1. 引言
大千佛山景区与趵突泉景区、大明湖景区构成济南三大名胜，千佛山及其周边地区水文地质与济南泉水的关系备受各界关注。自上世纪80年代以来，为济南保泉供水、城市供水水源地勘察、城市水文监测等目的，国家部委和省市有关部门在该地区开展了大量的水文地质钻探、物探、抽水试验和水文地质测绘工作，确认济南泉水来自东南部818.5 km2的千佛山所在的小清河流域，以西郊刘长山一带火成岩体为分界线，济西地区2625 km2属济南泉域之外的地下水系统 [1] [2] 。2003年山东省和济南市两级政府做出了“采西停东”的决策，试验性开发泉域外济西地区丰富的地下水，停采泉域内济东地下水，停喷20多年的济南泉水迅速恢复持续喷涌，百万泉城市民也喝上了优质地下水。大千佛山景区与济南泉水的关系、千佛山断层是否构成南北向地下导水通道等多年谜团也被揭开。与此同时，随着经济社会的快速发展和城市化进程的不断加快，济南城市“南控”战略受到严重挑战，以大千佛山景区为典型的泉水直接补给区，地下水保护形势异常严峻。本文以多年勘察试验资料为依据，结合实际分别论述。
2. 大千佛山景区——名泉区地质与水文地质
千佛山所在的济南地区地处鲁西台背斜北翼，为平缓单斜构造。地势东南高西北低，从低山丘陵过渡到山前平原、黄泛平原。地层总体向北、西北倾斜，倾角5˚~12˚。太古界泰山群古老变质岩构成区域沉积基底，盖层从老到新依次为寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、新近系、第四系。在城区西部、北部至东北郊区，为燕山期辉长岩、闪长岩侵入体。较大的褶皱为埠村向斜，轴向北西，核部地层为石炭系、二叠系，翼部为奥陶系、寒武系；较大的断层有NNW向的东梧断层、千佛山断层、马山断层和NNE向的港沟断层。
2.1. 自然地理
大千佛山景区为西起舜耕路，东到二环东路，南达兴济河，北至经十一路范围，面积11.46 km2。景区内千佛山、佛慧山分别海拔为274 m、460 m，罗庵寺顶、燕子山、橛子山、平顶山、羊头山、金鸡岭、卧虎山、蝎子山、蚰蜒山等山峰，海拔244~456 m之间。
城区趵突泉、黑虎泉、五龙潭、珍珠泉四大泉群，多年平均流量为40万m3/d。城区泉水有108处，集中分布在2.6 km2区域。趵突泉、黑虎泉泉水天然出流标高分别为26.60 m和27.20 m，多年平均地下水位30.00 m。近百年泉水的鼎盛期是1961~1964年，泉群最大流量为95.12万m3/d，最高地下水位达34.45 m [1] 。
多年平均降水量640.0 mm。河流有兴济河、玉绣河、历阳河、羊头峪东西沟、窑头大沟等。
2.2. 地层
大千佛山景区至名泉区一带发育华北型地层 [1] [2] ，从老到新分述如下：
(1) 太古界泰山群(Art)
为一套古老的变质岩系，主要为混合花岗岩、花岗片麻岩、角闪石片麻岩、黑云母角闪片岩等。在千佛山脚下埋藏于地面700 m深度以下。
(2) 寒武系(Î)
主要为页岩夹泥质灰岩、鲕状灰岩与页岩互层、泥质条带灰岩、豹皮灰岩，倾向NNW，倾角5˚~12˚，总厚度450~550 m。在千佛山脚下埋藏于地面以下200~700 m。
(3) 奥陶系(O)
主要为白云质灰岩、质纯灰岩、豹皮灰岩夹泥灰岩，总厚度500~600 m，总体倾向NW，倾角5˚~10˚。在千佛山景区出露于山坡地表，在名泉区埋藏于地面300 m深度以内。
(4) 岩浆岩(火成岩)
