山東省兗西斷塊巖溶發(fā)育特征及分布規(guī)律研究

李洪亮 佘立根

(1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院,山東兗州 272100;2.山東省地質(zhì)探礦機(jī)械廠,山東濟(jì)南 250000)

山東省兗西斷塊巖溶發(fā)育特征及分布規(guī)律研究

李洪亮1佘立根2

(1.山東省魯南地質(zhì)工程勘察院,山東兗州 272100;2.山東省地質(zhì)探礦機(jī)械廠,山東濟(jì)南 250000)

北方巖溶地區(qū)特別是平原區(qū)的巖溶形態(tài)、分布規(guī)律、發(fā)育程度等,主要取決于地層巖性、構(gòu)造發(fā)育、埋藏條件及水動(dòng)力條件等因素。本次筆者以山東省為例,根據(jù)本區(qū)以多年積累的水源地勘探及成井資料,經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析,對兗西斷塊的巖溶發(fā)育特征及分布規(guī)律進(jìn)行探索。

兗西斷塊 巖溶 發(fā)育特征

1 基本情況

兗西斷塊—郭里集單斜巖溶水文地質(zhì)單元位于山東省西南部的濟(jì)寧-兗州-鄒城一帶，是一個(gè)東部由嶧山斷裂、北部由鄆城斷裂、西部由孫氏店斷裂和南部由鳧山斷裂控制，具有獨(dú)立的地下水補(bǔ)、徑、排和存儲條件的較為完整的水文地質(zhì)單元。兗西斷塊處于該水文地質(zhì)單元的北部，形成了一個(gè)相對獨(dú)立和完整的子水文地質(zhì)單元，屬于典型的隱伏型奧陶系灰?guī)r巖溶水水文地質(zhì)單元，與郭里集單斜水文地質(zhì)單元僅在接莊一帶存在微弱的水力聯(lián)系。山東省魯南地質(zhì)工程勘察院曾在該地區(qū)內(nèi)實(shí)施多期水文地質(zhì)勘探工作，查明多個(gè)富水地段，形成了王因、后朱亭、沈官莊、六股路等多個(gè)大中型水源地。本次筆者根據(jù)本區(qū)以多年積累的水源地勘探及成井資料，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，對兗西斷塊的巖溶發(fā)育特征及分布規(guī)律進(jìn)行探索。

2 巖溶發(fā)育特征(見圖1)

眾所周知，北方巖溶地區(qū)特別是平原區(qū)的巖溶形態(tài)、分布規(guī)律、發(fā)育程度等，主要取決于地層巖性、構(gòu)造發(fā)育、埋藏條件及水動(dòng)力條件等因素。本文將對鉆孔巖心巖溶發(fā)育程度和以上四個(gè)方面條件的進(jìn)行相關(guān)分析，總結(jié)本區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育特征及規(guī)律，為同類地區(qū)開展水文地質(zhì)勘查和確定富水地段提供成功經(jīng)驗(yàn)。

2.1 巖溶發(fā)育與地層巖性的關(guān)系

本區(qū)第四系厚度一般120—160m，隱伏地層巖性為奧陶系碳酸鹽巖，主要為灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r等，礦物成分以方解石、白云石為主，礦物成分為易溶鹽份，此為巖溶發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，地層巖性不同，巖溶的發(fā)育程度、形態(tài)特征也存在著較大的差異。一般情況下，奧陶系馬家溝組八陡段、五陽山段、北庵莊段等地層中，灰?guī)r質(zhì)底較純、堅(jiān)硬、性脆，受力時(shí)容易破碎，在構(gòu)造影響下?？尚纬奢^大規(guī)模的巖溶含水層段，但分布極不均勻；而閣莊段、土峪段等地層中以泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖成分為主，巖溶形態(tài)多以蜂窩狀、網(wǎng)格狀溶孔、溶洞為主，分布較均勻但規(guī)模較小，其間常充填或半充填有泥質(zhì)殘留物，連通性差；在白云巖質(zhì)地較純的地段，一般巖溶裂隙不發(fā)育。

2.2 巖溶發(fā)育與構(gòu)造的關(guān)系

構(gòu)造對巖溶發(fā)育的影響，主要是裂隙發(fā)育程度、延伸方向、組合形式等起作用。一般斷層附近的裂隙發(fā)育程度較高，縱橫交錯(cuò)的裂隙是地下水的良好通道，所以沿?cái)嗔褞У囟蔚膸r溶相對發(fā)育，斷層也常常是控制巖溶形態(tài)和分布格局的主要因素。如發(fā)育于曹洼至王因一帶的F2斷裂是控制本區(qū)巖溶發(fā)育與地下水富水性的主要構(gòu)造，F(xiàn)2斷裂位于工作區(qū)中部，總體走向?yàn)槟媳毕?，斷裂兩?cè)分布有較大面積的馬家溝組閣莊段與五陽山段碳酸鹽巖。斷裂構(gòu)造為地下水的富集和運(yùn)移提供了有利條件，現(xiàn)已查明的沈官莊—六股路富水地段與竹亭富水地段均位于該斷裂主徑流帶。另外，在F4斷裂和牛王斷裂的復(fù)合部位前竹亭村施工的鉆孔所揭露的巖溶發(fā)育均較好，最大發(fā)育深度達(dá)430m，巖溶發(fā)育段厚度24-30m之間，可見，多個(gè)構(gòu)造共同作用下，巖溶發(fā)育程度則更高。本區(qū)遠(yuǎn)離斷裂的地段，巖溶發(fā)育一般較差。

