大汶河流域下游蘆泉屯單斜巖溶水系統富水地段特征分析

中圖分類號：P641 文獻標識碼：A doi：10.12128/j.issn.1672-6979.2025.06.006

0引言

中國北方的巖溶地下水多以相對獨立的單元循環形成一系列不同規模的巖溶水系統[1，梁永平等[2總結了“巖溶含水層連續沉積，厚度巨大，構成的資源要素眾多，地下水資源分布不均，轉化關系復雜，環境質量脆弱”等特點，并認為巖溶地下水集水資源、旅游資源、生態功能等于一體，在國民經濟建設中具有舉足輕重的地位，特別在城市供水和能源基地建設中發揮了不可替代的支撐性作用[3]。隨著經濟社會快速發展，且受到人類活動影響，地下水的需求量及開采量急劇增加，這就出現了資源型缺水及水質型缺水、水資源與經濟發展空間不匹配等相關問題，制約著區域社會經濟發展[4-6]。在此大環境下，如何將水文地質學理論轉向解決當代現實問題成為廣大地質學者面臨的一項重大課題。因此，開展大比例尺的水文地質調查工作，摸清區域水文地質條件與地下水賦存規律，尋找可利用的后備富水地段便具有戰略性意義[7-9]

大汶河作為黃河下游最大的支流，研究其水文地質特征對服務黃河下游生態保護和高質量發展具有重要的意義[10]。以往的研究大多是在中上游支流流域[11]，吳璇等[12]對柴汶河流域水文地質特征進行了詳細的論述，李波等[13]系統查明了柴汶河流域水文地質特征及地下水富集模式。但對大汶河流域下游的水文地質條件研究相對較少，尤其是富水性、蓄水構造方式和富水機理等方面的研究更是少之又少。在傳統水文地質填圖成果中蘆泉屯單斜巖溶水系統碳酸鹽巖類含水巖組富水性劃分單一，認為其單井涌水量普遍小于 500m³/d^[14-15] ，取得的研究相對薄弱。

所以，本文在總結前人地質、水文地質勘查研究基礎上，結合山東省自然資源廳地質勘查項目“山東省1：5萬區域水文地質調查（大羊集幅、東平縣幅）”（魯勘字[2022]20號），通過采用水文地質調查、地下水動態監測、水文地質鉆探及抽水試驗等工作手段，系統查明大汶河流域下游蘆泉屯單斜巖溶水系統水文地質條件，圈定富水地段，總結蓄水構造模式，為研究區找水定井提供參考，對服務當地社會經濟發展、地下水資源開發利用規劃等具有重要意義。

研究區概況

1. 1 地理位置

研究區位于山東省中西部，大汶河流域下游地區，行政區劃主要包括泰安市東平縣，地理位置優越，交通便利（圖1）。

1. 2 氣象水文

蘆泉屯單斜巖溶水系統位于溫帶半濕潤季風氣候區，多年平均氣溫 12.8°C ，四季分明。區內多年（1961—2023年）平均降水量為 640.5mm ，年內降水量分布不均，主要集中在 7～g 月份，占全年降水總量的 60% 左右。

研究區屬于黃河流域大汶河水系區，地表水系較發育，區內主要河流有金線河、躍進河、白吉河等。

1.3 地形地貌

研究區位于魯中南構造侵蝕為主中低山丘陵區與魯西北沖積平原區的交接地帶[16]，地形總體呈東北高、西南低，海拔高度介于 40～260m 之間。根據成因，研究區地貌類型主要為強一弱切割構造侵蝕中低山丘陵亞區與剝蝕堆積山間平原亞區。

1. 4 地層巖性

研究區位于華北地層區，魯西地層分區，泰安地層小區[17]。區內出露地層較少，由老至新依次為古生代寒武紀長清群朱砂洞組含燧石結核細晶白云巖、角礫狀白云巖，饅頭組頁巖、粉砂巖夾薄層灰巖，九龍群張夏組鮞?；規r、生物碎屑灰巖，崮山組薄層頁巖夾灰巖，炒米店組泥質條帶灰巖、礫屑灰巖、竹葉狀灰巖；新生代第四系主要分布在區內山前沖洪積平原及山間溝谷地帶，巖性主要為粉質黏土、粉砂質黏土（圖2）。

