诸城西北部碎屑岩类孔隙水裂隙水水文地质特征

2018-06-20 00:54王振涛安宝山史国萍程凌云高峰

山东国土资源 2018年7期

王振涛，安宝山，史国萍，程凌云，高峰

(1.山东省地质环境监测总站，山东济南 250014;2.山东省第七地质矿产勘查院，山东临沂 276006；3.山东省国土测绘院，山东济南 250013；4.临沂市国土资源局兰山分局，山东临沂 276000)

0 前言

山东省诸城西北部发育中生代莱阳群、大盛群及王氏群紫色、砖红色粉砂岩、细砂岩、条带状泥质粉砂岩夹薄层细砂岩等。为河流相沉积，岩石致密，裂隙不发育。20世纪70年代，对该地层内分布的碎屑岩类孔隙、裂隙水进行研究，认为该孔隙、裂隙水赋存于风化裂隙中，裂隙发育微弱，风化带发育深度较浅，总体富水性弱。地下水水位埋深随地形变化起伏变化，一般3～5m，埋藏较浅，易受人类工程活动影响，水质一般。该孔隙、裂隙水主要接收大气降水补给，大部以片流的形式流失，仅少部沿风化裂隙渗入地下。地下水动态受大气降水和人工开采双重影响。

研究发现，诸城西北部碎屑岩类孔隙、裂隙水受沂沭断裂带影响[1]，孟疃-贾悦断裂和吴家楼断裂组附近岩石破碎、裂隙发育，地下水富水性明显强于周边地区。该文在对诸城西北部碎屑岩类孔隙、裂隙水全面调查的基础上，对其水环境进行了初步的分析研究，对解决本地缺水区居民饮水问题提供找水努力方向[2-6]。

1 地质背景

研究区内发育地层主要为中生代莱阳群、大盛群、王氏群和第四系。沂沭断裂带是郯庐断裂带山东段，是郯庐断裂露头最好的一段[7]。沂沭断裂带是由4条主干断裂及其夹持的“二堑一垒”组成。诸城西北部位于安丘-莒县断裂、昌邑-大店断裂和吴家楼断裂组之间。区域地势东、北高，西、南低。渠河自东向西从北部流过(图1)。

1—第四系；2—王氏群；3—大盛群；4—莱阳群；5—研究区范围图1 工作区地理地质略图

1.1 地层

1.1.1 莱阳群

集中分布在诸城市西北部石桥子镇、程戈庄一带，呈NE向展布。岩性以灰黄色、灰紫色中、薄层细—中、粗砂岩为主，含钙质团块，夹紫红色粉砂岩。

1.1.2 大盛群

主要分布在安丘-莒县断裂和昌邑-大店断裂之间。主要为灰色岩段和红色岩段。其中灰色岩段岩性为灰绿、黄绿色页岩、粉砂岩夹灰紫色粉砂岩、细砂岩，偶见薄层泥质泥晶灰岩及泥晶白云岩。红色岩段岩性为紫红色泥质粉砂岩夹细砂岩，具有沙纹交错层理及条带构造，主要为洪泛平原沉积。

1.1.3 王氏群

区内分布辛格庄组和红土崖组，其中辛格庄组分布于安丘-莒县断裂带南部、孟疃-贾悦断裂以南。岩性为灰紫色薄层或条带状泥质粉砂岩夹薄层细砂岩，上部夹灰黄色钙质砂岩、黄绿色泥质细砂岩。红土崖组在诸城凹陷内的贾悦一带大面积分布，岩性主要为砖红色、褐红色泥质粉砂岩、灰白色砂岩。中部见钙质砂岩，顶部和底部夹砾岩、砂砾岩。

