泰山北翼岩溶含水介质分布及地下水循环规律研究

为了深入认识济南岩溶泉水及地热水循环过程,本文以泰山北翼碳酸盐岩含水介质空间分布特征为研究出发点,分析其埋藏条件和连续性特征,并利用数理统计、空间插值、Piper三线图、概念模型等方法,结合水动力场、水化学场、水温度场和水年龄场“四场”分析,揭示区域地下水循环规律。结果表明:地表分水岭与齐广断裂、禹王山断裂、聊考断裂等深大断裂控制了泰山北翼地区岩溶含水介质空间展布,大致呈现由南向北埋藏深度逐渐增大的变化趋势,受马山断裂、东坞断裂、文祖断裂等次级断裂影响岩溶含水介质上下盘有不同错动,但东西展布仍具有较好连续性;区域地下水循环过程极其复杂,泰山岩群、寒武纪及奥陶纪各类含水岩组通过排泄-渗漏、断裂垂向径流、水平地下径流等形式发生水流交汇,并在山前局部地区与第四纪松散孔隙水产生水量交换,最终通过泉或人工开采形式排泄。区域地下水流具有统一的“四场”,并且呈现明显的水平与垂向分带特征,大致沿东阿断裂及其延长线—吴家堡—华山—章丘区—淄博磁村一线划分冷泉与地热水的分界线,以600 m、1000 m划分出浅、中、深循环深度分界线;冷泉以浅循环为主,中、深循环为辅,地下水矿化度、温度、年龄偏低,而地热水以中、深循环为主,浅循环为辅,地下水矿化度、温度、年龄偏大。不同含水介质水流具有一定内在关联,构成一个完整的岩溶水系统。

岩溶热储古岩溶发育机制与地热水富集模式

明晰岩溶储层古岩溶发育机制、形成演化及发育特征对揭示地热资源赋存特征与富集规律具有重要意义。以济南北地热田为例,在厘清奥陶纪马家沟群地层层序及沉积相特征基础上,通过地表岩溶、钻孔揭露地下岩溶发育特征及富水性分布规律的分析,研究岩溶热储古岩溶作用类型及发育机制,重塑济南北地热田岩溶发育与演化过程并阐明强岩溶发育与地热水富集模式。结果表明:同生岩溶、古风化壳岩溶、埋藏岩溶等三级岩溶发育过程驱动控制区域岩溶的分布层位及发育程度,构造岩溶驱动控制裂隙岩溶发育强度,重力势能驱动控制地热水循环深度和岩溶发育深度;奥陶系顶板以下320 m深度范围内,层间岩溶与构造岩溶复合处、层间岩溶与侵入岩体接触带是强岩溶发育带和地热水富集带。

济南四大泉群附近补给路径及补给比例研究

济南地区岩溶大泉是集供水、旅游、生态等功能于一体的重要自然资源,但随着经济社会的快速发展,人类活动影响不断增强,各岩溶大泉受到水质劣化、流量衰减的威胁。为了明确济南四大泉群附近主要补给路径,更加科学合理的保护泉水资源,文章采用流速流向定量分析、地下水流场分析、水化学同位素分析、聚类分析、三端元混合比计算等研究方法,分析了济南四大泉群主要补给路径,定量计算了各泉群补给路径贡献比例。研究表明,四大泉群的主要补给路径可划分为西部、南部、东南部补给路径,每个泉群受到不同补给路径的混合补给作用,其中趵突泉、黑虎泉、五龙潭、珍珠泉泉群的主要补给来源分别为南部补给路径(流量占比40.21%)、东南部补给路径(流量占比47.42%)、西部补给路径(流量占比47.13%)、南部补给路径(流量占比51.04%),研究工作可为我国北方岩溶大泉成因机制和生态保护提供参考。

