臨沂方城盆地白堊紀(jì)潛火山巖蓄水構(gòu)造富水特征分析

中圖分類號(hào)：P641.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.12128/j.issn.1672-6979.2025.07.003

0引言

近年來(lái)，隨著農(nóng)村飲水安全工程的逐步推進(jìn)，省大部分農(nóng)村地區(qū)飲水安全問(wèn)題已基本得到解決[1]，但是在個(gè)別嚴(yán)重缺水地區(qū)，問(wèn)題依然突出[2]臨沂方城盆地火山巖分布區(qū)，由于火山巖含水層富水性差，打井找水困難，單井涌水量低，且周圍地表水多已受到不同程度污染，遠(yuǎn)距離調(diào)水實(shí)施難度大、成本高，人畜飲水安全問(wèn)題仍未解決。本文利用1：5萬(wàn)區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查取得的豐富水文地質(zhì)資料3，運(yùn)用蓄水構(gòu)造理論，研究火山巖地下水的賦存形式和規(guī)律特征，通過(guò)在貧水地區(qū)尋找具有供水價(jià)值蓄水構(gòu)造的方法，圈定找水靶區(qū)，確定找水方向，力求破解該區(qū)人畜飲水和農(nóng)業(yè)灌溉難題，滿足用水需求。

區(qū)域地質(zhì)背景

方城盆地地處臨沂市中西部，涉及蘭山與費(fèi)縣等區(qū)縣，整體為一近NW向的狹長(zhǎng)地帶，東起沂述斷裂帶鄜部-葛溝斷裂，西與平邑盆地相接，北起蒙山斷裂，南至初河南岸高地（圖1）；地貌類型主要有剝蝕平原和沖積洪積平原，剝蝕平原主要分布在盆地的西北，沖積洪積平原主要分布在盆地東南部及祐河沿岸，地勢(shì)總體由西北向東南傾斜，海拔 70～ 100m 。

研究區(qū)位于方城盆地中南部火山巖分布區(qū)，由于中生代構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，大規(guī)模火山噴發(fā)形成了巨厚的火山巖，包括萊陽(yáng)群城山后組火山巖和青山期八畝地組潛火山巖，后者多呈脈狀和小巖株?duì)钋秩胗趪鷰r中①。研究區(qū)整體為第四系覆蓋，巨厚的火山巖零星出露于溝谷地帶，出露巖性以沉凝灰?guī)r為主，傾向N向、NE向，傾角 20^°～37^° ，下伏侏羅系三臺(tái)組砂巖。

根據(jù)巖性及地下水賦存條件，將研究區(qū)含水巖組劃分為松散巖類孔隙含水巖組、火山碎屑巖類孔隙-裂隙含水巖組、潛火山巖裂隙含水巖組（圖2）。松散巖類孔隙含水巖組主要分布在沂河、訪河等河流的河谷地帶，厚度 lt;20m ，含水層巖性為各類砂層、卵礫石層，多為單層，因厚度較小，富水性整體偏弱，單井涌水量一般 lt;500m³/d ，僅在沂河、彷河沿岸局部地段水量較豐富，單井涌水量1 000～ 3000m³/d 。火山碎屑巖類孔隙-裂隙含水巖組在研究區(qū)廣泛分布，地下水賦存于火山碎屑巖風(fēng)化裂隙中，富水性很弱[4]，單井涌水量一般 lt;50m³/d ，僅在斷層附近富水性增強(qiáng)，單井涌水量可 gt;100m³/d 。潛火山巖裂隙含水巖組呈脈狀和小巖株?duì)畲┎宸植加诨鹕剿樾紟r中，地下水賦存于潛火山巖的成巖裂隙和層間裂隙中，富水性較好，單井涌水量一般gt;250m³/d ，最大可達(dá) 900m³/d 。

1—松散巖類孔隙含水巖組；2—火山碎屑巖孔隙-裂隙含水巖組；3—官莊群碎屑巖孔隙-裂隙含水巖組;4—潛火山巖裂隙 含水巖組;5—官莊群碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖組；6—隱伏潛火山巖裂隙含水巖組；7—水文地質(zhì)探采結(jié)合孔及編號(hào)；8— 簡(jiǎn)易抽水機(jī)民井及編號(hào);9—壓性/張性斷層；10—水文地質(zhì)剖面及編號(hào)；11—研究區(qū)邊界。

