青岛市崂山区富水地段水文地质特征分析

贾 涛，刚什婷，王 玺，彭同强，吕明荟

(1.山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队/山东省地矿工程勘察院，山东 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，山东 济南 250014)

青岛地处山东半岛东南部沿海，是黄河流域重要开放门户、区域性国际航运中心、对外开放桥头堡、东部沿海重要的创新中心、沿海重要中心城市。青岛市是资源型缺水城市，水资源总量不足，时空分布不均，加之经济快速发展，人口逐年增长，水资源短缺已成为制约青岛市经济社会发展的短板[1-8]。青岛市崂山区一直以来被称为贫水区，特别是山区及花岗岩出露或第四系覆盖较薄的低山丘陵区，据现有资料反应，其成井率及出水量都不理想。因此，研究区域富水地段水文地质特征，总结的两种典型蓄水构造模型，为寻找新的城市供水水源地，缓解目前地下水的供需矛盾具有重要意义[9-19]。

研究区位于鲁东地段即墨牟平断裂带南段东侧，隶属于华夏系第二隆起带构造体系。形成于震旦纪吕梁运动期的复式背斜褶皱是崂山区的地质骨架。而后崂山区整体缓慢隆起，使得基底长期暴露于地表接受风化剥蚀，覆盖层不甚发育。对本区的影响最大的构造运动当属中生代燕山期地壳构造运动，伴随着燕山期中期相继喷发的熔岩和广泛侵入的花岗岩。喜马拉雅运动再次抬升了崂山区基底，从而加速了该区的剥蚀沉积和地壳构造运动。以NEE向韧性剪切带和NW向脆性断裂构造为主，基岩以侵入式花岗岩为主，间有变质岩，山间河谷盆地发育有第四系沉积。

图1 青岛市崂山区地貌图

研究区位于青岛市崂山区，主要为沿海河流(土寨河、王哥庄河、晓望河、凉水河及南九水河等)的中下游冲积平原地区及山前冲洪积平原地区，还包括滨海部分养殖滩涂地带，面积约245 km2。属温带大陆季风气候区。主要地层为元古界地层、中生界白垩系地层和新生界第四系地层。区内有大小河流23条，主要为沿海近缘水系，属于季节性河流，地表径流主要来源大气降水。研究区出露的地层较简单，从老至新依次为：元古界地层、中生界白垩系地层和新生界第四系地层(图1)。

2.1 含水岩组与富水性

根据区域地下水的基础地质和水文地质条件，结合水文、气象等综合研究，初步将该区域含水岩组分为松散岩类孔隙水含水岩组、碎屑岩类孔隙裂隙水含水岩组和基岩裂隙水含水岩组三种类型。对应的地下水分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙-裂隙水、基岩裂隙水(图2)。

2.1.1 松散岩类孔隙水

第四系孔隙含水岩组是研究区最重要的含水层，松散岩类孔隙水主要分布在研究区大小河流中下游河谷平原，该含水岩组岩性主要由不同粒径的砂及砂砾石组成，渗水性强，含水量随含水层厚度增大而增加，单井出水量在100～500 m3/d之间。水位埋深多在2～4 m，基本属于孔隙潜水，除局部地段在高水位时具有弱承压性，河流上游山间沟谷处均建有水库塘坝，作为各流域当地社区或村级主要供水水源地。

2.1.2 碎屑岩类孔隙-裂隙水

其中仅研究区东南黄山-青山村一带可找到碎屑岩类孔隙裂隙水，含水层岩性主要为下白垩统莱阳群的长石砂岩，因其孔隙和裂隙发育具有各向异性及不均匀性的特点，含水层的透水性、富水性均很弱，除岩性接触带或构造发育的低洼处可形成小型富水地段，水量在50～100 m3/d之间，适于分散式农村用水。

