济南白泉泉群形成机理研究

张兰新，徐扬，张慧

(山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014)



济南白泉泉群形成机理研究

张兰新，徐扬，张慧

(山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014)

白泉泉群位于济南市历城区，有花泉、柳叶泉等20余处。20世纪五六十年代，因泉群四溢，形成一片开阔水域，泉群周围稻香四飘，荷塘遍地，因其独特的出露方式，在济南众多泉水中具有十分重要的地位。白泉泉域是一个相对独立的水文地质单元，南部以地表分水岭为界；北部以石炭、二叠系与岩浆岩接触带为界；东、西边界分别为相对阻水的文祖断裂和东坞断裂，总面积为783.48km2。其南部山区大面积的寒武-奥陶纪石灰岩，大气降水在此入渗并向北径流，在王舍人、济钢附近遇到石炭、二叠系和岩浆岩体阻隔，在第四系薄弱处涌出地表。该文以前人所做的大量地质、水文地质工作为基础，从地貌、地层、构造、补给等条件入手深入分析研究了济南白泉泉群的形成机理，从而为白泉泉群的保护提供科学的地质依据。

白泉泉群；文祖断裂；东坞断裂；形成机理；济南

0 引言

白泉泉群位于济南市历城区王舍人镇以北，有花泉、柳叶泉等20余处[1-3]。20世纪五六十年代，因泉群四溢，形成一片开阔的水域，纵横交错的水渠、河沟，丰富的水量、甘洌的水质，泉群周围稻香四飘，荷塘遍地，水生动植物丰富，使这一带有鱼米之乡和“小江南”之称[4-6]。20世纪七八十年代我国经济飞速发展，济南市在白泉地区大量开采岩溶地下水，不但白泉地区大面积水域逐渐缩小消失，而且白泉也于1975年起开始断流[7-9]。近些年，济南市委、市政府加大名泉保护力度，2003年以来白泉又恢复喷涌，但昔日“开阔的水域，纵横交错的水渠、河沟，稻香四飘，荷塘遍地”的景像已难再现[10-11]。

随着济南城市规模不断扩大，在白泉泉域内，尤其是白泉泉群周边地区，开发建设的项目越来越多，这些项目的建设对白泉都会产生不同程度的影响[12-14]。因此，研究白泉泉域的地质、水文地质条件，分析白泉的形成机理是保护白泉的基础性工作，将为白泉的保护提供科学的地质依据*山东省地矿工程勘察院，济南白泉泉群水文地质勘察，2013年。。

1 区域地质条件

1.1 地层

白泉泉域处于泰山隆起的西北翼，总体上是一个以古生代地层为主体的N倾单斜构造，是一个相对独立的水文地质单元，泉域内主要地层由老至新依次为古生界的寒武系、奥陶系，新生界第四系。寒武系主要呈近EW向条带状分布于区域南部的大顶山、庙岭、垛庄一带，主要岩性为石灰岩、泥灰岩、页岩、粉砂岩及竹叶状灰岩、鲕状灰岩。倾向NNE，倾角较缓。奥陶系广泛分布于区内南部的港沟、彩石、南曹范、锦屏山一带，地层主要为寒武-奥陶纪九龙群三山子组a-b段、奥陶纪亮甲山组和马家沟群，岩性是一套浅海及泻湖相碳酸盐岩石，自西向东增厚。第四系广泛分布于区域北部的王舍人、郭店、孙村、埠村一带，厚度一般小于20m，主要岩性为粉砂和粉砂质粘土互层。

1.2 构造

白泉泉域地处泰山凸起的西北缘，总体是一个以古生代地层为主体的N倾单斜构造。燕山运动该区以断裂活动为主，断层及裂隙多为NNE和NNW向。褶皱不发育，较大的有埠村向斜；规模较大的断裂有东坞断裂、港沟断裂和文祖断裂等(图1)。

