紀(jì)汶龍，劉中業(yè)，朱恒華，王瑋，劉治政，焦永鑫

(1.山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 臨沂 276006)

0 引言

沂蒙山區(qū)是山東省重點(diǎn)貧困缺水地區(qū)，大面積侵入巖出露，由于侵入巖裂隙不甚發(fā)育，賦水性較弱，尋找地下水難度較大，屬于相對(duì)貧水區(qū)，農(nóng)村生產(chǎn)、生活用水困難，區(qū)內(nèi)個(gè)別地方居民依然靠接引山間溝谷內(nèi)溪水或修建水窖蓄水維持生活，類似供水方式不僅在干旱季節(jié)無法保證水量供應(yīng)，而且水質(zhì)也容易遭受污染，嚴(yán)重影響人民群眾的生活與生產(chǎn)[1-2]。

自2011年以來，原國(guó)土資源部、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局、原山東省國(guó)土資源廳等單位和部門在沂蒙山地區(qū)先后組織開展抗旱打井、抗旱定井、1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查等工作，山東省地質(zhì)調(diào)查院全程參與相關(guān)工作，先后完成1∶5萬標(biāo)準(zhǔn)圖幅水文地質(zhì)調(diào)查工作14幅。本文在沂水縣幅等水文地質(zhì)調(diào)查成果的基礎(chǔ)上，總結(jié)侵入巖地區(qū)各類型蓄水構(gòu)造典型特征，為解決侵入巖缺水地區(qū)用水現(xiàn)狀提供參考。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)地處沂蒙山區(qū)中北部，含蓋沂水縣幅、高橋幅、韓旺幅3個(gè)1∶5萬標(biāo)準(zhǔn)圖幅，橫跨沂沭斷裂帶和魯中隆起2個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元，沂水-湯頭斷裂、鄌郚-葛溝斷裂從其中穿過；區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，自太古代至中生代均有侵入巖發(fā)育，地表約27.44%面積侵入巖直接出露(圖1)，整體上以新太古代侵入巖為主，中生代侵入巖以規(guī)模較小的中酸性巖株、巖床及巖脈等為主，主要巖性包括花崗巖、閃長(zhǎng)巖、輝綠巖等[3]。侵入巖地層具有巖體完整，塊狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙不發(fā)育等特征，地表風(fēng)化裂隙發(fā)育深度一般小于20m，裂隙細(xì)小，富水性差，單井涌水量一般小于100m3/d。通過斷裂構(gòu)造或侵入巖接觸帶等構(gòu)造形跡確定侵入巖地區(qū)蓄水構(gòu)造，對(duì)侵入巖缺水地區(qū)找水定井工作具有重要指導(dǎo)意義。

1—侵入巖出露范圍；2—斷層及編號(hào)；3—沂水-湯頭斷裂；4—鄌郚-葛溝斷裂；5—嚴(yán)家官莊斷裂；6—兵房嶺-大山斷裂；7—李家營(yíng)-坡莊四村斷裂；8—北小堯-唐家河斷裂；9—紅花峪-王家牛旺斷裂；10—韓旺斷裂；11—張耿-柴山-東草溝斷裂；12—鋤印鼻子山-東良莊斷裂；13—尹家峪-西郭莊斷裂；14—南垛莊-陽早斷裂；15—松泉官莊-圣水坊斷裂

2 蓄水構(gòu)造類型

蓄水構(gòu)造是一個(gè)由地質(zhì)體構(gòu)成的、具有供排水意義的、蓄積地下水的空隙系統(tǒng)，是地下水形成、運(yùn)動(dòng)、蓄存的場(chǎng)所[4]?；鶐r蓄水構(gòu)造的基本類型主要包括阻水型蓄水構(gòu)造、滯水型蓄水構(gòu)造、褶皺型蓄水構(gòu)造、斷裂型蓄水構(gòu)造、接觸型蓄水構(gòu)造及風(fēng)化型蓄水構(gòu)造等[5-6]。通過本次研究，確定侵入巖區(qū)三類典型蓄水構(gòu)造類型，分別為斷裂型蓄水構(gòu)造、韌性剪切帶型蓄水構(gòu)造、侵入體接觸帶型蓄水構(gòu)造等[7]。