1.1.4 第四系

区内第四系分布临沂组和沂河组，主要分布在渠河两岸。岩性为灰黄色砂质粘土、砂质亚粘土及粘土质粉砂，砂、砾及粉砂、粘土等混积物等，厚度5m左右。

1.2 构造

1.2.1 安丘-莒县断裂

安丘-莒县断裂是鲁东和鲁西两个Ⅱ级构造单元的边界断裂，其主断面总体走向20°，倾向NWW，倾角一般70°～80°，断于王氏群和大盛群之间。断裂西盘派生的NW向剪切断层，指示主断裂经历了左行压扭运动阶段。断裂破碎带宽约300m，断裂西侧的王氏群砾岩发生碎裂岩化，东侧的大盛群泥质粉砂岩发生紧密褶皱以及强烈劈理化。破碎带的结构非常复杂，反映不同力学性质的碎裂岩，劈理化带宽度约20～50m，其中以压扭性标志最为发育。

1.2.2 昌邑-大店断裂

该断裂是沂沭断裂带的东界断裂。纵贯整个工作区，总体走向20°左右，倾向W，倾角70～80°左右。该断裂由一系列NNE向挤压破碎带、挤压揉皱带和五十里铺-中洛庄断裂组成，南部被百尺河断裂截切。

挤压破碎带及揉皱带的特征：挤压破碎带较为发育，单条破碎带多呈8°～10°方向舒缓波状展布，具有枝状分叉及尖灭再现等特征，长度数百米至数千米，断面多呈E倾，倾角50°～80°，近平行排列，间隔500～2000m。

中洛庄-五十里铺断裂：该断裂为昌邑-大店断裂的主断面，与安丘-莒县断裂相距5～6km，多被NW向及NE向断裂切割，局部被第四系覆盖。断裂呈舒缓波状，总体呈25°方向延伸，断面产状275°∠70°～80°。破碎带宽100余米，揉褶及劈理较发育，断裂西盘往往发育宽大的紧密褶皱带，伴生褶皱轴10°左右。该断裂活动方式为左行压扭。

1.2.3 景芝-贾悦断裂

图内主要由两条断裂组成，为：宋古庄-西楼子断裂和赵古庄-东楼子断裂，其中宋古庄-西楼子断裂为主断裂。断裂具阻水性，沿断裂带有较丰富的地下水，亦见有上升泉。

1.2.4 百尺河-二十五里夼断裂

西起孟疃镇夏坡，往东被其他方向断裂切割成数段，断续延至城阳一带，区内断裂整体呈85°方向延伸，总体S倾，倾角60°～80°。南盘以王氏群为主，北盘以莱阳群为主。其中安丘-莒县断裂与景芝-贾悦断裂之间又称孟疃-贾悦断裂，断裂总体显示张性正断层，具阻水性。

1.2.5 吴家楼断裂组

西起安丘-莒县断裂带，东部切割景芝-贾悦断裂和百尺河断裂，延至诸城的一组NW向断裂。断裂在昌邑-大店断裂和景芝-贾悦断裂之间，表现为大量的近平行的断层组，在十千米范围内，发育有十几条断裂组成，且均充填有大量重晶石脉。各断裂断面延伸较短，单条断裂长6～9km，宽50～200m，呈300°～310°方向延伸，沿走向呈“S”形弯曲。景芝-贾悦断裂以东地区，表现为一条断面。断裂早期显张性活动，晚期呈右行剪切，具阻水性。

