地质构造及地层分布

地质构造及地层分布济南地区南倚泰山隆起，北临齐河广饶大断裂。大地构造上处于新华夏第二隆起带的鲁西隆起与新华夏第二沉降带的鲁西北坳陷的衔接地带，其地质构造总体上是一个以古生代地层为主体的北倾单斜构造。单斜构造按构造强度的性质和程度，南北有一定的差异，北部处于鲁西隆起与鲁西北坳陷的过渡地带，受新华夏和东西向构造的强烈影响，有广泛的岩浆活动，并发育有较多的东西向小型褶皱和断裂。单斜构造的南部，前震旦纪片麻岩系组成的结晶基底广泛出露，上覆古生界地层以早期东西向构造为基础，后期叠加有北西向构造体系和新华夏系的作用，断裂较发育但很少有褶皱和岩浆活动。单斜构造中发育多条规模较大的北北西向断裂，如文祖断裂、东梧断裂、千佛山断裂、马山断裂等，此外还有北东向的港沟断裂和炒米店断裂。北北西向的断裂自东向西大至等距分布，将单斜构造分割为若干个断块。济南南部地区这种以东西向构造为基础，后期受多次构造作用，南北有一定差异，而北北西向断裂发育，东西被分割成断块式的单斜构造即为该区地质构造的基本特征。地质构造对该区的水文地质条件起到重要的作用，据801地质队和山东师范大学的研究成果，已经基本确定西侧的马山断裂、东梧断层为不透水断层，东梧断裂和马山断裂构成了济南泉域的东西边界，介于两者之间的千佛山断裂、港沟断裂和炒米店断裂为透水断层。东梧断裂以东到文祖断裂构成了一个新的水文地质单元，其地下水补给明水泉域。受单斜构造的控制，本区的地层由南向北呈较为明显的带状分布，地层有老变新，区域最南部为太古界泰山群混合片麻岩系，向北依次为古生界出露齐全的寒武系下统（馒头组，毛庄组）、中统（徐庄组，张夏组）、上统（崮山组，长山组，凤山组），奥陶系下统（冶里组、亮家山组、马家沟组），中统（阁老组，八徒组），第四系地层。此外，在泉域的东部有少量石炭和二叠系地层出露。寒武系地层岩性为浅海相的灰岩、泥质灰岩和紫红色粉砂岩、页岩互层。奥陶系地层为一套浅海—滨海相的碳酸岩岩石。石炭、二叠系地层则主要为砂页岩、砂质页岩和砂质粘土岩。地质总构造是一个以古生代地层为主体的北倾单斜构造.，按构造强度的性质和程度，南北有一定的差异：区域最南部为太古界泰山群混合片麻岩系，向北依次为古生界出露齐全的寒武系下统（馒头组，毛庄组）、中统（徐庄组，张夏组）、上统（固山组，长山组，凤山组），奥陶系下统（冶里组，亮家山组，马家沟组），中统（阁老组，八徒组），第四系地层。济南地区地质构造奠定了济南地下水的特殊的南部补充、快速运输、市区排泄的输送和补给形式。3.5补给区水文地质条件地下水补给区的构造和地层控制了该区地下水含水层的空间分布规律，以及地下水的运动、循环。⑴含水层的划分根据含水介质的特点以及地下水在含水层中的运动、储存特点，可划分出不同的含水层，各含水层受到相邻隔水层的控制，形成了各自独立的循环条件，但又在区域地下水总循环中有机的联系在一起。含水层划分见表3-1。松散岩类空隙水含水层主要分布于山间河谷(如：玉符河上游地段)和山前河流形成的冲积平原（玉符河中下游地段）。碳酸盐岩裂隙—岩溶水在补给区中南部广泛出露，为主要含水层。碎屑岩夹碳酸岩岩溶—裂隙含水层在补给区的中北部广泛出露，但由于该含水层灰岩与页岩成夹层和互层，裂隙不发育，富水性差。变质岩和岩浆岩裂含水层，地下水赋存和运动主要在岩石风化带的孔隙和裂隙中，富水性极差。表3-1地下水补给区含水层基本状况表地下水类型含水层主要岩性井(孔)出水量(m3/d)松散岩类空隙水第四系地层粉砂、粉细砂＜200中粗砂、砂砾石夹粘土山前50-300冲积扇1000-2000碳酸盐岩裂隙—岩溶水寒武系中统张夏组、上统凤山组和奥陶系地层鲕状灰岩、灰岩、白云岩低山丘陵100-500山前1000-5000局部＞10000碎屑岩夹碳酸岩岩溶—裂隙水寒武系下统馒头组、中统徐庄组及上统长山组以页岩为主间夹少量薄层灰岩一般＜100局部100-500变质岩及岩浆岩裂隙水太古界地层花岗片麻岩、辉长岩、闪长岩风化裂隙一般＜100⑵地下水的运动特征地下水的运动受到地形、地质、构造等因素的制约，运动特征较为复杂。南部太古界变质岩区，风化裂隙发育，但裂隙较小，储水空间有限，富水性差，水量较小。地下水运动受地形条件的控制，随地形倾向成散流状态无统一的水面，受沟谷切割，多以裂隙下降泉形式排泄，水循环特征表现为：就地补给，浅部运动，短途排泄。寒武系、奥陶系含水层，其地下水总的运动方向与地形产状基本一致，由南向北运动，但是由于含水层岩性及其组合的差异，水循环特征不一。