姜福紅，劉文

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州 272100)

?

沂蒙缺水地區(qū)碳酸鹽巖地下水富水性研究

姜福紅，劉文

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州 272100)

沂蒙缺水地區(qū)地處山東省中南部，大面積分布泰山群變質(zhì)巖及各類侵入巖，賦水性極差，生活、生產(chǎn)用水非常困難。通過研究地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、補(bǔ)給條件和水動力條件，在地形、構(gòu)造、巖性復(fù)合的有利部位發(fā)現(xiàn)蒙陰-桃墟、沂水-姚店子和馬牧池等3處裂隙巖溶富水地段，水質(zhì)良好，具備建設(shè)中、小型水源地的條件。認(rèn)為地層巖性是控制地下水存在的基礎(chǔ)、地質(zhì)構(gòu)造控制著地下水的運(yùn)動和賦存條件、地形地貌是影響地下水補(bǔ)給及運(yùn)動最主要的因素等地下水賦存規(guī)律；研究成果對解決區(qū)內(nèi)用水困難具有重要意義。。

缺水地區(qū)；裂隙巖溶水；富水性；研究

沂蒙缺水地區(qū)地處山東省中南部，地貌類型屬低山丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)自然環(huán)境惡劣，大面積分布泰山群變質(zhì)巖及各類侵入巖，巖石裂隙不發(fā)育，賦水性極差，生活、生產(chǎn)用水非常困難，個別地方居民幾乎全靠水窖來維持生活，是山東省重點(diǎn)貧困缺水山區(qū)[1]。近年來，伴隨著一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的快速發(fā)展，對水資源的開采量逐漸加大，地下水水位日漸下降，缺水山區(qū)面積劇增，并且加大了對地下飲用水的污染[2]。該文重點(diǎn)從地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌等方面研究沂蒙缺水地區(qū)富水性特征，查明碳酸鹽類巖層是該區(qū)地下水最主要的賦存介質(zhì)，地質(zhì)構(gòu)造控制著地下水的運(yùn)動，地形地貌是影響地下水補(bǔ)給最主要的因素。對因地制宜尋找和開發(fā)利用地下水、緩解區(qū)內(nèi)用水緊張局面、促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義。

1 水文地質(zhì)概況

根據(jù)含水層巖性、地下水賦存條件、水力聯(lián)系等，沂蒙缺水地區(qū)劃分為松散巖類孔隙含水巖組、碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組、碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組及變質(zhì)巖、巖漿巖類裂隙含水巖組等四種類型(圖1)。

1.1 松散巖類孔隙含水巖組

主要分布在沂河、汶河等山間河谷及溝谷地帶，地層厚度一般不超過15m，含水巖性為細(xì)砂及砂礫、砂卵石；沿河道軸線富水性強(qiáng)，單井涌水量1000～3000m3/d，邊緣部位富水性明顯減弱，單井涌水量一般小于500m3/d。低山丘陵區(qū)之溝谷及盆地邊緣，富水性較弱，單井涌水量小于500m3/d。

1.2 碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組

該含水巖組地下水賦存于古近紀(jì)、白堊紀(jì)、石炭-二疊紀(jì)的礫巖、砂巖的孔隙、裂隙中，巖石孔隙裂隙不發(fā)育，富水性較差；一般單井涌水量10～100m3/d之間。

1.3 碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組

裂隙巖溶水以潛水和承壓水的形式賦存于寒武—奧陶紀(jì)、震旦紀(jì)的灰?guī)r、白云巖的裂隙溶洞中。由于裂隙、巖溶發(fā)育的不均一性和各向異性，巖石富水性復(fù)雜且不均勻[3]，灰?guī)r多出露于變質(zhì)巖之上，位于山體的頂部，以崮的形式出現(xiàn)，富水性較弱，一般單井涌水量小于500m3/d；在一些灰?guī)r隱伏地段，巖石裂隙較發(fā)育，除得到大氣降水的補(bǔ)給外，還可得到沿?cái)嗔褞贤ǖ钠渌畮r組地下水的補(bǔ)給，單井涌水量大于1000m3/d；在適當(dāng)?shù)孛布皹?gòu)造條件下，局部地段淺部巖溶發(fā)育較好，可增強(qiáng)富水性；受區(qū)內(nèi)區(qū)域斷層及次生小斷層的控制，往往形成面積大小不等的相對獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，有些隔水?dāng)鄬拥拇嬖跍p少了地下水的補(bǔ)給面積，難以形成大型的裂隙巖溶富水地段。

