沂蒙缺水地区碳酸盐岩地下水富水性研究

姜福红，刘文

(山东省鲁南地质工程勘察院，山东 兖州 272100)



沂蒙缺水地区碳酸盐岩地下水富水性研究

姜福红，刘文

(山东省鲁南地质工程勘察院，山东 兖州 272100)

沂蒙缺水地区地处山东省中南部，大面积分布泰山群变质岩及各类侵入岩，赋水性极差，生活、生产用水非常困难。通过研究地层岩性、地质构造、地形地貌、补给条件和水动力条件，在地形、构造、岩性复合的有利部位发现蒙阴-桃墟、沂水-姚店子和马牧池等3处裂隙岩溶富水地段，水质良好，具备建设中、小型水源地的条件。认为地层岩性是控制地下水存在的基础、地质构造控制着地下水的运动和赋存条件、地形地貌是影响地下水补给及运动最主要的因素等地下水赋存规律；研究成果对解决区内用水困难具有重要意义。。

缺水地区；裂隙岩溶水；富水性；研究

沂蒙缺水地区地处山东省中南部，地貌类型属低山丘陵区，区内自然环境恶劣，大面积分布泰山群变质岩及各类侵入岩，岩石裂隙不发育，赋水性极差，生活、生产用水非常困难，个别地方居民几乎全靠水窖来维持生活，是山东省重点贫困缺水山区[1]。近年来，伴随着一些乡镇企业的快速发展，对水资源的开采量逐渐加大，地下水水位日渐下降，缺水山区面积剧增，并且加大了对地下饮用水的污染[2]。该文重点从地层岩性、地质构造和地形地貌等方面研究沂蒙缺水地区富水性特征，查明碳酸盐类岩层是该区地下水最主要的赋存介质，地质构造控制着地下水的运动，地形地貌是影响地下水补给最主要的因素。对因地制宜寻找和开发利用地下水、缓解区内用水紧张局面、促进当地经济发展具有重大意义。

1 水文地质概况

根据含水层岩性、地下水赋存条件、水力联系等，沂蒙缺水地区划分为松散岩类孔隙含水岩组、碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组、碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组及变质岩、岩浆岩类裂隙含水岩组等四种类型(图1)。

1.1 松散岩类孔隙含水岩组

主要分布在沂河、汶河等山间河谷及沟谷地带，地层厚度一般不超过15m，含水岩性为细砂及砂砾、砂卵石；沿河道轴线富水性强，单井涌水量1000～3000m3/d，边缘部位富水性明显减弱，单井涌水量一般小于500m3/d。低山丘陵区之沟谷及盆地边缘，富水性较弱，单井涌水量小于500m3/d。

1.2 碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组

该含水岩组地下水赋存于古近纪、白垩纪、石炭-二叠纪的砾岩、砂岩的孔隙、裂隙中，岩石孔隙裂隙不发育，富水性较差；一般单井涌水量10～100m3/d之间。

1.3 碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组

裂隙岩溶水以潜水和承压水的形式赋存于寒武—奥陶纪、震旦纪的灰岩、白云岩的裂隙溶洞中。由于裂隙、岩溶发育的不均一性和各向异性，岩石富水性复杂且不均匀[3]，灰岩多出露于变质岩之上，位于山体的顶部，以崮的形式出现，富水性较弱，一般单井涌水量小于500m3/d；在一些灰岩隐伏地段，岩石裂隙较发育，除得到大气降水的补给外，还可得到沿断裂带沟通的其他含水岩组地下水的补给，单井涌水量大于1000m3/d；在适当地貌及构造条件下，局部地段浅部岩溶发育较好，可增强富水性；受区内区域断层及次生小断层的控制，往往形成面积大小不等的相对独立的水文地质单元，有些隔水断层的存在减少了地下水的补给面积，难以形成大型的裂隙岩溶富水地段。

