Hydrogeological Features and Groundwater Enrichment Model of Paleogene Zhujiagou Formation in Lower Chaiwen River Valley, Shandong Province

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.041

Abstract

Abstract:

The Paleogene Zhujiagou Formation in south-central Shandong comprises a molassic sequence dominated by calcareous breccia, and has markedly varying water-yield properties caused by faults. Based on the regional hydrogeological survey in lower Chaiwen River valley, the aquifer characteristics, water-yield properties, and groundwater hydrochemical characteristics are analyzed. The results show that the Zhujiagou Formation comprises calcareous cemented calcirudite, and karst is developed above 90 m depth with single-well yield of 100-300 m³/d, locally reaching >300 m ³/d. Groundwater in the fissured or karst aquifers in the southern Wenkou Basin are similar, indicating close interactions between the two. The Gibbs map demonstrates that the groundwater hydrochemical features are dominated by rock-weathering, and evaporation and concentration. The ions in the groundwater are mainly sourced from rock dissolution and anthropogenic pollution. Based on drill-hole data analysis, the groundwater enrichment model is a fracture-type calcirudite karst-fissure water storage one, and we consider that fractured clastic rocks can be used as an emergency water exploration target.

Key words: Chaiwen River, Paleogene Zhujiagou Formation, hydrochemical characteristic, groundwater enrichment mode

CLC Number:

P641.1

LI Bo, WU Xuan, ZHANG Yifei, XU Congcong, LIU Chunwei, GUAN Qin, LUO Fei. Hydrogeological Features and Groundwater Enrichment Model of Paleogene Zhujiagou Formation in Lower Chaiwen River Valley, Shandong Province[J]. Geoscience, 2021, 35(03): 675-681.

Figures/Tables 9

Fig.1 Geological sketch map of the study area showing the distributions of major structures

Fig.2 Photos showing the characteristics of karst fissure development in Paleogene Zhujiagou Formation

Table 1 Water-well information statistics of Paleogene Zhujiagou Formation in the study area

编号	位置	井深/ m	埋深/ m	含水层地层代号	单井涌水量/ (m³/d)
DWZK03	磁窑镇国家庄村	150.3	13.30	E₂z	1 251.6
J125	磁窑镇泊家庄村	16.0	3.62	E₂z	2 880.0
J165	华丰镇乔家庄村	60.0	21.07	E₂z	192.0
J207	华丰镇胜天庄村	205.0	9.80	E₂z	192.0
J211	中韩家庄村	15.0	5.23	E₂z	120.0
J213	东庄镇北石崮村	120.0	4.90	E₂z	192.0
J214	东庄镇北石崮村	9.0	2.15	E₂z	120.0
J215	东庄镇北石崮村	7.0	1.50	E₂z	96.0

Fig.3 Hydrogeological profile in drill-hole DWZK03

Table 2 Results of groundwater hydrochemical analysis in the study area

样品编号	含水层	pH	K⁺	Ca²⁺	Na⁺	Mg²⁺	Cl^-	$SO 4 2 -$	$HCO 3 -$	N $O 3 -$	TDS	水化学类型
DWZK03	E₂z	7.6	1.67	281.96	97.78	29.90	310.57	350.62	297.72	18.53	1 230	Cl·SO₄-Ca
J165		7.5	0.56	493.79	74.01	50.43	279.37	576.36	239.07	498.07	2 100	SO₄-Ca
J211		7.7	2.48	244.29	58.94	32.33	177.27	304.51	177.77	195.05	1 110	SO₄·Cl-Ca
J207		7.5	3.15	347.89	53.48	21.75	163.08	428.91	220.68	236.20	1 370	SO₄-Ca
J122	O₂M	7.7	2.09	283.77	83.17	43.51	219.10	417.86	190.03	119.30	1 290	SO₄·Cl-Ca
J128	O₂M	7.9	3.81	273.95	120.70	38.65	268.73	465.89	208.42	60.35	1 330	SO₄·Cl-Ca

Table 2 Results of groundwater hydrochemical analysis in the study area

样品编号	含水层	pH	K⁺	Ca²⁺	Na⁺	Mg²⁺	Cl^-	$SO 4 2 -$	$HCO 3 -$	N $O 3 -$	TDS	水化学类型
DWZK03	E₂z	7.6	1.67	281.96	97.78	29.90	310.57	350.62	297.72	18.53	1 230	Cl·SO₄-Ca
J165		7.5	0.56	493.79	74.01	50.43	279.37	576.36	239.07	498.07	2 100	SO₄-Ca
J211		7.7	2.48	244.29	58.94	32.33	177.27	304.51	177.77	195.05	1 110	SO₄·Cl-Ca
J207		7.5	3.15	347.89	53.48	21.75	163.08	428.91	220.68	236.20	1 370	SO₄-Ca
J122	O₂M	7.7	2.09	283.77	83.17	43.51	219.10	417.86	190.03	119.30	1 290	SO₄·Cl-Ca
J128	O₂M	7.9	3.81	273.95	120.70	38.65	268.73	465.89	208.42	60.35	1 330	SO₄·Cl-Ca

Table 3 Statistics of hydrochemical parameters

参数	Na⁺	Ca²⁺	Mg⁺	Cl^-	$SO 4 2 -$	$HCO 3 -$	$NO 3 -$	pH
平均值	66.43	327.49	37.87	223.21	396.63	232.21	266.52	7.66
最大值	97.78	493.79	54.93	325.10	576.36	315.12	498.07	8.00
最小值	47.96	244.29	21.75	163.08	216.14	177.77	136.75	7.50
标准差	17.92	89.92	12.67	66.28	124.97	46.01	138.28	0.19
变异系数/%	0.27	0.27	0.33	0.30	0.32	0.20	0.52	0.02