2 研究方法

本文利用1：5萬(wàn)水文地質(zhì)調(diào)查獲取的地面水文地質(zhì)調(diào)查、地面物探資料，施工的13個(gè)水文地質(zhì)探采結(jié)合鉆孔巖心及抽水試驗(yàn)資料，18組已有機(jī)民井的簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)資料，以及74組火山巖含水層地下水化學(xué)分析數(shù)據(jù)①，在對(duì)研究區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造條件的研究，分析火山巖體中不同成因裂隙的空間發(fā)育規(guī)律，了解巖體裂隙發(fā)育的非均質(zhì)性，并對(duì)火山碎屑巖孔隙-裂隙含水巖組與潛火山巖裂隙含水巖組的地下水賦存特征、富水特征、水化學(xué)特征進(jìn)行對(duì)比分析，確定火山巖分布區(qū)有供水價(jià)值的蓄水構(gòu)造，提出合理開(kāi)發(fā)利用建議。蓄水構(gòu)造是由透水層（巖體）、隔水層（巖體）及補(bǔ)給邊界3個(gè)要素構(gòu)成的，能夠在水循環(huán)過(guò)程中富集和儲(chǔ)存地下水的地質(zhì)構(gòu)造[5-6]，蓄水構(gòu)造理論是基于山區(qū)找水實(shí)踐總結(jié)而形成的具有中國(guó)特色的應(yīng)用性成果，一經(jīng)提出就得到了廣泛運(yùn)用，并在我國(guó)缺水地區(qū)勘查找水過(guò)程中發(fā)揮了重要作用[7-8]

3潛火山巖蓄水構(gòu)造的構(gòu)成

根據(jù)研究區(qū)潛火山巖及其圍巖火山碎屑巖的分布情況、裂隙發(fā)育規(guī)律以及地貌特征等，確定潛火山巖蓄水構(gòu)造三要素的構(gòu)成情況。首先，潛火山巖為侵入于柔性火山碎屑巖中的脆性巖脈或巖墻，二者巖性特征、裂隙發(fā)育規(guī)律等差異明顯，分別構(gòu)成了蓄水構(gòu)造的透水巖體與隔水巖體；其次，方城盆地火山巖分布區(qū)以剝蝕平原為主，局部為丘陵微地貌，地勢(shì)起伏不大，水位埋深一般 lt;10m ，包氣帶為火山巖強(qiáng)風(fēng)化帶，風(fēng)化裂隙發(fā)育，降水人滲補(bǔ)給系數(shù)大，構(gòu)成良好的透水邊界[9]，潛火山巖透水巖體除了通過(guò)包氣帶接受大氣降水入滲補(bǔ)給以外，還可以通過(guò)側(cè)向補(bǔ)給的方式接受周圍圍巖地下水的補(bǔ)給。由于區(qū)內(nèi)火山巖分布區(qū)地貌整體以剝蝕平原地貌為主，地勢(shì)平坦，地下水的補(bǔ)給以大氣降水為主，巖石的裂隙發(fā)育情況直接控制其接受大氣降水入滲補(bǔ)給的能力和其富水性[10]，研究潛火山巖蓄水構(gòu)造的富水特征，應(yīng)先從研究構(gòu)成蓄水構(gòu)造各要素巖石的裂隙發(fā)育規(guī)律入手。

火山碎屑巖裂隙不發(fā)育，屬于蓄水構(gòu)造的隔水（弱透水）巖體。研究區(qū)火山碎屑巖以萊陽(yáng)群城山后組火山巖為主，其中城山后組一段巖性主要為安山質(zhì)沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖，城山后組二段以安山質(zhì)火山碎屑巖夾沉凝灰?guī)r為主，火山碎屑巖的主要火山巖相為噴發(fā)-沉積相，屬于火山噴發(fā)物空落在水體或經(jīng)再搬運(yùn)沉積形成[11]，顏色為灰綠色、灰黃色，分選性較好，呈韻律沉積，火山碎屑巖的基質(zhì)多為火山灰，顆粒細(xì)膩，風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙均不發(fā)育，且裂隙張開(kāi)度差，多由黏土礦物及火山灰充填，不利于地下水的運(yùn)移與存儲(chǔ)。

