巖漿巖地區(qū)富水性分級與蓄水構(gòu)造研究

李波，韓玉英，關(guān)琴，吳璇，劉春偉

(山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014)

0 引言

20世紀七八十年代，全國先后完成了1∶20萬水文地質(zhì)調(diào)查工作，隨后又開展了不同比例尺的水文地質(zhì)調(diào)查工作，對不同含水巖組富水性等級進行了初步劃分，并提出了儲水構(gòu)造、蓄水構(gòu)造、新構(gòu)造控水、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等理論[1-7]。在以往水文地質(zhì)調(diào)查編圖中，一般將巖漿巖區(qū)地下水富水性籠統(tǒng)地劃定為<100m3/d，作為主要貧水地區(qū)，并不利于該區(qū)的找水定井及地下水開發(fā)利用[8]。

為提高水文地質(zhì)調(diào)查與編圖精度，自2012年以來，中國地質(zhì)調(diào)查局和原山東省國土資源廳在魯中南地區(qū)陸續(xù)開展了1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查工作。在編制1∶5萬水文地質(zhì)圖時，對沉積巖類含水巖組富水性進行了更加詳細的劃分，而巖漿巖區(qū)裂隙水主要分布在風化裂隙中，部分發(fā)育在構(gòu)造裂隙中，其富水等級劃分并沒有形成統(tǒng)一認識。鑒于此，該文結(jié)合已開展的1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查工作，以顏莊幅、趙格莊幅為例，總結(jié)了巖漿巖區(qū)富水性等級劃分的主要影響因素，細化了富水性分級，為今后水文地質(zhì)調(diào)查及編圖工作提供一定科學依據(jù)，為巖漿巖區(qū)找水定井指明了新方向，具有實際意義。

1 區(qū)域背景

1.1 地質(zhì)條件

山東地區(qū)巖漿活動十分頻繁，從太古宙至新生代都有發(fā)現(xiàn)，可劃分為遷西、阜平—五臺、呂梁、四堡、晉寧、震旦、加里東、印支、燕山及喜馬拉雅等各巖漿活動期。除遷西期、阜平期、燕山期及喜馬拉雅期有較多火山活動外，其他巖漿活動期均以巖漿侵入活動為主。巖漿巖出露面積約30976km2，主要分布在魯中山區(qū)及魯東地區(qū)，約占全省陸地面積的20%。以燕山期巖漿巖出露面積最大，其次為呂梁期及晉寧—震旦期巖漿巖，加里東—印支期及四堡期巖漿巖分布最少。

巖漿巖在空間上具有區(qū)域成帶分布特點，在時間上則顯示多旋回活動的特點，在形成上具有多成因的特點，因此巖漿巖在時空分布上的“區(qū)域成帶性”、“多旋回性”和“多成因性”是山東省巖漿巖分布的基本規(guī)律[9-10]。

1.2 水文地質(zhì)條件

巖漿巖區(qū)地下水類型為巖漿巖類裂隙水，水文地質(zhì)條件相對簡單。地下水主要分布在地表風化層及斷裂構(gòu)造裂隙中。風化層厚度約10～30m，裂隙發(fā)育，其基底與地面起伏大體一致。地下水呈帶狀分布于山谷或溝底等地勢低洼處。巖漿巖受構(gòu)造、風化作用的影響，發(fā)育網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的風化裂隙及線性結(jié)構(gòu)的構(gòu)造裂隙，裂隙水主要分布在地表風化殼裂隙及構(gòu)造裂隙之中，呈網(wǎng)格狀和線性分布[11]。

巖漿巖地區(qū)富水性一般較弱，埋藏較淺，受季節(jié)性控制明顯，地下水水位隨季節(jié)變化而變化。大氣降水是地下水主要補給來源，在地勢低處可接受松散巖類孔隙水和地表水補給及高處巖漿巖類裂隙水徑流補給。其補給程度與地形地貌、裂隙發(fā)育程度關(guān)系密切，由于地形坡度較大，大部分降水以表流產(chǎn)出，少量沿裂隙發(fā)育方向滲入地下形成徑流。地下水運動受地形條件控制，隨地形坡向成散流狀態(tài)，在溝底及構(gòu)造破碎帶發(fā)育處，常呈下降泉方式排泄。整體表現(xiàn)為就地補給、淺部運動、短途排泄。在局部地區(qū)，受斷裂阻水、地形坡度變小等因素影響，往往富水性較好，形成相對富水區(qū)。

2 富水性分級

巖漿巖地區(qū)水文地質(zhì)條件單一，在區(qū)域上，地下水富水性受地形條件控制明顯，匯水條件決定了地下水的富水程度。因此，該文在富水性劃分時，以小流域為單元進行整體把控，并充分考慮區(qū)內(nèi)的主要蓄水構(gòu)造這一關(guān)鍵影響因素。