图1 沂蒙缺水地区水文地质略图

1.4 变质岩岩浆岩类裂隙含水岩组

主要由泰山群变质岩、岩浆岩及喷出岩等组成，地下水赋存于岩层风化破碎带和构造破碎带中。一般裂隙较小，且多有充填物，富水性微弱，单井涌水量小于100m3/d。

2 碳酸盐岩富水性特征

区内碳酸盐岩的富水性受地层岩性、地质构造、地形地貌、补给条件及水动力条件等因素的影响[4-5]。

2.1 地层岩性

地层岩性是地下水富集和贮存的物质基础，不同的地层岩性，裂隙、岩溶发育程度不同，其富水性也呈现出较大差异[6]。

奥陶纪马家沟群及九龙群三山子组是区内主要的含水地层，裂隙岩溶发育程度好，深度较大，连通性强，富水性较大，单位涌水量在100～1000m3/(d·m)之间。九龙群张夏组、崮山组和炒米店组多层次组合的灰岩与页岩，以张夏组下灰岩段的裂隙、岩溶较为发育、富水性较好，单位涌水量一般在100～200m3/(d·m)；其余岩层的富水性均相对较差，单位涌水量多小于100m3/(d·m)。朱砂洞组灰岩是区内另一具有供水意义的含水地层，山脚坡麓地带裂隙岩溶较发育，受构造控制，多沿裂隙呈条带状分布，发育深度大，富水性较好，井孔单位涌水一般大于100m3/(d·m)；在出露位置较高地段，受补给来源影响，富水性变小，多小于50m3/(d·m)。

2.2 断裂构造

断裂附近，岩石破碎、裂隙发育、岩溶作用相对强烈，为地下水富集贮存和流通提供了良好的条件，往往成为地下水的相对富集带[7]。该区岩浆岩与碳酸盐岩接触带，岩浆活动强烈，并多次沿断裂带侵入，导致断裂带附近的碳酸盐岩中形成一定宽度的热液蚀变带，地下岩溶发育，贮水空间大，一般具有较好的富水性。

2.3 地形地貌

在地势相对较低、地形相对平缓地带，碳酸盐岩层裂隙、岩溶发育程度较高，深度相对较大，富水性较好[8]；在地势较高、坡度较大的地区，碳酸盐岩层裂隙、岩溶发育主要集中于地表浅部，富水性较弱，部分岩层中甚至不含水。

2.4 补给条件

补给条件是地下水的来源，决定着含水岩组富水性的强弱。在有良好补给条件的碳酸盐岩层分布区，井孔的出水量较大，降深较小；在补给条件差的地区，不但井孔的出水量小，而且水位降深大。

2.5 水动力条件

第四系覆盖浅的地段比相对深的地段，地下水循环条件好，岩溶相对较发育[9]。地下径流愈强烈，地下水的侵蚀性愈强，岩溶愈发育，同时岩溶发育又促进了径流条件的转化。

3 岩溶富水地段划分

在地形、构造、岩性复合的有利部位共形成蒙阴—桃墟、沂水—姚店子和马牧池等3处岩溶富水地段。

3.1 蒙阴—桃墟裂隙岩溶富水地段

该富水地段西南以泰山岩群变质岩、花岗岩构成阻水边界，东以近SN向的三山店阻水断裂为界，东北以石炭纪、白垩纪地层构成隔水边界，西北部为奥陶纪马家沟群，属补给边界。岩层倾向NE，并与地面坡向基本一致，除接受大气降水的补给外，西南侧太古代变质岩地表径流也是补给源之一(图2)。

图2 蒙阴—桃墟裂隙岩溶富水地段水文地质略图

在山前地带，因受白垩纪青山组及石炭纪地层的阻隔，且地表、地下裂隙岩溶及构造较发育，地下水汇集而形成富水区，单井涌水量在500～1000m3/d之间。第四纪分布的河谷地带，松散层厚度不超过10m，灰岩顶板埋深一般小于10m，地表溶沟、溶槽十分发育；三山子组、马家沟群地层分布区，地下岩溶在30～50m和70～110m处发育，形成富水区，单井涌水量在500～1000m3/d之间；其他地段，单井涌水量小于500m3/d。

