沂源斷塊區(qū)中構造對地下水的控制機理分析

宋 輝,丁彩元,王克紅 ,彭亞麗

(山東省沂源縣水務局,山東 沂源 256100)

0 引言

沂源斷塊區(qū)中古生界蓋層發(fā)育,大部分呈傾角平緩的單斜構造覆于基底巖石之上。由于燕山運動的影響,地臺復活,巖漿活動強烈,斷層及節(jié)理發(fā)育。而斷裂構造破壞了地層、巖性等地質(zhì)體的連續(xù)、完整性,因而改變了它們原始存在狀態(tài),在水平方向上(張性斷層)或垂直方向上(壓性斷層)使地層擴展,擴大了空間。由于應力狀態(tài)不同,應力集中也不一樣,結果由斷裂面、斷裂破碎帶和影響帶所圍定的空間大小、形態(tài)、連通情況、波及范圍亦不同。所以斷裂構造成為影響地下水賦存、運動的主導因素之一。沂源斷塊區(qū)中斷裂構造十分發(fā)育,在很大程度上控制了本區(qū)地下水分布狀態(tài)和賦存規(guī)律。

1 地質(zhì)構造對巖溶水的控制

沂源斷塊區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖地層分布廣泛,絕大部分裸露地表,局部隱伏在中、新生界之下。巖性主要為純灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及少量白云巖。巖溶發(fā)育程度決定因素是多方面的,如巖性、成分、結構、構造裂隙、水的溶蝕性及水化學動力條件等。在灰?guī)r區(qū),地質(zhì)構造條件控制著巖溶發(fā)育的方向與深度,對巖溶地下水的運移與富集起著重要作用。

1.1 地質(zhì)構造對巖溶發(fā)育的控制

斷塊區(qū)內(nèi),有貫穿區(qū)內(nèi)北東 25～40°的上五井斷裂,北西向的韓旺斷裂,近東西向的燕崖斷裂、松仙嶺、草埠山、大賢山斷裂等。在灰?guī)r裸露區(qū),這些斷裂相互切割,層狀灰?guī)r變成了在平面上以不同方式連接的大小不等的塊體,而每一塊體又往往被裂面陡峻的節(jié)理破壞呈不規(guī)則的網(wǎng)狀裂隙,斷裂作用的參入,極大地增加了灰?guī)r與水接觸的表面積,溶蝕作用加強,對巖溶發(fā)育十分有利。在寒武系、奧陶系地層中發(fā)育有垂直溶隙與層面溶隙。如在寒武系饅頭組中桃花坪溶洞,奧陶系地層中的九天洞、玄云洞等。由于奧陶系灰?guī)r在沂源斷塊區(qū)中出露巨厚,因而發(fā)育在奧陶系地層中的這些溶洞在垂直管道與水平廊道交替相連成群出現(xiàn),成為壯麗的沂源溶洞群。這些現(xiàn)象既體現(xiàn)了地殼階段上升,新構造運動的影響和在幔隆控制下發(fā)育過程,也顯示了構造作用下的溶洞在地下水補給條件下成為富水儲水空間的前景,如下崖洞暗河。

1.2 地質(zhì)構造對巖溶水的運移及富集控制

沂源斷塊區(qū)內(nèi)的巖溶發(fā)育受巖性和構造控制,各方向發(fā)育程度不一,所以各方向聯(lián)系也有差異。沿構造線常形成強巖溶帶,它是由一些溶隙網(wǎng)脈和部分溶洞構成,形成相對富水帶。沂源斷塊區(qū)內(nèi)的巖溶大泉出露既都靠近較大的斷裂,如東里大旺泉靠近韓旺斷裂,響泉及龍洞泉則是上五井斷裂與草埠山斷裂切割的結果;狗跑泉靠近大賢山斷裂;荊山泉靠近上五井斷裂等。這也說明斷裂附近巖溶發(fā)育,而巖溶水露頭則充分說明了地下水沿斷裂面成帶狀富集。

由于在漫長的地質(zhì)發(fā)展歷史進程中,受到多期地殼運動的影響,從而造成不同時期不同構造應力場所形成的各種地質(zhì)構造發(fā)生疊加式改造。因而沂源斷塊中大的斷裂構造形跡比較復雜,總體表現(xiàn)為高角度壓扭性正斷層,其主斷裂面附近具有明顯擠壓構造特征,并成為阻水斷面。如北東向的上五井斷裂田莊段的劉家大峪東處,破碎帶寬 87 m,破碎帶內(nèi)地層為張夏與崮山組地層,而斷裂的西盤為徐莊組地層,東盤為中奧陶系地層,并且擠壓現(xiàn)象明顯,并見有小褶皺與透鏡體,為一阻水界面。但是其一側或兩側的斷層帶、影響帶及節(jié)理密集帶則是地下水流暢帶,巖溶順其發(fā)育而形成帶狀富水帶。