2.1.3 基岩裂隙水

基岩裂隙含水岩组主要分为三个亚组：层状岩类裂隙含水亚组、块状岩类裂隙含水亚组、喷出岩类孔洞裂隙含水亚组。地下水主要赋存在裂隙较发育的风化裂隙、风化带和构造带附近。主要分布在东北朱顶山-峰山一带、西南部午山-小崂山一带、低山丘陵区。单井涌水量一般小于50 m3/d。

图2 青岛崂山区水文地质略图

2.2 地下水补径排特征

研究区地质构造控制了地层岩性的分布和地形地貌的发育，相应地决定了各类地下水的补给、径流和排泄条件。

2.2.1 松散岩类孔隙水

孔隙水补给来源以大气降水入渗为主，其次为地表水和农灌水的入渗以及基岩裂隙水侧向径流补给。区内地下水位埋深较浅，地表岩性松散，垂向径流为地下水的主要运动形式，水平方向上径流方向总体与地形一致。丰水期孔隙水接受地表水补给，水位抬升，枯水期河流则成为地下水的排泄带。地下水的排泄形式以人工开采、地下径流和表流形式排泄。在谷地低洼处及近海平坦地带，地下水埋藏浅，以开采与蒸发形式排泄。

2.2.2 碎屑岩类孔隙裂隙水

主要补给来源为大气降水，地面平缓处，有利于降水渗入；
地形坡度较大地段不利于降水入渗。地下水运动变化与地形变化基本一致，因岩层透水性较差，水力坡度的大小，直接影响径流速度。径流量变化一般与裂隙发育程度直接相关，在裂隙发育地段，径流量相对较大，裂隙不发育地段，径流量较小，甚至无水。地下水排泄方式以地下径流和低洼沟谷地段的下降泉为主，径流排泄主要补给第四系松散岩类孔隙水，另外由于地下水埋藏较浅，蒸发也是其排泄形式之一。

2.2.3 基岩裂隙水

基岩出露处地势较高，基岩裂隙水大面积直接接受大气降水补给，以大气降水补给为主，局部与碎屑岩孔隙裂隙水相互交换。在地势低处可接受松散层孔隙水和地表水补给。其补给程度主要与地形地貌、裂隙发育程度关系密切。基岩裂隙一般发育细微，地形坡度较大，大部分降水以片流形式流失，仅部分大气降水直接沿裂隙发育方向渗入地下形成径流。在准平原沟谷处，可接受高处基岩裂隙水径流补给，随地形起伏多呈散状径流。受沟谷切割，在沟底及构造破碎带发育处，常呈下降泉方式排泄，至沟谷下游多以潜流排泄于松散层，排泄量一般较小。地下水位埋深随地形由高到低呈起伏不平的地下水自由水面。地下水径流方向与地形倾斜方向基本一致。调查区内基岩裂隙水易形成矿泉水，数量较多，主要矿物(达标矿物质)为锶、偏硅酸等。

地下水富水地段主要指含水层空间内发育良好、富水性能较高，地下水资源补给、汇集等环境条件相对良好，适宜进行集中开采。地质结构、地层岩性和其他地形地貌的组合，决定着地下水补径和排蓄条件及其赋存、富集的特点。本次研究，富水地段圈定的方法主要采用了水文地质调查、抽水试验和水质分析。

3.1 水文地质调查

通过水文地质调查及调查区历次供水水文地质勘察资料，初步划定了3处水量好水质优的富水地段，该富水地段主要指以崂山超单元花岗岩、晋宁期片麻状二长花岗岩含水层为主的基岩裂隙水富水地段，区域上主要位于崂山东北麓山前冲洪积扇前缘地貌单元，基岩裂隙水微承压排泄区。该地貌区第四系发育较厚，侵入岩隐伏于第四系砂层、黏土质砂层、砂质砾石层等冲洪积相地层之下，根据钻孔资料反应风化层较浅，基岩风化裂隙不甚发育，地下水主要运移通道为调查区主要的大-中型构造断裂带，地势高差为地下水运移的主要动力来源。

