諸城西北部碎屑巖類孔隙水裂隙水水文地質(zhì)特征

王振濤，安寶山，史國萍，程凌云，高峰

(1.山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，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；3.山東省國土測繪院，山東 濟(jì)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(fā)育中生代萊陽群、大盛群及王氏群紫色、磚紅色粉砂巖、細(xì)砂巖、條帶狀泥質(zhì)粉砂巖夾薄層細(xì)砂巖等。為河流相沉積，巖石致密，裂隙不發(fā)育。20世紀(jì)70年代，對該地層內(nèi)分布的碎屑巖類孔隙、裂隙水進(jìn)行研究，認(rèn)為該孔隙、裂隙水賦存于風(fēng)化裂隙中，裂隙發(fā)育微弱，風(fēng)化帶發(fā)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(zhì)一般。該孔隙、裂隙水主要接收大氣降水補(bǔ)給，大部以片流的形式流失，僅少部沿風(fēng)化裂隙滲入地下。地下水動態(tài)受大氣降水和人工開采雙重影響。

研究發(fā)現(xiàn)，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(fā)育，地下水富水性明顯強(qiáng)于周邊地區(qū)。該文在對諸城西北部碎屑巖類孔隙、裂隙水全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，對其水環(huán)境進(jìn)行了初步的分析研究，對解決本地缺水區(qū)居民飲水問題提供找水努力方向[2-6]。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)內(nèi)發(fā)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(qū)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(qū)范圍圖1 工作區(qū)地理地質(zhì)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(zhèn)、程戈莊一帶，呈NE向展布。巖性以灰黃色、灰紫色中、薄層細(xì)—中、粗砂巖為主，含鈣質(zhì)團(tuán)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(xì)砂巖，偶見薄層泥質(zhì)泥晶灰?guī)r及泥晶白云巖。紅色巖段巖性為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖夾細(xì)砂巖，具有沙紋交錯層理及條帶構(gòu)造，主要為洪泛平原沉積。

1.1.3 王氏群

區(qū)內(nèi)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(zhì)粉砂巖夾薄層細(xì)砂巖，上部夾灰黃色鈣質(zhì)砂巖、黃綠色泥質(zhì)細(xì)砂巖。紅土崖組在諸城凹陷內(nèi)的賈悅一帶大面積分布，巖性主要為磚紅色、褐紅色泥質(zhì)粉砂巖、灰白色砂巖。中部見鈣質(zhì)砂巖，頂部和底部夾礫巖、砂礫巖。

1.1.4 第四系

區(qū)內(nèi)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(zhì)粘土、砂質(zhì)亞粘土及粘土質(zhì)粉砂，砂、礫及粉砂、粘土等混積物等，厚度5m左右。

1.2 構(gòu)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(gòu)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(jīng)歷了左行壓扭運(yùn)動階段。斷裂破碎帶寬約300m，斷裂西側(cè)的王氏群礫巖發(fā)生碎裂巖化，東側(cè)的大盛群泥質(zhì)粉砂巖發(fā)生緊密褶皺以及強(qiáng)烈劈理化。破碎帶的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，反映不同力學(xué)性質(zhì)的碎裂巖，劈理化帶寬度約20～50m，其中以壓扭性標(biāo)志最為發(fā)育。

1.2.2 昌邑-大店斷裂

該斷裂是沂沭斷裂帶的東界斷裂?？v貫整個工作區(qū)，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(fā)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(xiàn)等特征，長度數(shù)百米至數(shù)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(chǎn)狀275°∠70°～80°。破碎帶寬100余米，揉褶及劈理較發(fā)育，斷裂西盤往往發(fā)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(nèi)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?cái)嗔褞в休^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(zhèn)夏坡，往東被其他方向斷裂切割成數(shù)段，斷續(xù)延至城陽一帶，區(qū)內(nèi)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(xiàn)為大量的近平行的斷層組，在十千米范圍內(nèi)，發(fā)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(qū)，表現(xiàn)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(zhì)特征

2.1 地下水賦存特征

賦存于白堊紀(jì)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(xì)砂巖和粉砂巖。工作區(qū)內(nèi)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(jīng)歷了左行壓扭運(yùn)動階段。斷裂西側(cè)的王氏群礫巖發(fā)生碎裂巖化，東側(cè)的大盛群泥質(zhì)粉砂巖發(fā)生緊密褶皺以及劈理化，巖石裂隙不發(fā)育，富水性弱，單井涌水量20～90m3/d。研究區(qū)內(nèi)昌邑-大店斷裂附近，斷裂兩側(cè)巖石較“軟”，在壓扭應(yīng)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(qiáng)，裂隙不發(fā)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(qiáng)烈擠壓，巖石劈理化、揉皺發(fā)育，巖石強(qiáng)烈破碎，使得沙紋交錯層理發(fā)育的粉砂和具有溶孔的泥質(zhì)泥晶灰?guī)r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(gòu)造影響較小，巖石致密，形成相對隔水的巖石地層。區(qū)內(nèi)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(qū)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(dá)1800m3/d(圖2、圖3)。吳家樓東南一帶受吳家樓斷裂組影響，表現(xiàn)為大量近平行的斷層組，發(fā)育有十幾條斷裂，構(gòu)造較發(fā)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(xué)腐蝕，形成輕微的溶蝕構(gòu)造[9-12]，晚期呈右行剪切，發(fā)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(xiàn)為一條主斷面，且僅有少量重晶石脈產(chǎn)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(qū)；泉涌量(m3/d)；6—地下水流向圖2 工作區(qū)水文地質(zhì)圖