2.1 斷裂型蓄水構(gòu)造

斷裂型蓄水構(gòu)造是侵入巖分布區(qū)的主要蓄水構(gòu)造類型，也是最常見蓄水構(gòu)造類型，其富水性的強(qiáng)弱，主要取決于斷層的力學(xué)性質(zhì)、發(fā)育規(guī)模及匯水條件等因素[8-10]；在斷裂型蓄水構(gòu)造中，地下水一般賦存于張性斷層的斷裂破碎帶或者壓性、壓扭性斷層的影響帶內(nèi)[4]，不同規(guī)模斷層，其富水性差異明顯；斷裂之間的復(fù)合關(guān)系對(duì)地下水的富集影響也較大，不同走向斷裂交接部位，經(jīng)常形成較好的地下水富集區(qū)[11-12]。

2.2 韌性剪切帶型蓄水構(gòu)造

韌性剪切帶是地殼深部普遍存在的具有強(qiáng)的塑性流變及旋轉(zhuǎn)應(yīng)變特征的面狀高應(yīng)變帶，其原本不存在破裂面[13]，但由于后期地殼升降運(yùn)動(dòng)使其抬升至地表或近地表，遭受風(fēng)化和卸荷作用，導(dǎo)致剪切帶內(nèi)巖體裂隙發(fā)育，特別是強(qiáng)卸荷帶內(nèi)巖體糜棱面理裂隙較為發(fā)育，張開較明顯，巖體較為破碎[14-15]。在一定匯水條件情況下，韌性剪切帶面狀高應(yīng)變帶內(nèi)的卸荷裂隙及風(fēng)化裂隙成為地下水的運(yùn)移通道和儲(chǔ)存空間。

2.3 侵入體接觸帶型蓄水構(gòu)造

地殼活動(dòng)時(shí)期，巖漿上升侵入到碎屑巖、變質(zhì)巖和早期的巖漿巖之中，形成了各種各樣的侵入體[16]。在侵入體的擠壓和冷凝作用下，接觸帶附近的圍巖和侵入體內(nèi)形成了一些壓性、張性裂隙，這些裂隙大大增加了巖層的滲透性和蓄水能力，這種由侵入體接觸帶及其附近裂隙形成的蓄水構(gòu)造稱為侵入體接觸帶型蓄水構(gòu)造。

3 典型蓄水構(gòu)造實(shí)例分析

利用野外實(shí)例，對(duì)不同類型蓄水構(gòu)造地下水富集規(guī)律進(jìn)行研究，分析各類型蓄水構(gòu)造地下水的補(bǔ)、徑、排特征及其賦存情況，研究其在侵入巖貧水地區(qū)的供水意義。

3.1 斷裂型蓄水構(gòu)造

韓旺幅HK02孔為一典型的脆性斷裂型蓄水構(gòu)造鉆孔，該孔位于泉莊村東、柳條峪村南一條近EW向的斷層上盤(圖2)。

1—松散巖類孔隙水分布區(qū)；2—碎屑巖類孔隙裂隙水分布區(qū)；3—碳酸鹽巖類裂隙巖溶水分布區(qū)；4—塊狀巖類裂隙水分布區(qū)；5—斷裂構(gòu)造；6—匯水范圍及邊界；7—地下水流向；8—

3.1.1 地質(zhì)條件分析

HK02孔位于韓旺幅的東北部，附近出露古元古代傲徠山超單元松山單元的二長(zhǎng)花崗巖。受區(qū)域構(gòu)造控制，鉆孔附近斷裂活動(dòng)頻繁，發(fā)育多組斷層，包括NW向、NE向、近EW向、近SN向及NNW向斷層等，各組斷裂具有多期活動(dòng)性，不同組斷裂及不同期次斷裂相互交錯(cuò)，大大增加了地下水的水力聯(lián)系。

