徐光瑜，劉福臣，李凌宵

（山東水利職業(yè)學(xué)院，山東日照276826）

泰山群變質(zhì)巖地下水的富集條件與尋找方法

徐光瑜，劉福臣，李凌宵

（山東水利職業(yè)學(xué)院，山東日照276826）

泰山群變質(zhì)巖的地下水類型為風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水，風(fēng)化帶厚度及裂隙發(fā)育不均勻，裂隙水連通性差，儲水空間有限，造成地下水富水性嚴(yán)重不均。根據(jù)變質(zhì)巖的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，總結(jié)出風(fēng)化殼蓄水構(gòu)造、斷裂帶蓄水構(gòu)造、巖脈蓄水構(gòu)造、粗粒巖石蓄水構(gòu)造；根據(jù)野外電測找水經(jīng)驗，在泰山群變質(zhì)巖土地區(qū)，有低阻正交點、V形低阻異常、麻花低阻異常、半衰時窄幅單峰異常、寬幅單峰異常等富水構(gòu)造特征，找水可取得明顯的效果。

泰山群變質(zhì)巖；地下水；蓄水構(gòu)造；聯(lián)合剖面；半衰時

山東省太古界泰山群變質(zhì)巖，主要分布在魯西隆起區(qū)內(nèi)，出露面積約占基巖面積的42%，構(gòu)成魯西隆起區(qū)的結(jié)晶基底。泰山群變質(zhì)巖地區(qū)地下水主要為裂隙水，由于巖石裂隙發(fā)育細(xì)小，儲水空間有限，因此，地下水富水性嚴(yán)重不均，開發(fā)利用難度大，是山東省比較嚴(yán)重的缺水區(qū)之一。對于富水性較弱的泰山群地下水，電測手段方法不當(dāng)，盲目定井、挖井，花費了大量人力、物力，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究泰山群變質(zhì)巖地下水的富集條件，探求地下水行之有效的勘探方法，對解決貧困落后地區(qū)的生產(chǎn)、生活用水，提高人民生活水平，具有現(xiàn)實意義。

1 泰山群變質(zhì)巖的蓄水構(gòu)造

1．1巖性

泰山群變質(zhì)巖的巖性不同，對于裂隙的發(fā)育、透水性和含水量，均有明顯的差異。當(dāng)片巖夾片麻巖時，片麻巖富水好；當(dāng)花崗巖或偉晶花崗巖脈穿插于角閃巖中時，前者裂隙發(fā)育，含水性好，后者則差；當(dāng)石英巖夾在千枚巖中，前者裂隙發(fā)育，破碎強(qiáng)烈，富水性好，后者裂隙較少。根據(jù)多年的野外實踐經(jīng)驗，一般情況是萬山莊組、太平頂組比雁嶺關(guān)組、山草峪組顆粒較粗，在同樣條件下易風(fēng)化破碎，含水較好。

1．2結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)不同，其風(fēng)化程度不相同，地下水的富水性不相同。等粒變晶結(jié)構(gòu)抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，而不等粒變晶結(jié)構(gòu)或斑狀變晶結(jié)構(gòu)，則有利于進(jìn)行風(fēng)化，引起礦物表層結(jié)構(gòu)松散，易使巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生碎裂；斑狀變晶結(jié)構(gòu)中的斑晶與基質(zhì)抗風(fēng)化程度不等，斑晶容易脫離基質(zhì)出現(xiàn)裂隙，賦存風(fēng)化裂隙水；變質(zhì)巖的碎斑結(jié)構(gòu)，大小顆粒破碎不均，中間出現(xiàn)裂隙，為巖石風(fēng)化提供了有利條件，所以破裂結(jié)構(gòu)最易風(fēng)化，含水較多；塊狀構(gòu)造在動力作用下易產(chǎn)生裂隙，故富水性好；帶狀構(gòu)造中的礦物排列成層狀，其中條帶礦物柔性大，易填充在礦物之間，起到阻水作用；片狀構(gòu)造各礦物之間很緊密，缺少空隙，風(fēng)化緩慢，富水性差；片麻狀構(gòu)造的粒狀礦物夾在片狀礦物之間，粒狀礦物易風(fēng)化，故片麻狀的巖石比片狀的巖石容易風(fēng)化破碎，含水也多。

