莒縣沭河下游地區(qū)水文地質(zhì)條件及富水塊段特征

顏翠翠，韓琳，譚志容，朱恒華，王煒龍，高揚，孫曉曉

(1.山東省地勘局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊,山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州 253072；2.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，山東 濟南 250014;3.山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟南 250013)

0 引言

近年來隨著經(jīng)濟社會和工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，對地下水資源的需求量日益增加，水資源短缺矛盾已成為制約社會發(fā)展因素之一。加之缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和管理，引發(fā)了諸如地下水水位下降，泉水枯竭等地質(zhì)環(huán)境問題，又制約了地下水資源的開發(fā)[1-8]。為此，本文結(jié)合在魯東南低山丘陵區(qū)開展的1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查工作，以莒縣幅為例，從含水巖組類型及富水性、地下水補徑排特征、地下水化學特征等方面詳細論述了莒縣沭河下游地區(qū)水文地質(zhì)條件，研究了有集中供水意義的第四系孔隙水富水地段水文地質(zhì)性質(zhì)，總結(jié)了兩種典型蓄水構(gòu)造模型，為區(qū)內(nèi)地下水資源合理開發(fā)利用[9-13]，找水定井指明了新方向。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理位置

研究區(qū)地處魯東南低山丘陵區(qū)，位于日照市西部，處于“一帶一路”重要節(jié)點和山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)、魯南經(jīng)濟帶重要交會點上[14-16]。地形總的趨勢是北部高，南部低。沭河自北向南縱貫全縣。屬于暖溫帶季風氣候，多年(1956—2017年)年平均氣溫12.5℃。屬于淮河流域沂沭河水系，地表水系發(fā)育。沿河流建設有眾多水庫，依托沭河和嶠山水庫以及上游的青峰嶺、小仕陽水庫，建有“沭水東調(diào)”大型調(diào)水工程。

1.2 地層巖性

中部出露第四系，厚度778m。西部邊界區(qū)段主要出露白堊紀王氏群紅土崖組，東部依次為白堊紀青山群八畝地組和大盛群地層以及中生代正長斑巖、元古代輝長巖和二長花崗巖等(圖1)。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)位于沂沭斷裂帶內(nèi)，昌邑-大店和安丘-莒縣斷裂形成的地塹內(nèi)。主要有沂沭斷裂帶，丹汞山斷隆夏莊凹陷，安丘-莒縣斷陷金冢子凹陷和莒縣凹陷，膠萊盆地五蓮-莒南斷陷中樓凹陷等4個構(gòu)造單元[17-20](圖1)。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 含水巖組與富水性

根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水的賦存條件及分布規(guī)律，巖石的水理性質(zhì)及其地下水的水力特征，其含水巖組分為松散巖類孔隙含水巖組、碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組、碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組和基巖裂隙水含水巖組4類[21-24]；對應的地下水類型分別為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水和基巖裂隙水(圖2)。

松散巖類孔隙水分布在沭河山間盆地及其支流的河谷地區(qū)，賦存在第四系沖積、沖洪積層不同粒徑的砂及砂礫石中，水量豐富，是莒縣沭河下游地區(qū)工農(nóng)業(yè)及生活用水的重要來源。其中山間河流沖積、沖洪積孔隙水單井涌水量1000～3000m3/d，丘陵坡麓坡洪積、殘坡積孔隙水單井涌水量在100～500m3/d。

碎屑巖類孔隙裂隙水主要賦存在白芬子-浮來山斷裂以東、昌邑-大店斷裂以西，和中樓鎮(zhèn)-寨里河-陵陽鎮(zhèn)-店子集-嶠山鎮(zhèn)以東的中生代白堊系砂巖中。富水性較差，單井涌水量多小于100m3/d，以風化裂隙水為主。但局部地段構(gòu)造發(fā)育，賦存構(gòu)造裂隙水，富水性明顯增強。在巖脈穿插、構(gòu)造破碎帶、地層巖性接觸帶及溝谷底部裂隙發(fā)育的地段，多見泉點出露。

碳酸鹽巖類裂隙巖溶水主要分布在大薛莊西北的局部灰?guī)r出露地區(qū)，賦存在奧陶紀馬家溝群五陽山組、北庵莊組灰?guī)r中，灰?guī)r裂隙溶洞發(fā)育，地下水富水性強，單井涌水量大于1000m3/d。在區(qū)內(nèi)出露有任家莊泉和大薛莊泉。