3.2 抽水试验

为确定完成井实际涌水量，评价含水层富水性，计算含水层水文地质参数，对施工的水文地质钻孔进行了抽水试验。根据本次外业勘探孔抽水试验成果，新划定的几处富水地段基岩钻孔出水量在1.5～5 m3/h之间。

3.3 水质分析

为掌握区内地下水水质情况，寻找水质较优，具有供水意义的地下水富水地段，对区内地下水进行取样分析，水质经过全分析及矿泉水项目测试，为矿化度及硬度低、H2SiO3含量较高，呈弱碱性的优质饮用水，其他指标均可媲美调查区现有矿泉水水质。

通过水文地质调查、地球物理勘探手段、抽水试验、水质分析及收集资料等工作方法，青岛市崂山区地下水富水地段3处，分别为土寨河流域江家土寨-浦里富水地段、王哥庄河流域姜家-王哥庄富水地段、晓望河流域晓望-港东富水地段。

4.1 土寨河流域江家土寨-浦里富水地段

该富水地段主要沿土寨河及石人河下游区段展布，西北自秦家土寨村始，至两河交汇处转向南，至浦里社区以南止，形状上大体呈向东北突出的转角状，面积约5 km2。该富水地段处山前冲洪积扇平原，地层岩性主要为黏土质砂、中粗砂、粘土及少量淤泥。根据地下水补给来源，可分两个水文地质单元：江家土寨-即墨东上庄水文地质单元，浦里-黄泥崖水文地质单元。两个水文地质单元之间基岩地下水独立形成补给通道，但仍具有相当的水力联系。该富水地段形成机理主要是两条深大断裂在富水地段均隐伏于第四系之下，且断裂破碎带宽可达数十米至数百米，第四系含水层与基岩之间无隔水层，粘土质粉砂、含砾中粗砂等均为良好含水层，在断裂破碎带发育处，孔隙水可直接入渗补给基岩裂隙水。受深大断裂的沟通作用：基岩裂隙水流动方向与地势倾向一致，在浅层数米深度内沿网状的风化裂隙向地势低洼处流动，通过线状的构造裂隙汇入主断裂，基岩地下水在构造通道内运移过程中，不断接受上述补给，并最终向主断裂走向的低海拔方向流动。在浦里一带，马山-王哥庄断裂与劈石口断裂交汇，两处断裂深部地下水在此处有较为复杂的联系，最终通过劈石口断裂向海排泄(图3)。

图3 土寨河流域水文地质剖面图

4.2 王哥庄河流域姜家-王哥庄富水地段

在王哥庄社区附近，NNE向的王哥庄断裂与NWW向的马山-王哥庄断裂交汇，形成小区域的强富水地段。该富水地段西南自姜家社区南头始，东至崂山旅游路一线止，受区域大断裂影响，基本沿王哥庄河冲洪积扇呈倒三角形型展布，面积约4 km2。该富水地段位于桑园社区的山间沟谷地貌至王哥庄社区的河流冲洪积扇前缘平原地貌，地形差异较大，地势高差明显。受地势及构造断裂控制，地下水流向与河流地表水流向基本一致，桑园社区附近崂山超单元块状岩类裂隙水与王哥庄社区隐伏的晋宁期片麻状岩类裂隙孔隙水接受补给的方式不同，地下水运移通道不同，但由于上覆第四系孔隙水补给的及河流的渗漏作用，基岩裂隙水在该区域不同岩性间有一定的相互联系，基岩裂隙水主要补给来源为以大气降水补给、第四系孔隙水补给为主，排泄主要是人工开采排泄、潜流排泄和向海排泄。该富水地段断裂导水与蚀变带的阻滞作用并存，地势形成的水头差是地下水流动的主要动力来源(图4)。