1．3蓄水構(gòu)造

經(jīng)過多年的野外找水實踐經(jīng)驗，總結(jié)出了風(fēng)化殼蓄水構(gòu)造、斷裂帶蓄水構(gòu)造、巖脈蓄水構(gòu)造、粗粒巖體蓄水構(gòu)造。

1．3．1風(fēng)化殼蓄水構(gòu)造

（1）匯水洼地風(fēng)化殼富水構(gòu)造：在巖石性質(zhì)及地質(zhì)構(gòu)造條件比較均一的地區(qū)，巖石風(fēng)化的差異性很小，地下水從分水嶺向河谷洼地匯集，低洼匯水部位就成了風(fēng)化裂隙水富集的地帶。如肥城市某村的大口井就是位于一條河溝的底部，巖性為片麻巖，井深20 m，出水量達(dá)30 m3／h。

（2）侵入接觸型風(fēng)化殼富水構(gòu)造：受巖漿侵入作用的影響，在古老的變質(zhì)巖地層中，常有軟硬性質(zhì)不同的巖脈相間出現(xiàn)，由于軟巖石一側(cè)的全風(fēng)化帶粘土充填較為嚴(yán)重，透水性及富水性較差；而脆性巖石一側(cè)的半風(fēng)化帶裂隙發(fā)育，透水性強(qiáng)及富水性較強(qiáng)。所以在塑性巖石一側(cè)一般形成隔水邊界，在脆性巖石的接觸帶附近形成相對富水帶。

（3）斷裂構(gòu)造型風(fēng)化殼富水構(gòu)造：由于風(fēng)化作用沿著構(gòu)造裂隙帶發(fā)育，形成帶狀、囊狀風(fēng)化殼。這種局部加深的風(fēng)化殼，兩側(cè)以未風(fēng)化的巖石作為隔水邊界，向下與構(gòu)造裂隙帶相溝通，形成斷裂構(gòu)造型風(fēng)化殼富水帶，這種富水帶?？梢缘玫缴畈繕?gòu)造裂隙水的補(bǔ)給，因而水量比較豐富。

1．3．2斷裂帶蓄水構(gòu)造

變質(zhì)巖中的斷層很發(fā)育，大小斷層密集，破碎帶寬窄不一，斷層裂隙中不僅含有淺層水，而且也有深層水，既適合大口井開采，也可用深機(jī)井開采。

1．3．3巖脈蓄水構(gòu)造

巖脈蓄水構(gòu)造是以巖脈與圍巖中的裂隙為蓄水空間，呈帶狀分布。根據(jù)野外找水實踐經(jīng)驗，影響巖脈蓄水構(gòu)造富水的因素，主要有巖脈及圍巖的性質(zhì)、巖脈的延伸性、巖脈走向、巖脈寬度等方面。

（1）巖脈延伸性：由于巖脈是一種帶狀或脈狀的蓄水構(gòu)造，其蓄水空間小，開采量主要來自側(cè)向補(bǔ)給量。側(cè)向補(bǔ)給量的大小主要取決于巖脈的延伸性，水平方向延伸愈遠(yuǎn)，垂直方向切割愈深，其蓄水空間愈大，補(bǔ)給也就愈充沛，富水性也就愈好。如泰山腳下著名的王母池泉，就是沿NW走向的輝綠巖巖脈的接觸帶形成的，該巖脈延伸10余km，匯水作用十分顯著，所以該泉歷年以來從未干涸。

（2）巖脈走向：對阻水的巖脈來說，若巖脈的走向垂直于地下水的流向時，其阻水性較好，巖脈的上游一側(cè)為富水部位；對導(dǎo)水巖脈而言，若巖脈的走向平行于地下水流向時，會加速地下水的排泄，不利于地下水的儲存，一般不會形成富水構(gòu)造；若巖脈的走向垂直于地下水的流向時，則巖脈起到匯水和儲水的作用，往往形成富水構(gòu)造，在巖脈的中間部位或巖脈的下游一側(cè)選擇井的位置較為有利。

（3）巖脈寬度：若巖脈本身含水時，寬度的大小對其富水性影響較大。其寬度愈大，蓄水空間愈大，富水性也就愈好。如山東省寧陽縣程花村在一條寬度約20 m的花崗巖的巖脈中鉆孔，井深39 m，單井出水量可達(dá)30 m3／h。

