莒县沭河下游地区水文地质条件及富水块段特征

2021-05-17颜翠翠韩琳谭志容朱恒华王炜龙高扬孙晓晓

山东国土资源 2021年5期

颜翠翠，韩琳，谭志容，朱恒华，王炜龙，高扬，孙晓晓

(1.山东省地勘局第二水文地质工程地质大队,山东省鲁北地质工程勘察院，山东德州 253072；2.山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，山东济南 250014;3.山东省地质调查院，山东济南 250013)

0 引言

近年来随着经济社会和工农业的快速发展，对地下水资源的需求量日益增加，水资源短缺矛盾已成为制约社会发展因素之一。加之缺乏统一的规划和管理，引发了诸如地下水水位下降，泉水枯竭等地质环境问题，又制约了地下水资源的开发[1-8]。为此，本文结合在鲁东南低山丘陵区开展的1∶5万水文地质调查工作，以莒县幅为例，从含水岩组类型及富水性、地下水补径排特征、地下水化学特征等方面详细论述了莒县沭河下游地区水文地质条件，研究了有集中供水意义的第四系孔隙水富水地段水文地质性质，总结了两种典型蓄水构造模型，为区内地下水资源合理开发利用[9-13]，找水定井指明了新方向。

1 研究区概况

1.1 自然地理位置

研究区地处鲁东南低山丘陵区，位于日照市西部，处于“一带一路”重要节点和山东半岛蓝色经济区、鲁南经济带重要交会点上[14-16]。地形总的趋势是北部高，南部低。沭河自北向南纵贯全县。属于暖温带季风气候，多年(1956—2017年)年平均气温12.5℃。属于淮河流域沂沭河水系，地表水系发育。沿河流建设有众多水库，依托沭河和峤山水库以及上游的青峰岭、小仕阳水库，建有“沭水东调”大型调水工程。

1.2 地层岩性

中部出露第四系，厚度778m。西部边界区段主要出露白垩纪王氏群红土崖组，东部依次为白垩纪青山群八亩地组和大盛群地层以及中生代正长斑岩、元古代辉长岩和二长花岗岩等(图1)。

1.3 地质构造

研究区位于沂沭断裂带内，昌邑-大店和安丘-莒县断裂形成的地堑内。主要有沂沭断裂带，丹汞山断隆夏庄凹陷，安丘-莒县断陷金冢子凹陷和莒县凹陷，胶莱盆地五莲-莒南断陷中楼凹陷等4个构造单元[17-20](图1)。

2 水文地质条件

2.1 含水岩组与富水性

根据区内地下水的赋存条件及分布规律，岩石的水理性质及其地下水的水力特征，其含水岩组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和基岩裂隙水含水岩组4类[21-24]；对应的地下水类型分别为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和基岩裂隙水(图2)。

松散岩类孔隙水分布在沭河山间盆地及其支流的河谷地区，赋存在第四系冲积、冲洪积层不同粒径的砂及砂砾石中，水量丰富，是莒县沭河下游地区工农业及生活用水的重要来源。其中山间河流冲积、冲洪积孔隙水单井涌水量1000～3000m3/d，丘陵坡麓坡洪积、残坡积孔隙水单井涌水量在100～500m3/d。

碎屑岩类孔隙裂隙水主要赋存在白芬子-浮来山断裂以东、昌邑-大店断裂以西，和中楼镇-寨里河-陵阳镇-店子集-峤山镇以东的中生代白垩系砂岩中。富水性较差，单井涌水量多小于100m3/d，以风化裂隙水为主。但局部地段构造发育，赋存构造裂隙水，富水性明显增强。在岩脉穿插、构造破碎带、地层岩性接触带及沟谷底部裂隙发育的地段，多见泉点出露。

碳酸盐岩类裂隙岩溶水主要分布在大薛庄西北的局部灰岩出露地区，赋存在奥陶纪马家沟群五阳山组、北庵庄组灰岩中，灰岩裂隙溶洞发育，地下水富水性强，单井涌水量大于1000m3/d。在区内出露有任家庄泉和大薛庄泉。

