沂源断块区中构造对地下水的控制机理分析

宋 辉,丁彩元,王克红 ,彭亚丽

(山东省沂源县水务局,山东 沂源 256100)

0 引言

沂源断块区中古生界盖层发育,大部分呈倾角平缓的单斜构造覆于基底岩石之上。由于燕山运动的影响,地台复活,岩浆活动强烈,断层及节理发育。而断裂构造破坏了地层、岩性等地质体的连续、完整性,因而改变了它们原始存在状态,在水平方向上(张性断层)或垂直方向上(压性断层)使地层扩展,扩大了空间。由于应力状态不同,应力集中也不一样,结果由断裂面、断裂破碎带和影响带所围定的空间大小、形态、连通情况、波及范围亦不同。所以断裂构造成为影响地下水赋存、运动的主导因素之一。沂源断块区中断裂构造十分发育,在很大程度上控制了本区地下水分布状态和赋存规律。

1 地质构造对岩溶水的控制

沂源断块区内碳酸盐岩地层分布广泛,绝大部分裸露地表,局部隐伏在中、新生界之下。岩性主要为纯灰岩、泥质灰岩、白云质灰岩及少量白云岩。岩溶发育程度决定因素是多方面的,如岩性、成分、结构、构造裂隙、水的溶蚀性及水化学动力条件等。在灰岩区,地质构造条件控制着岩溶发育的方向与深度,对岩溶地下水的运移与富集起着重要作用。

1.1 地质构造对岩溶发育的控制

断块区内,有贯穿区内北东 25～40°的上五井断裂,北西向的韩旺断裂,近东西向的燕崖断裂、松仙岭、草埠山、大贤山断裂等。在灰岩裸露区,这些断裂相互切割,层状灰岩变成了在平面上以不同方式连接的大小不等的块体,而每一块体又往往被裂面陡峻的节理破坏呈不规则的网状裂隙,断裂作用的参入,极大地增加了灰岩与水接触的表面积,溶蚀作用加强,对岩溶发育十分有利。在寒武系、奥陶系地层中发育有垂直溶隙与层面溶隙。如在寒武系馒头组中桃花坪溶洞,奥陶系地层中的九天洞、玄云洞等。由于奥陶系灰岩在沂源断块区中出露巨厚,因而发育在奥陶系地层中的这些溶洞在垂直管道与水平廊道交替相连成群出现,成为壮丽的沂源溶洞群。这些现象既体现了地壳阶段上升,新构造运动的影响和在幔隆控制下发育过程,也显示了构造作用下的溶洞在地下水补给条件下成为富水储水空间的前景,如下崖洞暗河。

1.2 地质构造对岩溶水的运移及富集控制

沂源断块区内的岩溶发育受岩性和构造控制,各方向发育程度不一,所以各方向联系也有差异。沿构造线常形成强岩溶带,它是由一些溶隙网脉和部分溶洞构成,形成相对富水带。沂源断块区内的岩溶大泉出露既都靠近较大的断裂,如东里大旺泉靠近韩旺断裂,响泉及龙洞泉则是上五井断裂与草埠山断裂切割的结果;狗跑泉靠近大贤山断裂;荆山泉靠近上五井断裂等。这也说明断裂附近岩溶发育,而岩溶水露头则充分说明了地下水沿断裂面成带状富集。

由于在漫长的地质发展历史进程中,受到多期地壳运动的影响,从而造成不同时期不同构造应力场所形成的各种地质构造发生叠加式改造。因而沂源断块中大的断裂构造形迹比较复杂,总体表现为高角度压扭性正断层,其主断裂面附近具有明显挤压构造特征,并成为阻水断面。如北东向的上五井断裂田庄段的刘家大峪东处,破碎带宽 87 m,破碎带内地层为张夏与崮山组地层,而断裂的西盘为徐庄组地层,东盘为中奥陶系地层,并且挤压现象明显,并见有小褶皱与透镜体,为一阻水界面。但是其一侧或两侧的断层带、影响带及节理密集带则是地下水流畅带,岩溶顺其发育而形成带状富水带。

被中新生界覆盖下的古生界灰岩在断裂破坏、地下水长期溶蚀和地下水动力条件变化的作用下,溶隙、溶洞较发育。由于断层、节理、裂隙作用而发展起来的大小不等的溶洞、溶隙被后来的断裂进一步改造连通成网络状、辐射状通道时,其赋水性将进一步加强,成为具有“统一”地下水位的面状地下水的富水区。如位于南麻盆地灰岩隐伏区中的新城温泉家园地热深井,就是在沙沟断裂的影响下,其裂隙、节理、溶隙发育而成为一地热蓄水构造,经实际钻探,其单井涌水量 1 920m3/d,水温 400℃

2 地质构造对结晶岩裂隙水的控制

断块区内结晶岩分布较广,主要有太古界片麻岩、混合岩化变粒岩类;侵入岩类有闪长花岗岩及闪长玢岩等。在地质构造作用下,其整体性遭受破坏,为地下水的赋存、运移提供了通道和空间。地质构造控制了区内结晶岩裂隙水的分布规律。按裂隙水的埋藏条件,主要以潜水形式赋存,有层状水和脉状水两种赋存方式。

2.1 区域性节理对层状水的控制

该断块区中的区域性节理由于受形成断裂时的应力场作用,主要由北西向、北东向两组,另有近东西向节理等,这些不同走向的节理把结晶岩分割成大小不等的菱形状,裂隙在平面上组成网状通道,这对地下水运移、富集有利。由于节理互相连通,在距地表一定的深度范围内组成了一个“统一”的含水层而形成层状水。层状裂隙水分布较均匀,水量小,埋藏深度亦小。如石桥、张家坡、东里等乡镇的部分地区,层状裂隙水的埋藏深度一般在 5～8 m,水量在 4～10m3/h之间。

2.2 断层破碎带对脉状水的控制

断层破碎带分布区内岩石的裂隙度剧增,为地下水运动提供了良好的通道,同时也为地下水赋存提供了空间,尤其是断层破碎带充填胶结较差时更是如此。其富水程度受断层破碎带的规模与断层性质有关。如果规模大,延伸远,则富水性就好;反之,则差。但同时又受断层性质的直接影响。由于沂源断块区中的断层大多为压扭性,因而在破碎带主断面富水性差,而在两侧富水性良好,而扭性断层则上盘富水性较好。如上五井断裂、金子山断裂等线性构造都是脉状水区与控制主导因素。

3 断裂构造对风化裂隙水的控制

风化裂隙是一种表生构造,但是在构造裂隙基础上风化裂隙进一步发育,形成密集均匀、相互连通的裂隙网络。沂源断块区中片麻岩经风化而成麻饼状;花岗岩类、闪长玢岩等经风化而成砂粒状,它们均可为潜层水提供储水空间。如金星闪长玢岩侵入体及韩旺的片麻岩等,经风化都富含风化裂隙水。

4 结论

构造对地下水的控制主要表现在控制地下水的储水空间,影响制约地下水的水力联系,确定地下水的运移方向及富水带。因而,在某种程度上,查明分析地质构造在沂源断块区中对地下水的运移与富集机理,对评价与合理开发利用水资源具有重要的意义。

[1]《城市地下水工程与管理手册》编写委员会,城市地下水工程与管理,1993.

[2]殷昌平,孙庭芳等,地下水水源地勘查与评价,1993.