3.2 沂水—姚店子裂隙岩溶富水地段

该富水地段东以夏家楼断裂为界，受断裂东盘的白垩纪地层阻隔，属隔水边界；南以出露的白垩纪地层为界，属阻水边界；西侧以鄌郚-葛沟断裂次生断裂为界，为透水边界；北侧朱砂洞组与震旦纪接触，为透水边界。岩层倾向NE，E，除得到大气降水的补给外，还可得到沿断裂带沟通的其他含水岩组地下水的补给(图3)。

图3 沂水—姚店子裂隙岩溶富水地段水文地质略图

夏家楼以东隐伏灰岩段，由于北社栏河灌区的通过，地表水可以大量渗入补给地下水，富水性较强，单井涌水量在500～1000m3/d之间。奥陶纪灰岩出露区，地表溶沟、溶槽较发育，且受断裂构造影响，富水性较强，单井涌水量大于1000m3/d。

3.3 马牧池裂隙岩溶富水地段

该富水地段东、东北以马牧池断裂及次生断裂为界，受泰山群花岗岩阻隔，属阻水边界；西北部地层以张夏组为主，属导水边界；西、西南部边界受泰山群花岗岩、变质岩阻隔，属阻水边界；东南部边界两侧地层岩性为炒米店组灰岩、薄层竹叶状灰岩，透水边界。岩层倾向以NE向为主，大气降水入渗为主要补给方式(图4)。

图4 马牧池裂隙岩溶富水地段水文地质略图

马牧池至岸堤一带上覆第四系松散层，厚度2～5m，下覆岩层以九龙群三山子组白云岩为主，属隐伏的裂隙岩溶水含水层，表面节理、裂隙较发育，地下以溶隙、溶穴、溶孔为主，富水性较好，单井涌水量在500～1000m3/d之间。裸露灰岩多分布于周围的丘陵地带，裂隙岩溶水含水层富水性极不均匀，深部岩溶发育较差，富水性弱，但在适当地貌及构造条件下，局部地段浅部岩溶发育较好，富水性可增强。

4 可开采资源量计算

地下水可采资源量可理解为地下水动水位埋深不超过最大允许埋深条件下的最大开采量[10]。通过抽水试验法、比拟法分别求取相关水文地质参数，在地下水允许降深按不超过含水层顶板设计、水位降深按20m计的条件下，求得蒙阴—桃墟岩溶富水地段Q允=2.6×104，沂水—姚店子岩溶富水地段Q允=2.1×104，马牧池岩溶富水地段Q允=2.1×104。3个岩溶富水地段地下水允许开采量均超过20000m3/d，均属HCO3-Ca型水，矿化度小于1.0g/L，水质良好，具备建设中、小型水源地的条件。

5 结论

(1)地层岩性决定了岩石的含水与不含水的本质，是控制地下水存在的基础；可溶性地层分布地段，岩石的易溶性及所处层位对地下水的富集有着重要的影响。

(2)地质构造控制着地下水的运动和赋存条件，可以沟通或者阻隔不同地层中地下水的水力联系，改变地下水的流向，可使弱透水地层中能赋存较多的地下水。

(3)地形地貌是影响地下水补给及运动最主要的因素，与其他因素共同制约着地下水的补给面积、补给条件、运动方向及排泄地段[11]。在切割较大的地貌区，假若没有隔水作用的底层或断层，地下水水力坡度大，难以富集，富水性较差；而在分布有一定隔水边界的区域，地下水相对富集，富水性较强。

(4)在山区，沉积岩地层产状对下水赋存有着极大的影响。一般情况下，顺倾向山坡一面地形较平缓，往往地下水较丰富；而逆倾向山坡一面则不利于地下水的补给和储存。但若逆倾向山坡一面存在阻水断裂、岩层时，则也可能会形成较好的储水条件。

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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；编辑：曹丽丽 基金项目：沂蒙缺水地区水文地质调查(鲁国土资字〔2008〕410号) 作者简介：姜福红(1972—)，女，山东牟平人，工程师，主要从事水工环地质工作；E-mail：xingxing400732@126.com

姜福红，刘文.沂蒙缺水地区碳酸盐岩地下水富水性研究[J].山东国土资源，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.

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