1.5 地質構造

研究區屬于魯西隆起區，位于泰山凸起及東平凸起2個V級構造單元交界處[18]，區內脆性斷裂極其發育，以NE一NNE向斷裂為主，斷裂性質為張性和張扭性，多為隱伏斷裂，規模較大者主要有孝直斷裂、石橫斷裂、西王莊-張平莊斷裂等；NW向斷裂作為與肥城斷塊巖溶水系統分界線，分布在蘆泉屯單斜巖溶水系統北部。

1. 6 邊界條件

蘆泉屯單斜巖溶水系統分布在梯門鄉—老虎山一帶，南邊界為地表分水嶺，北部邊界自梯門鎮大屯村至大羊鎮一帶，由大羊集斷裂及奧陶系與寒武系分界隱伏斷裂構成，西邊界為孝直斷裂，東部以接山-東疏斷裂、后店子斷裂為邊界，面積約 218.8km² 。區內含水巖組以寒武-奧陶紀炒米店組、寒武紀張夏組、朱砂洞組為主，接受大氣降水、東部的側向徑流補給，北邊界中大羊集斷裂具透水性，與肥城斷塊巖溶水系統水力聯系密切。

2 工作手段及研究方法

本次工作在充分收集區內已有地質、水文地質資料的基礎上，以地下水系統理論為指導，采用的工作手段主要有1：5萬區域水文地質調查、水文地質鉆探、抽水試驗、地下水動態監測、水位統測等，堅持多學科、多方法開展綜合研究。

2.1 1：5萬水文地質調查

采用點、線、面相結合的方式開展調查，以 1：5 萬地形圖、 .1：5 萬地質圖作為調查手圖，采用手持GPS進行定位，以控制水文地質條件、重要地質、地貌界線和水文地質點為重點的路線穿越法與界線追索法相結合布置調查路線。調查路線方向以垂直地層界線、構造線為主，溝谷、河流、道路為輔。通過調查機民井現狀、地質地貌、巖石類型、地質構造、地表水系展布特征等，查明區域水文地質特征、地下水補徑排及賦存規律、巖溶發育特征及地質環境狀況。

1—第四系覆蓋區；2—奧陶紀地層裸露區;3—寒武紀地層裸露區;4—新太古代侵入巖;5—奧陶紀地層隱伏區;6—寒武紀地 層隱伏區;7—實測斷層;8—推測斷層;9—地表分水嶺;10—實測角度不整合界線;11—隱伏角度不整合界線;12—剖面線。

2.2 水文地質鉆探

為全面掌握研究區地質、水文地質條件、求取水文地質參數，在地質、水文地質條件不清楚及缺水地區，施工探采結合孔。水文地質鉆探是在已有資料分析、水文地質調查工作的基礎上進行，堅持“以探為主，探采結合”的原則，主要沿主控剖面或在重點地段布置，與水文地質調查等工作相結合。

2.3 抽水試驗

水位水量穩定時間符合技術要求，抽水試驗結束后，繪制水位降深、出水量隨抽水時間的變化過程曲線、單位涌水量與水位降深關系曲線，計算了含水層水文地質參數 等），了解含水層之間、地下水與地表水之間的水力聯系，確定抽水試驗影響范圍，取得了反映含水層客觀富水性的試驗資料。

2.4地下水動態監測

以控制地下水系統的地下水動態為基本原則，對于面積較大的監測區域，以順地下水流向為主與垂直地下水流向為輔相結合來布設監測點網，對面積較小的監測區域，以地下水的補給、徑流、排泄條件布設控制性監測點，掌握了研究區內地下水動態變化規律、地下水水位變化響應大氣降水的速度。

2.5 水位統測

分枯、豐兩期對研究區不同類型地下水進行了統測，查明區域地下水流場形態，分析區內水文地質

條件及地下水補給、徑流和排泄條件。

3研究與分析

3.1地下水類型與富水性特征分析

通過調查、鉆探等工作手段查明了研究區內主要含水巖組巖性結構、分布及含水層間水力聯系。

根據地下水賦存介質、水理性質及水力特征，可將研究區內地下水劃分為松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水兩類。地下水的儲存條件及分布受地層、地貌、構造及水文氣象等自然條件的控制，使得區內地下水的流動和賦存特征存在一定差異（圖3）。