主要为燕山期济南火成岩体，属中基性岩浆岩侵入体。该岩体西起位里庄，东到王舍人镇，南达刘长山，北至桑梓店，覆盖面积约330 km2。主要岩性为辉长岩、闪长岩。在西部段店至吴家堡、北部泺口至华山一带，岩体多呈岩基形态；在城区大明湖至东北郊大辛庄、王舍人一带，多呈岩床、岩盘形态，在燕子山、羊头山、橛子山一带依然有火成岩顺层穿插。该岩体地下有效阻水界面呈SW-NE向。
(5) 第四系(Q)
第四系松散地层主要为粉质粘土、胶结砾岩、黄土状土夹碎石等，厚度10~30 m。覆盖于基岩断层之上，分布在山间河谷、山前倾斜平原。
2.3. 地质构造
区内地质构造形迹主要断层，较大的断层有千佛山层和羊头峪断层 [1] ，均形成于距今6500万年以前的燕山运动。
(1) 千佛山断层
南起泰山群老变质岩区的金牛山东侧，经商家庄、小佛寺、天井峪、兴隆东，穿越千佛山西麓进入城区，经泉城公园、杆石桥，至天桥转向北，在泺口穿越黄河。千佛山一带分为近平行的2支，总体走向NW，倾向SW，倾角70˚~80˚。东盘出露冶里组、亮甲山组，西盘为马家沟组。东盘上升，西盘下降，断距70~110 m，为具平推性质的正断层。
(2) 羊头峪断层
南起羊头峪、省司法厅，沿羊头峪东沟，经和平路真如意大酒店、中心医院至后岗子街继续北延。走向NNW，倾向NEE，倾角75˚。西盘为冶里组、亮甲山组，东盘为马家沟组。西盘上升，东盘下降，断距60~80 m，亦具平推性质的正断层。
2.4. 水文地质
2.4.1. 地下水的赋存
该区石灰岩类地层地下岩溶发育，构成含水层；页岩类非可溶岩地层构成相对隔水层；新鲜火成岩体不含水也不透水，为隔水体。具供水价值地下水类型为裂隙岩溶水，赋存于奥陶系及上寒武统石灰岩裂隙溶含水岩组。
裂隙岩溶水从补给径流区到排泄区，富水性由弱变强。
大千佛山景区地处地下水补给径流区，地下水垂直交替强烈，地下水的富集储存条件俱差，山高水深，为地下水贫水区。天然情况下景区河流多为季节河，沟谷为干谷。
地下水位埋深达30~l00 m，单井出水量一般小于500 m3/d。如蝎子山J55、羊头峪J56、浆水泉J57号钻孔，孔深分别为303 m、251 m、251 m，均为干孔；千佛山G57号、金鸡岭2号钻孔，孔深均为260 m，单井出水量仅206 m3/d、260 m3/d。
只有在断层发育、补给有利的地段形成局部富水区。如省科学院水井，位于一条次级断裂带上，裂隙岩溶发育良好，单井出水量达3000 m3/d。
城区一带山前隐伏石灰岩区，为地下水排泄区。地下岩溶发育，见有溶洞、溶隙，岩溶含水层厚度达200 m。地下水连通性好，富水性强。普利门、泉城路、饮虎池、解放桥等地水井，孔深200~300 m，单井出水量大于5000 m3/d。
2.4.2. 地下水的补给、径流、排泄
裂隙岩溶水补给途径主要是大气降水直接入渗补给、河道渗漏补给及灌溉回归补给。
大千佛山景区一带广泛分布的奥陶系石灰岩，地表、地下岩溶较发育，为强渗漏区，亦为岩溶水直接补给区。为大气降水入渗补给、地表水转化地下水创造了有利条件。
石灰岩区岩溶发育情况主要受水动力条件控制。在大千佛山景区，地下岩溶通道沿河谷、沟谷及汇水条件较好的构造带呈网脉状分布，富水区相对局限，岩溶发育深度一般在500 m以内；在城区一带山前隐伏石灰岩区，地下岩溶呈面状分布，富水性相对均匀，岩溶发育深度一般在50~300 m之间。
岩溶地下水总体流向为从SE-NW，从山丘区到山前水力坡度由陡峭明显变缓。
岩溶地下水在从东南往向西北运动过程中，至城区一带受阻于济南火成岩体，在地形低洼、排泄畅通的地段，以上升泉形式涌出地面，形成了著名的泉群。见图1。