1．3．4粗粒巖石蓄水構(gòu)造

泰山群變質(zhì)巖中有黑云母斜長片麻巖、長石石英片麻巖、偉晶巖等巖石，這些粗粒變質(zhì)巖一般顆粒直徑約1～4 mm，大者可達(dá)8 mm左右。由粗粒巖石組成的巖層，一般是比較好的蓄水構(gòu)造，機(jī)井出水量都很大。如泰安市某村的某機(jī)井打在粗粒片麻巖中，風(fēng)化碎屑粗粒透水性良好，井深32 m，出水量28 m3／h。

目前地下水勘探方法很多，這些方法大都適用于電性差異較大、水量豐富的第四系孔隙水和巖溶水［1］。對于富水性較弱的變質(zhì)巖裂隙水，所探測的地質(zhì)體與圍巖的電性差異較小，致使常規(guī)的電測方法失效，常常造成定井失敗。結(jié)合近年來野外找水實踐，利用聯(lián)合剖面法、激發(fā)極化法不同類型的含水異常，成井率很高，在變質(zhì)巖地區(qū)找水取得了成功的經(jīng)驗。

2 聯(lián)合剖面法

2．1聯(lián)合剖面法的裝置［2］

聯(lián)合剖面法是由2個對稱的三極裝置（A、M、N和B、M、N）聯(lián)合而成，其公用供電電極C垂直于測線方向，通常稱C極為無窮遠(yuǎn)極。在每一測點分別用A、C及B、C輪流供電，分別測出M、N電極之間的電位差值ΔUAC、ΔUBC，并計算出視電阻率，根據(jù)兩曲線的特征，了解某一裝置沿測線一定深度范圍內(nèi)水平方向上電阻率的變化特點，結(jié)合水文地質(zhì)條件分析，以推斷含水層或含水構(gòu)造帶的部位。

2．2聯(lián)合剖面法確定富水構(gòu)造

在實際工作實踐中，根據(jù)不同的地電條件，總結(jié)出低阻正交點、V形低阻異常、麻花低阻異常等不同富水構(gòu)造。

2．2．1低阻正交點［3］富水構(gòu)造

正交點的形態(tài)多樣，如果聯(lián)剖曲線的正交點兩支分離不大，在低阻交點處一般為斷裂帶富水構(gòu)造，因此，井的位置選擇交點處，單井出水量一般會很大，是聯(lián)合剖面法主要的蓄水構(gòu)造；如果正交點的兩支分離很大，并且不對稱，則往往是地形干擾所造成的，井的出水量一般不大。

圖1 寧陽縣某村聯(lián)合剖面曲線的低阻正交點Fig．1 The low resistanceorthogonal point for the united cross section curvein Ningyang County

如寧陽縣某村南布置一條東西向測線，點距20 m，MN＝20 m，AO＝70 m，其聯(lián)合剖面曲線見圖1。在聯(lián)合剖面曲線上，測點22＃、23＃之間出現(xiàn)一低阻正交點，在交點處定一鉆孔，孔深62 m，出水量為46 m3／h。

2．2．2 V形低阻異常富水構(gòu)造

規(guī)模較窄的斷層破碎帶在聯(lián)合剖面曲線上常表現(xiàn)為尖底的V形低阻異常，是含水地帶的反映，井的位置應(yīng)選擇在凹斗的底部。V形低阻異常的幅度越大，其含水性越好，井的出水量也越大；如果僅有少數(shù)點組成的V字形不明顯，或者下降幅度不大，一般來講含水意義不大，不宜成井。

如泰安市北集坡某村，地層為泰山群花崗片麻巖，是有名的缺水村。在村北布置一聯(lián)剖測線，由23＃、24＃、25＃、26＃、27＃等5個測點組成一個非常明顯的V字形曲線，推測為一條斷裂破碎帶（圖2）。在凹斗底部布置一鉆孔，井深60 m，出水量為50 m3／h。

2．2．3麻花低阻異常富水構(gòu)造

圖2 泰安市北集坡某村聯(lián)合剖面曲線的V形低阻異常Fig．2 The V shape low resistance for the united cross section curve in Taian City

在聯(lián)合剖面曲線上有2～3個測點，雙支產(chǎn)生正反相交時，稱為麻花低阻異常。麻花低阻異常一般是含水層的反映，井的位置應(yīng)選擇在麻花中間部位。如東平縣某地的聯(lián)合剖面曲線，在18＃測點出現(xiàn)正反兩個交點（圖3）。在18＃測點布井，井深37 m，出水量24 m3／h。