1—粉質黏土;2—粉砂巖;3—頁巖夾薄層灰巖;4—生物碎屑灰巖;5—粒灰巖;6—竹葉狀灰巖;7—泥質條帶灰巖;8—含 燧石結核白云巖；9—花崗閃長巖；10—第四系富水性 lt;500m³/d;11 一巖漿巖富水性 lt;50m³/d ；12—巖溶水富水性 lt;500 m³/d ；13—巖溶水富水性 500～1000m³/d; 14—巖溶水富水性 1 000～5 000m³/d; 15—巖溶水富水性 gt;5000m³/d ；16— 以朱砂洞組為主要含水層富水性 lt;500m³/d;17 —隱伏斷層；18—巖溶水流向。

圖3梯門鎮焦鋪村-大羊鎮北張村水文地質剖面圖

（1）松散巖類孔隙水。松散巖類孔隙水賦存于系統內山前、丘陵以及平緩的溝谷地段沖洪積層、殘坡積、坡洪積之中，第四系厚度小于 10m ，含水巖組主要為黃褐色砂質黏土，局部夾礫石層、粉砂層，多呈帶狀或不規則產出，富水性弱，單井涌水量普遍小于 500m³/d ，不具備集中供水條件。

（2）碳酸鹽巖類裂隙巖溶水。碳酸鹽巖類裂隙巖溶水是該系統主要地下水類型，其含水巖組主要為寒武紀朱砂洞組、張夏組，奧陶-寒武紀炒米店組，在區內廣泛分布。朱砂洞組主要分布在王村一金山口一蘆泉屯村一帶，隱伏于第四系之下，巖性以角礫狀白云巖、細晶白云巖為主，厚度 20m 左右；張夏組在區內廣泛分布，巖性以灰色厚層藻凝塊灰巖、鮞狀灰巖為主；炒米店組主要分布于響場村一大羊鎮駐地一帶，巖性主要為泥質條帶灰巖、礫屑灰巖、竹葉狀灰巖。巖溶裂隙多沿不同巖性界面及構造帶附近發育，富水性隨地貌、構造、巖性等條件的變化存在較大差異。裸露區由于出露位置較高，地形切割劇烈，巖溶發育不均一，不利于地下水的儲存富集，整體富水性弱，單井涌水量小于 500m³/d ;山前隱伏區內受地形地貌、斷裂構造等條件的影響，形成局部小型富水區，單井涌水量可達 1000～5000m³/d 0在梯門鎮南李莊村一花籃店村一帶受斷裂構造影響，形成地塹構造，且地形平緩，水力梯度小，有利于地下水富集，單井涌水量達到 5000m³/d 以上。

3.2地下水補給、徑流、排泄特征分析

本次工作分枯水期和豐水期分別在2023年對研究區不同類型地下水水位進行了統測，掌握了區內水文地質條件及地下水補給、徑流和排泄條件（圖4）。

（1）松散巖類孔隙水。主要接受大氣降水補給，山前地帶還接受側向徑流補給，地下水整體流向與地形基本一致，主要的排泄方式為補給地表水及下滲補給巖溶水。

（2）碳酸鹽巖類裂隙巖溶水。裸露區直接接受大氣降水補給，隱伏區受上部孔隙水滲漏補給及其他單元側向徑流補給，地下水整體由東北向西南方向徑流，局部受斷裂阻擋，在斷裂阻水體前富集，形成富水地段，主要排泄方式為人工開采、也可下滲補給孔隙水，另外還側向補給汶泗河沖洪積扇孔隙水系統。

3.3地下水動態特征分析

地下水位是水平衡的主要反映，其受自然條件的影響，如降水、蒸發、徑流、地理、地貌和巖性特征，以及人為的人工開采[19]。研究區影響地下水水位動態變化因素有氣象、水文、農田灌溉、地層結構和含水層的埋藏條件等[20]。根據于寺村監測點動態監測結果可知（圖5），研究區內巖溶地下水水位呈現上升一下降一上升趨勢，水位埋深 3.42～5.21m 之間，水位標高 37.13～38.92m ，年變幅 1.79m 。最高水位出現在2022年9月下旬，水位標高38.92m ，隨降雨量的減少，水位逐漸下降，進入2023年6月份后，由于農灌需要，地下水開采量增加，水位下降幅度較為明顯，在2023年7月中旬出現最低水位，水位標高 37.13m ，地下水動態類型屬于“降水—徑流補給—人工開采”型。