1—实测正断层；2—实测逆断层；3—推测正断层；4—推测 逆断层；5—推测向斜；6—岩浆岩体 图1 区域构造略图

(1)东坞断裂:东坞断裂南起泰山岩群分布的下阁老，经西营、黄路泉峪，经过港沟西山，并被港沟断裂截切后，向NNW进入第四纪隐伏区，经刘志远、义和庄西、张马屯东、大水坡至新开店村，延伸过黄河。东坞断裂总体走向NNW，倾向SW，位于义和庄西凤凰路以西约120m。东坞断裂为白泉泉域的西部边界。

(2)文祖断裂:文祖断裂南起莱芜市东上游古老变质岩体中，向北经鲁地村、西田广、文祖、山周庄，断裂总体走向NNW。断面总体W倾，倾角20°～80°，西盘地层时代较新，东盘地层时代较老，为白泉泉域的东部边界。

1.3 岩浆岩

区内岩浆岩为燕山期侵入的辉长岩，大部分被第四系覆盖。主要分布于区内唐冶、顿丘、鸡山一带，并有小面积的出露，据现有资料分析，岩浆岩主要沿奥陶系层面侵入，呈岩盘状产出，致密坚硬、岩心完整、裂隙不发育。

2 区域水文地质条件

2.1 地下水含水岩组的划分、分布及其特征

白泉泉域地下水含水岩组主要有松散岩类孔隙水含水岩组、碎屑岩类裂隙或层间岩溶裂隙含水岩组、碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组、碳酸盐岩夹碎屑岩岩溶裂隙含水岩组、块状岩类风化裂隙含水岩组5类(图2)[16]。

2.1.1 第四纪松散岩类孔隙含水岩组

含水层岩性主要为粉砂，累计厚度10～15m，顶板埋深20～25m，水位埋深2～6m，富水性较好，单井出水量400～1080m3/d。主要分布于大水坡—西沙河—曹官庄地段、纸房—路家洼—董家地段、抬头河—芽庄—山后寨一带、季官庄地段。据水位动态资料显示，第四系孔隙水与灰岩岩溶水联系密切。

1—北部水文地质边界；2—石炭系与奥陶系分界线；3—地表分水岭；4—南部水文地质边界 图2 白泉泉域水文地质略图

2.1.2 碎屑岩类裂隙或层间岩溶裂隙含水岩组

分布在白泉泉域北部的董家、孙村、山后寨及曹范、埠村一带，被第四纪松散堆积物覆盖。含水层岩性主要为砂岩、薄层灰岩。水位埋深25～50m，单井出水量500～1344m3/d。

2.1.3 碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组

(1)碳酸盐岩裂隙岩溶含水层。 在隐伏区，含水层主要为灰岩，位于地下水径流排泄带，含水层裂隙岩溶发育，富水性强。顶板埋深20m左右，水位埋深5～46m，水位年变幅小于6m。单井出水量1000～10000m3/d。

(2)碳酸盐岩裂隙岩溶含水层。 含水层岩性为寒武纪张夏组厚层灰岩。岩溶发育不均一，各处含水层富水性差异大，单井出水量一般500m3/d，局部大于1000m3/d，水位动态变化大。

2.1.4 碳酸盐岩夹碎屑岩岩溶裂隙含水岩组

分布于白泉泉域南部山区潘河崖、下走道及石匣、大厂、青岗寨、南垛庄及马头崖一带。含水层岩性主要为薄层灰岩及泥灰岩组成，裂隙岩溶发育较差，故富水性弱，单井出水量一般小于500m3/d，水位埋深20～45m。

2.1.5 块状岩类(变质岩)风化裂隙含水岩组

变质岩分布于白泉泉域南部，岩性以花岗片麻岩类为主，表层风化裂隙发育，沟谷地带，风化裂隙发育深度较大。水位埋深一般2m左右，年变幅1～2.5m，单井出水量在50～l00m3/d。岩浆岩在工作区北部，有顿丘、鸡山岩体，在风化裂隙中赋存少量地下水，仅可供当地人畜用水。

