諸城西北部碎屑巖類孔隙水裂隙水水文地質特征

2018-06-20 00:54:32王振濤安寶山史國萍程凌云高峰

山東國土資源 2018年7期

王振濤，安寶山，史國萍，程凌云，高峰

(1.山東省地質環境監測總站，山東濟南 250014;2.山東省第七地質礦產勘查院，山東臨沂 276006；3.山東省國土測繪院，山東濟南 250013；4.臨沂市國土資源局蘭山分局，山東臨沂 276000)

0 前言

山東省諸城西北部發育中生代萊陽群、大盛群及王氏群紫色、磚紅色粉砂巖、細砂巖、條帶狀泥質粉砂巖夾薄層細砂巖等。為河流相沉積，巖石致密，裂隙不發育。20世紀70年代，對該地層內分布的碎屑巖類孔隙、裂隙水進行研究，認為該孔隙、裂隙水賦存于風化裂隙中，裂隙發育微弱，風化帶發育深度較淺，總體富水性弱。地下水水位埋深隨地形變化起伏變化，一般3～5m，埋藏較淺，易受人類工程活動影響，水質一般。該孔隙、裂隙水主要接收大氣降水補給，大部以片流的形式流失，僅少部沿風化裂隙滲入地下。地下水動態受大氣降水和人工開采雙重影響。

研究發現，諸城西北部碎屑巖類孔隙、裂隙水受沂沭斷裂帶影響[1]，孟疃-賈悅斷裂和吳家樓斷裂組附近巖石破碎、裂隙發育，地下水富水性明顯強于周邊地區。該文在對諸城西北部碎屑巖類孔隙、裂隙水全面調查的基礎上，對其水環境進行了初步的分析研究，對解決本地缺水區居民飲水問題提供找水努力方向[2-6]。

1 地質背景

研究區內發育地層主要為中生代萊陽群、大盛群、王氏群和第四系。沂沭斷裂帶是郯廬斷裂帶山東段，是郯廬斷裂露頭最好的一段[7]。沂沭斷裂帶是由4條主干斷裂及其夾持的“二塹一壘”組成。諸城西北部位于安丘-莒縣斷裂、昌邑-大店斷裂和吳家樓斷裂組之間。區域地勢東、北高，西、南低。渠河自東向西從北部流過(圖1)。

1—第四系；2—王氏群；3—大盛群；4—萊陽群；5—研究區范圍圖1 工作區地理地質略圖

1.1 地層

1.1.1 萊陽群

集中分布在諸城市西北部石橋子鎮、程戈莊一帶，呈NE向展布。巖性以灰黃色、灰紫色中、薄層細—中、粗砂巖為主，含鈣質團塊，夾紫紅色粉砂巖。

1.1.2 大盛群

主要分布在安丘-莒縣斷裂和昌邑-大店斷裂之間。主要為灰色巖段和紅色巖段。其中灰色巖段巖性為灰綠、黃綠色頁巖、粉砂巖夾灰紫色粉砂巖、細砂巖，偶見薄層泥質泥晶灰巖及泥晶白云巖。紅色巖段巖性為紫紅色泥質粉砂巖夾細砂巖，具有沙紋交錯層理及條帶構造，主要為洪泛平原沉積。

1.1.3 王氏群

區內分布辛格莊組和紅土崖組，其中辛格莊組分布于安丘-莒縣斷裂帶南部、孟疃-賈悅斷裂以南。巖性為灰紫色薄層或條帶狀泥質粉砂巖夾薄層細砂巖，上部夾灰黃色鈣質砂巖、黃綠色泥質細砂巖。紅土崖組在諸城凹陷內的賈悅一帶大面積分布，巖性主要為磚紅色、褐紅色泥質粉砂巖、灰白色砂巖。中部見鈣質砂巖，頂部和底部夾礫巖、砂礫巖。

