馬健，張吉濤，王龍昌，劉明明

(山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261021)

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煙臺(tái)市水文地質(zhì)條件與含水層電性特征分析

馬健，張吉濤，王龍昌，劉明明

(山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261021)

在前人取得的水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，以水文地質(zhì)調(diào)查、物探勘查、綜合分析研究為手段，對(duì)煙臺(tái)市水文地質(zhì)條件進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究，根據(jù)含水層巖性及地下水類(lèi)型將研究區(qū)劃分為松散巖類(lèi)孔隙含水巖組、碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙含水巖組、碳酸鹽巖類(lèi)巖溶含水巖組、噴出巖類(lèi)孔洞裂隙含水巖組和巖漿巖、變質(zhì)巖類(lèi)裂隙含水巖組。依據(jù)地形地貌及巖性構(gòu)造差異，將研究區(qū)劃分為山地丘陵和濱海平原2個(gè)典型區(qū)，分別描述地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件。含水巖組的電性特征與地下水的賦存介質(zhì)有關(guān)，根據(jù)賦存介質(zhì)的不同將研究區(qū)地下水類(lèi)型分為孔隙水、裂隙水和巖溶水三類(lèi)，并分別總結(jié)其電性特征。該文對(duì)煙臺(tái)市含水巖組進(jìn)行劃分，總結(jié)不同含水層電性特征，為水資源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

地下水；水文地質(zhì)；含水巖組；電性特征；煙臺(tái)市

煙臺(tái)市人均占有水資源量為435m3，不足全國(guó)人均占有量的1/5,屬于資源性缺水城市[1]。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，水資源需求量逐年增加，供需矛盾不斷加劇，缺水已成為煙臺(tái)市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的制約因素。該文結(jié)合“2010—2011年國(guó)土系統(tǒng)抗旱打井工程”、“國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程(水利部分)山東省巖石監(jiān)測(cè)井物探勘察”工作，對(duì)煙臺(tái)市水文地質(zhì)條件進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究，總結(jié)了不同含水層的電性特征，為煙臺(tái)市水資源的開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)背景

1.1 地理概況

煙臺(tái)市地處山東半島中部，東連威海，西接濰坊，西南與青島毗鄰，東臨黃海，北瀕渤海，與遼東半島、朝鮮半島隔海相望。區(qū)內(nèi)群山連綿，丘陵起伏，地形總趨勢(shì)是中部高，南北低，北部地勢(shì)較陡，南部地勢(shì)較平緩，屬魯東低山丘陵區(qū)和魯西北堆積平原區(qū)[2]。

1.2 氣象水文概況

煙臺(tái)市地處中緯度，屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候[3]，四季分明，氣候溫和，冬半年北風(fēng)多，夏半年南風(fēng)頻，平均風(fēng)速3.5m/s，多年平均氣溫12.4℃，最高氣溫38.4℃，最低氣溫-20.5℃，多年平均相對(duì)濕度67%，多年平均蒸發(fā)量1745.7mm。區(qū)內(nèi)河流屬半島邊緣水系，以半島山脊為分水嶺，南北分流，源短流急，大部分獨(dú)流入海。流量受季節(jié)影響大，豐枯懸殊。

1.3 地質(zhì)概況

煙臺(tái)市隸屬華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)魯東地層分區(qū)[4]。區(qū)內(nèi)出露的地層有新太古代膠東巖群、古元古代粉子山群及新元古代蓬萊群等區(qū)域變質(zhì)巖系，中生代白堊紀(jì)碎屑沉積及火山巖建造，新生代古近紀(jì)及第四紀(jì)松散沉積物。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造主要為膠北隆褶帶，展布于萊州、招遠(yuǎn)、棲霞、牟平的鵲山一帶。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，有EW向、SN向、NW向及NNE向和NE向斷裂，其中NNE向斷裂較為發(fā)育。EW向、SN向及NW向斷裂一般規(guī)模較小，連續(xù)性差，多呈片段出露。由于經(jīng)歷了多期次構(gòu)造變動(dòng)，斷裂構(gòu)造復(fù)雜。區(qū)內(nèi)比較大的斷裂帶主要有牟平-即墨斷裂帶、金牛山斷裂帶、招遠(yuǎn)-平度斷裂帶[5-7]。