圖3 東平縣某地聯(lián)合剖面曲線的麻花低阻異常Fig．3 The twist-type low resistance for the united cross section curve in Dongping County

3 激發(fā)極化法

3．1激發(fā)極化法主要參數(shù)

激發(fā)極化法主要是研究地下介質(zhì)二次場的強(qiáng)度和衰減速度。采用不同的激發(fā)極化儀，所描述激發(fā)極化現(xiàn)象的參數(shù)也不同。SDJ—X系列積分式激發(fā)極化儀是用半衰時S05、衰減度D等參數(shù)來描述激發(fā)極化現(xiàn)象的［4］。

在每一個極距（AB／2）上，一次供電，儀器板面上2個表依次顯示6個數(shù)據(jù)，即一次場的ΔV，I，和二次單位是mv·s，每一積分時段內(nèi)的平均電位差即可求ΔV2-4＝A4，單位為mv。

3．1．1半衰時S0．5

半衰時S0．5是二次場電位衰減至一半（50%）時

其中：A＝（101．6A2-17．6A3-84A4）／A1，B＝（38．7A2＋12．8A3-1．55A4）／A1。

半衰時S0．5越大，二次場衰減速度越慢，則說明地質(zhì)體的含水性越好。

3．1．2衰減度D

衰減度D是二次場電位衰減速度的反映，由于不同時間衰減速度不同，所以用3個不同時段的衰減速度來表示其衰減過程，即所需的時間，由下式計算：衰減度D越大，二次場衰減的過程越慢，說明地質(zhì)體的含水性越好。

3．2確定背景值

背景值是指地下巖層不含水時衰減參數(shù)值的大小，即將覆蓋層、隔水層、含水層綜合在一起時，所測定參數(shù)的臨界值。背景值的大小，對分析含水層、評價地下水的富水程度非常重要。在同一測區(qū)內(nèi)，背景值的變化不會太大。但當(dāng)測區(qū)面積較大時，由于地質(zhì)條件的變化，背景值可能會有較大的變化，因此應(yīng)考慮背景值的不均勻性。

確定背景值可以利用干孔來確定，即在無水的干孔附近，做激發(fā)極化法的井旁測深，從S0．5，D的測深曲線上，求出S0．5，D的大致平均值，作為該測區(qū)的S0．5，D背景值，也可以利用視電阻曲線的無水段確定各參數(shù)的背景值。根據(jù)多年的野外實踐經(jīng)驗，泰山群變質(zhì)巖地層，如果半衰時S0．5小于1．5～2．0 s，一般是無水或含水性較差，可作為背景值的參考值。

3．3含水層的辨認(rèn)［5］

激電測深曲線（S0．5，D曲線）呈峰值變化的線段是含水層的反映，即沒有遇到含水層時，曲線比較平直，參數(shù)大小接近背景值；遇到含水層后，參數(shù)逐漸增大，達(dá)到極大值后，又逐漸降低，形成一個高值異常，此高值異常則對應(yīng)含水層部位。一般用半衰時S0．5、衰減度D的異常來辨別含水層。半衰時S0．5主要有窄幅單峰異常、寬幅單峰異常、窄幅多峰異常和寬幅多峰異常等4種形式；衰減度D曲線的變化規(guī)律基本上和半衰時S0．5曲線相同。

3．3．1窄幅單峰異常

如果激電測深曲線上有2～3個極距組成單峰形

一般取平均衰減度態(tài)，稱為窄幅單峰異常。窄幅單峰異常峰值對應(yīng)的一般是較小的含水體，如裂隙密集帶、小型斷裂帶。其富水程度主要取決于峰值幅度的大小，如果異常幅度很大，出水量還是比較客觀的。如寧陽某村巖性為泰山群花崗片麻巖，是遠(yuǎn)近聞名的缺水村。半衰時S0．5曲線見圖4，半衰時S0．5明顯呈窄幅單峰異常，20～50 m為單峰異常，推斷為小型斷層。經(jīng)鉆探巖芯破碎，井深50 m，出水量為32 m3／h。