2.1 小流域單元的富水性劃分

在巖漿巖出露區(qū)，地貌類型基本上以中低山、丘陵為主，地形起伏變化大。該地形地貌決定了巖漿巖區(qū)往往是多條河流、支流的發(fā)源地，形成多個局部小流域單元。

巖漿巖地區(qū)富水性劃分時主要考慮地下水循環(huán)條件和地表水的匯水條件。在小流域單元內(nèi)河谷地帶，尤其是山間河谷下游地勢相對平緩處，地下水易于儲存富集，富水性較強(圖1)。在小流域單元的地表分水嶺附近，匯水條件較差，地下水不易儲存富集，一般富水性較差。

1—單井涌水量<10m3/d；2—單井涌水量10～50m3/d；3—單井涌水量>300 m3/d；4—黑云英云閃長巖；5—斜長角閃巖；6—第四紀砂土；7—斷層；8—裂隙水流向圖1 山間河谷地帶富水性剖面圖

2.2 富水性級別劃分——以顏莊幅1∶5萬水文地質(zhì)圖為例

顏莊幅(J50E024016)位于魯中南山區(qū)大汶河流域，牟汶河是區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的河流，控制幅域范圍近70%。該區(qū)屬低山丘陵區(qū)，地貌類型劃分為構(gòu)造侵蝕、侵蝕剝蝕、剝蝕溶蝕地貌、侵蝕溶蝕地貌和堆積地貌等。圖幅涉及新甫山凸起—泰安凹陷—魯山凸起等四級構(gòu)造單元，受斷裂控制發(fā)育萊蕪盆地和魯村盆地。出露地層以各期侵入巖和古生代碳酸鹽巖為主，新生代第四紀地層主要沿牟汶河及其支流兩岸分布，其中巖漿巖區(qū)主要分布在圖幅中東部、萊蕪盆地外弧斷裂以東。

野外調(diào)查完成后，對巖漿巖區(qū)水文調(diào)查點進行整理投圖。在充分分析原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，考慮地形地貌、構(gòu)造斷裂、侵入體巖性、地下水補徑排條件等因素，參照1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查編圖規(guī)范及相關(guān)資料[12-15]，對巖漿巖區(qū)富水性進行了細分，劃分為<10m3/d，10～50m3/d，50～300m3/d，>300m3/d 4個等級(圖2)。

1—第四系覆蓋區(qū)；2—碳酸鹽巖分布區(qū)；3—碎屑巖分布區(qū)；4—單井涌水量<10m3/d；5—單井涌水量10～50m3/d；6—單井涌水量50～300m3/d；7—單井涌水量>300m3/d；8—隱伏區(qū)單井涌水量50～300m3/d；9—隱伏區(qū)單井涌水量>300m3/d；10—斷裂與推測斷裂；11—地下水流向；12—地下水系統(tǒng)分界線；13—富水性分區(qū)界線圖2 顏莊幅巖漿巖區(qū)富水性劃分圖

(1)富水性強區(qū)：單井涌水量>300m3/d，分布面積小，主要在深切溝谷地區(qū)。地勢低洼或受斷裂影響巖石破碎，裂隙發(fā)育，具有良好的儲水空間、導水通道與匯水面積，富水性強。

(2)富水性中等區(qū)：單井涌水量50～300m3/d，分布在萊蕪盆地外弧斷裂東側(cè)及構(gòu)造侵蝕形成的深切溝谷地區(qū)。太古代、元古代及中生代各期花崗巖裂隙含水巖組，匯水面積較大，裂隙較為發(fā)育，地下水易于富集儲存，屬流域地下水匯集排泄區(qū)，富水性較強。

(3)富水性貧乏區(qū)：單井涌水量10～50m3/d，地貌類型多屬于侵蝕剝蝕低山—丘陵區(qū)，地勢相對較高，表層風化裂隙不發(fā)育，風化層厚度一般小于20m，裂隙細小且多被填充，地下水主要接受大氣降水補給，屬流域地下水徑流區(qū)，富水性較弱。

(4)富水性極貧乏區(qū)：單井涌水量<10m3/d，主要分布在海拔較高的中低山、丘陵及分水嶺附近，地貌類型多屬于構(gòu)造侵蝕中低山及侵蝕剝蝕低山，屬流域地下水補給區(qū)，地下水處于快補、快排狀態(tài)，地形條件不利于地下水儲存，富水性極差。

3 蓄水構(gòu)造研究

在巖漿巖地區(qū)進行富水性分級劃分時，除了以小流域為單元宏觀把控之外，還應充分考慮區(qū)內(nèi)的主要蓄水構(gòu)造。對于存在蓄水構(gòu)造區(qū)域，富水性等級應依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進行適當提高。巖漿巖地區(qū)常見蓄水構(gòu)造主要有斷裂型、巖脈型、不同期次巖體接觸帶型和復合型，其特征介紹如下。