斷裂蓄水主要是由于斷裂作用所產(chǎn)生的斷裂破碎帶或次生裂隙提供了地下水的富集場(chǎng)所，其次因某些斷裂的阻水作用，致使斷裂兩側(cè)裂隙地下水相對(duì)富集，特別是阻水?dāng)嗔训挠姹容^容易形成相對(duì)富水地段[17-19]。HK02鉆孔處的細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖為脆性巖石，受斷裂構(gòu)造的影響，構(gòu)造帶及其影響帶內(nèi)巖體比較破碎，裂隙連通性良好，為地下水的運(yùn)移和富集提供了良好的徑流通道和儲(chǔ)存空間[20]。

鉆孔位于一個(gè)小型山谷的出口處附近，微地勢(shì)大致呈“喇叭口”狀，三面高，開口向南西，大氣降水從三面匯流，沿山間溝谷向馬蓮河排泄，地表基巖裸露，風(fēng)化裂隙比較發(fā)育，局部第四系松散層覆蓋，厚度0～1m，整體上比較有利于大氣降水入滲補(bǔ)給地下水。從地形地貌上分析鉆孔處匯水條件較為理想，在有構(gòu)造匯水的條件下具備形成小型蓄水構(gòu)造的條件。

3.1.2 物探解譯

HK02鉆孔附近共布設(shè)3條視電阻率聯(lián)合剖面，并在電阻率聯(lián)合剖面解譯成果的基礎(chǔ)上布置了5個(gè)視電阻率測(cè)深點(diǎn)，視電阻率聯(lián)合剖面沿NE20°走向，近垂直穿過推測(cè)斷層。根據(jù)聯(lián)合剖面的解譯成果，在孔位處不同極距的聯(lián)合剖面均出現(xiàn)了低阻“正交點(diǎn)”，為斷裂破碎帶富水反應(yīng)；視電阻率測(cè)深斷面圖顯示低阻正交點(diǎn)處出現(xiàn)較明顯的低阻U型異常(圖3)，為斷裂破碎帶富水反應(yīng)，進(jìn)一步證實(shí)了HK02鉆孔處于一條典型的斷裂型蓄水構(gòu)造之上。

圖3 泉莊村HK02鉆孔物探視電阻率測(cè)深推斷圖

3.1.3 水文地質(zhì)鉆探及抽水試驗(yàn)

根據(jù)物探解譯結(jié)果，在斷層上盤施工HK02鉆孔，井深126.50m，鉆遇地層依次為二長(zhǎng)花崗巖、斜長(zhǎng)黑云變粒巖，靜水位埋深12.07m；根據(jù)抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，抽水穩(wěn)定降深39.41m時(shí)，涌水量186.00m3/d，穩(wěn)定降深17.36m時(shí)，涌水量99.84m3/d，溶解性總固體為261.00mg/L，水質(zhì)優(yōu)良。根據(jù)野外水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，附近斷裂破碎帶影響范圍之外二長(zhǎng)花崗巖風(fēng)化帶單井涌水量普遍小于50 m3/d，遠(yuǎn)小于HK02鉆孔的涌水量，證明脆性斷裂型蓄水構(gòu)造在本區(qū)域供水意義明顯。

3.2 韌性剪切帶型蓄水構(gòu)造

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育于太古代巖群中的韌性-韌脆性剪切帶較多，包括馬牧池穹斷區(qū)韌性剪切帶及汞丹山凸起區(qū)韌性剪切帶等，沂水縣四十里鋪鎮(zhèn)附近發(fā)育有較大規(guī)模的韌性剪切帶型蓄水構(gòu)造[21]，北張官莊村YK05孔為一典型的韌性剪切帶型蓄水構(gòu)造鉆孔。