1—松散岩类孔隙水单井涌水量1000～3000m3/d；2—松散岩类孔隙水单井涌水量500～1000m3/d；3—松散岩类孔隙水<500m3/d；4—碎屑岩孔隙裂隙水涌水量50～100m3/d；5—碎屑岩孔隙裂隙水涌水量<50m3/d；6—碎屑岩夹碳酸盐岩孔隙岩溶裂隙水<50m3/d；7—碳酸盐岩裂隙岩溶水1000～5000m3/d；8—大理岩岩类岩溶裂隙水<500m3/d；9—块状岩类裂隙水<50m3/d；10—喷出岩类孔洞裂隙水；11—地下水类型界线；12—浅层孔隙水富水性界线；13—地下水矿化度界线(g/L)；14—实测及推测断层；15—剖面线及编号；16—地下水流向；17—富水块段；18—水文地质钻孔(编号/孔深(m)、涌水量(m3/d)、降深度(m))；19—泉编号/流量(m3/d)图2 莒县沭河下游水文地质简图

基岩裂隙水赋存在中生代、元古代侵入岩和青山群喷出岩的风化裂隙和构造裂隙中。主要分布在白芬子-浮来山断裂以西的南王家岭一带，和昌邑-大店断裂以东的大部分地区。单井涌水量一般小于50m3/d，在区内有多处泉点出露。

2.2 地下水补径排特征

由于地形地貌、含水介质、地质构造、气象、水文和人类活动等因素的影响[25-27]，导致不同类型地下水的循环运动方式存在着明显差异。

(1)松散岩类孔隙水。孔隙水除接受降水入渗补给外，同时接受河流及河谷两侧基岩侧向径流补给，灌溉回渗补给也是其补给来源之一。区内地下水位埋深较浅，地表岩性松散，垂向径流为地下水的主要运动形式，水平方向上径流方向总体与地表水一致。丰水期孔隙水接受地表水补给，水位抬升，枯水期河流则成为地下水的排泄带。地下水的排泄形式以人工开采和垂向蒸发为主。

(2)碎屑岩类孔隙裂隙水。大气降水是其主要补给来源，地下水运动与地形变化一致，但受岩层透水性差的影响，径流速度慢，径流量较小。排泄方式以开采、地下径流为主。

(3)碳酸盐岩类裂隙岩溶水。覆盖层较薄或基岩直接裸露地表，接受大气降水的入渗补给。岩溶裂隙水的径流受地形、地质构造和岩溶发育条件的控制，水总体流向与地形坡向基本一致。西部任家庄-大薛庄一带碳酸盐岩类裂隙岩溶水自西向东流向区内。大理岩岩类岩溶裂隙水自东南向西北流向峤山水库。泉是岩溶裂隙水的主要排泄方式。据20世纪80年代完成的1∶20万区域水文地质调查资料，大薛庄泉排泄流量1257.9m3/d，任家庄泉排泄流量310.5m3/d。现在泉流量已大幅减小，分别为580m3/d，211.68m3/d(图3、图4)。

1—奥陶纪马家沟群五阳山组灰岩；2—白垩纪青山群八亩地组二段安山岩图3 任家庄泉剖面图

1—奥陶纪马家沟群北庵庄组灰岩；2—白垩纪青山群八亩地组一段角砾岩图4 大薛庄泉剖面图

(4)基岩裂隙水。主要接受大气降水入渗和上游基岩径流补给。由于地形陡峻，沟谷发育，而且岩石致密，风化深度较浅，裂隙细小，大气降水仅有部分通过风化壳松散物渗入基岩裂隙含水层中，大部分转化为地表水排走。上游基岩裂隙水在水力坡度作用下，沿地面坡降的方向补给区内裂隙水，并同大气降水补给部分一起沿裂隙由高处向下游径流。基岩裂隙水受地形地貌、地质构造控制，随地形坡向成散流状，无统一水面，地下水径流方向与地形坡降方向一致。排泄途径主要是排入第四系坡积洪积层中，形成第四系孔隙水和流向沟谷中直接形成地表水。

