岩浆岩与变质岩分布区蓄水构...模式浅析——以胶东地区为例_刘春伟.pdf

第 6 9 卷第 2 期2 0 2 3 年 3 月地质论评GEOLOGICAL EVIEWVol 69No 2March，2 0 2 3注:本文为第七届青年人才托举工程项目(编号:2021QNC001)和山东省地质勘查项目 山东省 1 5 万区域水文地质调查(河头店、山前店幅)(编号:鲁勘字 2019 45 号)的成果。收稿日期:2022-05-01;改回日期:2022-09-09;网络首发:2022-09-20;责任编辑:章雨旭。Doi:1016509/jgeoreview202209155作者简介:刘春伟，男，1994 年生，学士，工程师，主要从事水文地质研究;Email:1060248967 qqcom。岩浆岩与变质岩分布区蓄水构造模式浅析 以胶东地区为例刘春伟1，2)，胡彩萍1，2)，李传磊1，2)，刘帅3)，李波1，2)，吴璇1，2)，刘小天1，2)1)山东省地质矿产勘查开发局八一水文地质工程地质大队，济南，250014;2)山东省地下水环境保护与修复工程技术研究中心，济南，250014;3)山东省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质大队(山东省鲁北地质工程勘察院)，山东德州，253072内容提要:胶东地区地层岩性多为岩浆岩和变质岩，富水性差异大，整体为缺水区。伴随着社会经济发展，人民对美好生活的需求不断提升，优质、稳定的地下饮用水也成为胶东人民的重要民生问题之一。笔者等通过大比例尺水文地质调查成果总结和已有研究成果分析，结合地下水勘查案例，从水文、地形地貌、含水层岩性和地质构造 4 个方面，对岩浆岩地区的地下水富集机理进行分析，提出了断裂型、接触带型、岩脉型、洼地风化带型和多期变质作用形成的 5 种蓄水构造模式，并对各类蓄水构造特征进行了分析，同时总结了风化裂隙水、构造裂隙水和岩溶裂隙水 3类岩浆岩、变质岩分布区裂隙水的找水方向，进一步丰富了岩浆岩与变质岩缺水地区蓄水构造模式研究，对该地区地下水资源探寻具有一定的指导作用。关键词:胶东;岩浆岩;蓄水构造;富水机理地下水约占地球上整个淡水资源的 30%，是可供人类利用的重要淡水资源之一(于婷婷等，2011)。裂隙水是水资源的重要组成部分，受社会生产活动广度和深度的限制，对基岩地区的水文地质研究相对较少(李传生等，2009)。岩浆岩变质岩类裂隙水是我国分布最为普遍的地下水类型之一，具有埋藏深、储量小、分布不均的特点(刘伟朋等，2018)。通常将岩浆岩和变质岩地区富水性划分为100 m3/d，地下水资源极度匮乏，也成为了制约当地经济发展和群众生活水平提高的一个重要原因(王洪磊等，2016;王新峰等，2018)。蓄水构造是基于山区找水实践总结而形成的、最具有中国特色的应用性成果，一经提出就得到了广泛运用(刘光亚，1978，1981)，尤其是在我国贫困缺水区勘查找水过程中再次证明了其有效性和科学性，取得了丰硕成果(王新峰等，2016)。基于蓄水构造类型，结合综合物探方法刻画其空间结构，提出山区综合找水技术方法，提高找水定井的准确率(张之淦等，2000;邸志强等，2007;杨红等，2012;汪云等，2019)。运用蓄水构造，探索地下水系统划分，在编图上与水文地质分区、地下含水系统、地下水流系统进行耦合，准确清晰指示了基岩地下水富集带(乔晓英等，2005;李波等，2020)。笔者等正是基于对胶东岩浆岩和变质岩缺水地区的认识，结合地下水勘查与大比例尺水文地质调查成果，从地下水的驱动力方向总结了蓄水构造模式，把生产性成果中蕴藏的科研思维提炼出来，为类似缺水地区解决生活用水困难提供借鉴。1水文地质形成条件11气象水文研究区属暖温带东亚大陆性季风型半湿润气候，四季分明，多年平均气温 113，1 月份多年平均气温为38;7 月份多年平均气温为 246，降雨量 650 mm 左右。区内地表水系发育，大面积位于五龙河流域。