李波，韓玉英，關(guān)琴，吳璇，劉春偉

(山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

20世紀(jì)七八十年代，全國(guó)先后完成了1∶20萬(wàn)水文地質(zhì)調(diào)查工作，隨后又開(kāi)展了不同比例尺的水文地質(zhì)調(diào)查工作，對(duì)不同含水巖組富水性等級(jí)進(jìn)行了初步劃分，并提出了儲(chǔ)水構(gòu)造、蓄水構(gòu)造、新構(gòu)造控水、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等理論[1-7]。在以往水文地質(zhì)調(diào)查編圖中，一般將巖漿巖區(qū)地下水富水性籠統(tǒng)地劃定為<100m3/d，作為主要貧水地區(qū)，并不利于該區(qū)的找水定井及地下水開(kāi)發(fā)利用[8]。

為提高水文地質(zhì)調(diào)查與編圖精度，自2012年以來(lái)，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和原山東省國(guó)土資源廳在魯中南地區(qū)陸續(xù)開(kāi)展了1∶5萬(wàn)水文地質(zhì)調(diào)查工作。在編制1∶5萬(wàn)水文地質(zhì)圖時(shí)，對(duì)沉積巖類(lèi)含水巖組富水性進(jìn)行了更加詳細(xì)的劃分，而巖漿巖區(qū)裂隙水主要分布在風(fēng)化裂隙中，部分發(fā)育在構(gòu)造裂隙中，其富水等級(jí)劃分并沒(méi)有形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。鑒于此，該文結(jié)合已開(kāi)展的1∶5萬(wàn)水文地質(zhì)調(diào)查工作，以顏莊幅、趙格莊幅為例，總結(jié)了巖漿巖區(qū)富水性等級(jí)劃分的主要影響因素，細(xì)化了富水性分級(jí)，為今后水文地質(zhì)調(diào)查及編圖工作提供一定科學(xué)依據(jù)，為巖漿巖區(qū)找水定井指明了新方向，具有實(shí)際意義。

1 區(qū)域背景

1.1 地質(zhì)條件

山東地區(qū)巖漿活動(dòng)十分頻繁，從太古宙至新生代都有發(fā)現(xiàn)，可劃分為遷西、阜平—五臺(tái)、呂梁、四堡、晉寧、震旦、加里東、印支、燕山及喜馬拉雅等各巖漿活動(dòng)期。除遷西期、阜平期、燕山期及喜馬拉雅期有較多火山活動(dòng)外，其他巖漿活動(dòng)期均以巖漿侵入活動(dòng)為主。巖漿巖出露面積約30976km2，主要分布在魯中山區(qū)及魯東地區(qū)，約占全省陸地面積的20%。以燕山期巖漿巖出露面積最大，其次為呂梁期及晉寧—震旦期巖漿巖，加里東—印支期及四堡期巖漿巖分布最少。

巖漿巖在空間上具有區(qū)域成帶分布特點(diǎn)，在時(shí)間上則顯示多旋回活動(dòng)的特點(diǎn)，在形成上具有多成因的特點(diǎn)，因此巖漿巖在時(shí)空分布上的“區(qū)域成帶性”、“多旋回性”和“多成因性”是山東省巖漿巖分布的基本規(guī)律[9-10]。

1.2 水文地質(zhì)條件

巖漿巖區(qū)地下水類(lèi)型為巖漿巖類(lèi)裂隙水，水文地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單。地下水主要分布在地表風(fēng)化層及斷裂構(gòu)造裂隙中。風(fēng)化層厚度約10～30m，裂隙發(fā)育，其基底與地面起伏大體一致。地下水呈帶狀分布于山谷或溝底等地勢(shì)低洼處。巖漿巖受構(gòu)造、風(fēng)化作用的影響，發(fā)育網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的風(fēng)化裂隙及線性結(jié)構(gòu)的構(gòu)造裂隙，裂隙水主要分布在地表風(fēng)化殼裂隙及構(gòu)造裂隙之中，呈網(wǎng)格狀和線性分布[11]。