Table 3 Statistics of hydrochemical parameters

参数	Na⁺	Ca²⁺	Mg⁺	Cl^-	$SO 4 2 -$	$HCO 3 -$	$NO 3 -$	pH
平均值	66.43	327.49	37.87	223.21	396.63	232.21	266.52	7.66
最大值	97.78	493.79	54.93	325.10	576.36	315.12	498.07	8.00
最小值	47.96	244.29	21.75	163.08	216.14	177.77	136.75	7.50
标准差	17.92	89.92	12.67	66.28	124.97	46.01	138.28	0.19
变异系数/%	0.27	0.27	0.33	0.30	0.32	0.20	0.52	0.02

Fig.4 Piper diagram of groundwater samples from the study area (unit: %)

Fig.5 Gibbs maps of groundwater in the study area

Fig.6 Groundwater ionic ratios of different groundwater types in the study area

References 26

[1]	徐军祥, 康凤新. 山东省地下水资源可持续开发利用研究[M]. 北京: 海洋出版社, 2001.
[2]	姜福红, 刘文. 沂蒙缺水地区碳酸盐岩地下水富水性研究[J]. 山东国土资源, 2017, 33(7): 61-65.
[3]	刘春华, 杨丽芝. 山东地下水资源合理开发的研究[J]. 西部探矿工程, 2005(12): 274-275.
[4]	马震, 段永侯. 山东鲁北平原地下水资源与可持续利用[J]. 水文地质工程地质, 2005, 32(2): 1-10.
[5]	康凤新, 张中祥. 山东省水文地质图[M]. 济南: 山东地图出版社, 2008.
[6]	康凤新, 徐军祥, 张中祥. 山东省地下水资源及其潜力评价[J]. 山东国土资源, 2010, 26(8): 4-12.
[7]	马振民, 刘立才, 陈鸿汉, 等. 山东泰安岩溶水系统地下水化学环境演化[J]. 现代地质, 2002, 16(4): 423-428.
[8]	梁永平, 王维泰. 中国北方岩溶水系统划分与系统特征[J]. 地球学报, 2010, 31(6): 860-868.
[9]	潘晓东, 唐建生, 苏春田. 鲁中南地区岩溶水系统模式——以泰安市岱岳区为例[J]. 桂林理工大学学报, 2014, 34(1): 39-44.
[10]	奚德荫. 鲁中南地区岩溶水文地质条件及其特征[J]. 中国岩溶, 1988, 7(3): 43-48.
[11]	张学明. 山东省泰安市东武水源地环境地质问题及防治对策探讨[J]. 科技创新与应用, 2015(26): 170-171.
[12]	王敏, 高宗军. 基于GMS的泰安东武水源地地下水环境研究[J]. 山东科技大学学报(自然科学版), 2009, 28(1): 20-24.
[13]	宋印胜. 鲁中南岩溶大泉的水化学特征[J]. 中国岩溶, 1992, 11(1): 36-44.
[14]	孙逊, 王克红, 孙启堂, 等. 鲁中南山区岩溶裂隙水富水带类型及分布特征[J]. 工程勘察, 2010, 38(2): 52-56.
[15]	山东省地质局第一水文地质队. 泰安市幅区域水文地质调查报告(比例1∶200000)[R]. 济南:山东省地质局第一水文地质队, 1979.
[16]	李振清, 周洪瑞, 陈建强. 山东淄博地区上寒武统沉积地球化学特征及其层序地层学意义[J]. 现代地质, 2001, 15(4): 377-382.
[17]	王志才, 石荣会, 晁洪太, 等. 鲁中南隆起区第四纪晚期断裂活动特征[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2001, 21(4): 95-102.
[18]	王亚妹, 万天丰. 中国东部新生代岩石圈构造滑脱、岩浆活动和地震[J]. 现代地质, 2008, 22(2): 207-229.
[19]	刘元晴, 周乐, 李伟, 等. 山东莱芜盆地西北缘古近系半固结含水岩组的特征及其成因[J]. 地球学报, 2018, 39(6): 737-748.
[20]	唐鑫萍, 黄文辉, 邓宏文, 等. 山东平邑盆地古近系湖相核形石的沉积环境分析[J]. 现代地质, 2011, 25(3): 456-463.
[21]	山东省第一地质矿产勘查院. 山东省1∶5万大汶口、楼德幅区域地质调查报告[R]. 济南:山东省第一地质矿产勘查院, 2017.
[22]	姜体胜, 曲辞晓, 王明玉, 等. 北京平谷平原区浅层地下水化学特征及成因分析[J]. 干旱区资源与环境, 2017, 31(11): 122-127.
[23]	田原, 余成群, 雒昆利, 等. 西藏地区天然水的水化学性质和元素特征[J]. 地理学报, 2014, 69(7): 969-982.
[24]	赵玮, 何建华, 马金珠. 疏勒河流域玉门—瓜州盆地地下水化学演化特征[J]. 干旱区研究, 2015, 32(1): 56-64.
[25]	张文强. 巴丹吉林沙漠湖泊与地下水主要特征及成因机理分析[D]. 北京:中国地质大学(北京), 2018.
[26]	李培月. 人类活动影响下地下水环境研究——以宁夏卫宁平原为例[D]. 西安:长安大学, 2014.