2.3 地下水动态特征

现状条件下，由于人工开采和工程活动的影响，孔隙水地下水位整体上呈下降趋势(图5)，特别是在莒县县城北的董家屯、牛家村-沈家村-丰家村、七里墩子以及沭河东的董家城子、王家坪一带，水位降幅0.28～1.60m/a，改变了地下水的局部流向(表1)。

图5 莒县陵阳镇岳家庄科村监测孔水位动态

表1 孔隙水水位埋深变化情况一览表

3 地下水典型富水块段特征分析

3.1 松散岩类孔隙水富水块段

研究区内查明了松散岩类孔隙水含水层特征和富水性，圈定了姚家村-魏家村-东陈家村、岔河-董家城子-王家墩头、西湖村-借庄3处有集中供水意义的富水地段(图2)。块段内含水砂层累计厚度平均约10～12m，地下水位埋深丰水期多在3～7m、枯水期4～8m。依据区内水文地质条件，结合抽水试验取得的单井涌水量，按平均布井法计算，区内松散岩类孔隙水地下水富水地段地下水可开采资源量为2395.50万m3/a。其中姚家村-魏家村-东陈家村富水地段可开采资源量1033.58万m3/a，岔河-董家城子-王家墩头富水地段可开采资源量1137.94万m3/a，西湖村-借庄富水地段可开采资源量223.98万m3/a。地下水补给来源主要有大气降水、河水侧渗以及孔隙水下渗。

3.1.1 姚家村-魏家村-东陈家村富水块段

主要分布在沭河以西，姚家村-魏家村-东陈家村一带，面积25.76km2，地层以第四纪临沂组和沂河组中粗、粗砂砾为主，含水砂层累计厚度平均约12m，地下水位埋深丰水期多在5～7m、枯水期5～8m。单井涌水量在1000～3000m3/d，从平行河流方向来看，砂层厚度向南有变厚趋势；从垂直河流方向来看，砂层厚度向东有变厚趋势。

3.1.2 岔河-董家城子-王家墩头富水块段

该区主要分布在沭河以东，岔河-董家城子-王家墩头一带，面积13.71km2，地层以第四纪临沂组和沂河组中粗、粗砂砾为主，含水砂层累计厚度平均约10m，地下水位埋深丰水期多在4～7m、枯水期4～8m。单井涌水量在1000～3000m3/d，从平行河流方向来看，砂层厚度向南有变厚趋势；由于垂直河流的剖面切过沭河及支流，砂层厚度较均匀。

3.1.3 西湖村-借庄富水区

该区主要分布在沭河以东，西湖村-借庄一带，面积28.14km2，地层以第四纪临沂组和沂河组中粗、粗砂砾为主，含水砂层累计厚度平均约10m，地下水位埋深丰水期多在3～5m、枯水期4～7m。单井涌水量在1000～3000m3/d。从平行河流方向来看，由于沭河下游基岩出露，空间上表现出自北向南出现中间厚，两头薄的现象(图6)；垂直河流方向也表现出中间厚，两头薄的现象(图7)。

1—黏土；2—砂层；3—淤泥；4—地质界线；5—地下水位线；6—地下水流向图6 I—J水文地质剖面图

1—黏土；2—砂层；3—淤泥；4—地质界线；5—地下水位线；6—地下水流向图7 K—L水文地质剖面图

3.2 碳酸盐岩裂隙岩溶水富水地段

碳酸盐岩裂隙岩溶水主要赋存在奥陶纪马家沟群五阳山组、北庵庄组灰岩中，裂隙溶洞发育，地下水富水性强，单井涌水量大于1000m3/d。在区内出露有任家庄泉(泉流量为211.68m3/d,169.3m3/d,49.1m3/d)和大薛庄泉(泉流量580m3/d)。