根據多年地下水監測數據（圖6），2018—2023年，區內巖溶水水位變化基本與降水量的變化趨勢一致，且響應速度較快，反映出該區巖溶水補給路徑較短。該地區巖溶水水位在 28～33m ，水位年變幅較小，變幅約 5m ，一般在5—6月出現最低水位，7—8月為高水位。另外，從多年動態變化特征曲線不難看出：區內巖溶水受大氣降水影響明顯，2018—2020年大氣降水較少，水位呈逐漸下降趨勢，2020年以后，隨著降雨量增加，地下水水位出現波動回升，說明在現有的開采量情況下區內巖溶水在具備可調蓄性。

3.4 富水地段分析

本次在水文地質調查和水文地質鉆探工作的基礎之上，將富水性大于 5000m³/d 的區域以及貧水區內相對富水的小范圍地段定義為富水地段，共圈定富水地段3處，分別為韓莊村巖溶裂隙水富水地段、北張村裂隙巖溶富水地段以及南李莊-王海村巖溶裂隙水富水地段。

3.4.1 韓莊村巖溶裂隙水富水地段

該富水地段位于蘆泉屯單斜巖溶水系統東部韓莊村一徐莊村一帶，面積約 2.05km² （圖7）。含水巖組為張夏組，地下水類型為碳酸鹽巖類裂隙巖溶水，含水層裂隙巖溶較發育，巖溶形態多以裂隙、溶隙為主，地下水由東北向西南徑流，受尚莊斷裂阻水，于斷裂前匯集，形成富水區，單井涌水量 1 000～ 3000m³/d 。本次施工的DPZK03號孔孔深

236.3m ，完整揭穿張夏組，巖性以鮞?；規r、藻凝塊灰巖、礫屑灰巖為主，饅頭組上頁巖段存在閃長巖侵人現象。巖溶發育以溶孔、裂隙為主，局部被黏土物質充填，富水性較強，單井涌水量1062.24m³/d ，降深 10.67m 。

3.4.2 北張村裂隙巖溶水富水地段

該富水地段位于蘆泉屯單斜巖溶水系統東北部北張村一大羊鎮駐地一帶，西北邊界為尚莊斷裂，東北邊界至大羊集斷裂，南部邊界至北張村附近山前一帶，面積約 8.02km² 。含水巖組為炒米店組，該區域受巖脈阻水，導致來水一側圍巖裂隙、巖溶發育，有利于地下水富集，形成小型富水地段，單井涌水量可達到 5000m³/d 以上。例如本次在北張莊村施工的DYZK06鉆孔，孔深 220.2m ，含水層巖性為炒米店組竹葉狀灰巖、礫屑灰巖，埋深 31.9～ 35.2m?51.9～69.5m 處閃長巖脈侵入，接觸面裂隙巖溶發育，巖溶形態以裂隙、溶孔為主，局部圍巖裂隙在長時間的沖刷中已形成寬 4cm×14cm 的巖溶通道（照片1），為良好的地下水徑流通道，富水性強，單井涌水量 5533.44m³/d ，降深 15.76m 。

1—第四系富水性 lt;500m³/d ；2—炒米店組富水性 lt;500m³/d; 3一張夏組富水性 lt;500m³/d ;4—張夏組（隱伏 區）富水性 lt;500m³/d ；5—張夏組（隱伏區）富水性 500～1000m³/d ；6—張夏組（隱伏區）富水性 1000～ 5000m³/d ；7—朱砂洞組富水性 lt;500m³/d ；8—朱砂洞組富水性 500～1000m³/d;9 —朱砂洞組（隱伏區）富水性 lt;500m³/d ;10—朱砂洞組（隱伏區）富水性 500～1000m³/d; ：11—富水地段范圍；12—巖溶水流向；13—剖面線； 14—巖溶水富水性界線。