1—砂巖；2—泥質(zhì)粉砂巖；3—泥晶灰?guī)r、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(gòu)造概念模型圖

綜上所示，區(qū)內(nèi)碎屑巖類孔隙裂隙水主要賦存風(fēng)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(cè)受構(gòu)造及阻水地層影響，形成一帶狀較富水區(qū)域；景芝-賈悅斷裂和吳家樓斷裂組交會地帶，發(fā)育十幾條張性斷裂，右行剪切，形成斷裂破碎帶，成為該區(qū)相對富水區(qū)域。

2.2 地下水補(bǔ)徑排特征

大氣降水為工作區(qū)內(nèi)碎屑巖類孔隙裂隙水主要補(bǔ)給源。大氣降水沿風(fēng)化、斷裂裂隙滲入補(bǔ)給，地下水位受季節(jié)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(gòu)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(gòu)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(tài)特征

大氣降水為碎屑巖類孔隙裂隙水主要補(bǔ)給源，地下水水位受季節(jié)降水控制明顯，水位動態(tài)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(jìn)入雨季后，降水量增加，地下水位迅速回升至年內(nèi)最高。年內(nèi)水位最高點(diǎn)一般出現(xiàn)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(dá)5m。

圖4 碎屑巖類孔隙、裂隙水水位年變化動態(tài)圖

3 地下水質(zhì)量

3.1 地下水水化學(xué)特征

碎屑巖類孔隙水受區(qū)域地形地貌條件影響，多接受當(dāng)?shù)亟邓a(bǔ)給，徑流條件較差。地下水具有“就近補(bǔ)，就近排”的特點(diǎn)，地下水受當(dāng)?shù)厝祟惞こ袒顒佑绊?，地下水化學(xué)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(gòu)造活動影響，徑流條件相對較好，水交換較強(qiáng)裂，地下水化學(xué)類型與當(dāng)?shù)貛r性及補(bǔ)給來源有較大關(guān)系，以重碳酸型水為主(圖6)。

圖5 碎屑巖類孔隙水piper三線圖

圖6 碎屑巖類裂隙水piper三線圖

3.2 地下水質(zhì)量現(xiàn)狀及污染特征

3.2.1 地下水水質(zhì)量評價方法

3.2.2 地下水質(zhì)量現(xiàn)狀

1—地下水Ⅲ類區(qū)；2—地下水Ⅳ類區(qū)；3—地下水Ⅴ類區(qū)；4—第四系孔隙水分布區(qū)；5—地下水取樣點(diǎn)·圖7 工作區(qū)地下水質(zhì)量圖

3.2.3 地下水水質(zhì)動態(tài)特征

圖8 龍石頭河村監(jiān)測點(diǎn)主要化學(xué)組分對比柱狀圖

3.2.4 地下水污染機(jī)理初步分析

圖9 區(qū)域化肥施用量多年動態(tài)圖

4 地下水防治措施

(1)科學(xué)合理地施用化肥。提高氮肥的利用率，降低化肥的使用量，防止流失污染，推廣和發(fā)展長效碳銨和以碳銨為主的化肥，提倡施用農(nóng)家肥；合理灌溉，改大水漫灌為噴灌、滴灌，減少化肥的流失量?？梢酝ㄟ^政府部門適當(dāng)?shù)耐顿Y，改變農(nóng)業(yè)地區(qū)土地利用類型[19-20]。

(2)加強(qiáng)廢物資源化利用。對農(nóng)村生活垃圾及養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物、廢水應(yīng)進(jìn)行資源化、無害化處理，嚴(yán)禁隨地堆放，杜絕因固體廢棄物堆放產(chǎn)生的滲漏液污染淺層地下水。

(3)定期監(jiān)測。進(jìn)一步建立和健全地下水監(jiān)測網(wǎng)站，對地下水的水質(zhì)、水位進(jìn)行適時監(jiān)測，隨時掌握其變化規(guī)律。采取有效的技術(shù)措施，加速地下水的運(yùn)動，增加水量，以提高地下水的自凈能力。

5 結(jié)論

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