玉符河外源回灌对岩溶地下水影响研究

为缓解济南市的泉水保护与城市供水矛盾,玉符河先后实施了多期地表水回灌补源地下水工程,对维持泉水持续喷涌下城市正常取用地下水起到了重要作用。外源水水质与当地岩溶水差异明显,长期回灌将对岩溶水产生一定影响。针对这一问题,以2021—2022年玉符河的回灌补源为例,利用同位素试验和水化学综合分析等多种手段相结合的方式,研究玉符河流域岩溶水受外源水补给的影响,分析影响区内地下水水化学特征及其组分的变化趋势。结果表明:玉符河回灌对岩溶水有一定的补给作用,根据其补给的程度将研究区分成三个区带,在河岸东侧Ⅰ区范围内河流入渗补给占50%以上,是主要的影响区;城区泉群位于Ⅲ区内,水质受玉符河补源影响有限,但水位会有一定的抬升。自玉符河至Ⅲ区,水化学类型由SO_(4)·Cl-Na·Mg型逐渐向HCO_(3)-Ca·Mg型过渡,由于兴济河的调水补源,泉群地下水类型又转变为HCO_(3)·SO_(4)-Ca·Mg型。影响区内岩溶水各离子含量变化主要是河水与岩溶水的物理混合引起,同时伴随着水岩平衡的改变。补源经过一个水文年后,各离子逐步接近原来含量水平。研究成果为科学实施玉符河回灌补源提供了依据,对促进保泉与供水的有机统一具有一定意义。

鲁中隆起北缘地热区岩溶热储水化学特征及形成机理

通过研究鲁中隆起北缘岩溶热储地热水水化学特征,分析岩溶热储地热水的形成机理。以鲁中隆起北缘地热区内32个地热井为研究对象,采用Piper图解、Schoeller图解、离子组分比率特征、同位素特征、Na-K-Mg平衡图解、矿物饱和指数计算与评价等方法,研究地热水的补给来源、水岩作用过程、运移途径、循环演化特征和形成机理。结果表明:在岩溶地下水向地热田径流方向上,岩溶地下水的水化学类型与地热水的明显不同,岩溶水的TDS含量呈增加趋势,而HCO3-含量百分比呈现降低趋势;同一地热田区段的地热水水化学成分相似、水化学类型相同。研究区地下热水中微量组分F、Li、Sr、偏硅酸等含量表现出增加的趋势。通过使用玉髓地热温标计算的地热区岩溶热储温度为39~70℃,地热水的循环深度为856~1877 m,结合测温曲线特征分析,确定研究区地热系统为对流-传导型。水文地球化学演化、离子组分比率、同位素等多种分析方法,揭示出岩溶热储地热水的补给来源为地热区南部泰山北麓山区晚更新世寒冷气候条件下古大气降水的入渗;大气降水入渗补给岩溶含水层后,经地下水深循环径流运移,在大地热流、地下水运移传导-对流加热作用下形成地热水。

长时间尺度下济南泉水动态特征与驱动因素演变分析

为识别60多年济南市区泉水动态变化规律,以长系列动态监测资料为基础,利用相关分析、偏相关分析、回归分析及水均衡分析等方法,对泉水动态变化特征及其自然-人类活动等影响因素进行分析。结果表明:济南市区四大泉群动态经历了壮观喷涌、景观衰减、长期间断断流和调控复涌四个变化阶段,总体表现为驱动因素逐渐增多,泉水复涌前降水量影响逐渐减弱,开采量、城市建设及水利工程影响逐渐增强,复涌后人工调控占据主导作用。定量识别出:一阶段主控因素为降水量和开采量,平均影响量58.17、-9.58万m^(3)·d^(-1),二阶段主控因素降水量、开采量和水利工程,平均影响量52.01、-42.61、-5.98万m^(3)·d^(-1),三阶段主控因素为开采量、降水量、水利工程和城市建设,平均影响量-51.82、51.42、-6.92、-2.40万m^(3)·d^(-1),四阶段主要受控降水量、开采量、生态补源、城市建设和水利工程,平均影响量为55.38、-25.44、10.36、-8.99、-6.56万m^(3)·d^(-1)。相关研究可为北方岩溶泉水保护提供依据。

