臨沂方城盆地白堊紀潛火山巖蓄水構造富水特征分析

中圖分類號：P641.6 文獻標識碼：A doi：10.12128/j.issn.1672-6979.2025.07.003

0引言

近年來，隨著農村飲水安全工程的逐步推進，省大部分農村地區飲水安全問題已基本得到解決[1]，但是在個別嚴重缺水地區，問題依然突出[2]臨沂方城盆地火山巖分布區，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，遠距離調水實施難度大、成本高，人畜飲水安全問題仍未解決。本文利用1：5萬區域水文地質調查取得的豐富水文地質資料3，運用蓄水構造理論，研究火山巖地下水的賦存形式和規律特征，通過在貧水地區尋找具有供水價值蓄水構造的方法，圈定找水靶區，確定找水方向，力求破解該區人畜飲水和農業灌溉難題，滿足用水需求。

區域地質背景

方城盆地地處臨沂市中西部，涉及蘭山與費縣等區縣，整體為一近NW向的狹長地帶，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，地勢總體由西北向東南傾斜，海拔 70～ 100m 。

研究區位于方城盆地中南部火山巖分布區，由于中生代構造活動強烈，大規模火山噴發形成了巨厚的火山巖，包括萊陽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狀侵入于圍巖中①。研究區整體為第四系覆蓋，巨厚的火山巖零星出露于溝谷地帶，出露巖性以沉凝灰巖為主，傾向N向、NE向，傾角 20^°～37^° ，下伏侏羅系三臺組砂巖。

根據巖性及地下水賦存條件，將研究區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 ?；鹕剿樾紟r類孔隙-裂隙含水巖組在研究區廣泛分布，地下水賦存于火山碎屑巖風化裂隙中，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，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狀穿插分布于火山碎屑巖中，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 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—水文地質探采結合孔及編號；8— 簡易抽水機民井及編號;9—壓性/張性斷層；10—水文地質剖面及編號；11—研究區邊界。

2 研究方法

本文利用1：5萬水文地質調查獲取的地面水文地質調查、地面物探資料，施工的13個水文地質探采結合鉆孔巖心及抽水試驗資料，18組已有機民井的簡易抽水試驗資料，以及74組火山巖含水層地下水化學分析數據①，在對研究區地質、水文地質進行綜合分析的基礎上，通過對地貌、地層巖性、地質構造條件的研究，分析火山巖體中不同成因裂隙的空間發育規律，了解巖體裂隙發育的非均質性，并對火山碎屑巖孔隙-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、水化學特征進行對比分析，確定火山巖分布區有供水價值的蓄水構造，提出合理開發利用建議。蓄水構造是由透水層（巖體）、隔水層（巖體）及補給邊界3個要素構成的，能夠在水循環過程中富集和儲存地下水的地質構造[5-6]，蓄水構造理論是基于山區找水實踐總結而形成的具有中國特色的應用性成果，一經提出就得到了廣泛運用，并在我國缺水地區勘查找水過程中發揮了重要作用[7-8]

3潛火山巖蓄水構造的構成

根據研究區潛火山巖及其圍巖火山碎屑巖的分布情況、裂隙發育規律以及地貌特征等，確定潛火山巖蓄水構造三要素的構成情況。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、裂隙發育規律等差異明顯，分別構成了蓄水構造的透水巖體與隔水巖體；其次，方城盆地火山巖分布區以剝蝕平原為主，局部為丘陵微地貌，地勢起伏不大，水位埋深一般 lt;10m ，包氣帶為火山巖強風化帶，風化裂隙發育，降水人滲補給系數大，構成良好的透水邊界[9]，潛火山巖透水巖體除了通過包氣帶接受大氣降水入滲補給以外，還可以通過側向補給的方式接受周圍圍巖地下水的補給。由于區內火山巖分布區地貌整體以剝蝕平原地貌為主，地勢平坦，地下水的補給以大氣降水為主，巖石的裂隙發育情況直接控制其接受大氣降水入滲補給的能力和其富水性[10]，研究潛火山巖蓄水構造的富水特征，應先從研究構成蓄水構造各要素巖石的裂隙發育規律入手。

火山碎屑巖裂隙不發育，屬于蓄水構造的隔水（弱透水）巖體。研究區火山碎屑巖以萊陽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沉凝灰巖、凝灰質砂巖，城山后組二段以安山質火山碎屑巖夾沉凝灰巖為主，火山碎屑巖的主要火山巖相為噴發-沉積相，屬于火山噴發物空落在水體或經再搬運沉積形成[11]，顏色為灰綠色、灰黃色，分選性較好，呈韻律沉積，火山碎屑巖的基質多為火山灰，顆粒細膩，風化裂隙及構造裂隙均不發育，且裂隙張開度差，多由黏土礦物及火山灰充填，不利于地下水的運移與存儲。