季节性降水极不均匀、地表水变率大，是胶东地区缺水的主因。12地层岩性研究区位于华北板块、胶辽隆起区、胶北隆起区南缘与胶莱凹陷北缘的交界部位，跨越两个大地构造单元。区内岩浆岩广泛分布，按时代岩性划分主要有中太古代橄榄岩、苏长辉长岩，新太古代黑云英云闪长岩、片麻岩，古元古代斜长角闪岩、花岗岩，中生代二长花岗岩、潜英安玢岩、斑岩等(图 1)。岩浆岩与变质岩在空间上具有区域成带分布特点，在时间上则显示多旋回活动的特点，在形成上具有多成因的特点，因此时空分布上的“区域成带性”、“多旋回性”和“多成因性”为研究区岩浆岩与变质岩分布的基本规律(王锡亮，1991;张增奇等，2014)。13水文地质条件研究区富水性分布极不均匀，地下水水位及水量受季节影响变化明显。在切割较深的中低山地区，地形起伏大，风化裂隙发育差，富水性弱，单井涌水量小于 100 m3/d。在地势低洼、汇水条件良好的沟谷地带，受构造作用影响岩石裂隙发育，富水性较强，单井涌水量可达 2001000 m3/d。2地下水富集影响因素影响地下水富集程度的因素有气象水文、地形地貌、含水层介质的补给条件、构造条件及储水性能(韦开行等，2020)。其中气象水文是控制地下水补给的天然因素，地形地貌是控制地下水储存、运移和富集的最重要因素，含水层岩性则是地下水赖以生存的最基本条件。现将地下水富集因素按气象水文、地形地貌、含水层岩性和构造因素 4 类分述如下:21气象水文因素研究区降水年际变化大，季节分配不均;且所处低山丘陵区，地下水及地表水空间分布极不均匀，因此气象水文造成的季节性缺水特征尤为明显。区内降雨季节分配不均和地表水系流率变化大，也进一步加剧了胶东地区岩浆岩与变质岩分布区的缺水程度。22地形地貌因素地形地貌是地层岩性、构造及地表水系以及新构造运动特征的综合反映，地下水的富集与地形地貌有着密切的联系。不同的地貌条件，地下水的补径排及富集特征不同(高维征等，2020)。研究区地貌类型主要为微切割弱剥蚀低山丘陵，结合调查的机井富水性与地貌类型统计分析(表1)，低山区图 1 胶东地区地质简图Fig1 Geological sketch of Jiaodong Peninsula(Eastern Shandong Peninsula)表 1 胶东地区机井调查点单井涌水量与地貌类型分析表Table 1 Analysis table of single well water inflowand geomorphic type in mechanical well surveypoints in Jiaodong area地貌类型井位微地貌类型机井数(个)单井涌水量(m3/d)低山区坡麓缓坡台地20748168坡麓缓坡沟谷55240720丘陵区丘陵缓坡14248144丘陵沟谷4396216沟谷汇集处地势低洼，地形连续性好，地下水和地表水从不同的方向汇聚于此，汇水面积较大，相互转换频繁，易形成相对富水块段，尤其在坡麓缓坡沟谷地带富水性强，平均单井涌水量高达 240720 m3/d;台地及丘陵缓坡受地形起伏影响，不易储存地下水，富水性较弱，平均单井涌水量为 50200 m3/d。23含水层岩性因素含水层岩性是决定地下水形成的物质基础，不但控制地下水水化学组成，也是影响地下水形成与富集的内因。地下水富集程度受含水岩组岩石成分、结构和构造影响较大，主要包括岩石的类型、力725第 2 期刘春伟等:岩浆岩与变质岩分布区蓄水构造模式浅析 以胶东地区为例表 2 机井调查点单井涌水量与含水层岩性分析表Table 2 Analysis table of single well water inflow andaquifer lithology at mechanical well survey points序号含水层岩性机井数(个)井深(m)最大涌水量(m3/d)平均单井涌水量(m3/d)1新太古代花岗岩138202400720102562新太古代英云闪长岩6218270060089873古元古代黑云片岩5515220048074404中生代安山岩3013280036076355中生代玢岩201623002407812总计3051328007208426学特征及裂隙发育程度。