2 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 含水巖組劃分及其特征

根據(jù)含水層巖性及地下水類(lèi)型將研究區(qū)劃分為五大類(lèi)型含水巖組，其水文地質(zhì)特征如下：

2.1.1 松散巖類(lèi)孔隙含水巖組

該含水巖組主要分布于山間河谷、山前平原、沖積平原、海積平原地帶，含水層巖性以細(xì)砂、中粗砂及砂礫石為主[8]，厚度一般為5～30m，富水性較強(qiáng)，單井涌水量一般在500～1000m3/d。地下水埋深1～10m，水化學(xué)類(lèi)型主要以HCO3·Cl-Na·Ca型為主，礦化度一般為0.5g/L，在海(咸)水入侵區(qū)地下水水化學(xué)類(lèi)型為Cl-Na型，礦化度大于1g/L，水質(zhì)較差。

2.1.2 碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙含水巖組

分布于萊陽(yáng)、海陽(yáng)南部，該含水巖組巖性主要為侏羅系和白堊紀(jì)砂巖、礫巖及火山碎屑巖，近地表風(fēng)化呈砂狀。地下水主要賦存在風(fēng)化帶中，水位埋深2～4m，富水性弱，單井涌水量小于100m3/d，在斷裂帶附近富水性較強(qiáng)，單井涌水量500m3/d，水化學(xué)類(lèi)型主要為HCO3·Cl-Na·Ca型，礦化度一般小于0.5g/L。

2.1.3 碳酸鹽巖類(lèi)巖溶含水巖組

該巖組巖性主要有巨屯-張格莊組大理巖及香夼組灰?guī)r。主要分布在福山、芝罘、棲霞、蓬萊北部一帶。地表及斷裂帶附近及在河谷兩岸出露的大理巖，巖溶裂隙發(fā)育，含水層厚度一般為10～50m，富水性強(qiáng)，地下水位埋深變化隨地形起伏較大，一般5～30m，單井涌水量1000～3000m3/d，如福山高疃西、棲霞中橋、蓬萊馬格莊等地。其他地區(qū)單井涌水量皆小于500m3/d，地下水水化學(xué)類(lèi)型以HCO3-Ca型為主，礦化度一般小于0.5g/L。

2.1.4 噴出巖類(lèi)孔洞裂隙含水巖組

主要分布在蓬萊市附近，巖性為白堊系、新近系及第四紀(jì)玄武巖、安山巖及凝灰?guī)r，孔洞裂隙不發(fā)育，富水性弱，單井涌水量小于100m3/d，玄武巖在柱狀節(jié)理裂隙發(fā)育地段，單井涌水量小于500m3/d。地下水多富集于構(gòu)造及低洼地帶，水位埋深淺，一般2～4m，水化學(xué)類(lèi)型主要為HCO3-Na·Ca型，礦化度一般小于0.5g/L。

2.1.5 巖漿巖、變質(zhì)巖類(lèi)裂隙含水巖組

該含水巖組巖性以花崗巖、正長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、片巖為主，廣泛出露于丘陵區(qū)，地下水主要賦存在風(fēng)化裂隙較發(fā)育的風(fēng)化帶和構(gòu)造帶附近[9]。風(fēng)化裂隙含水帶厚度一般為10～25m，地下水位埋深隨地形起伏較大，一般3～10m，富水性弱，單井涌水量小于100m3/d，水化學(xué)類(lèi)型主要為HCO3·Cl-Na·Ca型，礦化度小于0.5g/L。