1—松散巖類孔隙水單井涌水量1000～3000m3/d；2—松散巖類孔隙水單井涌水量500～1000m3/d；3—松散巖類孔隙水<500m3/d；4—碎屑巖孔隙裂隙水涌水量50～100m3/d；5—碎屑巖孔隙裂隙水涌水量<50m3/d；6—碎屑巖夾碳酸鹽巖孔隙巖溶裂隙水<50m3/d；7—碳酸鹽巖裂隙巖溶水1000～5000m3/d；8—大理巖巖類巖溶裂隙水<500m3/d；9—塊狀巖類裂隙水<50m3/d；10—噴出巖類孔洞裂隙水；11—地下水類型界線；12—淺層孔隙水富水性界線；13—地下水礦化度界線(g/L)；14—實測及推測斷層；15—剖面線及編號；16—地下水流向；17—富水塊段；18—水文地質(zhì)鉆孔(編號/孔深(m)、涌水量(m3/d)、降深度(m))；19—泉編號/流量(m3/d)圖2 莒縣沭河下游水文地質(zhì)簡圖

基巖裂隙水賦存在中生代、元古代侵入巖和青山群噴出巖的風化裂隙和構(gòu)造裂隙中。主要分布在白芬子-浮來山斷裂以西的南王家?guī)X一帶，和昌邑-大店斷裂以東的大部分地區(qū)。單井涌水量一般小于50m3/d，在區(qū)內(nèi)有多處泉點出露。

2.2 地下水補徑排特征

由于地形地貌、含水介質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、氣象、水文和人類活動等因素的影響[25-27]，導致不同類型地下水的循環(huán)運動方式存在著明顯差異。

(1)松散巖類孔隙水?？紫端邮芙邓霛B補給外，同時接受河流及河谷兩側(cè)基巖側(cè)向徑流補給，灌溉回滲補給也是其補給來源之一。區(qū)內(nèi)地下水位埋深較淺，地表巖性松散，垂向徑流為地下水的主要運動形式，水平方向上徑流方向總體與地表水一致。豐水期孔隙水接受地表水補給，水位抬升，枯水期河流則成為地下水的排泄帶。地下水的排泄形式以人工開采和垂向蒸發(fā)為主。

(2)碎屑巖類孔隙裂隙水。大氣降水是其主要補給來源，地下水運動與地形變化一致，但受巖層透水性差的影響，徑流速度慢，徑流量較小。排泄方式以開采、地下徑流為主。

(3)碳酸鹽巖類裂隙巖溶水。覆蓋層較薄或基巖直接裸露地表，接受大氣降水的入滲補給。巖溶裂隙水的徑流受地形、地質(zhì)構(gòu)造和巖溶發(fā)育條件的控制，水總體流向與地形坡向基本一致。西部任家莊-大薛莊一帶碳酸鹽巖類裂隙巖溶水自西向東流向區(qū)內(nèi)。大理巖巖類巖溶裂隙水自東南向西北流向嶠山水庫。泉是巖溶裂隙水的主要排泄方式。據(jù)20世紀80年代完成的1∶20萬區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查資料，大薛莊泉排泄流量1257.9m3/d，任家莊泉排泄流量310.5m3/d。現(xiàn)在泉流量已大幅減小，分別為580m3/d，211.68m3/d(圖3、圖4)。

1—奧陶紀馬家溝群五陽山組灰?guī)r；2—白堊紀青山群八畝地組二段安山巖圖3 任家莊泉剖面圖

1—奧陶紀馬家溝群北庵莊組灰?guī)r；2—白堊紀青山群八畝地組一段角礫巖圖4 大薛莊泉剖面圖

(4)基巖裂隙水。主要接受大氣降水入滲和上游基巖徑流補給。由于地形陡峻，溝谷發(fā)育，而且?guī)r石致密，風化深度較淺，裂隙細小，大氣降水僅有部分通過風化殼松散物滲入基巖裂隙含水層中，大部分轉(zhuǎn)化為地表水排走。上游基巖裂隙水在水力坡度作用下，沿地面坡降的方向補給區(qū)內(nèi)裂隙水，并同大氣降水補給部分一起沿裂隙由高處向下游徑流?；鶐r裂隙水受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造控制，隨地形坡向成散流狀，無統(tǒng)一水面，地下水徑流方向與地形坡降方向一致。排泄途徑主要是排入第四系坡積洪積層中，形成第四系孔隙水和流向溝谷中直接形成地表水。

2.3 地下水動態(tài)特征

現(xiàn)狀條件下，由于人工開采和工程活動的影響，孔隙水地下水位整體上呈下降趨勢(圖5)，特別是在莒縣縣城北的董家屯、牛家村-沈家村-豐家村、七里墩子以及沭河東的董家城子、王家坪一帶，水位降幅0.28～1.60m/a，改變了地下水的局部流向(表1)。

圖5 莒縣陵陽鎮(zhèn)岳家莊科村監(jiān)測孔水位動態(tài)

