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        山東省莒縣白堊系地下水富集規(guī)律研究

        2022-03-29 11:54:02冷旭勇柳耀君王艷婷
        地下水 2022年1期
        關(guān)鍵詞:塊段蓮池莒縣

        冷旭勇,柳耀君,崔 素,劉 連,王艷婷

        (山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院/山東省地礦局富鐵礦找礦與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濟(jì)南 250014)

        地下水的富集意指在有利于地下水匯集與儲(chǔ)存的水文地質(zhì)條件下,形成了具有可供開發(fā)利用的地下水資源的富水塊段[1]。富水塊段是水文地質(zhì)單元內(nèi),含水層富水性較強(qiáng)、儲(chǔ)水構(gòu)造及地貌形態(tài)組合有利于地下水富集的局部塊段[2]。隨著水資源供需矛盾加劇,人們逐漸重視對(duì)裂隙水的研究[3]。白堊系地層內(nèi)含泥質(zhì)成分較多,造成地下水資源相對(duì)貧乏。但在局部水文地質(zhì)條件有利的地段,仍存在富水塊段[4]。

        1 研究區(qū)地質(zhì)概況

        1.1 地層

        研究區(qū)位于莒縣北部,距縣城約40 km,主要以斷裂構(gòu)造為邊界,西以安丘-莒縣斷裂為界,北至于里鎮(zhèn)北側(cè)走向北西的斷裂,東至小仕陽水庫,南邊界為茅埠—陳家土嶺斷裂。區(qū)域地層屬華北地層大區(qū)之晉冀豫地層區(qū),以安丘—莒縣斷裂為界,東部屬魯東地層分區(qū),西部屬魯西地層分區(qū)。中生界白堊系地層在白芬子—浮來山斷裂至昌邑—大店斷裂間分布廣泛,由老至新依次劃分為萊陽群、青山群、大盛群和王氏群(圖1),巖性主要為復(fù)成份礫巖、砂巖、角礫巖、凝灰?guī)r、安山巖等。

        1.2 構(gòu)造

        研究區(qū)位于華北板塊東南隅,在昌邑—大店斷裂以西,在沂沭斷裂帶范圍內(nèi)。區(qū)域內(nèi)主要有兩條主干斷裂:昌邑—大店斷裂和安丘—莒縣斷裂,形成一塹一壘;另外還有白芬子—浮來山斷裂、茅埠—陳家土嶺斷裂、三莊—法莊斷裂(圖1)。其中安丘—莒縣斷裂總體走向30°,屬壓扭性阻水?dāng)嗔眩擒炜h地塹盆地演化過程中,盆地邊界斷裂白芬子—浮來山斷裂向內(nèi)部遷移所致。其兩側(cè)地層中礫石成分明顯不同,東側(cè)以安山質(zhì)為主,西側(cè)灰?guī)r和礫巖較發(fā)育。

        2 水文地質(zhì)條件

        研究區(qū)地下水主要有松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水兩種類型。松散巖類孔隙水僅在研究區(qū)西南部袁公河河流兩側(cè)有少量分布,富水性總體一般,對(duì)于當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活供水意義不大。因此,研究區(qū)地下水資源以白堊系碎屑巖類孔隙裂隙水為主。

        圖1 主要斷裂及白堊系分布圖

        2.1 碎屑巖類孔隙裂隙水

        2.2 補(bǔ)給、徑流和排泄條件

        碎屑巖類孔隙裂隙水主要是大氣降水入滲補(bǔ)給,大氣降水沿風(fēng)化、斷裂裂隙滲入補(bǔ)給,當(dāng)斷裂溝通了含水層與第四系孔隙含水層或地表水體時(shí),則還可以獲得第四系潛水或地表水的補(bǔ)給。研究區(qū)地下水以向南徑流為主,局部沿地層傾向向西徑流。其排泄方式主要是徑流排泄及人工開采,在相對(duì)富水地段或斷裂構(gòu)造發(fā)育地段,地下水徑流較快,以徑流排泄為主;在構(gòu)造裂隙不發(fā)育地段,富水性較差,地下水徑流弱,其排泄則以人工開采為主。

        2.3 水位動(dòng)態(tài)特征及變化

        碎屑巖類孔隙裂隙水地下水位受季節(jié)降水控制明顯[5],年內(nèi)呈現(xiàn)季節(jié)性變化,一般1-4月,降水量較小,水位緩慢下降;5月開始,受降水量增多影響,水位開始持續(xù)上升,至8月升至最高,之后受補(bǔ)給強(qiáng)度減弱影響,水位呈緩慢下降態(tài)勢(shì),見圖2。地下水位年變幅3~4 m。年際變化主要受枯水、豐水年以及所處地段富水性影響,西蓮池寺-天井汪富水塊段的化龍汪村監(jiān)測(cè)孔年均降幅2.98 cm,而塊段以外的龍家官莊監(jiān)測(cè)孔年均降幅7.75 cm。

        圖2 馬疃地下水位動(dòng)態(tài) (井深30m,田家樓組含水層)