2.2 地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件

區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給、徑流及排泄條件，嚴(yán)格受地形地貌及巖性構(gòu)造因素控制，具有典型的山地丘陵及濱海平原區(qū)的特點(diǎn)。

2.2.1 山地丘陵區(qū)特點(diǎn)

區(qū)內(nèi)廣布花崗巖、變質(zhì)巖及火山巖，大面積賦存基巖裂隙水，松散層分布零星、狹窄且層薄，故該區(qū)內(nèi)地下水主要表現(xiàn)為基巖裂隙水的特點(diǎn)。

基巖區(qū)一般地勢(shì)較高，基巖裂隙水以大面積接受大氣降水補(bǔ)給為主，在地勢(shì)低洼處可接受松散層孔隙水和地表水補(bǔ)給。其補(bǔ)給程度主要與地形地貌、裂隙發(fā)育程度關(guān)系密切。地下水徑流方向與該區(qū)地形傾斜方向基本一致，隨地形起伏多呈散流狀徑流，最終分別由南坡、北坡向海中排泄。

2.2.2 濱海平原區(qū)特點(diǎn)

濱海平原區(qū)主要分布松散層孔隙水，其次為基巖裂隙水和碳酸鹽巖類(lèi)巖溶裂隙水，故在平原區(qū)地下水主要表現(xiàn)為松散層孔隙水的特點(diǎn)[10]孔隙水補(bǔ)給來(lái)源以大氣降水入滲為主，其次為地表水和農(nóng)田灌溉水的滲漏以及基巖裂隙水側(cè)向徑流。地下水流向一般與河水的流向一致，以徑流或表流形式向下游排泄，最終排泄入海。在河谷地段分布有煙臺(tái)市的供水水源地及農(nóng)業(yè)井灌區(qū)，其地下水開(kāi)采能力強(qiáng)，人工開(kāi)采是該區(qū)地下水重要排泄方式。

3 研究區(qū)含水層電性特征

3.1 方法選擇

由于地下水具有導(dǎo)電性，在激電參數(shù)上呈高極化率特點(diǎn)，因此采用激發(fā)極化電測(cè)深法能準(zhǔn)確查明含水層深度[11]。

激發(fā)極化法在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，可選擇的電極系裝置較多，不同的裝置決定著不同的電極排列方式。該次工作采用的等比裝置是激發(fā)極化法中應(yīng)用最為廣泛的方法。其特點(diǎn)是：供電電極AB在測(cè)點(diǎn)的兩側(cè)沿相反方向向外移動(dòng)，且測(cè)量電極MN與AB保持一定比例(MN/AB=1/3)同時(shí)移動(dòng)，以探查地下不同深度范圍內(nèi)的垂向電性變化[12-13]。

3.2 使用儀器與參數(shù)選擇

為了方便工作，提高效率，該次采用山西省平遙卜宜水利電探儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的JJ-3A型積分式激發(fā)電位儀開(kāi)展工作。該儀器是一種多參數(shù)的電測(cè)儀器，一次供電可以測(cè)量視電阻率、視極化率等參數(shù)，為尋找地下水提供綜合分析資料[14]。

供電時(shí)間選擇為30s，以滿(mǎn)足水的激發(fā)極化時(shí)間較長(zhǎng)的需要，使所測(cè)得的異常值盡可能的大。采用的供電波形為正供、停供、負(fù)供、停供，一個(gè)周期為60s的模式[15]。

3.3 典型實(shí)例分析

含水層的電性特征與地下水的賦存介質(zhì)有關(guān)。根據(jù)地下水賦存介質(zhì)的不同，可分為孔隙水、裂隙水和巖溶水3種類(lèi)型[16-17]。