济南岩溶水微量元素分布特征及其水文地质意义

济南以泉名扬天下,故称泉城。20世纪后半期,由于地下水的开采,济南泉水流量逐年递减,并于1976年始出现断流,20世纪末限制岩溶水开采量后,泉水复涌。自1980年开始,保泉地质调查工作陆续开展,但迄今对泉水补给方向及影响泉水因素尚无定论。采用微量元素水文地球化学方法,对济南可能的泉域范围内的枯丰水期岩溶水化学特征及其变化进行了研究。结果表明,丰水期较枯水期离子浓度总体偏低,由南部山区向北至泉群地带,元素浓度由低到高,显著地反映出由补给区通过径流区至排泄区的整个水化学过程。利用PHREEQC软件MIX模块,选择趵突泉及其周围的不同采样点岩溶水进行配比混合模拟。结果显示,泉水补给方向多样,趵突泉不仅有近源补给来源,还有远距离深循环补给。作者结合调查区地质构造及相关水文地质条件,认为济南泉水的形成是多源混合补给、深浅循环结合而成,千佛山断裂北部透水段,对济南泉群的形成具有极其重要的作用。

鲁北平原浅层地下水水化学特征

运用Piper三线图、离子比例系数和数理统计等方法，系统地分析了鲁北浅层地下水的空间分布及水化学特征。结果表明，浅层地下水的水化学类型复杂多变，从内陆至滨海地下水由淡水逐步演化为微成水、成水、盐水；常规离子组分中Cl的变异系数最大．其次是Na＋，HCO3-的变异系数最小；滨海地区浅层地下水yNa／γCl多介于0．8～0．9之间，而内陆地区yNa／γCl一般大于1．0；局部地段内陆成水γNa／γCl小于0．5，属C1·SO4-Na型或Cl·SO4-Na·Mg型咸水／微咸水，多呈点状分布；研究区沿海地区浅层成水多以海成盐化成水为主，内陆成水多以大陆盐化咸水为主。

济南泉域岩溶径流通道特征

岩溶发育程度的差异性对地下水的储存和运移有重要控制作用。采用示踪试验、泉水位动态观测等方法揭示济南岩溶含水介质特征。试验表明济南泉域岩溶水观测孔中示踪剂运移的浓度历时曲线呈现单峰、双峰、三峰、多峰形态并存,岩溶水径流通道有单一管道和多管道并存;泉水位衰减特征表明含水系统以小型管道、裂隙、溶隙、溶孔、网络状溶隙等共同释水,衰减系数的历时变化反映济南岩溶水系统岩溶发育存在垂直分带性。研究表明,济南泉域岩溶发育不均、有多重性,奥陶纪灰岩比寒武纪灰岩的岩溶更发育。为保持泉水持续喷涌,宜选择奥陶纪灰岩含水层进行人工补源。

济南趵突泉泉域岩溶水化学特征时空差异性研究

水文地球化学一直是水文地质领域的研究重点,而地下水化学组分的时空变化特征受多种因素的影响。为了掌握济南趵突泉泉域岩溶地下水水化学特征时空差异性,本文分别于枯、丰水期在泉域内采集并分析了岩溶地下水样品,并采用数理统计、Piper三线图、Gibbs图解法及离子比例系数法等分析手段,对研究区岩溶地下水水化学特征及时空差异性进行了研究。结果显示,研究区地下水优势阳离子为Ca,优势阴离子为HCO3,丰水期除HCO3外,其他离子的变异系数较枯水期普遍升高,且大于0.5,表现出丰水期空间差异性增大的特点。地下水水化学类型具有以HCO3·SO4-Ca为主,多种类型并存的特点。Ca、Mg、HCO3含量在枯、丰水期比值要小于1,且比其他离子要相对稳定,呈现出全局性特点。而Na、K含量在枯、丰水期比值波动较大,大部分比值大于1,Cl、SO4、NO3含量在枯、丰水期比值具有波动剧烈的特点,呈现出区域性特征,同时表明人类活动大大改变了研究区地下水水化学场的分布特征。