2.2 地下水的补给、径流、排泄条件

2.2.1 第四系孔隙水的补给、径流、排泄条件

松散岩类孔隙水的补给来源主要有大气降水入渗补给、岩溶水顶托补给。在雨季，接受大气降水入渗后水位迅速回升。在丰水期，岩溶水水位高于孔隙水水位，部分岩溶水顶托补给孔隙水。孔隙水接受补给后即沿地形坡向北径流。排泄主要为人工排泄、径流排泄和反补给岩溶水排泄。

2.2.2 岩溶裂隙水的补给、径流、排泄特征

岩溶水的补给主要有如下2方面：一是大气降水入渗补给；二是地表水的渗漏补给。在补给区，入渗的大气降水和渗漏的地表水，沿裂隙、岩溶垂直下渗，并沿岩层倾向向北径流，当径流到奥陶纪灰岩与石炭系接触带时，岩溶水流向转为北西，沿接触带向白泉方向汇流[16]。排泄方式主要有3种方式，一是泉排泄，二是向第四系及石炭系排泄，三是人工开采。

3 白泉泉群形成机理分析

白泉泉域西部边界为东坞断层，东部边界为文祖断层，南部边界为地表分水岭，北部边界在白泉、董家、孙村月宫、三德范一线奥陶纪灰岩埋深200～400m界线。区内地下水主要有碳酸盐岩类裂隙岩溶水和第四系松散岩类孔隙水。地下水主要接受大气降水渗入补给及区内河流的渗漏补给，裂隙水径流方向NNW，至北部受石炭-二叠系阻挡，水头抬高，使部分岩溶水在地形低洼部位通过第四系松散层上涌而形成泉(图3)[17-18]，其成因机理有以下几点：

3.1 地形地貌是白泉泉群形成的基础

白泉泉域位于济南单斜构造区东翼，岩层倾向总体向北。向北倾斜的单斜构造与南高北低地势的一致性，为泉水的形成奠定了地质地貌基础。在补给区，大气降水和地表水下渗，补给岩溶地下水，顺岩层倾向由南向北径流，当径流至奥陶纪灰岩与石炭系接触带时，岩溶水流向转为北西，沿接触带向白泉方向汇流。

1—第四系；2—石炭系；3—奥陶纪马家沟群东黄山组；4—奥陶纪马家沟群北庵庄组；5—奥陶纪马家沟群土峪组；6—奥陶纪马家沟群阁庄组；7—奥陶纪马家沟群八陡组；8—奥陶纪马家沟群五阳山组；9—九龙群三山子组；10—九龙群炒米店组；11—砂质粘土；12—砂砾石层；13—页岩；14—灰岩；15—白云质灰岩；16—角粒状灰岩；17—泥质 灰岩；18—地质界线；19—推测断层；20—地下水位线；21—孔号图3 白泉泉群形成地质剖面示意图

3.2 岩溶裂隙发育的巨厚石灰岩层为白泉泉群形成提供了良好场所和通道

白泉泉域南部的山区发育厚度达1000余米的寒武-奥陶纪石灰岩，裂隙、岩溶发育。在地表，溶沟、溶槽、落水洞以及岩溶裂隙的发育，为接受大气降水入渗和地表水渗漏补给，形成岩溶地下水创造了条件；在地下、溶洞、溶孔、溶隙及裂隙的发育为岩溶地下水的储存运移提供了空间与通道。