2.3 巖溶發(fā)育與水動(dòng)力條件關(guān)系

水動(dòng)力條件對碳酸鹽巖巖溶發(fā)育起到關(guān)鍵的作用。地下水對碳酸鹽巖的侵蝕性主要是因?yàn)榈叵滤泻蠧O2，隨CO2的不斷消耗而降低，地下水和碳酸鹽巖的水巖作用也逐步降低。而在地下水的流通條件好的地段，地下水經(jīng)過不斷的徑流、循環(huán)、更新，能補(bǔ)充新鮮的侵蝕性CO2，水巖作用也就越強(qiáng)烈，因而也促進(jìn)了巖溶發(fā)育。而在張性斷層兩側(cè)裂隙一般較為發(fā)育，為地下水徑流提供了良好的通道，本區(qū)沿F2斷層地帶為巖溶地下水強(qiáng)徑流帶，巖溶發(fā)育較強(qiáng)，也印證了上述規(guī)律。

圖1 區(qū)域基巖水文地質(zhì)略圖

圖2 巖溶發(fā)育深度圖

2.4 巖溶發(fā)育與埋藏條件的關(guān)系

不同的埋藏條件下，地下水的徑流程度不同，巖溶發(fā)育差異較大。煤系地層下伏的碳酸鹽巖比隱伏于第四系之下的埋藏深度大，透水性差，巖溶發(fā)育也較差(見圖2），如Y3號鉆孔揭露的石炭系之下的奧陶系碳酸鹽巖僅有少量連通性較差的溶孔。第四系淺覆蓋的地段一般比深覆蓋的地段透水性好，巖溶發(fā)育也好，如后竹亭村北TC-02孔揭露基巖頂板埋深130m，巖溶發(fā)育層次較多，厚度較大(約20m)，而兗州城西兗州熱電有限公司供水井基巖頂板埋深165m，揭露的巖溶發(fā)育僅3層，厚度7．6m。相同地層巖性和構(gòu)造條件，隨著埋深的不同，巖溶發(fā)育程度也不同。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，本區(qū)巖溶發(fā)育深度主要集中在150-400m，400m以下巖溶發(fā)育程度一般較低。

3 兗西斷塊巖溶空間分布規(guī)律

總觀全區(qū)，總體上本區(qū)巖溶具有以下分布規(guī)律。

(1)在平面上，東南部竹亭地段及中部的沈官莊—六股路—曹洼地段主要為灰?guī)r分布區(qū)，巖溶發(fā)育較好，其余地段相對較差。

(2)在垂向上，一般來講淺部巖溶發(fā)育較好，深部較差，隨著深度的增加，地下水徑流強(qiáng)度減弱，巖溶發(fā)育程度亦逐漸減弱，區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育多集中在埋深150-400m之間；

(3)在構(gòu)造影響帶尤其是構(gòu)造復(fù)合部位，裂隙巖溶發(fā)育程度好，易形成強(qiáng)富水地段，在遠(yuǎn)離構(gòu)造帶地區(qū)發(fā)育程度差，富水性一般；

(4)地下水主徑流帶及其排泄區(qū)巖溶較發(fā)育，如沈官莊、六股路、曹洼地段處于地下水主徑流帶，竹亭地段處于排泄區(qū)，巖溶發(fā)育均較好。

4 水文地質(zhì)意義

通過以上分析，碳酸鹽巖地層是地下巖溶水發(fā)育的基礎(chǔ)條件，構(gòu)造和裂隙發(fā)育為巖溶地下水的賦存、運(yùn)移提供了空間條件，埋藏深度適宜，地下水的徑流條件好，加快了水巖作用，有利于巖溶洞穴的形成，巖溶發(fā)育好的地段，往往能形成具有開采價(jià)值的水源地。如本區(qū)的后竹亭地段、沈官莊—六股路及曹洼地段，奧陶系中統(tǒng)碳酸鹽巖巖溶發(fā)育，地下水的賦存條件好，形成單位涌水量1000m3/d·m左右的強(qiáng)富水區(qū)，在六股路村南集中施工的6個(gè)鉆孔，巖溶發(fā)育累計(jì)厚度在6-12m之間，平均單位涌水量達(dá)到了1022．2m3/d·m，富水性較好。

由此總結(jié)和推理，在北方平原區(qū)隱伏巖溶地區(qū)尋找富水地段或者大中型水源地，可以將碳酸鹽巖埋藏較淺、構(gòu)造裂隙發(fā)育、地下水徑流條件較好的地段作為重點(diǎn)靶區(qū)，配合物探手段確定成井富水地段，最終鉆探成井，可以提高水源地勘探的效率和成功率。

李洪亮,男,1981年10月出生,本科學(xué)歷,現(xiàn)工作于山東省魯南地質(zhì)工程勘察院,任職水工環(huán)工程師。

佘立根,男,1980年5月出生,現(xiàn)工作于山東省地質(zhì)探礦機(jī)械廠。