被中新生界覆蓋下的古生界灰?guī)r在斷裂破壞、地下水長期溶蝕和地下水動力條件變化的作用下,溶隙、溶洞較發(fā)育。由于斷層、節(jié)理、裂隙作用而發(fā)展起來的大小不等的溶洞、溶隙被后來的斷裂進一步改造連通成網(wǎng)絡狀、輻射狀通道時,其賦水性將進一步加強,成為具有“統(tǒng)一”地下水位的面狀地下水的富水區(qū)。如位于南麻盆地灰?guī)r隱伏區(qū)中的新城溫泉家園地熱深井,就是在沙溝斷裂的影響下,其裂隙、節(jié)理、溶隙發(fā)育而成為一地熱蓄水構造,經(jīng)實際鉆探,其單井涌水量 1 920m3/d,水溫 400℃

2 地質(zhì)構造對結晶巖裂隙水的控制

斷塊區(qū)內(nèi)結晶巖分布較廣,主要有太古界片麻巖、混合巖化變粒巖類;侵入巖類有閃長花崗巖及閃長玢巖等。在地質(zhì)構造作用下,其整體性遭受破壞,為地下水的賦存、運移提供了通道和空間。地質(zhì)構造控制了區(qū)內(nèi)結晶巖裂隙水的分布規(guī)律。按裂隙水的埋藏條件,主要以潛水形式賦存,有層狀水和脈狀水兩種賦存方式。

2.1 區(qū)域性節(jié)理對層狀水的控制

該斷塊區(qū)中的區(qū)域性節(jié)理由于受形成斷裂時的應力場作用,主要由北西向、北東向兩組,另有近東西向節(jié)理等,這些不同走向的節(jié)理把結晶巖分割成大小不等的菱形狀,裂隙在平面上組成網(wǎng)狀通道,這對地下水運移、富集有利。由于節(jié)理互相連通,在距地表一定的深度范圍內(nèi)組成了一個“統(tǒng)一”的含水層而形成層狀水。層狀裂隙水分布較均勻,水量小,埋藏深度亦小。如石橋、張家坡、東里等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的部分地區(qū),層狀裂隙水的埋藏深度一般在 5～8 m,水量在 4～10m3/h之間。

2.2 斷層破碎帶對脈狀水的控制

斷層破碎帶分布區(qū)內(nèi)巖石的裂隙度劇增,為地下水運動提供了良好的通道,同時也為地下水賦存提供了空間,尤其是斷層破碎帶充填膠結較差時更是如此。其富水程度受斷層破碎帶的規(guī)模與斷層性質(zhì)有關。如果規(guī)模大,延伸遠,則富水性就好;反之,則差。但同時又受斷層性質(zhì)的直接影響。由于沂源斷塊區(qū)中的斷層大多為壓扭性,因而在破碎帶主斷面富水性差,而在兩側富水性良好,而扭性斷層則上盤富水性較好。如上五井斷裂、金子山斷裂等線性構造都是脈狀水區(qū)與控制主導因素。

3 斷裂構造對風化裂隙水的控制

風化裂隙是一種表生構造,但是在構造裂隙基礎上風化裂隙進一步發(fā)育,形成密集均勻、相互連通的裂隙網(wǎng)絡。沂源斷塊區(qū)中片麻巖經(jīng)風化而成麻餅狀;花崗巖類、閃長玢巖等經(jīng)風化而成砂粒狀,它們均可為潛層水提供儲水空間。如金星閃長玢巖侵入體及韓旺的片麻巖等,經(jīng)風化都富含風化裂隙水。

4 結論

構造對地下水的控制主要表現(xiàn)在控制地下水的儲水空間,影響制約地下水的水力聯(lián)系,確定地下水的運移方向及富水帶。因而,在某種程度上,查明分析地質(zhì)構造在沂源斷塊區(qū)中對地下水的運移與富集機理,對評價與合理開發(fā)利用水資源具有重要的意義。

[1]《城市地下水工程與管理手冊》編寫委員會,城市地下水工程與管理,1993.

[2]殷昌平,孫庭芳等,地下水水源地勘查與評價,1993.