山东省兖西断块岩溶发育特征及分布规律研究

李洪亮 佘立根

(1.山东省鲁南地质工程勘察院,山东兖州 272100;2.山东省地质探矿机械厂,山东济南 250000)

山东省兖西断块岩溶发育特征及分布规律研究

李洪亮1佘立根2

(1.山东省鲁南地质工程勘察院,山东兖州 272100;2.山东省地质探矿机械厂,山东济南 250000)

北方岩溶地区特别是平原区的岩溶形态、分布规律、发育程度等,主要取决于地层岩性、构造发育、埋藏条件及水动力条件等因素。本次笔者以山东省为例,根据本区以多年积累的水源地勘探及成井资料,经过统计分析,对兖西断块的岩溶发育特征及分布规律进行探索。

兖西断块 岩溶 发育特征

1 基本情况

兖西断块—郭里集单斜岩溶水文地质单元位于山东省西南部的济宁-兖州-邹城一带，是一个东部由峄山断裂、北部由郓城断裂、西部由孙氏店断裂和南部由凫山断裂控制，具有独立的地下水补、径、排和存储条件的较为完整的水文地质单元。兖西断块处于该水文地质单元的北部，形成了一个相对独立和完整的子水文地质单元，属于典型的隐伏型奥陶系灰岩岩溶水水文地质单元，与郭里集单斜水文地质单元仅在接庄一带存在微弱的水力联系。山东省鲁南地质工程勘察院曾在该地区内实施多期水文地质勘探工作，查明多个富水地段，形成了王因、后朱亭、沈官庄、六股路等多个大中型水源地。本次笔者根据本区以多年积累的水源地勘探及成井资料，经过统计分析，对兖西断块的岩溶发育特征及分布规律进行探索。

2 岩溶发育特征(见图1)

众所周知，北方岩溶地区特别是平原区的岩溶形态、分布规律、发育程度等，主要取决于地层岩性、构造发育、埋藏条件及水动力条件等因素。本文将对钻孔岩心岩溶发育程度和以上四个方面条件的进行相关分析，总结本区内岩溶发育特征及规律，为同类地区开展水文地质勘查和确定富水地段提供成功经验。

2.1 岩溶发育与地层岩性的关系

本区第四系厚度一般120—160m，隐伏地层岩性为奥陶系碳酸盐岩，主要为灰岩、白云岩、白云质灰岩等，矿物成分以方解石、白云石为主，矿物成分为易溶盐份，此为岩溶发育的物质基础。通过统计发现，地层岩性不同，岩溶的发育程度、形态特征也存在着较大的差异。一般情况下，奥陶系马家沟组八陡段、五阳山段、北庵庄段等地层中，灰岩质底较纯、坚硬、性脆，受力时容易破碎，在构造影响下常可形成较大规模的岩溶含水层段，但分布极不均匀；而阁庄段、土峪段等地层中以泥质灰岩、白云岩成分为主，岩溶形态多以蜂窝状、网格状溶孔、溶洞为主，分布较均匀但规模较小，其间常充填或半充填有泥质残留物，连通性差；在白云岩质地较纯的地段，一般岩溶裂隙不发育。

2.2 岩溶发育与构造的关系

构造对岩溶发育的影响，主要是裂隙发育程度、延伸方向、组合形式等起作用。一般断层附近的裂隙发育程度较高，纵横交错的裂隙是地下水的良好通道，所以沿断裂带地段的岩溶相对发育，断层也常常是控制岩溶形态和分布格局的主要因素。如发育于曹洼至王因一带的F2断裂是控制本区岩溶发育与地下水富水性的主要构造，F2断裂位于工作区中部，总体走向为南北向，断裂两侧分布有较大面积的马家沟组阁庄段与五阳山段碳酸盐岩。断裂构造为地下水的富集和运移提供了有利条件，现已查明的沈官庄—六股路富水地段与竹亭富水地段均位于该断裂主径流带。另外，在F4断裂和牛王断裂的复合部位前竹亭村施工的钻孔所揭露的岩溶发育均较好，最大发育深度达430m，岩溶发育段厚度24-30m之间，可见，多个构造共同作用下，岩溶发育程度则更高。本区远离断裂的地段，岩溶发育一般较差。