潛火山巖裂隙較發(fā)育，為地下水的運(yùn)移、存儲(chǔ)提供了良好空間，屬于蓄水構(gòu)造的透水巖體。研究區(qū)潛火山巖以青山期八畝地組潛火山巖為主，主要巖性包括潛輝石粗安巖、潛角閃粗面巖、潛黑云母粗安巖、潛玄武粗安巖、潛透輝角閃粗安巖等，多呈巖脈狀或巖株?duì)钋秩胗趪鷰r火山碎屑巖中，走向與盆地構(gòu)造線一致，一般在 290^°～310^° 之間，潛火山巖寬窄不一，寬度從幾米至數(shù)百米，潛火山巖脈邊緣部位發(fā)育碎裂巖帶，其寬度不一，部分碎裂巖帶寬度可達(dá)幾十米。潛火山巖以后期侵入的形式穿插于火山碎屑巖中，在潛火山巖巖槳結(jié)晶或冷凝過(guò)程中，由于熱量的散失，熔體冷卻收縮產(chǎn)生張應(yīng)力，使巖體破碎而形成收縮裂隙[12]，收縮縫易張開(kāi)，多為張性裂隙；潛火山巖與圍巖的接觸界面處常發(fā)育有冷凝邊，或具劈理化現(xiàn)象，有的發(fā)生自碎，呈角礫狀，裂隙十分發(fā)育，構(gòu)成裂隙發(fā)育帶（圖3）。同時(shí)潛火山巖侵入具有多期性，每一期巖槳的侵位過(guò)程中常產(chǎn)生向上的拱張力作用[13]，導(dǎo)致早期侵入的巖脈形成一系列拱張裂縫，容易形成多組垂直向上的裂隙密集帶[14-15]

4潛火山巖蓄水構(gòu)造的富水特征

在對(duì)潛火山巖蓄水構(gòu)造各要素巖體裂隙發(fā)育規(guī)律基礎(chǔ)上，通過(guò)大量抽水試驗(yàn)工作，分別確定火山碎屑巖及潛火山巖富水性特征，可以進(jìn)一步確定潛火山巖蓄水構(gòu)造富水特征。

4.1 火山碎屑巖弱透水巖體的富水性

研究區(qū)施工火山碎屑巖含水層探采結(jié)合井6眼，井深 101～179.46m ，并進(jìn)行抽水試驗(yàn)，另外針對(duì)火山碎屑巖選取9個(gè)民井進(jìn)行簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)，主要含水段厚度及抽水試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

由于火山碎屑巖易風(fēng)化呈土狀，成巖裂隙及層間裂隙均不發(fā)育，裂隙張開(kāi)度差，且多被火山灰或黏土礦物充填，在鉆孔施工過(guò)程中沖洗液基本不消耗；

抽水試驗(yàn)資料顯示，鉆孔單井涌水量 7.7～ 220.6m³/d ，平均值 64.2m³/d ；單位涌水量 0.24～9.38m³/（d?m） ，平均值 2.96m³/（d?m） ；導(dǎo)水系數(shù) 0.16～8.28m²/d ，平均值 2.53m²/d 。顯然火山碎屑巖總體富水性極差，不利于地下水的賦存和運(yùn)移，其單井涌水量一般 lt;50m³/d ，局部地段受斷層影響涌水量 gt;100m³/d ，屬于弱透水巖體，依靠其阻水作用將地下水阻擋在透水巖體中，使透水巖體變成含水巖體。

4.2潛火山巖透水巖體的富水性

研究區(qū)施工潛火山巖含水層探采結(jié)合井7眼，井深 19.7～188.2m ，并進(jìn)行抽水試驗(yàn)，另外選取9眼民井進(jìn)行簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)，含水段厚度及抽水試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

潛火山巖較為堅(jiān)硬，鉆孔巖心較破碎，風(fēng)化裂隙、成巖裂隙及層間裂隙發(fā)育，且多為張性裂隙，部分裂隙面上可見(jiàn)方解石晶體及暗紅色鐵質(zhì)銹染，裂隙最大發(fā)育深度 gt;100m ，鉆進(jìn)過(guò)程中沖洗液消耗較為明顯，裂隙連通性較好，含水層富水性較好。抽水試驗(yàn)資料顯示，鉆孔單井涌水量 59.5～ 592.1m³/d ，平均值 234.4m³/d ；單位涌水量18.71～310.74m³/（d?m） ，平均值 100.1m³/（d?m） ；導(dǎo)水系數(shù) 11.6～318.0m²/d ，平均值 89.31m²/d ;潛火山巖單位涌水量是火山碎屑巖的33.8倍，說(shuō)明其富水性遠(yuǎn)大于火山碎屑巖，屬于透水巖體。