3.4.3 南李莊-王海村巖溶裂隙水富水地段

該富水地段位于蘆泉屯單斜巖溶水系統西緣孝直斷裂與石橫斷裂之間，北至梯門鎮王海村附近，南至梯門鎮南里莊村附近，沿NE—SW向呈條帶狀展布，面積約 55.38km² （圖8）。含水巖組主要為張夏組粒灰巖、生物碎屑灰巖。該區域處于蘆泉屯單斜巖溶水系統下游排泄區，含水層裂隙巖溶十分發育且連通性強，受孝直斷裂、石橫斷裂影響，形成地塹構造，便于地下水富集，單井涌水量可達到5000m³/d 以上。該區水力梯度較小，地下水徑流緩慢，巖溶水水位標高 40.18～42.67m ，地下水位埋深 1.78～2.41m ，年變幅小。簡易抽水試驗表現為穩定快、降深小、恢復慢的特點。

1—第四系富水性 lt;500m³/d ；2—張夏組富水性 lt;500m³/d ;3—張夏組富水性 500～1000m³/d; 4—張夏組富水性 1000～5000m³/d; 5—張夏組（隱伏區）富水性 lt;500m³/d; 6—張夏組（隱伏區）富水性 500～1000m³/d; 7—張夏組（隱 伏區）富水性 ¹ 000～5 000m³/d; 8—張夏組（隱伏區）富水性 gt;5000m³/d;9 一朱砂洞組富水性 lt;500m³/d ；10—朱砂洞 組（隱伏區）富水性 lt;500m³/d;11 —富水地段范圍;12—巖溶水流向。

圖8南李莊-王海村巖溶裂隙水富水地段水文地質簡圖

3.5 蓄水構造模式分析

蓄水構造是指含水層和隔水層按照一定的有利于蓄水的構造形式組合而成的不同水文地質單元，是由透水層（帶）、隔水層（體）及地下水補給排泄條件組成的能在水交替循環過程中不斷富集和儲存地下水的開放性地質構造[21-23]。通過開展的水文地質調查、物探、鉆探及抽水試驗等研究成果，結合以往蓄水構造的劃分以及對研究區的地質、水文地質條件的分析，總結了斷層阻水型、巖脈阻水型、地塹式斷塊3種蓄水構造模式。

3.5.1 斷層阻水型蓄水構造

在地下水的流動方向，因斷層阻水體的阻水作用，抬高地下水水位，使的地下水富集于斷層來水一側，即為斷層阻水型蓄水構造模式。因斷層阻水，在地勢低洼處，地下水匯集而形成小規模的富水地段。韓莊村巖溶裂隙水富水段就屬于這種蓄水構造模式，巖溶地下水由東北向西南徑流，受到尚莊斷裂阻水，在斷裂前匯集（圖9）。

3.5.2 巖脈阻水型蓄水構造

巖脈阻水型蓄水構造，指碳酸鹽巖地層中巖墻或脈體侵入導致圍巖裂隙、巖溶發育，且地下水流被阻于接觸帶前的巖溶裂隙中所形成的蓄水構造（圖10）。巖脈多沿斷裂和灰巖層間的軟弱面侵入，侵入時圍巖受到擠壓形成的構造裂隙、冷凝時形成的橫向裂隙、后期地下水沖刷形成的巖溶通道，以上空間都為圍巖地層的地下水提供了良好的儲水空間和導水通道。本次工作發現的北張村裂隙巖溶水富水地段便屬于巖脈阻水型蓄水構造。

1—粉質黏土;2—頁巖夾薄層灰巖;3—鮞?；規r;4—生物碎屑灰巖;5—含燧石結核白云巖;6—閃長巖；7—第 四系富水性 lt;500m³/d ；8—張夏組富水性 lt;500m³/d;9 張夏組富水性 500～1000m³/d;] 10—張夏組富水 性 1000～5000m³/d， 0

1—粉質黏土；2—灰巖;3—頁巖夾薄層灰巖;4—閃長巖脈;5—第四系富水性 lt;500m³/d ;6—炒米店組富水性 500～ 1000m³/d;7 —炒米店組富水性 1000～5000m³/d，