巖漿巖地區(qū)富水性一般較弱，埋藏較淺，受季節(jié)性控制明顯，地下水水位隨季節(jié)變化而變化。大氣降水是地下水主要補(bǔ)給來(lái)源，在地勢(shì)低處可接受松散巖類(lèi)孔隙水和地表水補(bǔ)給及高處巖漿巖類(lèi)裂隙水徑流補(bǔ)給。其補(bǔ)給程度與地形地貌、裂隙發(fā)育程度關(guān)系密切，由于地形坡度較大，大部分降水以表流產(chǎn)出，少量沿裂隙發(fā)育方向滲入地下形成徑流。地下水運(yùn)動(dòng)受地形條件控制，隨地形坡向成散流狀態(tài)，在溝底及構(gòu)造破碎帶發(fā)育處，常呈下降泉方式排泄。整體表現(xiàn)為就地補(bǔ)給、淺部運(yùn)動(dòng)、短途排泄。在局部地區(qū)，受斷裂阻水、地形坡度變小等因素影響，往往富水性較好，形成相對(duì)富水區(qū)。

2 富水性分級(jí)

巖漿巖地區(qū)水文地質(zhì)條件單一，在區(qū)域上，地下水富水性受地形條件控制明顯，匯水條件決定了地下水的富水程度。因此，該文在富水性劃分時(shí)，以小流域?yàn)閱卧M(jìn)行整體把控，并充分考慮區(qū)內(nèi)的主要蓄水構(gòu)造這一關(guān)鍵影響因素。

2.1 小流域單元的富水性劃分

在巖漿巖出露區(qū)，地貌類(lèi)型基本上以中低山、丘陵為主，地形起伏變化大。該地形地貌決定了巖漿巖區(qū)往往是多條河流、支流的發(fā)源地，形成多個(gè)局部小流域單元。

巖漿巖地區(qū)富水性劃分時(shí)主要考慮地下水循環(huán)條件和地表水的匯水條件。在小流域單元內(nèi)河谷地帶，尤其是山間河谷下游地勢(shì)相對(duì)平緩處，地下水易于儲(chǔ)存富集，富水性較強(qiáng)(圖1)。在小流域單元的地表分水嶺附近，匯水條件較差，地下水不易儲(chǔ)存富集，一般富水性較差。

1—單井涌水量<10m3/d；2—單井涌水量10～50m3/d；3—單井涌水量>300 m3/d；4—黑云英云閃長(zhǎng)巖；5—斜長(zhǎng)角閃巖；6—第四紀(jì)砂土；7—斷層；8—裂隙水流向圖1 山間河谷地帶富水性剖面圖

2.2 富水性級(jí)別劃分——以顏莊幅1∶5萬(wàn)水文地質(zhì)圖為例

顏莊幅(J50E024016)位于魯中南山區(qū)大汶河流域，牟汶河是區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的河流，控制幅域范圍近70%。該區(qū)屬低山丘陵區(qū)，地貌類(lèi)型劃分為構(gòu)造侵蝕、侵蝕剝蝕、剝蝕溶蝕地貌、侵蝕溶蝕地貌和堆積地貌等。圖幅涉及新甫山凸起—泰安凹陷—魯山凸起等四級(jí)構(gòu)造單元，受斷裂控制發(fā)育萊蕪盆地和魯村盆地。出露地層以各期侵入巖和古生代碳酸鹽巖為主，新生代第四紀(jì)地層主要沿牟汶河及其支流兩岸分布，其中巖漿巖區(qū)主要分布在圖幅中東部、萊蕪盆地外弧斷裂以東。

野外調(diào)查完成后，對(duì)巖漿巖區(qū)水文調(diào)查點(diǎn)進(jìn)行整理投圖。在充分分析原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，考慮地形地貌、構(gòu)造斷裂、侵入體巖性、地下水補(bǔ)徑排條件等因素，參照1∶5萬(wàn)水文地質(zhì)調(diào)查編圖規(guī)范及相關(guān)資料[12-15]，對(duì)巖漿巖區(qū)富水性進(jìn)行了細(xì)分，劃分為<10m3/d，10～50m3/d，50～300m3/d，>300m3/d 4個(gè)等級(jí)(圖2)。