受制于大气降水补给和人工开采，多年来地下水位呈总体下降趋势。名泉区地下水位上世纪50、60年代的29~32.5 m，80年代为24~28 m，近10多年为27~29.5 m。
地下水位年变幅，大千佛山景区20~50 m，名泉区为2~4 m。
2.4.3. 地下水水化学特征
该区奥陶系石灰岩裂隙岩溶水，天然状况下水化学类型主要为HCO3-Ca型和HCO3-Ca.Mg型，为低矿化弱碱性微硬优质地下水 [1] 。近30年来，随着补给径流区人类活动、人为污染加剧，近30年来水质呈现恶化趋势。
3. 千佛山断层与济南泉水的形成
3.1. 断层有机组合为泉水形成营造了必要的地质条件
由于千佛山断层和羊头峪断层的组合效应，使得千佛山断层以西、羊头峪断层以东的火成岩及奥陶系地层
Figure 1. Hydrogeological profile of Qianfo Mountain—Baotu Spring area
图1. 济南千佛山——趵突泉一带水文地质剖面图
下落且南移，两断层之间地块的奥陶系地层抬升且北移，形成了济南名泉区地垒构造。北面、西面的隔水火成岩体，形成一道弧形的天然挡水坝，为济南泉群的形成营造了必要的地质条件。来自东南部、南部的岩溶地下水，迎面受火成岩体阻挡在城区溢出地面，形成群泉喷涌的壮观景象。
3.2. 千佛山断层的山区段并非导水通道
以往曾有千佛山断层导水的猜测，甚至以为是济南泉水的重要来水通道，实际情况并非如此。理由如下：(1) 断层所经山丘区地势高亢，不利于地下水的汇集，水动力条件差，不利于地下岩溶发育；(2) 断裂带有火成岩充填；(3) 新近纪(距今2300万年)以来，该断层无明显活动，缺少张开型导水裂隙；(4) 断层南段切割地层多为非含水层。
为验证该断层带的导水性能，上世纪80年代曾在千佛山南路与旅游路交叉口处钻探，孔位就定在千佛山断层的断裂带上，孔深400 m，为裂隙闭合、岩溶不发育的干孔。
4. 千佛山所在流域、毗邻流域与济南泉水的关系
正确确定济南泉域范围及其边界条件，是保泉供水成功的关键。30多年实践充分证明：泉域范围及其边界不清楚，哪些水源地(自备井)该停采，哪些水源可扩大开发就难以确定，济南市得天独厚的地下水优势难以发挥，保泉就走弯路。
4.1. 千佛山所在的小清河流域诸支流属济南泉域
勘察试验资料表明，埠村向斜以西至万灵山岩溶弱发育带818.5 km2小清河流域为济南泉域范围，大千佛山景区是济南泉域的组成部分，见图2。该泉域范围的小清河支流自东到西有巴漏河、巨野河、刘公河、石河、大辛河、窑头大沟、羊头峪东西沟、历阳河、广场西沟、兴济河等，出露地层主要为奥陶系。多年平均地下水44万m3/d [3] ，东郊水源地、章丘电厂水源地和城区解放桥等水源地都在济南泉域范围内。
2003年以前20年名泉断流干涸的根本原因，是东郊和城区过量开采地下水所致。只要认真落实省市两级政府“采西停东”决策，济南保泉供水就能圆满解决。关于济南泉水与济东地下水关系，至少有7方面的论据：
(1) 埠村向斜构造分隔了明水与济南两大泉域，构成济南泉域东边界；
(2) 试验证明东梧断层、港沟断层等均为透水断层，不对泉域地下水形成阻隔；
(3) 城区与济东抽水试验、停水试验证实济东地下水与济南泉水联系密切；
(4) 局部暴雨解谜团，泉水来自东南部；
Figure 2. Groundwater system in Jinan area
图2. 济南地区地下水系统图
(5) 地下水动态、水化学资料验证济东地区地下水与济南泉水属同源补给；
(6) 白泉湿地一带排泄不畅，泉域地下水只能从城区一带集中涌出；