2.3 岩溶发育与水动力条件关系

水动力条件对碳酸盐岩岩溶发育起到关键的作用。地下水对碳酸盐岩的侵蚀性主要是因为地下水中含有CO2，随CO2的不断消耗而降低，地下水和碳酸盐岩的水岩作用也逐步降低。而在地下水的流通条件好的地段，地下水经过不断的径流、循环、更新，能补充新鲜的侵蚀性CO2，水岩作用也就越强烈，因而也促进了岩溶发育。而在张性断层两侧裂隙一般较为发育，为地下水径流提供了良好的通道，本区沿F2断层地带为岩溶地下水强径流带，岩溶发育较强，也印证了上述规律。

图1 区域基岩水文地质略图

图2 岩溶发育深度图

2.4 岩溶发育与埋藏条件的关系

不同的埋藏条件下，地下水的径流程度不同，岩溶发育差异较大。煤系地层下伏的碳酸盐岩比隐伏于第四系之下的埋藏深度大，透水性差，岩溶发育也较差(见图2），如Y3号钻孔揭露的石炭系之下的奥陶系碳酸盐岩仅有少量连通性较差的溶孔。第四系浅覆盖的地段一般比深覆盖的地段透水性好，岩溶发育也好，如后竹亭村北TC-02孔揭露基岩顶板埋深130m，岩溶发育层次较多，厚度较大(约20m)，而兖州城西兖州热电有限公司供水井基岩顶板埋深165m，揭露的岩溶发育仅3层，厚度7．6m。相同地层岩性和构造条件，随着埋深的不同，岩溶发育程度也不同。经统计，本区岩溶发育深度主要集中在150-400m，400m以下岩溶发育程度一般较低。

3 兖西断块岩溶空间分布规律

总观全区，总体上本区岩溶具有以下分布规律。

(1)在平面上，东南部竹亭地段及中部的沈官庄—六股路—曹洼地段主要为灰岩分布区，岩溶发育较好，其余地段相对较差。

(2)在垂向上，一般来讲浅部岩溶发育较好，深部较差，随着深度的增加，地下水径流强度减弱，岩溶发育程度亦逐渐减弱，区内岩溶发育多集中在埋深150-400m之间；

(3)在构造影响带尤其是构造复合部位，裂隙岩溶发育程度好，易形成强富水地段，在远离构造带地区发育程度差，富水性一般；

(4)地下水主径流带及其排泄区岩溶较发育，如沈官庄、六股路、曹洼地段处于地下水主径流带，竹亭地段处于排泄区，岩溶发育均较好。

4 水文地质意义

通过以上分析，碳酸盐岩地层是地下岩溶水发育的基础条件，构造和裂隙发育为岩溶地下水的赋存、运移提供了空间条件，埋藏深度适宜，地下水的径流条件好，加快了水岩作用，有利于岩溶洞穴的形成，岩溶发育好的地段，往往能形成具有开采价值的水源地。如本区的后竹亭地段、沈官庄—六股路及曹洼地段，奥陶系中统碳酸盐岩岩溶发育，地下水的赋存条件好，形成单位涌水量1000m3/d·m左右的强富水区，在六股路村南集中施工的6个钻孔，岩溶发育累计厚度在6-12m之间，平均单位涌水量达到了1022．2m3/d·m，富水性较好。

由此总结和推理，在北方平原区隐伏岩溶地区寻找富水地段或者大中型水源地，可以将碳酸盐岩埋藏较浅、构造裂隙发育、地下水径流条件较好的地段作为重点靶区，配合物探手段确定成井富水地段，最终钻探成井，可以提高水源地勘探的效率和成功率。

李洪亮,男,1981年10月出生,本科学历,现工作于山东省鲁南地质工程勘察院,任职水工环工程师。

佘立根,男,1980年5月出生,现工作于山东省地质探矿机械厂。