1—第四系覆蓋區(qū)；2—碳酸鹽巖分布區(qū)；3—碎屑巖分布區(qū)；4—單井涌水量<10m3/d；5—單井涌水量10～50m3/d；6—單井涌水量50～300m3/d；7—單井涌水量>300m3/d；8—隱伏區(qū)單井涌水量50～300m3/d；9—隱伏區(qū)單井涌水量>300m3/d；10—斷裂與推測(cè)斷裂；11—地下水流向；12—地下水系統(tǒng)分界線；13—富水性分區(qū)界線圖2 顏莊幅巖漿巖區(qū)富水性劃分圖

(1)富水性強(qiáng)區(qū)：?jiǎn)尉克?300m3/d，分布面積小，主要在深切溝谷地區(qū)。地勢(shì)低洼或受斷裂影響巖石破碎，裂隙發(fā)育，具有良好的儲(chǔ)水空間、導(dǎo)水通道與匯水面積，富水性強(qiáng)。

(2)富水性中等區(qū)：?jiǎn)尉克?0～300m3/d，分布在萊蕪盆地外弧斷裂東側(cè)及構(gòu)造侵蝕形成的深切溝谷地區(qū)。太古代、元古代及中生代各期花崗巖裂隙含水巖組，匯水面積較大，裂隙較為發(fā)育，地下水易于富集儲(chǔ)存，屬流域地下水匯集排泄區(qū)，富水性較強(qiáng)。

(3)富水性貧乏區(qū)：?jiǎn)尉克?0～50m3/d，地貌類(lèi)型多屬于侵蝕剝蝕低山—丘陵區(qū)，地勢(shì)相對(duì)較高，表層風(fēng)化裂隙不發(fā)育，風(fēng)化層厚度一般小于20m，裂隙細(xì)小且多被填充，地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，屬流域地下水徑流區(qū)，富水性較弱。

(4)富水性極貧乏區(qū)：?jiǎn)尉克?10m3/d，主要分布在海拔較高的中低山、丘陵及分水嶺附近，地貌類(lèi)型多屬于構(gòu)造侵蝕中低山及侵蝕剝蝕低山，屬流域地下水補(bǔ)給區(qū)，地下水處于快補(bǔ)、快排狀態(tài)，地形條件不利于地下水儲(chǔ)存，富水性極差。

3 蓄水構(gòu)造研究

在巖漿巖地區(qū)進(jìn)行富水性分級(jí)劃分時(shí)，除了以小流域?yàn)閱卧暧^把控之外，還應(yīng)充分考慮區(qū)內(nèi)的主要蓄水構(gòu)造。對(duì)于存在蓄水構(gòu)造區(qū)域，富水性等級(jí)應(yīng)依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)提高。巖漿巖地區(qū)常見(jiàn)蓄水構(gòu)造主要有斷裂型、巖脈型、不同期次巖體接觸帶型和復(fù)合型，其特征介紹如下。

3.1 斷裂型蓄水構(gòu)造

斷裂型蓄水構(gòu)造是巖漿巖地區(qū)主要蓄水構(gòu)造，也是常見(jiàn)蓄水構(gòu)造。其富水帶水量大小，主要取決于斷裂力學(xué)性質(zhì)、規(guī)模、補(bǔ)水條件等因素。斷裂蓄水主要是由于斷裂作用所產(chǎn)生的密集裂隙或破碎帶，提供了地下水富集的場(chǎng)所。其次就是某些斷裂的阻水作用，致使斷裂兩側(cè)地下水相對(duì)富集[16-17]。

(1)張性斷裂：在拉伸應(yīng)力的作用下，斷裂帶及圍巖區(qū)域巖石破碎、裂隙發(fā)育、巖石結(jié)構(gòu)疏松，形成了良好的儲(chǔ)水空間，成為地下水主要富集區(qū)。例如招遠(yuǎn)市南橫溝村豐儀斷裂、欒家河斷裂，帶內(nèi)構(gòu)造角礫粗大、裂隙發(fā)育，形成條帶狀富水區(qū)(圖3)。

(2)壓性斷裂：受斷層擠壓致使斷裂兩側(cè)巖體發(fā)生扭曲變形，形成一個(gè)相對(duì)阻水帶。裂隙水沿地形坡度向此次匯集后，受阻水帶阻擋在兩側(cè)相對(duì)富水區(qū)。