1.1.4 第四系

區內第四系分布臨沂組和沂河組，主要分布在渠河兩岸。巖性為灰黃色砂質粘土、砂質亞粘土及粘土質粉砂，砂、礫及粉砂、粘土等混積物等，厚度5m左右。

1.2 構造

1.2.1 安丘-莒縣斷裂

安丘-莒縣斷裂是魯東和魯西兩個Ⅱ級構造單元的邊界斷裂，其主斷面總體走向20°，傾向NWW，傾角一般70°～80°，斷于王氏群和大盛群之間。斷裂西盤派生的NW向剪切斷層，指示主斷裂經歷了左行壓扭運動階段。斷裂破碎帶寬約300m，斷裂西側的王氏群礫巖發生碎裂巖化，東側的大盛群泥質粉砂巖發生緊密褶皺以及強烈劈理化。破碎帶的結構非常復雜，反映不同力學性質的碎裂巖，劈理化帶寬度約20～50m，其中以壓扭性標志最為發育。

1.2.2 昌邑-大店斷裂

該斷裂是沂沭斷裂帶的東界斷裂。縱貫整個工作區，總體走向20°左右，傾向W，傾角70～80°左右。該斷裂由一系列NNE向擠壓破碎帶、擠壓揉皺帶和五十里鋪-中洛莊斷裂組成，南部被百尺河斷裂截切。

擠壓破碎帶及揉皺帶的特征：擠壓破碎帶較為發育，單條破碎帶多呈8°～10°方向舒緩波狀展布，具有枝狀分叉及尖滅再現等特征，長度數百米至數千米，斷面多呈E傾，傾角50°～80°，近平行排列，間隔500～2000m。

中洛莊-五十里鋪斷裂：該斷裂為昌邑-大店斷裂的主斷面，與安丘-莒縣斷裂相距5～6km，多被NW向及NE向斷裂切割，局部被第四系覆蓋。斷裂呈舒緩波狀，總體呈25°方向延伸，斷面產狀275°∠70°～80°。破碎帶寬100余米，揉褶及劈理較發育，斷裂西盤往往發育寬大的緊密褶皺帶，伴生褶皺軸10°左右。該斷裂活動方式為左行壓扭。

1.2.3 景芝-賈悅斷裂

圖內主要由兩條斷裂組成，為：宋古莊-西樓子斷裂和趙古莊-東樓子斷裂，其中宋古莊-西樓子斷裂為主斷裂。斷裂具阻水性，沿斷裂帶有較豐富的地下水，亦見有上升泉。

1.2.4 百尺河-二十五里夼斷裂

西起孟疃鎮夏坡，往東被其他方向斷裂切割成數段，斷續延至城陽一帶，區內斷裂整體呈85°方向延伸，總體S傾，傾角60°～80°。南盤以王氏群為主，北盤以萊陽群為主。其中安丘-莒縣斷裂與景芝-賈悅斷裂之間又稱孟疃-賈悅斷裂，斷裂總體顯示張性正斷層，具阻水性。

1.2.5 吳家樓斷裂組

西起安丘-莒縣斷裂帶，東部切割景芝-賈悅斷裂和百尺河斷裂，延至諸城的一組NW向斷裂。斷裂在昌邑-大店斷裂和景芝-賈悅斷裂之間，表現為大量的近平行的斷層組，在十千米范圍內，發育有十幾條斷裂組成，且均充填有大量重晶石脈。各斷裂斷面延伸較短，單條斷裂長6～9km，寬50～200m，呈300°～310°方向延伸，沿走向呈“S”形彎曲。景芝-賈悅斷裂以東地區，表現為一條斷面。斷裂早期顯張性活動，晚期呈右行剪切，具阻水性。