寒武系下统馒头组、毛庄组、中统徐庄组、上统长山组以页岩为主，夹薄层灰岩，接受大气降水后，一部分向深部运动，一部分以裂隙下降泉的形式排泄补给地表水，这部分含水层地下水循环特征也表现为，就地补给，短途排泄，浅部循环。寒武系中统张夏组，厚度较大，岩溶发育，富水性较好，除接受大气降水外，还接受流过的河流河水的补给，其顶部和底部分别受上统崮山组和中统徐庄组页岩的阻隔，地下水一部分以裂隙下降泉出流，一部分地下水向深部运动，通过断裂及裂隙补给奥陶系裂隙岩溶水。上寒武系凤山组至中奥陶系八徒组灰岩，厚度可达1000米，由于构造的切割，裂隙、岩溶相互沟通，岩溶水之间有相互的水力联系，有统一的水位，可视为一个含水岩组，地下水除来源于大气降水外，还有地表水的渗漏和第四系空隙水的补给，地下水的运动方向和地形及岩层的倾斜方向基本一致，当地下水运动到北部受到火成岩体的阻挡，运动方向有所改变，造成地下水富集，市区、东郊、西郊有泉水出露。⑶地下水的补给与排泄途径济南地下水补给区地下水的补给来源主要为大气降水，其补给方式有以下几种形式：①石灰岩裸露区的降水直接渗入补给，泉域范围内寒武、奥陶灰岩直接裸露区面积约600km，地表岩溶发育（溶沟、溶槽、溶隙），易于大气降水的直接渗入补给，根据不同的岩性区进行的试验资料，泉域内岩溶水的降水入渗系数平均值为0.383左右，其中最大的可达0.45，最小的为0.23，多年的岩溶地下水水位动态监测资料表明岩溶水水位每年的雨季普遍上升，枯水季节由于降水量极少，水位普遍下降，补给区的变化幅度可达20余米，排泄区的变化幅度在3-4米左右，地下水水位的升降说明了济南岩溶水每年得到短期集中补给，长期消耗，接受大气降水的能力较强。②地表水的渗漏补给，济南泉域补给区河流河谷发育，部分降水由于超过下渗能力或水库蓄满泄流，产生地表径流，在河流的渗漏段集中补给地下水。玉符河、兴济河、东泉泸河、大辛河、全福河等一般在雨季均有表流，可以大量渗漏补给地下水。③大气降水通过第四系间接补给。玉符河、兴济河等上游河段发育有粗砂夹砾石的含水层，且直接覆盖在石灰岩上，大气降水入渗补给第四系孔隙水含水层后，可以在入渗补给岩溶地下水。济南岩溶地下水的排泄有以下几种形式：①泉水，泉水是济南地区岩溶水的最重要的排泄方式之一，济南市区有著名的四大泉群（趵突泉群、黑虎泉群、五龙潭泉群、珍珠泉群）。②潜流，即以补给第四系含水层作为其排泄方式，较为明显的是在西郊玉符河，北沙河形成的山前冲积平原，第四系含水层局部直接与奥陶系地层接触，彼此有水动力联系。③转化为地表径流排泄，比较明显的是在西郊玉符河一带，已知的有两个地点，一是在风齐—周王庄，另一处在老龙王庙一带。④人工开采，人工开采已经成为济南市岩溶水的重要排泄方式，近年来，随着济南城市的发展，人工开采量在逐年增加。3.6补给区与济南地下水的水动力联系济南泉域补给区范围内独特的地质构造，形成了济南地下水补给区以岩溶地下水为主体较为特殊的储水系统。储水系统内厚度巨大的古生界沉积灰岩经历了多次构造运动，区域断裂十分发育，加之补给区内石灰岩分布广泛，裂隙岩溶发育，实际上已经形成了以溶隙、溶孔、溶洞为主和部分管道组成的网络状储水空间。储水系统由寒武、奥陶灰岩构成的岩溶含水岩组，第四系松散层构成的孔隙水含水层，南部的变质岩构成了裂隙孔隙含水岩组共同组成。大气降水在南部山区以间接和直接的方式补给地下水，在北部则主要以泉水和地下水开采等形式进行排泄，形成了具有完整的补给、径流、排泄功能的地下水系统。从多年的岩溶水位监测资料表明：岩溶地下水总体上是由南向北径流，水力坡度在南部山区约为1.5—2.5%，进入山前地带，水力坡度变缓，为1.0—2.5%，且由东至西水力坡度成减小的趋势。为了进一步摸清岩溶地下水的流向，山东师范大学和801地质队进行了大量的示踪实验，结果表明岩溶地下水的流向总体可概括为三种类型：①广大石灰岩分布区由于岩溶裂隙较为发育，接受大气降水后，通过岩溶裂隙下渗。在雨量较大的情况下，形成地表径流部分补给地表河流，部分则在较易渗漏的地段下渗。下渗的水流流向在局部呈扇状展开，区域内多个扇形的交叉重叠就形成了区域内地下水流向的交叉网状结构，总体流向由南向北；②玉符河和北大沙河这两条区内最大的河流，在渗漏较强的河段直接补给地下水，下渗水流的主要流向由东南向西北，补给济南市西郊水源地；③西郊水源地的地下水通过北部石灰岩和岩浆岩的接触破碎带，补给市区的地下水