3.2.1 地質(zhì)條件分析

YK05鉆孔位于沂水縣幅東南，屬于汞丹山凸起區(qū)韌性剪切帶發(fā)育區(qū)，地表侵入巖、變質(zhì)巖出露，巖性包括閃長(zhǎng)巖、花崗巖、斜長(zhǎng)角閃巖等。區(qū)內(nèi)發(fā)育多條韌性剪切帶，按走向分為NEE向和NNE向兩組，NEE向包括常家溝、景家莊、北小堯、大堯、晏家鋪、林家官莊、兵房嶺、劉家溝等韌性剪切帶，NNE向包括大梨行西嶺頂、大梨行西南、柏家坪東、地質(zhì)八隊(duì)門前、地質(zhì)八隊(duì)東北角、王家莊子、后坡村等韌性剪切帶(圖4)。

1—侵入巖出露范圍；2—韌性剪切帶及編號(hào)；3—大堯韌性剪切帶；4—?jiǎng)⒓覝享g性剪切帶；5—后坡村韌性剪切帶；

太古代侵入巖、變質(zhì)巖為脆性巖石，受韌性剪切作用控制，在出露地表后，受風(fēng)化和卸荷作用影響，構(gòu)造裂隙發(fā)育。在鉆孔附近發(fā)育有北小堯、大堯、劉家溝、后坡村等韌性剪切帶，受各韌性剪切帶影響，附近巖體風(fēng)化程度與風(fēng)化深度明顯優(yōu)于非韌性剪切帶發(fā)育區(qū)，節(jié)理裂隙發(fā)育，且多以張性裂隙為主，比較有利于地下水的富集。

YK05鉆孔位于沂水縣東南四十里鋪鎮(zhèn)北張官莊村附近，地貌類型為微切割—強(qiáng)剝蝕丘陵地貌，地勢(shì)起伏不大，受韌性剪切作用影響，剪切帶影響范圍內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，地表第四系厚度一般小于1 m，且為花崗巖等風(fēng)化產(chǎn)物，滲透性較好，水位埋深不大，一般小于10m，便于大氣降水的入滲補(bǔ)給，整體上為大氣降水入滲補(bǔ)給地下水提供了良好的入滲條件。

3.2.2 物探解譯

為確定韌性剪切帶區(qū)地下水的賦存情況，在韌性剪切帶比較發(fā)育的區(qū)域布置了多組視電阻率測(cè)深工作，根據(jù)北張官莊村、石山子村、宅科村等視電阻率測(cè)深斷面數(shù)據(jù)，在韌性剪切帶影響范圍內(nèi)普遍存在約65m深的視電阻率低阻區(qū)(圖5)，為含水層反映，推測(cè)由于受韌性剪切帶構(gòu)造應(yīng)力影響，應(yīng)力影響區(qū)構(gòu)造裂隙發(fā)育，65m以淺巖體風(fēng)化裂隙強(qiáng)烈發(fā)育。

圖5 北張官莊村、石山子村、宅科村物探視電阻率測(cè)深推斷圖

3.2.3 水文地質(zhì)鉆探及抽水試驗(yàn)

本次調(diào)查研究工作在韌性剪切帶分布區(qū)共施工水文地質(zhì)勘探孔2眼，分別為沂水縣四十里鋪鎮(zhèn)北張官莊村YK05鉆孔以及沂水縣許家湖鎮(zhèn)水汪村YK02鉆孔，井深分別為106.8m和133m，單井涌水量分別為279.12m3/d和135.84m3/d。為進(jìn)一步驗(yàn)證韌性剪切帶型蓄水構(gòu)造的富水性，在韌性剪切帶比較發(fā)育的區(qū)域布置了7組抽水試驗(yàn)，絕大多數(shù)井的涌水量大于100m3/d(表1)；區(qū)內(nèi)非韌性剪切帶影響區(qū)的太古代變質(zhì)巖、侵入巖的風(fēng)化裂隙發(fā)育深度一般不超過30m，單井涌水量一般小于100m3/d。通過對(duì)比韌性剪切帶發(fā)育區(qū)和非韌性剪切帶發(fā)育區(qū)的裂隙發(fā)育深度及單井涌水量情況，發(fā)現(xiàn)韌性剪切帶發(fā)育區(qū)無論風(fēng)化裂隙發(fā)育深度還是單井涌水量都較非韌性剪切帶發(fā)育區(qū)要大，證明韌性剪切帶型蓄水構(gòu)造在本區(qū)域具有非常明顯的供水意義。