3.3.1 孔隙水電性特征

孔隙水廣泛分布于第四系沉積物中，在堅(jiān)硬和半堅(jiān)硬巖石中也有少量分布，其電性特征受孔隙的大小、形狀及松散沉積物的巖性影響。以Ⅰ剖面為例(圖1)，對(duì)該類(lèi)地下水激電測(cè)深斷面圖進(jìn)行解釋。該剖面位于萊州市平里店鎮(zhèn)賈鄧戰(zhàn)家村南500m河邊，布設(shè)方向?yàn)?°，由5個(gè)測(cè)深點(diǎn)組成，點(diǎn)距為20m，布極方向與剖面方向一致。由圖1可知，地層自上而下可大體分為3個(gè)電性層：①在AB/2=0～10m范圍內(nèi)，視電阻率值在10～20Ω·m之間，視極化率值在0.5%～0.7%之間，屬低阻低極化電性特征，推斷該層為第四紀(jì)粘土；②在AB/2=10～30m深度，視電阻率值在20～30Ω·m之間，視極化率值在1.0%～2.1%之間，屬中阻高極化電性特征，推斷其為砂礫含水層的電性反映；③在AB/2=30～60m之間，隨深度的增加，視電阻率值逐漸增加，視極化率值逐漸降低，推斷深部基巖較完整。

圖1 Ⅰ剖面激電測(cè)深綜合斷面圖

根據(jù)驗(yàn)證情況，在0～27.8m深度，地層巖性以粘土、砂礫層為主，其中，在9.7～27.8m范圍內(nèi)，地層富水性較強(qiáng)，地下水類(lèi)型為孔隙水；在27.8～58.5m范圍內(nèi)，揭露地層為砂巖，且?guī)r石較完整。

3.3.2 裂隙水電性特征

裂隙水賦存于基巖裂隙中，裂隙的發(fā)育程度直接影響著裂隙水的分布和富集，其電性特征主要受地質(zhì)構(gòu)造及巖性等因素控制[19]。以Ⅱ剖面為例(圖2)，對(duì)該類(lèi)地下水激電測(cè)深斷面圖進(jìn)行解釋。

該剖面位于蓬萊市北溝鎮(zhèn)孫徐村西南400m，布設(shè)方向?yàn)?0°，由5個(gè)測(cè)深點(diǎn)組成，點(diǎn)距為20m，布極方向與剖面方向一致。由圖2可知，在AB/2﹤12m范圍內(nèi)，地層整體呈現(xiàn)高阻低極化特征，結(jié)合當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)情況，推斷其為第四系粘土的電性反映；在AB/2>12m范圍內(nèi)，視電阻率值整體呈低阻反映，其對(duì)應(yīng)視極化率值呈逐漸升高趨勢(shì)，結(jié)合水文地質(zhì)資料，推斷其整體為玄武巖風(fēng)化含水層的電性反映。其中，在AB/2>24m范圍內(nèi)，40號(hào)點(diǎn)左右視電阻率等值線(xiàn)呈“U”形低阻凹槽，對(duì)應(yīng)視極化率值相對(duì)較高，推測(cè)該段富水性較強(qiáng)。根據(jù)驗(yàn)證情況，在0～12.8m范圍內(nèi)，地層巖性以粘土為主；在12.8～38.0m深度，揭露地層為玄武巖風(fēng)化層，富水性強(qiáng)，地下水類(lèi)型為裂隙水。

圖2 Ⅱ剖面激電測(cè)深綜合斷面圖

3.3.3 巖溶水電性特征

巖溶水賦存于可溶性巖層的溶蝕裂隙或溶洞中，其最明顯的特點(diǎn)是分布不均勻[20]。以Ⅲ剖面為例(圖3)，對(duì)該類(lèi)地下水激電測(cè)深斷面圖進(jìn)行解釋。