2 水文地質特征

2.1 地下水賦存特征

賦存于白堊紀萊陽群、大盛群和王氏群的碎屑巖類孔隙裂隙水含水層巖性多為中粗砂巖、細砂巖和粉砂巖。工作區內沂沭斷裂帶中的安丘-莒縣斷裂斷于王氏群和大盛群之間，斷裂西盤派生的NW向剪切斷層，指示主斷裂經歷了左行壓扭運動階段。斷裂西側的王氏群礫巖發生碎裂巖化，東側的大盛群泥質粉砂巖發生緊密褶皺以及劈理化，巖石裂隙不發育，富水性弱，單井涌水量20～90m3/d。研究區內昌邑-大店斷裂附近，斷裂兩側巖石較“軟”，在壓扭應力作用下巖石的塑性變性在一定程度上替代了脆性破裂，巖石完整性較強，裂隙不發育，富水性弱，單井涌水量30～80m3/d。安丘-莒縣斷裂和昌邑-大店斷裂間南部的孟疃-賈悅斷裂北部的大盛群由于斷裂多次強烈擠壓，巖石劈理化、揉皺發育，巖石強烈破碎，使得沙紋交錯層理發育的粉砂和具有溶孔的泥質泥晶灰巖及泥晶白云巖之間相互溝通，形成相對富水的含水層，而孟疃-賈悅斷裂南部王氏群粉砂巖受斷裂構造影響較小，巖石致密，形成相對隔水的巖石地層。區內地下水徑流至孟疃-賈悅斷裂附近，受南部致密巖石及斷層阻擋，在孟疃-賈悅斷裂北部地區富集，形成較富水的地段。例如：梁家莊、花園村一帶10號鉆孔，孔深100m，降深14m，單井涌水量可達1800m3/d(圖2、圖3)。吳家樓東南一帶受吳家樓斷裂組影響，表現為大量近平行的斷層組，發育有十幾條斷裂，構造較發育，早期張性活動，巖石破碎，斷裂之間充填有大量的重晶石脈，斷層中的石英被水溶液化學腐蝕，形成輕微的溶蝕構造[9-12]，晚期呈右行剪切，發育較平直剪切面，具明顯擠壓特征，起到隔水、阻水作用，因此在地下水來水方向形成相對富水的地段，單井涌水量400～600m3/d；景芝-賈悅斷裂以東，程戈莊以南，吳家樓斷裂組變現為一條主斷面，且僅有少量重晶石脈產出，巖石破壞程度較低，富水性弱，單井涌水量44～77m3/d(表1)。

表1 碎屑巖類孔隙裂隙水富水性基本情況

1—碎屑巖孔隙、裂隙水單井涌水量100～500m3/d；2—碎屑巖孔隙、裂隙水單井涌水量<100m3/d；3—第四系孔隙水分布區；泉涌量(m3/d)；6—地下水流向圖2 工作區水文地質圖

1—砂巖；2—泥質粉砂巖；3—泥晶灰巖、白云巖；4—斷裂帶破碎巖體；5—地下水流向；6—鉆孔圖3 蓄水構造概念模型圖

綜上所示，區內碎屑巖類孔隙裂隙水主要賦存風化裂隙中，總體富水性較差，單井涌水量10～90m3/d；孟疃-賈悅斷裂北側受構造及阻水地層影響，形成一帶狀較富水區域；景芝-賈悅斷裂和吳家樓斷裂組交會地帶，發育十幾條張性斷裂，右行剪切，形成斷裂破碎帶，成為該區相對富水區域。

2.2 地下水補徑排特征

大氣降水為工作區內碎屑巖類孔隙裂隙水主要補給源。大氣降水沿風化、斷裂裂隙滲入補給，地下水位受季節降水控制明顯。地下水總體流向與地形傾斜方向基本一致，由西北向東南方向徑流，安丘-莒縣和昌邑-大店斷裂之間南部，受斷裂構造及開采影響，地下水徑流方向由北向南。人工開采為主要排泄方式。受景芝-大店斷裂構造影響，在岳戈莊、趙古莊附近，地下水還以下降泉的形式出露。

2.3 地下水位動態特征

大氣降水為碎屑巖類孔隙裂隙水主要補給源，地下水水位受季節降水控制明顯，水位動態變化與降水量呈正比(圖4)。1—3月份隨著降水量的減少，地下水位下降；6—9月份，進入雨季后，降水量增加，地下水位迅速回升至年內最高。年內水位最高點一般出現在8—9月份，然后地下水位隨著降水量的減少逐漸下降。地下水位年變幅2～3m，最大可達5m。

圖4 碎屑巖類孔隙、裂隙水水位年變化動態圖

3 地下水質量

3.1 地下水水化學特征

碎屑巖類孔隙水受區域地形地貌條件影響，多接受當地降水補給，徑流條件較差。地下水具有“就近補，就近排”的特點，地下水受當地人類工程活動影響，地下水化學類型以重碳酸型水和重碳酸氯型水為主(圖5)；碎屑巖類裂隙水受斷裂構造活動影響，徑流條件相對較好，水交換較強裂，地下水化學類型與當地巖性及補給來源有較大關系，以重碳酸型水為主(圖6)。