(7) “白泉泉域”是济南泉域的组成部分，不构成独立的泉域。
可见，济东地下水大量开采是济南泉水流量衰减以致断流干涸的主要根源。
4.2. 毗邻流域诸支流属于济西地下水系统
落实省市决策取得的成果表明，玉符河和南、北大沙河等流域共2625 km2的区域，为独立于济南泉域的济西地下水系统，出露地层为奥陶系、寒武系和泰山群，见图2。地下水可开采量116.7万m3/d，可增采量74.5万m3/d [3] ，为我国北方屈指可数的特大型水源地，迄今开发程度较低。另有来自大汶河流域侧向径流补给和黄河流经平阴、长清段岩溶区的垂向渗漏补给，济西地下水増采潜力还将扩大。
水质评价结果表明，济西地下水各项指标优于生活饮用水卫生标准。
济西地下水具独特优越性：(1) 储存量大，调蓄能力强，供水保证率高；(2) 水质优于其他水源；(3) 水源地建设占地甚少，无须移民；(4) 投入少见效快且受益持久。
地下水是不断更新的动态资源，不开采就流失掉，不可能长期储备留给子孙后代用。
以隔水的济南火成岩体及刘长山–万灵山地下水分水岭为界，济西地区为独立于济南泉域之外的地下水系统。关于济西地下水与济南泉水关系，至少有10方面的论据：
(1) 济西与名泉区之间有隔水火成岩体和岩溶弱发育带相隔；
(2) 沿岩溶弱发育带长期存在一条连续稳定的地下水分水岭；
(3) 济西超大型抽水试验、停水试验未见济西地下水与济南泉水有水力联系；
(4) 历次示踪试验均未拿到济西地下水与城区水力联系的任何证据；
(5) 多年监测数据表明，城区的地下水位变化根本不受济西影响；
(6) 水化学场、天然同位素研究证明济西与城区分属两个地下水系统；
(7) 水不会往高处流，玉符河干流至城区不存在泉水补给通道带；
(8) 泉水断流在先济西增采在后，名泉断流与济西无关；
(9) 停采西郊水源井及自备井对恢复泉涌没产生作用；
(10) 济西地下水直接流入黄河北，齐河、东阿存在全淡水自流区证据确凿。
可见，合理开发济西地下水可从根本上解决济南市供水，且有利于济南保泉。
5. 关于大千佛山景区在内的泉水直接补给区地下水保护
以大千佛山景区为代表的南部、东南部至东部小清河流域石灰岩分布区，是济南泉水直接补给区 [4] ；与之类似，西南部、南部玉符河等黄河支流石灰岩分布区，是济西地下水直接补给区。石灰岩分布区基本上都是强渗漏区，是地下水资源重点保护区。只有按照《济南市名泉保护条例》严格控制地面硬化的比例在30%以下，才能保证名泉长涌和供水安全。
直接补给区保护比间接补给区保护更重要，是因为其渗漏条件优越，不仅接受当地大气降水直接入渗，而且还承接来自间接补给区地表水的渗漏补给。
东部城区、高新区大部至旅游路两侧地段，均为济南泉水的直接补给区的脆弱、敏感地段，照目前的势头大规模成片增加不透水地面，济南名泉补给量将大大减少；西部城区为济西地下水直接补给区和水源地分布区，大规模硬化地面，特别是东风水库强渗漏区搞铺底防渗，已使济西地下水优势大大削弱。
大千佛山景区历阳河景观提升工程，从大明湖北门引水入3座串联助渗水库，既形成了湖光山色长流水的景观，又增加了泉水补给；佛慧山景区保护性开发、卧虎山公园修建、蚰蜒山绿化等工程，水源涵养与历史文化并重，均凸显出良好的生态示范效应。
济南市地下水资源条件得天独厚，潜力巨大的泉域外济西地下水优势北方少有，只要不折不扣地落实“南控”战略，切实保护地下水直接补给区，牢固树立“西部保供水，东部保泉涌”的科学思路，就一定能确保济南名泉持久正常喷涌，确保泉城市民长期喝优质地下水，确保城市和工业供水安全。