图4 姜家-王哥庄富水地段水文地质剖面图

4.3 晓望河流域晓望-港东富水地段

晓望-港东富水地段主要沿晓望河呈三角形展布，西起晓望-双台东-港西一线，东至曲家庄-峰山西-港东一线，面积约3 km2。该区域无探明的主要断裂，主要由较强的补给来源及片麻状二长花岗岩的风化裂隙控制，推测晓望河下游隐伏的片麻状二长花岗岩区、二龙山北麓岩性接触带处可形成强富水地段(图5)。

图5 晓望河流域水文地质剖面图

晓望河根据流域面积及支流数量在崂山北麓均属较大河流，滑溜口-黄岭后一线的上游山区沟谷纵横，山势高耸，汇水面积大，有利于大气降水入渗补给；
在双台东-晓望村-曲家庄一线第四系含水层富水性好、水位埋深浅、水位年变富小，第四系孔隙水含水层与基岩松散风化层间无明显界限，片麻状二长花岗岩浅部风化裂隙发育，孔隙水接受基岩裂隙水潜流补给后向低地势流动过程中不断入渗基岩裂隙，并通过区域性构造向深部运移；
晓望河水库大坝为石砌结构非混凝土整体浇筑，坝体存在渗漏，是该富水地段一大补给来源。地下水流向浅层受地形影响由山前地区向海盆径流，片麻状二长花岗岩风化裂隙水在平原区富集，含水层厚度与裂隙发育深度基本一致。在马山-王哥庄断裂通过处，构造裂隙发育较深，基岩水不断获得上述补给，缓慢向深部运移的同时向东南方向海盆径流排泄。

富水地段开采潜力评价主要应用水均衡法和疏干补偿法进行分析计算。水均衡法根据富水区含水层的岩性、结构、厚度、分布规律、水力性质、富水性、含水层的边界条件、地下水位、补径排条件，结合需水量要求，计算地下水的补给量、存储量和允许开采量。本次共圈定3处富水地段，通过计算，三处富水地段地下水允许开采量Q允为0.225万 m3/d，折合82.3万 m3/a。

在青岛市崂山区开展的海水入侵地质灾害调查工作的基础之上，探讨了研究区水文地质条件，分析了富水地段及蓄水构造模式，形成结论如下。

(1)由于区内受断裂构造的控制，在多期构造演化的基础之上，形成了松散岩类孔隙水含水岩组、碎屑岩类孔隙裂隙水含水岩组和基岩裂隙水含水岩组三种类型。

(2)区内地下水主要补给来源为地表水和农灌水的入渗以及基岩裂隙水侧向径流补给。地下水径流方向与地形倾斜方向基本一致，由于构造与地层阻水条件影响后形成了富水块段，研究区内地下水排泄方式为人工开采、地下径流、表流和蒸发形式排泄。

(3)根据水文地质调查以及抽水试验成果，新划定三处富水地段，分别为土寨河流域江家土寨-浦里富水地段、王哥庄河流域姜家-王哥庄富水地段、晓望河流域晓望-港东富水地段，基岩钻孔出水量在1.5～5 m3/h，预测地下水允许开采量为82.3万 m3/a。

(4)通过分析3处富水地段，总结了2 种蓄水构造模型，即较为典型的地层阻水型蓄水构造和断层储水构造。江家土寨-浦里富水地段形成机理主要是两条深大断裂在富水地段均隐伏于第四系之下，且断裂破碎带宽可达数十米至数百米，第四系含水层与基岩之间无隔水层，粘土质粉砂、含砾中粗砂等均为良好含水层，在断裂破碎带发育处，孔隙水可直接入渗补给基岩裂隙水。姜家-王哥庄富水地段断裂导水与蚀变带的阻滞作用并存，地势形成的水头差是地下水流动的主要动力来源，对指导青岛市崂山区地下水资源开采定井具有重要的实际供水意义和社会效益。

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