基于围岩及灌浆圈非均质性的外水压力计算

隧洞外水压力计算方法较多,每种方法都有优缺点。采用数值法来计算灌浆圈的外水压力,将围岩灌浆圈分为3层,计算了各层渗透系数不同以及等效后的渗透系数时条件下的外水压力。计算结果表明,随着衬砌渗透性的增加,外水压力逐渐减小。当考虑灌浆圈不同厚度的变化时,如果将围岩灌浆圈和钢筋混凝土衬砌当作一个整体考虑,衬砌外缘的外水压力下降幅度较大,灌浆圈外缘的外水压力下降幅度很小;当灌浆圈的渗透性与衬砌的渗透性相差不大时,衬砌的外水压力变化比较小,当灌浆圈的渗透性与衬砌的渗透性相差教大时,衬砌的外水压力变化比较大。经研究分析,采用数值法计算高压岔管区围岩及灌浆圈的外水压力有一定的实用性。

济南市岩溶水系统分级及市区与东西郊的水力联系

基于地下水系统理论,将济南市单斜构造划分为3个一级地下水系统和3个二级岩溶水子系统;在此基础上,通过区域含水层介质和水动力特征分析,揭示济南泉群的补给来源,采用回归分析进一步证实西郊与市区水力联系的密切程度比东郊好。

内陆平原区地下水系统中黏土的阻滞作用

【目的】深化认识咸淡水水质演化过程中的水文地球化学作用。【方法】以内陆平原区为例,在研究区水文地质调查的基础上,通过地质钻探和抽水试验采集不同深度的原状土与地下咸水,采用野外水质实时监测、室内吸附等温试验、因子分析、相关性分析等方法,分析了黏土的阻滞作用对地下水水化学特征的影响。【结果】黏土对地下水中Na^+、Ca^(2+)、Mg^(2+)的最优吸附等温曲线符合Henry方程、Langmuir方程;受黏土矿物种类及其质量分数的影响,不同深度的黏土对地下水中Na^+(Ca^(2+)、Mg^(2+))的阻滞强度不同,一定深度的黏土对地下水中Na^+的阻滞最强,高于对Ca^(2+)和Mg^(2+)的。【结论】黏土的阻滞作用对地下水系统中的水化学分带及地下水系统中微咸水的形成有重要影响。

济南单斜岩溶水系统资源潜力研究

通过对济南单斜岩溶水系统地质结构、含水层发育特征等的研究,分析了50年来地下水水位动态、地下水开采量、大气降水变化规律,综合研究认为,济南市区四大泉群泉流量由市区水位控制,其与两年大气降水量、开采量之间的关系极为密切,并可由此评价济南单斜岩溶水系统的资源潜力。研究表明,在生态水位的约束下,即控制市区水位27.5与27.0m时岩溶地下水最大允许开采量为29.43与30.94万m3/d,现状条件下泉域内不具备增大开采的潜力;采取补源措施后,泉域最大允许开采量能够达到40万m3/d。