該剖面位于棲霞市桃村鎮(zhèn)國(guó)路夼村內(nèi)，布設(shè)方向?yàn)?0°，由5個(gè)測(cè)深點(diǎn)組成，點(diǎn)距為20m，布極方向與剖面方向一致。由圖3可知，在AB/2<10m范圍內(nèi)，視電阻率值小于20Ω·m，視極化率值在0.8%～1.2%之間，其激電特征屬低阻低極化，推斷其為第四紀(jì)粘土的反映。在AB/2=10～30m范圍內(nèi)，視電阻率值在20～50Ω·m之間，視極化率值小于0.8%，其電性特征屬低阻低極化，推斷其為粉砂巖的反映。在AB/2>30m范圍內(nèi)，隨深度的增加，視電阻率值不斷增大，結(jié)合地質(zhì)資料，推斷其為灰?guī)r地層的反映。在20號(hào)點(diǎn)70m以下存在一“U”型低阻異常，對(duì)應(yīng)視極化率呈高極化，激電特征表現(xiàn)為低阻高極化，推斷該處灰?guī)r巖溶較發(fā)育，富水性較強(qiáng)。根據(jù)驗(yàn)證情況，地層在0～10.5m深度為第四紀(jì)粘土，10.5～29.2m為粉砂巖，29.2m以下為灰?guī)r，其中68.5m以下灰?guī)r溶蝕裂隙較發(fā)育，富水性較強(qiáng)，地下水類(lèi)型為巖溶水。

圖3 Ⅲ剖面激電測(cè)深綜合斷面圖

4 結(jié)論

(1)根據(jù)含水層巖性及地下水類(lèi)型，研究區(qū)可以分為松散巖類(lèi)孔隙、碎屑巖類(lèi)孔隙裂隙、碳酸鹽巖類(lèi)巖溶、噴出巖類(lèi)孔洞裂隙和巖漿巖、變質(zhì)巖類(lèi)裂隙5大含水巖組。

(2)孔隙水含水層主要以砂層為主，與周?chē)承酝寥老啾?，孔隙度大，?dǎo)電性差。因此，高阻高極化為此類(lèi)含水巖組的主要電性特征。

(3)裂隙水主要賦存于基巖風(fēng)化、構(gòu)造裂隙中。裂隙巖層視電阻率值較圍巖明顯下降，視極化率值呈高極化異常顯示，因此，低阻高極化為尋找此類(lèi)地下水的地球物理依據(jù)。

(4)巖溶水含水層主要以灰?guī)r巖溶裂隙為主，由于其賦存地下水，視電阻率值降低，視極化率值呈高極化顯示，因此，局部的低阻高極化特征成為碳酸鹽巖類(lèi)巖溶水的找水依據(jù)。

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Analysis on Hydrogeological Conditions and

Aquifer Electrical Characteristics in Yantai City

MA Jian，ZHANG Jitao，WANG Longchang，LIU Mingming

(No.4 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Weifang 261021, China)Abstract：Based on the former hydrogeological datas, combining with hydrogeology survey, geophysical exploration, comprehensive analysis, hydrogeological conditions in Yantai city have been analyzed. According to aquifer lithology and groundwater unconsolidated rock pore water rock groups, the study area is divided into clastic rock pore fissure water-bearing rock, carbonate rock karst water-bearing rock group, extrusive rock hole fissure water-bearing rock and magmatic rock, metamorphic rock fissure water-bearing rock group. According to differences on topography and lithology structures, the study area is divided into hilly mountain and coastal plain. Groundwater recharge, runoff and discharge conditions have been described respectively. Electrical characteristics of water-bearing rock group is associated with the occurrence of medium of groundwater. According to different mediums, groundwater types can be divided into pore water, fissure water and karst water, and its electrical characteristics have been summarized respectively. Water bearing rock groups have been divided and different aquifer electrical characteristics have bee summarized. It will provide a scientific basis for further development and utilization of water resources.Key words：Groundwater; Hydrological condition; water bearing rock group; electrical characteristics; Yantai city

2016-10-18；

2016-12-23；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程(水利部分)巖石監(jiān)測(cè)井物探勘察項(xiàng)目(發(fā)改投資[2014]1660號(hào))

馬健(1985—)，男，山東濰坊人，工程師，主要從事地質(zhì)及物探勘查工作；E-mail：Wts_mj@163.com

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