表1 韌性剪切帶型蓄水構(gòu)造分布區(qū)井孔涌水量一覽表

3.3 侵入體接觸帶型蓄水構(gòu)造

沂水縣崔家峪鎮(zhèn)下泉村東南天潤(rùn)農(nóng)業(yè)生態(tài)園內(nèi)HK06鉆孔，為一典型侵入體接觸帶型蓄水構(gòu)造鉆孔。

3.3.1 地質(zhì)條件分析

HK06鉆孔位于韓旺幅的東南部，附近出露太古代片麻巖，可見二長(zhǎng)花崗巖巖脈和輝綠巖巖脈，片麻巖片麻理發(fā)育，脈巖多呈北西向穿插于片麻巖中，規(guī)模大小不一，寬度從幾厘米至數(shù)米不等，延伸距離一般從幾十米到數(shù)百米不等，研究區(qū)內(nèi)無明顯斷裂破碎帶或構(gòu)造裂隙發(fā)育。尋找蓄水構(gòu)造的重點(diǎn)為規(guī)模較大的巖脈接觸帶處，勘探目標(biāo)為一條寬約2m，延伸長(zhǎng)度大于100m的二長(zhǎng)花崗巖巖脈與片麻巖接觸帶(圖6、圖7)。

1—松散巖類孔隙水分布區(qū)；2—碎屑巖類孔隙裂隙水分布區(qū)；3—碳酸鹽巖類裂隙巖溶水分布區(qū)；4—塊狀巖類裂隙水分布區(qū)；5—斷裂構(gòu)造；6—侵入巖巖脈；7—匯水范圍及邊界；8—地下水流向；

1—第四系；2—片麻巖；3—二長(zhǎng)花崗巖；4—地下水流向；5—鉆孔編號(hào)

鉆孔的目標(biāo)含水層為二長(zhǎng)花崗巖與片麻巖接觸帶的裂隙集中區(qū)。由于巖漿侵入過程中的烘烤、擠壓、冷凝等作用，使圍巖發(fā)生不同程度的變質(zhì)，發(fā)育大量微裂隙，并且這些裂隙多與接觸帶結(jié)構(gòu)面相互連通，為地下水的運(yùn)移和儲(chǔ)存提供了良好的通道和空間，有利于地下水的富集[22]。

鉆孔處地勢(shì)總體上向南西方向傾斜，微地勢(shì)呈“喇叭口”狀，三面高，開口向南西，鉆孔位于小型山谷的中部，大氣降水從三面匯流，沿山間沖溝向下游排泄，孔位處匯水條件較為理想；另外，由于地表基巖裸露，片麻巖、二長(zhǎng)花崗巖風(fēng)化裂隙發(fā)育，有利于大氣降水入滲補(bǔ)給地下水，在裂隙結(jié)構(gòu)面集中區(qū)域具備形成小型蓄水構(gòu)造的條件。

3.3.2 物探解譯

在HK06號(hào)孔附近布設(shè)3條視電阻率聯(lián)合剖面，剖面橫跨推測(cè)的目標(biāo)巖脈沿NNE方向布置，測(cè)線沿NE20°走向穿過巖脈。根據(jù)聯(lián)合剖面結(jié)果，在HK06孔附近視電阻率聯(lián)合剖面的不同極距條件下均出現(xiàn)低阻“正交點(diǎn)”，進(jìn)一步確定了侵入巖接觸帶走向NW，傾向NE；同時(shí)，測(cè)深斷面圖顯示低阻正交點(diǎn)處出現(xiàn)較明顯的低阻“U”型異常(圖8)。