表1 孔隙水水位埋深變化情況一覽表

3 地下水典型富水塊段特征分析

3.1 松散巖類孔隙水富水塊段

研究區(qū)內(nèi)查明了松散巖類孔隙水含水層特征和富水性，圈定了姚家村-魏家村-東陳家村、岔河-董家城子-王家墩頭、西湖村-借莊3處有集中供水意義的富水地段(圖2)。塊段內(nèi)含水砂層累計厚度平均約10～12m，地下水位埋深豐水期多在3～7m、枯水期4～8m。依據(jù)區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件，結(jié)合抽水試驗取得的單井涌水量，按平均布井法計算，區(qū)內(nèi)松散巖類孔隙水地下水富水地段地下水可開采資源量為2395.50萬m3/a。其中姚家村-魏家村-東陳家村富水地段可開采資源量1033.58萬m3/a，岔河-董家城子-王家墩頭富水地段可開采資源量1137.94萬m3/a，西湖村-借莊富水地段可開采資源量223.98萬m3/a。地下水補給來源主要有大氣降水、河水側(cè)滲以及孔隙水下滲。

3.1.1 姚家村-魏家村-東陳家村富水塊段

主要分布在沭河以西，姚家村-魏家村-東陳家村一帶，面積25.76km2，地層以第四紀臨沂組和沂河組中粗、粗砂礫為主，含水砂層累計厚度平均約12m，地下水位埋深豐水期多在5～7m、枯水期5～8m。單井涌水量在1000～3000m3/d，從平行河流方向來看，砂層厚度向南有變厚趨勢；從垂直河流方向來看，砂層厚度向東有變厚趨勢。

3.1.2 岔河-董家城子-王家墩頭富水塊段

該區(qū)主要分布在沭河以東，岔河-董家城子-王家墩頭一帶，面積13.71km2，地層以第四紀臨沂組和沂河組中粗、粗砂礫為主，含水砂層累計厚度平均約10m，地下水位埋深豐水期多在4～7m、枯水期4～8m。單井涌水量在1000～3000m3/d，從平行河流方向來看，砂層厚度向南有變厚趨勢；由于垂直河流的剖面切過沭河及支流，砂層厚度較均勻。

3.1.3 西湖村-借莊富水區(qū)

該區(qū)主要分布在沭河以東，西湖村-借莊一帶，面積28.14km2，地層以第四紀臨沂組和沂河組中粗、粗砂礫為主，含水砂層累計厚度平均約10m，地下水位埋深豐水期多在3～5m、枯水期4～7m。單井涌水量在1000～3000m3/d。從平行河流方向來看，由于沭河下游基巖出露，空間上表現(xiàn)出自北向南出現(xiàn)中間厚，兩頭薄的現(xiàn)象(圖6)；垂直河流方向也表現(xiàn)出中間厚，兩頭薄的現(xiàn)象(圖7)。

1—黏土；2—砂層；3—淤泥；4—地質(zhì)界線；5—地下水位線；6—地下水流向圖6 I—J水文地質(zhì)剖面圖

1—黏土；2—砂層；3—淤泥；4—地質(zhì)界線；5—地下水位線；6—地下水流向圖7 K—L水文地質(zhì)剖面圖

3.2 碳酸鹽巖裂隙巖溶水富水地段

碳酸鹽巖裂隙巖溶水主要賦存在奧陶紀馬家溝群五陽山組、北庵莊組灰?guī)r中，裂隙溶洞發(fā)育，地下水富水性強，單井涌水量大于1000m3/d。在區(qū)內(nèi)出露有任家莊泉(泉流量為211.68m3/d,169.3m3/d,49.1m3/d)和大薛莊泉(泉流量580m3/d)。

大薛莊泉東北35m處的JXZK01孔，地處低山與丘陵接觸帶，地面標高120～140m之間，地勢西高東低。此點西北、點東出露大面積厚層灰?guī)r；而在點東南地勢低洼，地表出露安山巖風化殼。西部的奧陶紀馬家溝群北庵莊組厚層灰?guī)r，為強透水巖層。地下水大致由西向東流動，接受大氣降水和西部側(cè)向徑流補給；在東部受到青山群八畝地組安山質(zhì)角礫巖相對不透水巖層的阻擋，形成典型地層阻水型蓄水構(gòu)造的富水帶(圖8)。在點東北25m的地勢低洼處，形成大薛莊泉，成為西部巖溶地下水的排泄區(qū)。泉水水質(zhì)達偏硅酸鹽型礦泉水標準。

施工的JXZK01孔，孔深130.0m，0～5.70m為青山群八畝地組一段紫紅色安山質(zhì)角礫巖。風化殼厚度1m。5.7～130.0m為北庵莊組淺灰色、灰白色厚層灰?guī)r。24.0～27.0m，59.1～61.9m裂隙溶孔發(fā)育、有水蝕現(xiàn)象，鉆探過程中有漏水現(xiàn)象。鉆孔靜水位埋深5.4m，降深1.16m時，單井涌水量400.32m3/d，單位涌水量達345.1m3/d·m。