3.3 石炭、二叠系及断裂、岩浆岩的阻挡是白泉泉群形成的关键

白泉泉群西侧有一条近SN向正断层，断层东侧第四系下伏奥陶纪灰岩顶板埋深60～75m；断层西侧第四系下伏石炭系埋深80m左右，断层两侧奥陶系与石炭系直接接触。泉群北侧除有石炭、二叠系分布外，还有岩浆岩分布。来自东南部补给区的岩溶水径流至白泉附近，遇到西侧断裂、岩浆岩和北侧石炭、二叠系砂页岩的阻挡，抬高了水头，产生“壅水”现象，形成承压自流区。在下伏岩溶水高水头的作用下，岩溶水通过第四系出露地表成泉。又因第四系透水性相对岩溶含水层要差，第四系呈水平层状发育，所以泉的出露没有集中的喷涌现象，而是面状渗出，岩溶地下水上涌在地形低洼处溢出地表成泉[19-20]。

3.4 大气降水、地表水渗漏是泉水的主要补给来源

白泉泉域岩溶水的补给来源主要为白泉泉域南部山区大气降水入渗补给和地表水的渗漏补给。大气降水除直接由裸露的灰岩入渗外，也通过第四系入渗补给岩溶水。南部山区裸露的灰岩及其河道、沟谷的渗漏性能良好，极有利于大气降水的入渗补给。

4 结论

白泉泉域地处泰山凸起的西北缘，总体是一个以古生代地层为主体的北倾单斜构造。区内主要地层由老至新依次为古生界的寒武系、奥陶系，新生界第四系。岩溶地下水在泉域南部灰岩裸露山区接受大气降水入渗补给，并依地层倾向向北径流，当岩溶地下水径流至白泉附近，由于受到西部东坞断裂和济南岩体，北部石炭、二叠系砂页岩等构造、岩体和地层的阻挡而富集，产生“壅水”现象，形成承压自流区。由于南北地势高差大，所以在南北高差的压力作用下，部分岩溶地下水在地形低洼部位穿透60～80m厚的第四系松散层上涌而形成白泉泉群。由于第四系呈水平层状发育，所以泉的出露无集中喷涌现象，而呈现出面状溢出的独有特点。

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Study on Formation Mechanism of Baiquan Spring Groups in Jinan City

ZHANG Lanxin, XU Yang, ZHANG Hui

(Shandong Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Jinan 250014, China)

More than 20 springs including Huquan spring and Liuyequan spring distribute in Baiquan spring groups in Licheng district of Jinan city. This spring groups overflowed its banks and formed a wide watershed in 1950s and1960s. Particularly, the sweet smelling of rice and the lotus ponds are always around this area. Baiquan spring groups occupies an important place in Jinan springs for its particular way of spring exposure. Baiquan Spring group is a relatively independent hydrogeological unit. The southern boundary of Baiquan Spring group is the surface water; the northern boundary is Carboniferous and Permian strata, together with igneous rock mass in the north of Jinan, and the eastern and the western boundaries are Wenzu fault and Dongwu fault respectively, which are weakly permeable boundaries. The total area of Baiquan spring group is 783.48km2. Atmospheric rainfall in Cambrian and ordovician limestone in the southern mountainous area of Jinan, and flow to the north. When it is blocked by Carboniferous and Permian strata and igneous rock mass in Wangsheren village and Jinan iron corporation, the karst water gushes out to the surface through the weak formation .On the basis of the former geological and hydrogeological data in this area, from the aspects of landform, strata, structures and supply condions, the formation mechanism of Baiquan spring group has been analyzed systemically. It will provide a scientific and geological basis for the protection of Baiquan spring group.

Formation mechanism; Wenzu fault; Dongwu faults; Baiquan spring groups; Jinan city

2016-11-07；

2017-04-18；编辑：王敏

张兰新(1974—)，女，新疆哈密人，工程师，主要从事水、工、环地质技术工作；E-mail：136723446@qq.com

P641.8

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张兰新，徐扬，张慧.济南白泉泉群形成机理研究[J].山东国土资源，2017,33(8)：58-62. ZHANG Lanxin, XU Yang, ZHANG Hui. Study on Formation Mechanism of Baiquan Spring Groups in Jinan City[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(8)：58-62.