变弱,水流的方式由集中到分散,由于月牙泉地处洪积扇的边缘,又位于党河冲洪积扇和西水沟冲洪积扇的扇间洼地,水流的动能在此已变得很弱,故所形成的堆积物逐渐由粗变细,到泉域则全部为细颗粒的沉积物,这种相变特征完全与洪积扇的边缘相或洪积扇的扇间洼地相完全相吻合。从月牙泉试坑揭露的地层来看,砂层细微层理清晰,且层理均由北向南倾斜,说明沉积物主要来自西北部,这与党河冲洪积物的辐射状沉积和分布方向是一致的。从党河盆地第四纪不同时期沉积物的堆积特征和分布位置以及古河道的分布可以看出,中上更新世时期,党河河床基本上分布在党河冲洪积扇的西部和轴部,由于新构造运动的影响,西部地面不断抬高,河道逐渐由西向东迁移,到全新世时期,党河河道才迁移到现在的位置。这说明月牙泉一带在中上更新世时期并不是党河河道分布的位置。从以上地形地貌、地层岩性以及岩相古地理等方面说明,月牙泉所处的洼地并不是古河道形成的洼地,这一洼地的形成,主要与所处的古地理环境有关。由于洼地地形较低,并有一定的汇水面积,在后期的降水过程中或党河改道的初期可能有过水流的形成,从泉域沉积物都是砂层这一点可以断定,即使有古河道也是在原有洼地的基础上形成的,只是党河支流中的支流,因此,月牙泉洼地的形成古河道不是主要的影响因素。212 月牙泉的成因通过大量的调查和分析研究认为,月牙泉的形成主要取决于月牙泉所处的地质结构,低洼的地形条件和区域性地下水位较高三个方面的因素。第四纪以来,由于构造的上升和沉降运动,使党河和西水沟不断形成和发育,并使南部山区大量的碎屑物质源源不断地被搬运到盆地中沉积下来。据目前已有钻孔资料揭露,敦煌盆地第四纪松散堆积物的厚度多大于300m,在泉域区,380m深度内均为第四系松散堆积物;据美国EH一4电导率成像系统技术资料反映,月牙泉一带,第四系厚度最小为650m左右,泉域大厚度的第四系松散堆积物,奠定了月牙泉下部较为单一的、松散的地质结构,这种地质结构为泉域地下水的贮存和运移提供了有利的空间条件。