圖8 天潤(rùn)農(nóng)業(yè)生態(tài)園物探視電阻率測(cè)深推斷圖

3.3.3 水文地質(zhì)鉆探及抽水試驗(yàn)

根據(jù)物探解譯結(jié)果，在巖脈的迎水側(cè)施工HK06水文地質(zhì)勘探孔，井深177.80m，鉆遇地層巖性依次為片麻巖、二長(zhǎng)花崗巖、斜長(zhǎng)角閃巖，靜水位埋深10.74m，抽水穩(wěn)定降深15.65m時(shí)，涌水量199.68m3/d，水質(zhì)優(yōu)良，滿足了附近居民的生活用水需求。抽水試驗(yàn)過程中，當(dāng)抽水量為313.44 m3/d時(shí)，井內(nèi)水位持續(xù)下降有疏干趨勢(shì)，推測(cè)與巖脈發(fā)育規(guī)模有關(guān)，涌水量受匯水區(qū)域規(guī)模限制。根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，附近片麻巖風(fēng)化帶內(nèi)機(jī)民井單井涌水量一般小于50 m3/d，遠(yuǎn)小于HK06鉆孔涌水量。證明具有足夠匯水規(guī)模的侵入體接觸帶型蓄水構(gòu)造也是研究區(qū)具有供水意義的一種蓄水構(gòu)造類型。

4 結(jié)論建議

侵入巖地區(qū)是沂蒙山區(qū)主要的貧水地區(qū)之一，解決該區(qū)群眾生活用水問題具有重要的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)意義，通過總結(jié)不同類型侵入巖蓄水構(gòu)造地下水的賦存特征，可以給侵入巖貧水區(qū)群眾找水打井起到一定的指導(dǎo)作用。

(1)斷裂帶型蓄水構(gòu)造的富水性取決于斷層的力學(xué)性質(zhì)、規(guī)模、匯水范圍以及與其他構(gòu)造裂隙交接關(guān)系等，一般在張性斷層的斷裂破碎帶或壓性、壓扭性斷層的影響帶內(nèi)富水性相對(duì)較好，多組導(dǎo)水?dāng)鄬酉嗷ソ诲e(cuò)部位富水性明顯優(yōu)于單一斷層，斷層整體蓄水能力明顯受其規(guī)模及其匯水范圍大小控制。另外，壓性阻水?dāng)鄬拥挠?，在有次生?gòu)造裂隙發(fā)育的情況下，也有形成相對(duì)富水地段的可能。

(2)韌性剪切帶型蓄水構(gòu)造是構(gòu)造裂隙與風(fēng)化裂隙的結(jié)合，既有卸荷作用產(chǎn)生的構(gòu)造裂隙，又有風(fēng)化作用產(chǎn)生的風(fēng)化裂隙，在分類上可歸為風(fēng)化型蓄水構(gòu)造。在韌性剪切帶影響區(qū)內(nèi)，受卸荷作用影響構(gòu)造裂隙發(fā)育，導(dǎo)致巖體風(fēng)化影響帶加深、風(fēng)化程度加重，巖石富水性明顯強(qiáng)于非韌性剪切帶影響的侵入巖區(qū)。

(3)侵入體接觸帶型蓄水構(gòu)造的富水性受接觸帶規(guī)模、巖性、張開程度、膠結(jié)程度及匯水范圍等因素控制，一般情況下規(guī)模越大、張開程度越好、膠結(jié)越差的接觸帶富水性越強(qiáng)，接觸帶兩側(cè)巖性以脆性巖石為優(yōu)，匯水范圍則決定了接觸帶蓄水構(gòu)造實(shí)際可開采地下水資源量的大小。

(4)侵入巖缺水地區(qū)居民生活用水的開采，具有埋藏淺、易污染、分散開采不利于水質(zhì)監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，建議在不引起環(huán)境地質(zhì)問題的情況下，盡量選擇優(yōu)勢(shì)富水地段，采用集中開采方式，以便于地下水污染防治與水質(zhì)監(jiān)測(cè)。