圖1 沂蒙缺水地區(qū)水文地質(zhì)略圖

1.4 變質(zhì)巖巖漿巖類裂隙含水巖組

主要由泰山群變質(zhì)巖、巖漿巖及噴出巖等組成，地下水賦存于巖層風(fēng)化破碎帶和構(gòu)造破碎帶中。一般裂隙較小，且多有充填物，富水性微弱，單井涌水量小于100m3/d。

2 碳酸鹽巖富水性特征

區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖的富水性受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、補(bǔ)給條件及水動力條件等因素的影響[4-5]。

2.1 地層巖性

地層巖性是地下水富集和貯存的物質(zhì)基礎(chǔ)，不同的地層巖性，裂隙、巖溶發(fā)育程度不同，其富水性也呈現(xiàn)出較大差異[6]。

奧陶紀(jì)馬家溝群及九龍群三山子組是區(qū)內(nèi)主要的含水地層，裂隙巖溶發(fā)育程度好，深度較大，連通性強(qiáng)，富水性較大，單位涌水量在100～1000m3/(d·m)之間。九龍群張夏組、崮山組和炒米店組多層次組合的灰?guī)r與頁巖，以張夏組下灰?guī)r段的裂隙、巖溶較為發(fā)育、富水性較好，單位涌水量一般在100～200m3/(d·m)；其余巖層的富水性均相對較差，單位涌水量多小于100m3/(d·m)。朱砂洞組灰?guī)r是區(qū)內(nèi)另一具有供水意義的含水地層，山腳坡麓地帶裂隙巖溶較發(fā)育，受構(gòu)造控制，多沿裂隙呈條帶狀分布，發(fā)育深度大，富水性較好，井孔單位涌水一般大于100m3/(d·m)；在出露位置較高地段，受補(bǔ)給來源影響，富水性變小，多小于50m3/(d·m)。

2.2 斷裂構(gòu)造

斷裂附近，巖石破碎、裂隙發(fā)育、巖溶作用相對強(qiáng)烈，為地下水富集貯存和流通提供了良好的條件，往往成為地下水的相對富集帶[7]。該區(qū)巖漿巖與碳酸鹽巖接觸帶，巖漿活動強(qiáng)烈，并多次沿?cái)嗔褞秩?，?dǎo)致斷裂帶附近的碳酸鹽巖中形成一定寬度的熱液蝕變帶，地下巖溶發(fā)育，貯水空間大，一般具有較好的富水性。

2.3 地形地貌

在地勢相對較低、地形相對平緩地帶，碳酸鹽巖層裂隙、巖溶發(fā)育程度較高，深度相對較大，富水性較好[8]；在地勢較高、坡度較大的地區(qū)，碳酸鹽巖層裂隙、巖溶發(fā)育主要集中于地表淺部，富水性較弱，部分巖層中甚至不含水。

2.4 補(bǔ)給條件

補(bǔ)給條件是地下水的來源，決定著含水巖組富水性的強(qiáng)弱。在有良好補(bǔ)給條件的碳酸鹽巖層分布區(qū)，井孔的出水量較大，降深較小；在補(bǔ)給條件差的地區(qū)，不但井孔的出水量小，而且水位降深大。

2.5 水動力條件

第四系覆蓋淺的地段比相對深的地段，地下水循環(huán)條件好，巖溶相對較發(fā)育[9]。地下徑流愈強(qiáng)烈，地下水的侵蝕性愈強(qiáng)，巖溶愈發(fā)育，同時巖溶發(fā)育又促進(jìn)了徑流條件的轉(zhuǎn)化。

3 巖溶富水地段劃分

在地形、構(gòu)造、巖性復(fù)合的有利部位共形成蒙陰—桃墟、沂水—姚店子和馬牧池等3處巖溶富水地段。

3.1 蒙陰—桃墟裂隙巖溶富水地段

該富水地段西南以泰山巖群變質(zhì)巖、花崗巖構(gòu)成阻水邊界，東以近SN向的三山店阻水?dāng)嗔褳榻?，東北以石炭紀(jì)、白堊紀(jì)地層構(gòu)成隔水邊界，西北部為奧陶紀(jì)馬家溝群，屬補(bǔ)給邊界。巖層傾向NE，并與地面坡向基本一致，除接受大氣降水的補(bǔ)給外，西南側(cè)太古代變質(zhì)巖地表徑流也是補(bǔ)給源之一(圖2)。