大薛庄泉东北35m处的JXZK01孔，地处低山与丘陵接触带，地面标高120～140m之间，地势西高东低。此点西北、点东出露大面积厚层灰岩；而在点东南地势低洼，地表出露安山岩风化壳。西部的奥陶纪马家沟群北庵庄组厚层灰岩，为强透水岩层。地下水大致由西向东流动，接受大气降水和西部侧向径流补给；在东部受到青山群八亩地组安山质角砾岩相对不透水岩层的阻挡，形成典型地层阻水型蓄水构造的富水带(图8)。在点东北25m的地势低洼处，形成大薛庄泉，成为西部岩溶地下水的排泄区。泉水水质达偏硅酸盐型矿泉水标准。

施工的JXZK01孔，孔深130.0m，0～5.70m为青山群八亩地组一段紫红色安山质角砾岩。风化壳厚度1m。5.7～130.0m为北庵庄组浅灰色、灰白色厚层灰岩。24.0～27.0m，59.1～61.9m裂隙溶孔发育、有水蚀现象，钻探过程中有漏水现象。钻孔静水位埋深5.4m，降深1.16m时，单井涌水量400.32m3/d，单位涌水量达345.1m3/d·m。

该富水块段多年平均开采量为3412.68m3/d，采用水均衡法概算允许开采量为4172.06m3/d，水化学类型为HCO3·Cl型，TDS为494.5mg/L，pH为8.20。适用于集中式生活饮用水水源及工农业用水。

1—奥陶纪马家沟群北庵庄组灰岩；2—地下水位线；3—已有机井编号；4—中生代白垩纪青山群八亩地组一段；5—地下水流向；6—施工水文地质钻孔编号图8 大薛庄地层阻水型蓄水构造

3.3 碎屑岩类孔隙裂隙水富水地段

分布在闫庄镇马顾屯南-许家庄西一带的大盛群田家楼组一段砂岩、砾岩出露区。地处研究区西北部丘陵地区，地面标高在110～120m之间，地势由西北高、东南低，地面坡降0.2%～1.8%。地表水系发育，位于黄花河和柳青河之间。构造复杂，NW--SE向和SW--NE向断裂交错分布，以压扭性和扭性断裂为主。区内出露的地层主要为山前组黄褐色黏土和大盛群田家楼组一段紫红色粉砂岩。地下水以碎屑岩孔隙裂隙水为主，主要赋存于大盛群田家楼组砂岩、砾岩的风化和构造裂隙中。水化学类型为HCO3·Cl-Ca型水，TDS为415.5mg/L，pH为8.15。适用于集中式生活饮用水水源及工农业用水。

如闫庄镇许家庄JXZK07孔，孔深109.10m，钻遇地层以田家楼组一段紫红色粉砂岩、泥岩、灰绿色砾岩为主，风化壳厚度0.5m，41.70～42.20m,55.80～58.40m见水蚀迹象。水位埋深3.1m，降深8.41m时，单井涌水量388.8m3/d。据抽水试验结果推算，降深15m时，该井涌水量637.69m3/d。可解决近8000人的生活用水需求。

3.4 基岩裂隙水富水地段

基岩裂隙水赋存在中生代、元古代侵入岩和青山群喷出岩的风化裂隙和构造裂隙中。块状岩类裂隙水由于岩石致密坚硬，抗风化剥蚀力较强，岩石完整性好，裂隙不发育，风化带发育深度较小，富水性弱，单井涌水量一般小于50m3/d。在岩脉穿插、构造破碎带及地层岩性接触带上，部分井孔的单井涌水量可大于100m3/d。

区内构造复杂，NW--SE向和SW--NE向断裂交错分布，以压扭性和扭性断裂为主。长岭镇葛家横沟DDZK02孔，位于NE向的压扭性断裂的上盘。断裂两盘为厚层不透水的正长斑岩和(石英)二长岩等脆性岩石，破碎带裂隙较发育，透水性和含水性较强。但缺乏充足的补给源，是区内较为典型的断层储水构造。虽然它不是我们找水的主要对象，但对解决山区分散居民点吃水问题，具有一定借鉴意义。