5潛火山巖蓄水構(gòu)造地下水化學(xué)特征

本文利用的地下水化學(xué)分析數(shù)據(jù)共74組，其中火山碎屑巖數(shù)據(jù)57組，潛火山巖數(shù)據(jù)17組。水質(zhì)分析結(jié)果表明，火山巖含水層地下水整體水質(zhì)良好，74組水質(zhì)樣品中僅有8組樣品溶解性總固體gt;1g/L ，其中火山碎屑巖孔隙裂隙含水巖組5組，潛火山巖裂隙含水巖組3組，且全部 lt;1.5g/L 。水化學(xué)類型主要以 HCO₃-Ca 型、 型、 HCO₃?Cl-CO₃?Cl-Ca?Mg 型為主，其中陽(yáng)離子以 Ca 型、 Ca?Mg 型為主，陰離子以 HCO₃ 型、 HCO₃ ·Cl型、 HCO₃?SO₄ 型為主。

根據(jù)水質(zhì)綜合分析，地下水中部分離子含量呈逐漸升高趨勢(shì)[16-17]，局部地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)部分離子含量超出地下水質(zhì)量Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)[18的情況。針對(duì)74組水質(zhì)分析樣品分布及其超標(biāo)情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)超標(biāo)水質(zhì)樣品主要集中分布于居民集中聚集區(qū)附近，超標(biāo)項(xiàng)主要以總硬度及硝酸根離子為主，分析原因主要受人為活動(dòng)影響[19-20]，該部分地下水一般可作為農(nóng)業(yè)灌溉用水使用；而在遠(yuǎn)離居民區(qū)的取樣點(diǎn)地下水質(zhì)量良好，可以作為農(nóng)村集中供水[21]水源地進(jìn)行開(kāi)采。

根據(jù)水化學(xué)Piper三線圖（圖4），發(fā)現(xiàn)潛火山巖裂隙含水巖組與火山碎屑巖孔隙裂隙含水巖組地下水在Piper三線圖上的分布未出現(xiàn)明顯分異，說(shuō)明潛火山巖蓄水構(gòu)造中透水巖體與弱透水巖體地下水聯(lián)系密切，水化學(xué)成分黏土整體差異不大。根據(jù)Piper三線圖上水質(zhì)點(diǎn)分布位置判斷，火山巖地下水主要在補(bǔ)給區(qū)一側(cè)分布，具有徑流循環(huán)途徑短，以大氣降水補(bǔ)給為主的特點(diǎn)。

6結(jié)論

（1）方城盆地白堊紀(jì)潛火山巖多呈巖脈狀、巖株?duì)畲┎宓交鹕剿樾紟r中，與周圍火山碎屑巖的接觸面積大，除了通過(guò)包氣帶接受大氣降水入滲補(bǔ)給以外，還可以通過(guò)側(cè)向補(bǔ)給的方式接受周圍圍巖地下水的補(bǔ)給，其成巖裂隙、構(gòu)造裂隙及風(fēng)化裂隙發(fā)育，且連通性好，有利于地下水的富集與存儲(chǔ)；火山碎屑巖裂隙不發(fā)育，且多被其風(fēng)化后的黏土礦物及火山灰充填，連通性差，不利于地下水的富集與存儲(chǔ)。

（2）方城盆地潛火山巖與火山碎屑巖的富水性差異明顯，前者的鉆孔單位涌水量平均值是后者的33.8倍，作為透水層和弱透水層共同構(gòu)成巖脈型潛火山巖蓄水構(gòu)造。潛火山巖在區(qū)域上富水性較為均勻，單井涌水量 59.5～592.1m³/d ，可以作為火山巖缺水地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉及農(nóng)村集中供水水源井的取水目地層。

（3）潛火山巖蓄水構(gòu)造地下水溶解性總固體一般 lt;1g/L ，特別是部分遠(yuǎn)離村莊、未受到大面積生活污水及農(nóng)業(yè)面源污染的區(qū)域，地下水質(zhì)優(yōu)良，可以作為該地區(qū)農(nóng)村集中供水的重要水源，對(duì)解決火山巖缺水地區(qū)群眾飲水安全問(wèn)題具有重大意義。

（4）潛火山巖蓄水構(gòu)造區(qū)作為火山巖缺水地區(qū)優(yōu)良的地下水富集區(qū)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)地下水源的保護(hù)，防止對(duì)地下水的進(jìn)一步的污染，定期對(duì)地下水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，以村集體為單位進(jìn)行集中開(kāi)采和統(tǒng)一管理。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈德旺，趙慶令.沂蒙缺水山區(qū)地下水賦存規(guī)律及找水定井范例[J].國(guó)土資源，2016，32（5）：55－63.