圖2 蒙陰—桃墟裂隙巖溶富水地段水文地質(zhì)略圖

在山前地帶，因受白堊紀(jì)青山組及石炭紀(jì)地層的阻隔，且地表、地下裂隙巖溶及構(gòu)造較發(fā)育，地下水匯集而形成富水區(qū)，單井涌水量在500～1000m3/d之間。第四紀(jì)分布的河谷地帶，松散層厚度不超過10m，灰?guī)r頂板埋深一般小于10m，地表溶溝、溶槽十分發(fā)育；三山子組、馬家溝群地層分布區(qū)，地下巖溶在30～50m和70～110m處發(fā)育，形成富水區(qū)，單井涌水量在500～1000m3/d之間；其他地段，單井涌水量小于500m3/d。

3.2 沂水—姚店子裂隙巖溶富水地段

該富水地段東以夏家樓斷裂為界，受斷裂東盤的白堊紀(jì)地層阻隔，屬隔水邊界；南以出露的白堊紀(jì)地層為界，屬阻水邊界；西側(cè)以鄌郚-葛溝斷裂次生斷裂為界，為透水邊界；北側(cè)朱砂洞組與震旦紀(jì)接觸，為透水邊界。巖層傾向NE，E，除得到大氣降水的補(bǔ)給外，還可得到沿?cái)嗔褞贤ǖ钠渌畮r組地下水的補(bǔ)給(圖3)。

圖3 沂水—姚店子裂隙巖溶富水地段水文地質(zhì)略圖

夏家樓以東隱伏灰?guī)r段，由于北社欄河灌區(qū)的通過，地表水可以大量滲入補(bǔ)給地下水，富水性較強(qiáng)，單井涌水量在500～1000m3/d之間。奧陶紀(jì)灰?guī)r出露區(qū)，地表溶溝、溶槽較發(fā)育，且受斷裂構(gòu)造影響，富水性較強(qiáng)，單井涌水量大于1000m3/d。

3.3 馬牧池裂隙巖溶富水地段

該富水地段東、東北以馬牧池?cái)嗔鸭按紊鷶嗔褳榻纾芴┥饺夯◢弾r阻隔，屬阻水邊界；西北部地層以張夏組為主，屬導(dǎo)水邊界；西、西南部邊界受泰山群花崗巖、變質(zhì)巖阻隔，屬阻水邊界；東南部邊界兩側(cè)地層巖性為炒米店組灰?guī)r、薄層竹葉狀灰?guī)r，透水邊界。巖層傾向以NE向?yàn)橹鳎髿饨邓霛B為主要補(bǔ)給方式(圖4)。

圖4 馬牧池裂隙巖溶富水地段水文地質(zhì)略圖

馬牧池至岸堤一帶上覆第四系松散層，厚度2～5m，下覆巖層以九龍群三山子組白云巖為主，屬隱伏的裂隙巖溶水含水層，表面節(jié)理、裂隙較發(fā)育，地下以溶隙、溶穴、溶孔為主，富水性較好，單井涌水量在500～1000m3/d之間。裸露灰?guī)r多分布于周圍的丘陵地帶，裂隙巖溶水含水層富水性極不均勻，深部巖溶發(fā)育較差，富水性弱，但在適當(dāng)?shù)孛布皹?gòu)造條件下，局部地段淺部巖溶發(fā)育較好，富水性可增強(qiáng)。

4 可開采資源量計(jì)算

地下水可采資源量可理解為地下水動水位埋深不超過最大允許埋深條件下的最大開采量[10]。通過抽水試驗(yàn)法、比擬法分別求取相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)，在地下水允許降深按不超過含水層頂板設(shè)計(jì)、水位降深按20m計(jì)的條件下，求得蒙陰—桃墟巖溶富水地段Q允=2.6×104，沂水—姚店子巖溶富水地段Q允=2.1×104，馬牧池巖溶富水地段Q允=2.1×104。3個巖溶富水地段地下水允許開采量均超過20000m3/d，均屬HCO3-Ca型水，礦化度小于1.0g/L，水質(zhì)良好，具備建設(shè)中、小型水源地的條件。

5 結(jié)論

(1)地層巖性決定了巖石的含水與不含水的本質(zhì)，是控制地下水存在的基礎(chǔ)；可溶性地層分布地段，巖石的易溶性及所處層位對地下水的富集有著重要的影響。