該富水塊段多年平均開采量為3412.68m3/d，采用水均衡法概算允許開采量為4172.06m3/d，水化學類型為HCO3·Cl型，TDS為494.5mg/L，pH為8.20。適用于集中式生活飲用水水源及工農(nóng)業(yè)用水。

1—奧陶紀馬家溝群北庵莊組灰?guī)r；2—地下水位線；3—已有機井編號；4—中生代白堊紀青山群八畝地組一段；5—地下水流向；6—施工水文地質(zhì)鉆孔編號圖8 大薛莊地層阻水型蓄水構(gòu)造

3.3 碎屑巖類孔隙裂隙水富水地段

分布在閆莊鎮(zhèn)馬顧屯南-許家莊西一帶的大盛群田家樓組一段砂巖、礫巖出露區(qū)。地處研究區(qū)西北部丘陵地區(qū)，地面標高在110～120m之間，地勢由西北高、東南低，地面坡降0.2%～1.8%。地表水系發(fā)育，位于黃花河和柳青河之間。構(gòu)造復雜，NW--SE向和SW--NE向斷裂交錯分布，以壓扭性和扭性斷裂為主。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為山前組黃褐色黏土和大盛群田家樓組一段紫紅色粉砂巖。地下水以碎屑巖孔隙裂隙水為主，主要賦存于大盛群田家樓組砂巖、礫巖的風化和構(gòu)造裂隙中。水化學類型為HCO3·Cl-Ca型水，TDS為415.5mg/L，pH為8.15。適用于集中式生活飲用水水源及工農(nóng)業(yè)用水。

如閆莊鎮(zhèn)許家莊JXZK07孔，孔深109.10m，鉆遇地層以田家樓組一段紫紅色粉砂巖、泥巖、灰綠色礫巖為主，風化殼厚度0.5m，41.70～42.20m,55.80～58.40m見水蝕跡象。水位埋深3.1m，降深8.41m時，單井涌水量388.8m3/d。據(jù)抽水試驗結(jié)果推算，降深15m時，該井涌水量637.69m3/d?？山鉀Q近8000人的生活用水需求。

3.4 基巖裂隙水富水地段

基巖裂隙水賦存在中生代、元古代侵入巖和青山群噴出巖的風化裂隙和構(gòu)造裂隙中。塊狀巖類裂隙水由于巖石致密堅硬，抗風化剝蝕力較強，巖石完整性好，裂隙不發(fā)育，風化帶發(fā)育深度較小，富水性弱，單井涌水量一般小于50m3/d。在巖脈穿插、構(gòu)造破碎帶及地層巖性接觸帶上，部分井孔的單井涌水量可大于100m3/d。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造復雜，NW--SE向和SW--NE向斷裂交錯分布，以壓扭性和扭性斷裂為主。長嶺鎮(zhèn)葛家橫溝DDZK02孔，位于NE向的壓扭性斷裂的上盤。斷裂兩盤為厚層不透水的正長斑巖和(石英)二長巖等脆性巖石，破碎帶裂隙較發(fā)育，透水性和含水性較強。但缺乏充足的補給源，是區(qū)內(nèi)較為典型的斷層儲水構(gòu)造。雖然它不是我們找水的主要對象，但對解決山區(qū)分散居民點吃水問題，具有一定借鑒意義。

4 結(jié)論

在1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查工作的基礎之上，探討了莒縣沭河下游地區(qū)水文地質(zhì)條件，分析了富水塊段及蓄水構(gòu)造模式，形成結(jié)論如下:

(1)由于區(qū)內(nèi)受安丘-莒縣斷裂構(gòu)造的控制，在多期構(gòu)造演化的基礎之上，盆地內(nèi)部形成了松散巖類孔隙含水巖組、碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組、碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組和基巖裂隙水含水巖組。

(2)區(qū)內(nèi)地下水主要補給來源為大氣降水、地表水側(cè)滲補給，地下水水流整體由北東向西南徑流，由于構(gòu)造與地層阻水條件影響后形成了富水塊段，研究區(qū)內(nèi)地下水排泄方式為人工開采和泉排泄。

(3)通過分析區(qū)內(nèi)典型松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水和基巖裂隙水富水塊段的水文地質(zhì)條件，總結(jié)了2種蓄水構(gòu)造模型，即較為典型的地層阻水型蓄水構(gòu)造和斷層儲水構(gòu)造。這對于解決莒縣沭河下游缺水地區(qū)找水定井工作具有重要的實際供水意義和社會效益。