不同規(guī)模斷裂，富水性也不近相同。從各類(lèi)斷裂在構(gòu)造體系中看，壓性斷裂富水帶的規(guī)模常常最大，扭性次之，張性最小。斷裂之間的復(fù)合關(guān)系對(duì)地下水的富集影響也很大。不同走向斷裂交接部位，經(jīng)常形成較好的地下水富集區(qū)。

3.2 巖脈型蓄水構(gòu)造

在巖漿巖地區(qū)，發(fā)育著不同走向的侵入巖脈，改變了區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)條件。對(duì)于平行與地下水流向的巖脈，會(huì)使含水巖組相互溝通，加大了地下水補(bǔ)給區(qū)面積，提高了下游的富水性；對(duì)于垂直于地下流向的巖脈，對(duì)地下水起了一定的攔截作用，往往在上游一側(cè)地下水富集，形成相對(duì)富水區(qū)[18]。例如，在趙格莊幅內(nèi)吳家莊村，在蠶山西側(cè)發(fā)育一條斜長(zhǎng)角閃巖脈，地下水受巖脈阻擋后形成富水區(qū)，單井涌水量可達(dá)300～800m3/d(圖4)。

3.3 不同期次巖體接觸帶型蓄水構(gòu)造

不同時(shí)期巖體侵入時(shí)擠壓圍巖形成局部壓扭和張扭性裂隙，同時(shí)巖體在冷凝過(guò)程中形成橫向性張性裂隙，增添了儲(chǔ)水空間，形成地下水富水區(qū)。在趙格莊幅集東溝村附近，多期侵入巖體侵入，巖石結(jié)構(gòu)松散，裂隙發(fā)育，形成富水區(qū)域(圖5)。

1—單井涌水量10～50m3/d；2—單井涌水量>300m3/d；3—黑云英云閃長(zhǎng)巖；4—斜長(zhǎng)角閃巖；5—奧長(zhǎng)花崗巖；6—裂隙水流向圖5 不同期次巖體接觸帶型蓄水構(gòu)造剖面圖

接觸帶的富水性主要受接觸性質(zhì)、圍巖區(qū)域含水條件和補(bǔ)給條件等因素制約。首先，若接觸面與斷裂面重合，則儲(chǔ)水條件比單純侵入要好；其次圍巖若是片麻狀巖體，本身裂隙較為發(fā)育，再受侵入巖體影響，常形成大面積的富水區(qū)；最后當(dāng)接觸帶與地下水徑流方向垂直，則富水條件最為有利，反之則差。

3.4 復(fù)合型蓄水構(gòu)造

由兩種以上蓄水構(gòu)造共同構(gòu)成某一地下水富集帶時(shí)，則成為復(fù)合型蓄水構(gòu)造。巖漿巖地區(qū)蓄水構(gòu)造常為復(fù)合型蓄水構(gòu)造。例如在不同期次巖體接觸帶、巖脈帶常與斷裂共同存在，這也強(qiáng)化了地下水富集條件，形成強(qiáng)富水區(qū)。

4 結(jié)論

巖漿巖地區(qū)為主要貧水地區(qū)，解決該地區(qū)吃水用水難題具有重要的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。該文在近幾年1∶5萬(wàn)水文地質(zhì)調(diào)查工作基礎(chǔ)之上，對(duì)該地區(qū)富水性分級(jí)及蓄水構(gòu)造模式進(jìn)行了初步探討，得出如下結(jié)論：

(1)提出在巖漿巖地區(qū)以小流域?yàn)閱卧M(jìn)行富水性分級(jí)理念。劃分時(shí)應(yīng)充分考慮區(qū)域地形地貌、巖體巖性、構(gòu)造斷裂、地下水系統(tǒng)、地下水補(bǔ)徑流條件等因素，富水性初步劃分為<10m3/d，10～50m3/d，50～300m3/d，>300m3/d 4個(gè)等級(jí)。

(2)總結(jié)以往巖漿巖地區(qū)不同富水機(jī)理，提出斷裂型、巖脈型、不同期次巖體接觸型和復(fù)合型4種蓄水構(gòu)造模型，分析富水機(jī)理，進(jìn)一步指導(dǎo)巖漿巖區(qū)找水定井工作。