山东莱芜盆地碳酸盐岩热液溶蚀特征及水文地质意义

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.007

现代地质 ›› 2020, Vol. 34 ›› Issue (01): 199-206.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.007

山东莱芜盆地碳酸盐岩热液溶蚀特征及水文地质意义

刘元晴¹(), 周乐¹, 李伟¹(), 王新峰¹, 马雪梅¹, 吕琳¹, 邓启军¹, 陈晨²

1.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定 070151
2.山东科技大学地球科学与工程学院,山东青岛 266590

收稿日期:2019-05-31 修回日期:2019-10-20 出版日期:2020-03-05 发布日期:2020-03-07
通讯作者: 李伟
作者简介:李伟,男,教授级高级工程师,1970年出生,水文地质专业,主要从事基岩山区水文地质理论研究。Email: ffsuzili@sina.com。
刘元晴,男,工程师,1988年出生,矿产普查与勘探专业,主要从事沉积盆地流体方面研究和基岩山区水文地质调查工作。Email: lyq198896@126.com。
基金资助:
中国地质调查局水工环地质调查项目(DD20190259);中国地质调查局水工环地质调查项目(DD20160289)

Characteristics and Hydrogeological Significance of Hydrothermal Dissolution in Carbonate Rocks from Laiwu Basin, Shandong Province

LIU Yuanqing¹(), ZHOU Le¹, LI Wei¹(), WANG Xinfeng¹, MA Xuemei¹, LÜ Lin¹, DENG Qijun¹, CHEN Chen²

1. Centre for Hydrogeology and Environmental Geology Survey, CGS, Baoding,Hebei 070151, China
2. College of Earth Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao,Shandong 266590, China

Received:2019-05-31 Revised:2019-10-20 Online:2020-03-05 Published:2020-03-07
Contact: LI Wei

摘要/Abstract

摘要：

鲁中山区莱芜盆地在燕山期发生大规模岩浆侵入活动,岩浆岩体外围碳酸盐岩区分布有水源地、富水块段等岩溶发育富水区,且靠近岩体含水层多发生大理岩化。富含CO₂、H₂S等酸性成分的岩浆热液流体,能对碳酸盐岩产生明显的溶蚀作用。基于岩石样品化学组分分析、水文地质调查及数据统计分析、热液溶蚀地质点详细观测,构建热液溶蚀模式,对莱芜盆地及外围热液溶蚀特征及机理进行研究。结果表明:高温高压岩浆侵入使得接触带碳酸盐岩发生热液变质大理岩化;沿渗透性断裂、裂缝以及不整合面等运移的热液流体,对碳酸盐岩地层产生酸性热液溶蚀和混合溶蚀作用,形成不同规模溶蚀孔洞,构成地下水富集空间,为寻找城镇地下水后备水源地提供新方向。

关键词: 碳酸盐岩, 水文地质, 马家沟群, 热液溶蚀, 鲁中山区

Abstract:

In the Yanshanian period, large-scale magmatic intrusion occurred in the Laiwu Basin. Certain water source areas, karst and water-rich blocks were developed in carbonate rocks around the intrusions. Marbleization often occurs in the carbonate aquifers near the intrusions. Magmatic-hydrothermal fluids, which are rich in acidic components such as CO₂ and H₂S, can cause significant dissolution of carbonate rocks. The mechanism and characteristics of hydrothermal dissolution in the Laiwu Basin were identified via analyzing the chemical composition of rock samples, hydrogeological surveying and data statistical analysis, together with detail observation on the hydrothermal dissolution spots. Consequently, the hydrothermal dissolution model for the region was constructed. The results show that the high-temperature/-pressure magmatic intrusions likely caused the marble metamorphism of carbonate rocks in the contact zone. Hydrothermal fluids migration along permeable faults, fissures and unconformities could cause acidic hydrothermal dissolution and mixed dissolution in the carbonate formation, and formed dissolution cavities of different scales. The cavities constitute the current sites of groundwater enrichment, and provide a new direction of water reserve exploration for towns and cities.