3.5.3 地塹式斷塊型蓄水構造

地塹式斷塊型蓄水構造是指，當2個斷層之間的斷塊為透水巖層，而兩側則為相對不透水層時，透水斷塊及其斷層影響帶有利于地下水富集，從而形成富水區。該類型富水地段往往裂隙巖溶發育，富水性取決于透水巖層的透水性大小及其邊界隔水條件（圖11）。南李莊-王海村巖溶裂隙水富水地段屬于該類型蓄水構造模式，地下水水力梯度小，徑流緩慢。

4結論

本文針對大汶河下游蘆泉屯單斜巖溶水系統碳酸鹽巖地層，結合山東省1：5萬區域水文地質調查（大羊集幅、東平縣幅）工作，查明了研究區地下水類型及富水性特征、地下水補徑排條件、地下水位動特征及地下水富集規律，總結了蓄水構造模式。

（1）研究區主要發育松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類裂隙巖溶水兩種地下水類型。巖溶水作為區內地下水主要可利用類型，其含水層巖性主要為寒武一奧陶紀炒米店組竹葉狀灰巖、寒武紀張夏組粒灰巖。以往研究認為區內碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組富水性普遍小于 500m³/d ，通過本次研究分析，區內受構造、地層阻水可形成不同規模的富水區，裂隙巖溶較發育，單井涌水量可達到 5000m³/d 以上。主要接受大氣降水、孔隙水滲漏補給及其他單元側向徑流補給，整體由東北向西南方向徑流，主要排泄方式為人工開采、下滲補給孔隙水與側向徑流。

（2）研究區內巖溶地下水受大氣降水影響明顯，在降水量低于多年平均降雨量時地下水位呈逐漸下降趨勢，而當降水量豐沛時地下水位又會迅速回升，以補償之前的水位降幅，表明區內巖溶地下水在現有開采量情況下具有可調蓄性。

（3）圈定了3處富水地段，分別為韓莊村巖溶裂隙水富水地段、北張村裂隙巖溶富水地段以及南李莊-王海村巖溶裂隙水富水地段，并分析了其富水機理，總結了斷層阻水型、巖脈阻水型、地塹式斷塊型三類蓄水構造模式，可為該區域找水定井提供參考。

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Analysis on Characteristics of Water -rich Sections of Luquantun Single - dip Karst Water System in the Lower Reaches of Dawenhe River Basin

LIU Xiaotian，WANG Jinxiao，XU Qingyu， ZHANG Hailin， TENG Yue， ZHU Qingli，LIU Haoran （Shandong Geo -engineering Exploration Institute （No.8Ol Hydrogeological Engineering Geological Brigade of Shandong Provincial Exploration Bureau of Geology and Mineral Resources），Research Center of Groundwater Environment Protection and Restoration Engineering Technology， Shandong Ji'nan 250014， China）

Abstract：Main sedimentary rocks in Luquantun monocline karst water system in the lower reaches of Dawenhe River Basin are Cambrian - Ordovician strata. The aquifer lithology is mainly limestone and dolomite，which are controlled by the strata and structures. There are significant differences in the horizontal and vertical directions of karst fissures. The groundwater types include loose rock pore water and carbonate rock fissure karst water，with the latter being main available groundwater type in the area. Based on previous geological and hydrogeological exploration research results，combining with hydrogeological survey with the scale of a 1：50000 conducted in Luquantun monocline karst water system，by using hydrogeological surveys， groundwater dynamic monitoring，hydrogeological driling and pumping tests， hydrogeological conditions，groundwater types and water rich characteristics of the water bearing formations in this hydrogeological unit have been systematically identified. Three water rich areas have been circled，they are karst fissure Water rich area in Hanzhuang village，fissure karst water rich area in Beizhang vilage，and karst fissure water rich area in Nanlizhuang -Wanghai vilage. The water rich mechanism has been analyzed，and three types of water storage structures，namely fault water blocking type，rock vein water blocking type，and graben type fault block type have been summarized. It willprovide some references for water exploration and well selection in the area，and significant social and economic benefits have been achieved.

Key words：Hydrogeological survey；dynamic characteristics of groundwater;rich water area; Dawenhe river basin