        3 地下水富集規(guī)律

        3.1 富水性特征

        西蓮池寺-天井汪富水塊段面積為54.04 km2,是一個(gè)西、南、東南均以阻水?dāng)嗔褳楦羲吔?,北、東以斷裂、水庫為透水邊界的相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。本項(xiàng)目施工的ZXZK3鉆孔,孔深158.5 m,水位埋深6.6 m,含水巖組為白堊系大盛群田家樓組,主要巖性為粉細(xì)砂巖、泥灰?guī)r、礫巖及泥巖,含水層總厚為62.88 m,降深42.7 m時(shí)涌水量571.2 m3/d;本次施工的ZXZK5孔,孔深241.89 m,水位埋深25.9 m,含水巖組為白堊系大盛群馬朗溝組,地層巖性主要為復(fù)成份礫巖夾砂巖,全孔發(fā)育含水層12層,單層厚度1.00~22.30 m,含水層總厚109.69 m,降深22.92 m時(shí)涌水量為586.8 m3/d;在該區(qū)內(nèi)本次還實(shí)施簡易抽水試驗(yàn)5組,涌水量均較大。另外,收集的抗旱打井資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查井點(diǎn)情況也證明該塊段富水性較好(圖3、表1),采用水均衡法計(jì)算,該區(qū)可開采資源量為929.07×104m3/a(2.55×104m3/d)。地下水開采潛力指數(shù)2.56,地下水開采潛力模數(shù)10.48×104m3/a·km2,屬于開采潛力較大區(qū)。

        影響地下水富集的主要因素有地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、植被狀況等,富水塊段的形成在巖性、構(gòu)造和地形地貌組合上具有明顯的規(guī)律,即具有地下水富集的水文地質(zhì)因素組合形式[6]。西蓮池寺-天井汪地區(qū)含水層富水性主要受地形地貌、地層巖性以及地質(zhì)構(gòu)造(斷裂、褶皺等)控制。

        3.2 地形地貌

        地形地貌是地層巖性、構(gòu)造變化及地表水文網(wǎng)演變,特別是新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征的綜合反映。受匯水地貌形態(tài)、匯水范圍等地貌條件控制,地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄及富集特征也不同。地下水的分布與富集明顯受到微地貌的影響,即使是同一條溝谷,也常表現(xiàn)為谷坡貧水、谷邊少水、溝心富水、上源少水、中下段富水等特征[7]。安丘—莒縣斷裂是莒縣地塹盆地演化過程中隨盆地?cái)U(kuò)展,盆地邊界斷裂白芬子—浮來山斷裂向內(nèi)部遷移所致。該斷裂帶西北側(cè)是青峰嶺,地形總體由西向東變低,而昌邑—大店斷裂附近有北大嶺、四寶山等,總體地形由東南向西北變低,使西蓮池寺-天井汪地區(qū)地勢(shì)中間低兩側(cè)高,而地層傾向與地形變化基本一致,匯水條件好,匯水面較大,為地下水的補(bǔ)給提供了保障。

        從本次施工的ZXZK3孔分析,該孔靠近安丘—莒縣斷裂,局部地形斷裂兩側(cè)較高,鉆孔處較低,利于地下水向此處匯集;而本次施工的ZXZK05孔,抽水試驗(yàn)停泵后,水位恢復(fù)慢,停泵39 h剩余降深仍達(dá)5.05 m,可能是由于其處于丘陵頂部,地勢(shì)較高所導(dǎo)致。

        3.3 地層巖性

        巖性是決定地下水形成的物質(zhì)基礎(chǔ),是白堊系地下水賦存的基礎(chǔ)條件,是影響地下水形成與富集的內(nèi)因,砂巖的含水性較強(qiáng),而泥巖則具有相對(duì)的隔水作用,究其原因,主要與裂隙發(fā)育程度有關(guān)[8~9]。含水層顆粒粗細(xì)及顆粒膠接強(qiáng)弱的不同,使富水性也存在空間上的差異。一般來說,在較大范圍內(nèi)分布相對(duì)穩(wěn)定的砂巖層富水性較強(qiáng)[10]。含水層厚度也往往影響含水層富水性,厚度大,富水性也隨之增強(qiáng)[11]。西蓮池寺-天井汪地區(qū)含水層主要為白堊系大盛群田家樓組、馬朗溝組,水平分布范圍大,含水巖層厚度200 m以上,其中馬朗溝組巖性主要為礫巖夾砂巖,ZXZK5孔含水層總厚109.69 m,占孔深度為45.35%;田家樓組巖性主要為粉細(xì)砂巖,其中含有泥質(zhì)灰?guī)r,有溶蝕現(xiàn)象,ZXZK3孔含水層總厚為62.88 m,占孔深度為39.67%(表2)。因此,該區(qū)適宜的地層巖性具有良好的蓄水性,并有利于地下水徑流。