表 3 钻孔单井涌水量与构造裂隙发育程度分析表Table 3 Analysis table of water inflow of single borehole and development degreeof structural fractures钻孔编号钻孔位置含水层岩性含水层段(m)裂隙形态/裂隙率(%)单井涌水量(m3/d)降深(m)HTDZK04莱阳市西王家庄村黑云片岩405472垂向裂隙/1076325652HTDZK03莱阳市南小平村安山质角砾岩338355垂向裂隙/882326782HTDZK01莱阳市小水岔村花岗岩35365954958(主)垂向裂隙/9垂向裂隙/112482976SQDZK05海阳市王家后村大理岩383386446452(主)垂向裂隙/10垂向裂隙/12436563206ZG05栖霞市吴家庄村奥长花岗岩3035m80100m(主)垂向裂隙/8垂向裂隙/1148056HTDJ083莱阳市铁匠庄村英云闪长岩3941垂向裂隙/11600864HTDZK06莱阳市瓦屋村闪长岩313325834850947972(主)垂向裂隙/8垂向裂隙/8构造破碎带/126272159ZG03招远市东大夼村斜长角山岩90110构造破碎带/158401198HTDZK05莱阳市大汪家村闪长岩150312(主)324388471518936984(主)强风化层垂向裂隙/9垂向裂隙/8构造破碎带/109321864注:本表按单井涌水量由小到大排序，(主)表示钻孔的主要含水层段。一般情况下，强脆性岩石在地质构造作用下，更易形成裂隙发育且富水强的蓄水构造，而韧性岩石则相对较弱(表 2)。研究区含水层岩性主要为花岗岩、闪长岩、片岩、安山岩及玢岩等，其中花岗岩、闪长岩为强脆性岩石，受外力作用下易产生构造裂隙，相对富水，平均单井涌水量 90120 m3/d;而片岩、安山岩及玢岩为韧塑性特征明显的岩石，受外力挤压变形后易形成填充型裂隙，储水空间小，富水性较弱，平均单井涌水量 5080 m3/d。24构造因素断裂构造是岩浆岩与变质岩分布区地下水的天然集水廊道和蓄水通道，是地下水富集的关键因素。(1)构造裂隙的发育形态。构造裂隙的发育形态主要包括网状风化裂隙、线状构造裂隙及构造破碎带三种。其中网状风化裂隙主要分布于岩浆岩、变质岩区的浅部(35 m 以浅)，赋存风化裂隙水;构造裂隙及破碎带一般分布于深部(30110 m)，呈线状、块状构造，赋存承压裂隙水。(2)构造裂隙的发育程度。岩石裂隙发育程度和深度受构造控制，而裂隙发育特征又直接影响含水层地下水储集程度。研究区岩石裂隙的分布特征主要以垂向构造裂隙为主，风化裂隙及构造破碎带发育较少;构造裂隙主要发育于 3050 m、80110 m，裂隙率与钻孔主要含水层段明显吻合，表现为含水层发育愈深，构造裂隙发育程度愈剧烈，裂隙率愈大，富水性愈强(表 3)。3蓄水构造模式蓄水构造是指含水层和隔水层按照一定的有利于蓄水的构造形式组合而成的不同水文地质单元，是由透水层(带)、隔水层(体)及地下水补给排泄条件组成的能在水交替循环过程中不断富集和储存地下水的开放性地质构造，既包括次生构造又包括原生构造。31断裂型蓄水构造断裂型蓄水构造是岩浆岩与变质岩缺水地区找水定井中最常见的一类蓄水构造，对于不同透水性质的岩石，具有不同富水意义，包括断裂导水型及阻水型蓄水构造。其富水带水量的大小主要取决于断裂的力学性质、规模、岩石含水性及地下水补给条件等(廖资生，1976)。断裂导水型蓄水构造，指张性断裂受拉伸作用，断裂带及围岩区域产生密集的构造裂隙或破碎带，形成良好的储水空间。在构造活动影响下，研究区张性断裂较为发育，如经水文地质调查与视电阻率825地质论评2023 年图 2 栖霞丰仪断裂导水型蓄水构造视电阻率等值线断面图及水文地质剖面图Fig2 Apparent res