Key words: carbonate rock, hydrogeology, Majiagou Group, hydrothermal dissolution, central Shandong mountainous area

中图分类号:

P641.6

刘元晴, 周乐, 李伟, 王新峰, 马雪梅, 吕琳, 邓启军, 陈晨. 山东莱芜盆地碳酸盐岩热液溶蚀特征及水文地质意义[J]. 现代地质, 2020, 34(01): 199-206.

LIU Yuanqing, ZHOU Le, LI Wei, WANG Xinfeng, MA Xuemei, LÜ Lin, DENG Qijun, CHEN Chen. Characteristics and Hydrogeological Significance of Hydrothermal Dissolution in Carbonate Rocks from Laiwu Basin, Shandong Province[J]. Geoscience, 2020, 34(01): 199-206.

图/表 7

图1 研究区构造及水文地质简图 F1.泰安—口镇断裂;F2.大王庄—铜冶店断裂;F3.角峪—石门—沙王庄断裂;①矿山岩体;②角峪岩体;③金牛山岩体;④铁铜沟岩体

Fig.1 Structural and hydrogeological sketch map of the study area

图2 金牛山岩体热液活动及溶蚀特征 (a)闪长岩体侵入;(b)密集垂直分布的热液方解石脉;(c)铁质浸染层面、层间裂隙;(d)渗透导水断层; (e)潜流带溶蚀洞穴;(f)混合溶蚀洞穴

Fig.2 Hydrothermal activity and carbonate dissolution characteristics of the Jinniushan intrusion

图3 矿山、金牛山岩体区水文地质平面和剖面图 (a)矿山平面图;(b)金牛山平面图;(c)矿山剖面图;(d)金牛山剖面图

Fig.3 Hydrogeological maps and profiles of the Kuangshan and Jinniushan intrusions

表1 矿山岩体碳酸盐岩围岩化学组分(%)

Table 1 Chemical compositions (%) of carbonate rocks around the Kuangshan intrusion

取样点位置	样品数量	CaO	MgO	Al₂O₃	SiO₂	折算 CaCO₃	折算 MgCO₃	主要可溶组分	加权平均值	取样点地层岩性
张家洼	12	46.50	7.14	0.26	1.49	83.03	14.99	98.02	96.20	马家沟群五阳山组(O₂w) 含燧石结核灰岩
谷家台	36	46.57	5.66	0.63	3.74	83.16	11.89	95.05
山子后	5	51.64	3.30	0.63	3.61	92.21	6.93	99.14
曹村	6	48.44	4.63	0.49	4.33	86.50	9.72	96.22
张家洼	32	43.15	8.64	0.73	3.63	77.05	18.14	95.19	94.94	马家沟群阁庄组(O₂g) 细晶白云岩
谷家台	8	36.47	13.73	1.80	6.85	65.13	28.83	93.96	94.94	马家沟群阁庄组(O₂g) 细晶白云岩
张家洼	17	42.24	7.77	1.61	5.19	75.43	16.32	91.75	92.97	马家沟群八陡组(O_2-3b) 微晶灰岩夹灰质白云岩
谷家台	5	49.57	4.39	0.46	1.68	88.52	9.22	97.74	92.97	马家沟群八陡组(O_2-3b) 微晶灰岩夹灰质白云岩

图4 谷家台矿区大理岩溶洞分布与矿体距离关系图[23]

Fig.4 Correlation diagram between marble karst cave distribution and their distance from the orebodies in the Gujiatai orefield [23]

图5 矿山岩体区热液溶蚀模式图

Fig.5 Schematic models of hydrothermal dissolution in Kuangshan intrusion area

图6 留送村ZK04钻孔地层综合柱状图

Fig.6 Integrated stratigraphic column of drill hole ZK04 in Liusong village

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山东莱芜盆地碳酸盐岩热液溶蚀特征及水文地质意义

Characteristics and Hydrogeological Significance of Hydrothermal Dissolution in Carbonate Rocks from Laiwu Basin, Shandong Province

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