        表1 西蓮池寺-天井汪地區(qū)主要井孔一覽表

        圖4 西蓮池寺-天井汪地區(qū)富水機(jī)理示意圖

        3.4 地質(zhì)構(gòu)造

        地質(zhì)構(gòu)造條件是影響構(gòu)造控水最重要的因素,國內(nèi)外一些學(xué)者圍繞區(qū)域構(gòu)造控水做過一些研究[12-13]。研究區(qū)白堊系地下水普遍貧乏,其富水性受地質(zhì)構(gòu)造控制明顯,在地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜的地段,富水性好[14]。地質(zhì)構(gòu)造控水理論認(rèn)為,地質(zhì)構(gòu)造是控制裂隙發(fā)育、地下水埋藏、分布和運(yùn)移的主導(dǎo)因素,在一定有利的地質(zhì)構(gòu)造組合形式下,就會(huì)形成有利于地下水形成、運(yùn)動(dòng)和蓄存的蓄水構(gòu)造。在干旱地區(qū)尋找地下水,就是要尋找有利的蓄水構(gòu)造,作為地下水形成、運(yùn)動(dòng)和儲(chǔ)存的場(chǎng)所,其特征和性質(zhì)控制著地下水水量的多少[15-18]。

        西蓮池寺-天井汪地區(qū)導(dǎo)水?dāng)嗔押婉薨櫂?gòu)造的共同作用就像高速公路和普通道路的融合互補(bǔ),為地下水創(chuàng)造了良好的徑流條件。區(qū)內(nèi)地下水總體沿安丘-莒縣斷裂帶由北向南徑流,區(qū)內(nèi)發(fā)育的多組北西向張性斷裂,也為地下水的運(yùn)移提供了良好的通道;同時(shí)區(qū)內(nèi)地層傾向變化多,褶皺發(fā)育,向斜背斜交替出現(xiàn),為地下水的局部運(yùn)移提供了動(dòng)力基礎(chǔ),使地下水在水力坡度作用下加速徑流;研究區(qū)西、南及東南的壓扭性阻水?dāng)嗔押途植狂薨櫂?gòu)造為地下水的富集提供了良好的條件。斷裂、褶皺、地層分布等地質(zhì)構(gòu)造的有利組合,形成了有利的蓄水構(gòu)造,成為鉆井取水的富水塊段。

        比如ZXZK3孔(圖4)位于安丘—莒縣斷裂帶東側(cè),屬阻水及層狀復(fù)合型蓄水構(gòu)造。地下水總體自北向南徑流,同時(shí)在土樓子?xùn)|有一小型背斜構(gòu)造,地下水沿巖層傾向向西徑流,在斷裂處被阻擋富集,該井匯水條件好,匯水面較大,涌水量達(dá)到571.2 m3/d(降深42.7 m)。ZXZK5孔屬于典型的斷裂型蓄水構(gòu)造。該井東為昌邑—大店斷裂帶,該斷裂帶傾向西,其西側(cè)又有走向325°左右的茅埠—陳家土嶺斷裂,此斷裂傾向東,為阻水?dāng)嗔?,受斷裂影響,此處?gòu)造裂隙發(fā)育,增加了地下水的儲(chǔ)水、導(dǎo)水空間,使此處富水性較好。

        表2 ZXZK3、ZXZK5鉆孔含水層一覽表

        4 結(jié)語

        綜合分析認(rèn)為,莒縣白堊系地區(qū)地下水總體貧乏,但貧中有富,若具備以下四個(gè)主要因素,則有較大可能形成富水塊段。

        (1)合適的地形地貌,有較大的匯水面積,能提供充足的地下水補(bǔ)給來源。

        (2)適宜的地層巖性,地層巖性是地下水賦存的物質(zhì)基礎(chǔ),西蓮池寺-天井汪地區(qū)含水層巖性為礫巖夾砂巖、粉細(xì)砂巖,含水層厚度大,有利于形成良好的地下水儲(chǔ)水空間。

        (3)良好的地下水動(dòng)力條件可以加快地下水的徑流速度。西蓮池寺-天井汪地區(qū)導(dǎo)水?dāng)嗔押婉薨櫂?gòu)造的共同作用使地下水在水力坡度作用下快速徑流,為地下水的運(yùn)移與匯集創(chuàng)造了良好的條件。

        (4)有利的蓄水構(gòu)造,斷裂、褶皺、地層分布的有利組合容易形成白堊系地下水富集的有利地段。西蓮池寺-天井汪地區(qū)地下水總體沿?cái)嗔延杀毕蚰蠌搅?,同時(shí)褶皺構(gòu)造加劇了地下水的局部運(yùn)移,受到阻水?dāng)嗔训淖钃醪⒏患纬摄@井取水的有利地段。

        一個(gè)地區(qū)的富水性是多種因素綜合作用的結(jié)果[19],對(duì)于不同缺水地區(qū)的地下水尋找方向和開發(fā)模式應(yīng)根據(jù)其所含蓄水構(gòu)造地下水的分布規(guī)律,因地制宜地確定[20]。對(duì)莒縣白堊系地區(qū)地下水富集規(guī)律的分析總結(jié),對(duì)于今后在其它地區(qū)開展找水工程及相關(guān)研究具有一定的借鑒意義。

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