[2]紀(jì)汶龍，劉中業(yè)，朱恒華，等.沂蒙山區(qū)中北部侵入巖蓄水構(gòu)造的富水特征及供水意義[J].國(guó)土資源，2021，37（12）：35-42.

[3]中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.水文地質(zhì)手冊(cè)[M].北京.地質(zhì)出版社，2012.

[4]劉福臣，程興奇，黃懷峰.中生界地層找水方法研究[J].人民長(zhǎng)江，2008，39（14） ：37-38.

[5］劉光亞.基巖蓄水構(gòu)造的理論與實(shí)踐[J].河北地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1981（4）：50-56.

[6］錢(qián)學(xué)溥.中國(guó)蓄水構(gòu)造類型[M].北京.科學(xué)出版社，1990.

[7]武選民，文冬光，張福存，等.我國(guó)西北人蓄飲用水缺水地區(qū)儲(chǔ)水構(gòu)造特征與工程范例[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2010，37（1）：22-26.

[8］劉新號(hào).基于蓄水構(gòu)造類型的山區(qū)綜合找水技術(shù)[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2011，38（6）：8-12.

[9］郭峰，崔殿.孤西地區(qū)中生界火山巖儲(chǔ)層發(fā)育機(jī)制[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，38（2）：39－48.

[10］侯正良，陳世亮，張棟桂，等.弱含水地層青山組火山巖地下水分布規(guī)律及解決缺水問(wèn)題探討[J].師大學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1999，6（3）：79-84.

[11］孫天柱，武斌.臨沂方城盆地中生代青山群火山巖地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義[J].國(guó)土資源，2020，36（6）：14-22.

[12]穆洪波，張曉紅，欒城.火山巖地下水分布規(guī)律的探討[J].地下水，2003，35（6）：46-47.

[13］任作偉，金春爽.遼河坳陷洼609 井區(qū)火山巖儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集空間特征[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，1999，26（4）：54－56.

[14]陳慶春，朱東亞，胡文瑄，等.試論火山巖儲(chǔ)層的類型及其成因特征[J].地質(zhì)論評(píng)，2003，49（3）：286－291.

[15]彭松，萬(wàn)忠.淺談層狀安山巖區(qū)找水[J].地下水，1986（3）：53-55.

[16］張中祥，徐建國(guó)，彭玉明，等.省地下水污染特征與初步評(píng)價(jià)[J].國(guó)土資源，2013，29（12）：26-31.

[17］周冏，羅海江，孫聰，等.中國(guó)農(nóng)村飲用水水源地水質(zhì)狀況研究[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2020，36（6）：89－94.

[18]GB/T14848-2017.地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[19]范祖金，魏興，周育琳，等.典型山地農(nóng)業(yè)區(qū)淺層地下水硝酸鹽來(lái)源及轉(zhuǎn)化過(guò)程解析[J].環(huán)境科學(xué)研究，2023，36（10）：1946-1956.

[20]王現(xiàn)國(guó)，劉丕新，務(wù)宗偉.農(nóng)村淺層地下水污染特征及防治對(duì)策[J].地下水，2005，27（4）：282-283.

[21］唐漪，卜慶偉，劉健，等.省農(nóng)村集中供水的區(qū)域性特征及存在的問(wèn)題[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2017（9）：215－218.

Abstract：Through hydrogeological investigation，geological drilling， pumping tests， hydrochemical analysis and other methods，a comprehensive study has been conducted on the enrichment law and hydrochemical characteristics of groundwater in Cretaceous volcanic rocks in Fangcheng basin in Linyi city. It is found that volcanic rocks in Fangcheng basin and the surrounding volcanic debris rocks constitute a vein type volcanic rock water storage structure with water supply significance. The water storage structure of Qianhuoshan rock has moderate water richness，with a unit water inflow of 18.7～310.7m³/（d?m） for drilling. The total dissolved solids in groundwater are generally less than 1g/L . The hydrochemical types are mainly HCO₃- Ca type， HCO₃ -Ca·Mg type， ，and HCO₃?Cl-Ca?Mg type.The water quality is good，and it can be used as one of the target aquifers for drought resistant welldrilling in areas with poor water in volcanic rocks. This discovery is of great significance for solving the problem of centralized water supply sources for rural areas in Yimeng Mountain volcanic rock poor water area.

Key words：Cretaceous; subvolcanic rock；water- storing structures; rich water; Fangcheng basin; Linyi city