(2)地質(zhì)構(gòu)造控制著地下水的運(yùn)動和賦存條件，可以溝通或者阻隔不同地層中地下水的水力聯(lián)系，改變地下水的流向，可使弱透水地層中能賦存較多的地下水。

(3)地形地貌是影響地下水補(bǔ)給及運(yùn)動最主要的因素，與其他因素共同制約著地下水的補(bǔ)給面積、補(bǔ)給條件、運(yùn)動方向及排泄地段[11]。在切割較大的地貌區(qū)，假若沒有隔水作用的底層或斷層，地下水水力坡度大，難以富集，富水性較差；而在分布有一定隔水邊界的區(qū)域，地下水相對富集，富水性較強(qiáng)。

(4)在山區(qū)，沉積巖地層產(chǎn)狀對下水賦存有著極大的影響。一般情況下，順傾向山坡一面地形較平緩，往往地下水較豐富；而逆傾向山坡一面則不利于地下水的補(bǔ)給和儲存。但若逆傾向山坡一面存在阻水?dāng)嗔?、巖層時，則也可能會形成較好的儲水條件。

[1] 王劃. 臨縣嚴(yán)重缺水地區(qū)富水性分析[J]. 華北國土資源,2013,(6):142-143.

[2] 賈德旺，趙慶令. 沂蒙缺水山區(qū)地下水賦存規(guī)律及找水定井范例[J]. 山東國土資源，2016，32(5):55-63.

[3] 王祥永,王建,彭超,等. 泰安市山丘區(qū)地下水找水方向[J]. 山東國土資源,2011,27(11):26-31.

[4] 劉新號. 基于蓄水構(gòu)造類型的山區(qū)綜合打水技術(shù)[J].工程地質(zhì)，2011，38(6):8-12.

[5] 白銘，李續(xù)續(xù)，張靜，等. 新疆三塘湖盆地地下水賦存控制因素分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2015，42(1)：47-52.

[6] 梁澤鵬,胡鴻昌. 含水層富水性評價[J]. 市政技術(shù),2015,(6):135-137.

[7] 劉雅彬,史文朋. 小佘太鄉(xiāng)嚴(yán)重缺水地區(qū)找水方法探討[J]. 西部資源,2015,(4):102-103.

[8] 王宇,王梓溦. 巖溶地下水富集的地貌組合形態(tài)[J]. 中國巖溶,2015,(4):314-324.

[9] 韓曄,鄭玉萍,祁曉凡,等. 魯南碳酸鹽巖丘陵貧水區(qū)典型地下水賦存模式分析——以沂南、費(fèi)縣為例[J]. 南水北調(diào)與水利科技,2013,(4):109-113.

[10] 康鳳新,徐軍祥,張中祥. 山東省地下水資源及其潛力評價[J]. 山東國土資源,2010,26(8):4-12.

[11] 武選民，文冬光，張福存，等. 我國西北人蓄飲用缺水地區(qū)儲水構(gòu)造特征與工程范例 [J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2010，37(1)：22-26.

Study on Underground Water Rich Property in Carbonate Roch in Water Shortage Area in Yimeng Area

JIANG Fuhong, LIU Wen

(Lunan Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Yanzhou 272100, China)

Water shortage area is located in the south of Shandong Province. Metamorphic rocks of Taishan group and various intrusive rocks distributed widely. Water bearing range, life and production using water are very shortage. Through study on lithology, geological structures, topography, supply conditions and hydrodynamic conditions, three fracture karst water rich areas, such as Mengyin-Taoxu, Yishui-Yaodianzi and Mamuchi have been found in topography, lithology and tectonic complex favorable positions. Water quality is good and can construct medium and small water sources. It is regarded that formation lithology is the basis for controlling the existence of groundwater, geological structure controls the movement and occurrence of groundwater, topography and geomorphology are the main factors affecting groundwater recharge and movement. It has important significance for solving water shortage in this area .

Water shortage area; fracture karst water; water rich property; research

2016-07-28；

2016-10-12；編輯：曹麗麗 基金項(xiàng)目：沂蒙缺水地區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查(魯國土資字〔2008〕410號) 作者簡介：姜福紅(1972—)，女，山東牟平人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作；E-mail：xingxing400732@126.com

姜福紅，劉文.沂蒙缺水地區(qū)碳酸鹽巖地下水富水性研究[J].山東國土資源，2017,33(7)：61-65.JIANG Fuhua, LIU Wen.Study on Underground Water Rich Property in Carbonate Roch in Water Shortage Area in Yimeng Area[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(7)：61-65.

P62

B