圖4 半衰時S0．5單峰異常曲線Fig．4 S0．5unimodal abnormalcurve for half time

3．3．2寬幅單峰異常

一般由4～5個高值點組成，異常值越大，幅度越寬，含水越豐富。在泰山群變質(zhì)巖中，出現(xiàn)這種異常的可能性不大，僅在規(guī)模較大的斷裂中偶爾出現(xiàn)。如泰安市某地的激電測深曲線，為典型的寬幅單峰異常，半衰時S0．5最大值達(dá)3．7 s，衰減度D最大值達(dá)89%?？紤]到該測點地處泰山大斷裂的次生斷裂帶內(nèi)，推斷為大型斷裂富水構(gòu)造，經(jīng)施工證實，花崗片麻巖巖石破碎，坍孔嚴(yán)重，出水量達(dá)80 m3／h，在變質(zhì)巖地層中罕見。

另外，在泰山群變質(zhì)巖中，可能出現(xiàn)窄幅多峰異常、寬幅多峰異常。多峰異常一般由4～5個高值點組成，呈多峰形態(tài)。這類異常是由連續(xù)出現(xiàn)2個以上緩升緩降的小型異常組成，反映了多個含水層的存在，每一個峰值對應(yīng)一個含水層，一般來講含水比較豐富。寬幅多峰異常在變質(zhì)巖地區(qū)出現(xiàn)的可能性不大。

4 結(jié)論

（1）泰山群變質(zhì)巖的地下水類型為風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙水，由于風(fēng)化帶厚度及裂隙發(fā)育不均勻性，裂隙水連通性差，儲水空間有限，造成地下水富水性嚴(yán)重不均。根據(jù)變質(zhì)巖的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造總結(jié)出泰山群變層巖中有以下幾種蓄水構(gòu)造：風(fēng)化殼蓄水構(gòu)造、斷裂帶蓄水構(gòu)造、巖脈蓄水構(gòu)造、粗粒巖石蓄水構(gòu)造。

（2）聯(lián)合剖面法具有靈敏度高，異常反應(yīng)明顯的特點。根據(jù)野外電測實踐經(jīng)驗，有低阻正交點、V形低阻異常、麻花低阻異常等3種富水構(gòu)造，成井率很高。

（3）激發(fā)極化法曲線反映異常直觀，解釋方便。當(dāng)富含地下水時，二次場衰減速度慢，半衰時S0．5、衰減度D異常明顯。利用半衰時S0．5的窄幅單峰異常、寬幅單峰異常、窄幅多峰異常和寬幅多峰異常等富水異常，找水效果明顯。

［1］姬廣柱，周強(qiáng)，侯國強(qiáng)．綜合多種物探方法在貧水區(qū)找水的實踐［J］．地下水，2001，（4）：208-210．

［2］陳仲候．工程與環(huán)境物探教程［M］．北京：地質(zhì)出版社，1993．

［3］劉福臣，程興奇，王啟田．聯(lián)合剖面法探測魯東中生界地層地下水［J］．節(jié)水灌溉，2008，（5）：208-210．

［4］劉福臣，潘東興．水資源勘察技術(shù)與方法［R］．山東泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，1999．

［5］關(guān)建斌．激發(fā)極化法找水實踐［J］．地下水，2006，（5）：73-74．

（編輯：曾小漢）

Condition of Storage Structure and Seeking Groundwater below Taishan-group Metamorphic Rock

XU Guang-yu，LIU Fu-chen，LI Ling-xiao
（Shandong Water Polytechnic，Rizhao Shandong 276826，China）

The weathering crevice water and the structure crevice water are main ground waters in Taishan

group metamorphic rock．Because of the uneven weathering zone thickness，bad connectivity of the crevice water and limited store water space，the ground water of rich-water area is seriously uneven．According to the rock property，structure and rock-fabric，there exists the crust of storage structure conditions such as weathering rock，fracture zone rock，dyke rock，coarse grained rock and so on．By finding the low resistance orthogonal point，the unimodal abnormal“V”shape low resistance，abnormal twist-shape low resistance，unimodal abnormal curve of narrow width，unimodal abnormal curve of broad width and so on，in the field measures，seeking the ground water in the Taishan-group metamorphic rock is very successful．

Taishan-group metamorphic rock；ground water；storage structure；united cross section method；half-decline time

P631．32

A

1001-5485（2009）03-0024-04

2008-05-13

徐光瑜（1964-），男，北京市人，副教授，主要從事于水利工程的教學(xué)及科研工作，（電話）13516335917（電子信箱）qfrz64007＠163．com。