潛火山巖裂隙較發育，為地下水的運移、存儲提供了良好空間，屬于蓄水構造的透水巖體。研究區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，多呈巖脈狀或巖株狀侵入于圍巖火山碎屑巖中，走向與盆地構造線一致，一般在 290^°～310^° 之間，潛火山巖寬窄不一，寬度從幾米至數百米，潛火山巖脈邊緣部位發育碎裂巖帶，其寬度不一，部分碎裂巖帶寬度可達幾十米。潛火山巖以后期侵入的形式穿插于火山碎屑巖中，在潛火山巖巖槳結晶或冷凝過程中，由于熱量的散失，熔體冷卻收縮產生張應力，使巖體破碎而形成收縮裂隙[12]，收縮縫易張開，多為張性裂隙；潛火山巖與圍巖的接觸界面處常發育有冷凝邊，或具劈理化現象，有的發生自碎，呈角礫狀，裂隙十分發育，構成裂隙發育帶（圖3）。同時潛火山巖侵入具有多期性，每一期巖槳的侵位過程中常產生向上的拱張力作用[13]，導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潛火山巖蓄水構造的富水特征

在對潛火山巖蓄水構造各要素巖體裂隙發育規律基礎上，通過大量抽水試驗工作，分別確定火山碎屑巖及潛火山巖富水性特征，可以進一步確定潛火山巖蓄水構造富水特征。

4.1 火山碎屑巖弱透水巖體的富水性

研究區施工火山碎屑巖含水層探采結合井6眼，井深 101～179.46m ，并進行抽水試驗，另外針對火山碎屑巖選取9個民井進行簡易抽水試驗，主要含水段厚度及抽水試驗成果數據見表1。

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

抽水試驗資料顯示，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） ；導水系數 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

研究區施工潛火山巖含水層探采結合井7眼，井深 19.7～188.2m ，并進行抽水試驗，另外選取9眼民井進行簡易抽水試驗，含水段厚度及抽水試驗成果數據見表2。

潛火山巖較為堅硬，鉆孔巖心較破碎，風化裂隙、成巖裂隙及層間裂隙發育，且多為張性裂隙，部分裂隙面上可見方解石晶體及暗紅色鐵質銹染，裂隙最大發育深度 gt;100m ，鉆進過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） ；導水系數 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，說明其富水性遠大于火山碎屑巖，屬于透水巖體。

5潛火山巖蓄水構造地下水化學特征

本文利用的地下水化學分析數據共74組，其中火山碎屑巖數據57組，潛火山巖數據17組。水質分析結果表明，火山巖含水層地下水整體水質良好，74組水質樣品中僅有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 。水化學類型主要以 HCO₃-Ca 型、 型、 HCO₃?Cl-CO₃?Cl-Ca?Mg 型為主，其中陽離子以 Ca 型、 Ca?Mg 型為主，陰離子以 HCO₃ 型、 HCO₃ ·Cl型、 HCO₃?SO₄ 型為主。

根據水質綜合分析，地下水中部分離子含量呈逐漸升高趨勢[16-17]，局部地區已經出現部分離子含量超出地下水質量Ⅲ類水標準[18的情況。針對74組水質分析樣品分布及其超標情況進行分析，發現研究區超標水質樣品主要集中分布于居民集中聚集區附近，超標項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影響[19-20]，該部分地下水一般可作為農業灌溉用水使用；而在遠離居民區的取樣點地下水質量良好，可以作為農村集中供水[21]水源地進行開采。

根據水化學Piper三線圖（圖4），發現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明顯分異，說明潛火山巖蓄水構造中透水巖體與弱透水巖體地下水聯系密切，水化學成分黏土整體差異不大。根據Piper三線圖上水質點分布位置判斷，火山巖地下水主要在補給區一側分布，具有徑流循環途徑短，以大氣降水補給為主的特點。

6結論

（1）方城盆地白堊紀潛火山巖多呈巖脈狀、巖株狀穿插到火山碎屑巖中，與周圍火山碎屑巖的接觸面積大，除了通過包氣帶接受大氣降水入滲補給以外，還可以通過側向補給的方式接受周圍圍巖地下水的補給，其成巖裂隙、構造裂隙及風化裂隙發育，且連通性好，有利于地下水的富集與存儲；火山碎屑巖裂隙不發育，且多被其風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。

（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成巖脈型潛火山巖蓄水構造。潛火山巖在區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農業灌溉及農村集中供水水源井的取水目地層。

（3）潛火山巖蓄水構造地下水溶解性總固體一般 lt;1g/L ，特別是部分遠離村莊、未受到大面積生活污水及農業面源污染的區域，地下水質優良，可以作為該地區農村集中供水的重要水源，對解決火山巖缺水地區群眾飲水安全問題具有重大意義。

（4）潛火山巖蓄水構造區作為火山巖缺水地區優良的地下水富集區，應當加強對地下水源的保護，防止對地下水的進一步的污染，定期對地下水質進行檢測，以村集體為單位進行集中開采和統一管理。

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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