2 水文地质特征

2.1 地下水赋存特征

赋存于白垩纪莱阳群、大盛群和王氏群的碎屑岩类孔隙裂隙水含水层岩性多为中粗砂岩、细砂岩和粉砂岩。工作区内沂沭断裂带中的安丘-莒县断裂断于王氏群和大盛群之间，断裂西盘派生的NW向剪切断层，指示主断裂经历了左行压扭运动阶段。断裂西侧的王氏群砾岩发生碎裂岩化，东侧的大盛群泥质粉砂岩发生紧密褶皱以及劈理化，岩石裂隙不发育，富水性弱，单井涌水量20～90m3/d。研究区内昌邑-大店断裂附近，断裂两侧岩石较“软”，在压扭应力作用下岩石的塑性变性在一定程度上替代了脆性破裂，岩石完整性较强，裂隙不发育，富水性弱，单井涌水量30～80m3/d。安丘-莒县断裂和昌邑-大店断裂间南部的孟疃-贾悦断裂北部的大盛群由于断裂多次强烈挤压，岩石劈理化、揉皱发育，岩石强烈破碎，使得沙纹交错层理发育的粉砂和具有溶孔的泥质泥晶灰岩及泥晶白云岩之间相互沟通，形成相对富水的含水层，而孟疃-贾悦断裂南部王氏群粉砂岩受断裂构造影响较小，岩石致密，形成相对隔水的岩石地层。区内地下水径流至孟疃-贾悦断裂附近，受南部致密岩石及断层阻挡，在孟疃-贾悦断裂北部地区富集，形成较富水的地段。例如：梁家庄、花园村一带10号钻孔，孔深100m，降深14m，单井涌水量可达1800m3/d(图2、图3)。吴家楼东南一带受吴家楼断裂组影响，表现为大量近平行的断层组，发育有十几条断裂，构造较发育，早期张性活动，岩石破碎，断裂之间充填有大量的重晶石脉，断层中的石英被水溶液化学腐蚀，形成轻微的溶蚀构造[9-12]，晚期呈右行剪切，发育较平直剪切面，具明显挤压特征，起到隔水、阻水作用，因此在地下水来水方向形成相对富水的地段，单井涌水量400～600m3/d；景芝-贾悦断裂以东，程戈庄以南，吴家楼断裂组变现为一条主断面，且仅有少量重晶石脉产出，岩石破坏程度较低，富水性弱，单井涌水量44～77m3/d(表1)。

表1 碎屑岩类孔隙裂隙水富水性基本情况

1—碎屑岩孔隙、裂隙水单井涌水量100～500m3/d；2—碎屑岩孔隙、裂隙水单井涌水量<100m3/d；3—第四系孔隙水分布区；泉涌量(m3/d)；6—地下水流向图2 工作区水文地质图

1—砂岩；2—泥质粉砂岩；3—泥晶灰岩、白云岩；4—断裂带破碎岩体；5—地下水流向；6—钻孔图3 蓄水构造概念模型图

综上所示，区内碎屑岩类孔隙裂隙水主要赋存风化裂隙中，总体富水性较差，单井涌水量10～90m3/d；孟疃-贾悦断裂北侧受构造及阻水地层影响，形成一带状较富水区域；景芝-贾悦断裂和吴家楼断裂组交会地带，发育十几条张性断裂，右行剪切，形成断裂破碎带，成为该区相对富水区域。

2.2 地下水补径排特征

大气降水为工作区内碎屑岩类孔隙裂隙水主要补给源。大气降水沿风化、断裂裂隙渗入补给，地下水位受季节降水控制明显。地下水总体流向与地形倾斜方向基本一致，由西北向东南方向径流，安丘-莒县和昌邑-大店断裂之间南部，受断裂构造及开采影响，地下水径流方向由北向南。人工开采为主要排泄方式。受景芝-大店断裂构造影响，在岳戈庄、赵古庄附近，地下水还以下降泉的形式出露。

2.3 地下水位动态特征

大气降水为碎屑岩类孔隙裂隙水主要补给源，地下水水位受季节降水控制明显，水位动态变化与降水量呈正比(图4)。1—3月份随着降水量的减少，地下水位下降；6—9月份，进入雨季后，降水量增加，地下水位迅速回升至年内最高。年内水位最高点一般出现在8—9月份，然后地下水位随着降水量的减少逐渐下降。地下水位年变幅2～3m，最大可达5m。

图4 碎屑岩类孔隙、裂隙水水位年变化动态图

3 地下水质量

3.1 地下水水化学特征

碎屑岩类孔隙水受区域地形地貌条件影响，多接受当地降水补给，径流条件较差。地下水具有“就近补，就近排”的特点，地下水受当地人类工程活动影响，地下水化学类型以重碳酸型水和重碳酸氯型水为主(图5)；碎屑岩类裂隙水受断裂构造活动影响，径流条件相对较好，水交换较强裂，地下水化学类型与当地岩性及补给来源有较大关系，以重碳酸型水为主(图6)。