地下淡水驱替咸水过程中水文地球化学作用的试验研究

选取鲁北地区浅层粉土、浅层地下咸水及大气降水为供试材料,进行室内淡水驱替咸水试验,分析地下淡水驱替咸水过程中水化学成分形成、演化过程,探讨内陆浅层咸水区地下淡水驱替咸水过程中发生的水文地球化学过程.试验结果表明：1驱替过程中,含水介质粘土矿物含量高,电导率≤0.83 ms/cm,粘土矿物＂膜效应＂使离子组分发生浓缩现象.2驱替过程中,白云石处于沉淀状态,岩盐处于溶解状态;电导率〉1.00 ms/cm,方解石处于沉淀状态;电导率≥6.22 ms/cm,石膏处于平衡状态.临界离子强度为0.20~0.25 mol/L,Mg/Ca-Na阳离子交换作用显著.电导率〉12.00 ms/cm,离子交换吸附作用显著.研究表明,内陆浅层咸水区淡水驱替咸水过程中发生复杂的水化学作用,主要包括吸附作用、离子交换作用、溶滤作用、脱白云岩化作用及混合作用.

济南北部地热田地热地质特征浅析

济南北部地热田地热资源类型属于层状裂隙岩溶型，热源是北部齐河-广饶断裂的沟通导热，盖层是第四系、新近系、石炭-二叠系、侏罗系。可利用的、具有开发价值的热储层为奥陶系灰岩热储，该热储层顶板埋深在700～2500m左右，热储层厚度由南向北逐渐增大，单井涌水量2000m^3／d左右，孔口水温一般在38～57℃，地热田东部地热水矿化度1．4～3.5g／L左右，西部5．1～7.2g／L左右，地热水中富含氟、锶、偏硅酸等微量元素，具腐蚀性，结垢性弱，具较好的开发利用价值。经计算奥陶系热储层单井可采资源量为7．3×10^5m^3／a，合理井间距为5000m。

章古台沙地红皮云杉引种初报

红皮云杉(Picea koraiensis Nakai)又名红皮臭、红扦、虎尾松。其寿命长,树木高大,是耐荫性树种,但在全光下亦能生长。30年后需光量大,生长加快。木材轻软,纹理通顺,是东北地区的优良造林树种之一。红皮云杉常呈团块状或单株、几株与其他针、阔叶树种混生,分布在我国的小兴安岭、张广才岭、老爷岭和长白山区,在贡根尔河沿岸沙丘上,也长有红皮云杉带状林,且长势良好。

山东济南北部地热田富水规律分析

为查明济南北部地热田的富水规律,并为该地区的地热资源开发提供科学指导,通过对该地区的钻探、物探以及水化学等资料的分析,查明了该区地热田的大致范围为:南起济南岩体,北到齐河—广饶断裂,西起焦斌—庙廊断裂,东至鸡山断裂,总面积约770 km2。济南北部地热田的热源主要来源于北部齐河—广饶断裂沟通深部热源,济南岩浆岩的侵入作用对地热资源的形成也起到积极作用。地热水主要赋存于北东向与近东西向断裂构造的破碎带及附近,深部灰岩热储的岩溶发育较差。

济南泉域岩溶水水质演变趋势研究

20世纪50年代末期,济南泉域岩溶地下水水质基本处于天然状态。此后,特别是80年代以来,由于社会经济发展的速度逐渐加快,岩溶水开采量不断增加,“三废”排放逐年增加,致使岩溶水水质逐年变差。西郊岩溶水水质变差的主要原因为点状工业污染。市区地处排泄区,受北部岩浆岩岩体阻挡,岩溶水只能以泉或开采的形式排泄;来自补给区的三废排放量的增加造成了部分离子浓度的不断增加。东部面积小,是工业和民用水集中区,地下水水质总体恶化趋势较市区严重,较西部更严重。

济南水资源与可持续利用

济南水资源补给量变化大,地域分布不均,优质饮用水以地下水为主。综合分析济南的气候、自然、地理及水文地质条件,结合水资源基本特征与资源量认为,济南市水资源总量相对充足,但由于水资源的年内及地域分布不均匀,使得水资源供求矛盾较为突出,这集中体现为供水结构与利用方式方法不合理。本文从水资源优化配置着手,充分考虑产业结构特点与区域用水特征,提出了保障济南市水资源可持续利用应当借鉴的措施。