3.1 斷裂型蓄水構(gòu)造

斷裂型蓄水構(gòu)造是巖漿巖地區(qū)主要蓄水構(gòu)造，也是常見蓄水構(gòu)造。其富水帶水量大小，主要取決于斷裂力學性質(zhì)、規(guī)模、補水條件等因素。斷裂蓄水主要是由于斷裂作用所產(chǎn)生的密集裂隙或破碎帶，提供了地下水富集的場所。其次就是某些斷裂的阻水作用，致使斷裂兩側(cè)地下水相對富集[16-17]。

(1)張性斷裂：在拉伸應力的作用下，斷裂帶及圍巖區(qū)域巖石破碎、裂隙發(fā)育、巖石結(jié)構(gòu)疏松，形成了良好的儲水空間，成為地下水主要富集區(qū)。例如招遠市南橫溝村豐儀斷裂、欒家河斷裂，帶內(nèi)構(gòu)造角礫粗大、裂隙發(fā)育，形成條帶狀富水區(qū)(圖3)。

(2)壓性斷裂：受斷層擠壓致使斷裂兩側(cè)巖體發(fā)生扭曲變形，形成一個相對阻水帶。裂隙水沿地形坡度向此次匯集后，受阻水帶阻擋在兩側(cè)相對富水區(qū)。

不同規(guī)模斷裂，富水性也不近相同。從各類斷裂在構(gòu)造體系中看，壓性斷裂富水帶的規(guī)模常常最大，扭性次之，張性最小。斷裂之間的復合關(guān)系對地下水的富集影響也很大。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)。

3.2 巖脈型蓄水構(gòu)造

在巖漿巖地區(qū)，發(fā)育著不同走向的侵入巖脈，改變了區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)條件。對于平行與地下水流向的巖脈，會使含水巖組相互溝通，加大了地下水補給區(qū)面積，提高了下游的富水性；對于垂直于地下流向的巖脈，對地下水起了一定的攔截作用，往往在上游一側(cè)地下水富集，形成相對富水區(qū)[18]。例如，在趙格莊幅內(nèi)吳家莊村，在蠶山西側(cè)發(fā)育一條斜長角閃巖脈，地下水受巖脈阻擋后形成富水區(qū)，單井涌水量可達300～800m3/d(圖4)。

3.3 不同期次巖體接觸帶型蓄水構(gòu)造

不同時期巖體侵入時擠壓圍巖形成局部壓扭和張扭性裂隙，同時巖體在冷凝過程中形成橫向性張性裂隙，增添了儲水空間，形成地下水富水區(qū)。在趙格莊幅集東溝村附近，多期侵入巖體侵入，巖石結(jié)構(gòu)松散，裂隙發(fā)育，形成富水區(qū)域(圖5)。

1—單井涌水量10～50m3/d；2—單井涌水量>300m3/d；3—黑云英云閃長巖；4—斜長角閃巖；5—奧長花崗巖；6—裂隙水流向圖5 不同期次巖體接觸帶型蓄水構(gòu)造剖面圖

接觸帶的富水性主要受接觸性質(zhì)、圍巖區(qū)域含水條件和補給條件等因素制約。首先，若接觸面與斷裂面重合，則儲水條件比單純侵入要好；其次圍巖若是片麻狀巖體，本身裂隙較為發(fā)育，再受侵入巖體影響，常形成大面積的富水區(qū)；最后當接觸帶與地下水徑流方向垂直，則富水條件最為有利，反之則差。

3.4 復合型蓄水構(gòu)造

由兩種以上蓄水構(gòu)造共同構(gòu)成某一地下水富集帶時，則成為復合型蓄水構(gòu)造。巖漿巖地區(qū)蓄水構(gòu)造常為復合型蓄水構(gòu)造。例如在不同期次巖體接觸帶、巖脈帶常與斷裂共同存在，這也強化了地下水富集條件，形成強富水區(qū)。

4 結(jié)論

巖漿巖地區(qū)為主要貧水地區(qū)，解決該地區(qū)吃水用水難題具有重要的社會與經(jīng)濟價值。該文在近幾年1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查工作基礎(chǔ)之上，對該地區(qū)富水性分級及蓄水構(gòu)造模式進行了初步探討，得出如下結(jié)論：

(1)提出在巖漿巖地區(qū)以小流域為單元進行富水性分級理念。劃分時應充分考慮區(qū)域地形地貌、巖體巖性、構(gòu)造斷裂、地下水系統(tǒng)、地下水補徑流條件等因素，富水性初步劃分為<10m3/d，10～50m3/d，50～300m3/d，>300m3/d 4個等級。

(2)總結(jié)以往巖漿巖地區(qū)不同富水機理，提出斷裂型、巖脈型、不同期次巖體接觸型和復合型4種蓄水構(gòu)造模型，分析富水機理，進一步指導巖漿巖區(qū)找水定井工作。