萊州灣海底地下水動(dòng)態(tài)及影響機(jī)制研究

侯國(guó)華，高茂生 *，郭飛，孔祥淮，趙金明，仇建東，劉森，鄭懿珉

（1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所國(guó)土資源部海洋油氣資源和環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266071；2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋地質(zhì)過(guò)程功能實(shí)驗(yàn)室，山東青島266061；3.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266555；4.山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東濰坊261021）

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萊州灣海底地下水動(dòng)態(tài)及影響機(jī)制研究

侯國(guó)華1，2，高茂生1，2 *，郭飛1，3，孔祥淮1，2，趙金明4，仇建東1，2，劉森1，鄭懿珉1

（1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所國(guó)土資源部海洋油氣資源和環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266071；2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋地質(zhì)過(guò)程功能實(shí)驗(yàn)室，山東青島266061；3.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266555；4.山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東濰坊261021）

摘要：地下水監(jiān)測(cè)及數(shù)理分析是地下水動(dòng)態(tài)研究的主要方法。但目前海岸帶地區(qū)多以陸域地下水監(jiān)測(cè)為主，海域部分尤其具有多層含水層系統(tǒng)的海底地下水缺少直接監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。本研究通過(guò)海域鉆孔Z K03與Z K08實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同層位海底地下水動(dòng)態(tài)以及海洋潮汐變化，結(jié)合其地層結(jié)構(gòu)和沉積演化背景，分析萊州灣海底地下水動(dòng)態(tài)特征并揭示其影響機(jī)制。研究結(jié)果表明，萊州灣海底地下水動(dòng)態(tài)具有周期性和分層性特征；全新世含水層與海水關(guān)系密切，其海水入侵界面垂向上厚10 m左右。海底地下水分層與沉積地層劃分大致相同，其動(dòng)態(tài)特征是在地層結(jié)構(gòu)及沉積演化環(huán)境影響下，降水、徑流及潮汐驅(qū)動(dòng)不同層深地下水間或地下水與海水間混合作用的結(jié)果。本文初步構(gòu)建了海底地下水分布模式，探討區(qū)域地下水與海水的相互作用關(guān)系。萊州灣海底地下水動(dòng)態(tài)研究對(duì)于深入分析海（咸）水界面變化機(jī)制及探索海底地下水排泄具有推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：萊州灣；海底地下水；動(dòng)態(tài)特征；影響機(jī)制

1　引言

萊州灣地區(qū)是我國(guó)重要的漁業(yè)和海鹽生產(chǎn)區(qū)，地下鹵水資源豐富，其不合理無(wú)節(jié)制開(kāi)采使萊州灣地區(qū)成為華北海（咸）水入侵最為嚴(yán)重的地區(qū)［1—4］。海底地下水排泄作為海岸帶地區(qū)陸域地下水對(duì)海水的物質(zhì)能量輸入方式，對(duì)海洋過(guò)程及環(huán)境演化具有重要影響［5—10］。萊州灣海底地下水動(dòng)態(tài)是海（咸）水入侵及海底地下水排泄等海陸相互作用過(guò)程的重要影響因素，海底地下水動(dòng)態(tài)研究對(duì)于控制海（咸）水入侵危害及探索海底地下水排泄具有重要推動(dòng)作用［11—16］。

目前針對(duì)海岸帶地下水動(dòng)態(tài)已有大量研究。Kim等［17］運(yùn)用時(shí)間序列方法對(duì)濟(jì)州島東部的降水、潮汐波動(dòng)及地下水水位等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明由潮汐效應(yīng)引起地下水波動(dòng)的周期及波幅隨著距海岸變遠(yuǎn)而不斷減弱，其影響范圍可達(dá)3 k m。周訓(xùn)等［18］運(yùn)用譜分析原理對(duì)廣西北海市海潮及受海潮影響的濱海含水層地下水位時(shí)間序列進(jìn)行分析，兩者均表現(xiàn)出相似的長(zhǎng)周期和短周期的波動(dòng)，其地下水位滯后于海潮的時(shí)間隨離海岸距離的增加近似地呈線性增加。Shalev等［19］通過(guò)監(jiān)測(cè)以色列一個(gè)濱海含水層發(fā)現(xiàn)地下水的電導(dǎo)率波動(dòng)同潮汐變化周期具有很好的一致性，其變化幅度甚至比潮汐及地下水水位變化幅度還要大一個(gè)數(shù)量級(jí)。潮汐效應(yīng)引起濱海地下水波動(dòng)，對(duì)下伏承壓含水層地下水流產(chǎn)生荷載效應(yīng)，增加其波動(dòng)波幅并減小相移，尤其當(dāng)潮汐荷載系數(shù)較大、含水層向海延伸較遠(yuǎn)，潛水含水層滲透系數(shù)及給水度較大的條件下，影響尤為明顯［20］。潮汐效應(yīng)是海岸帶地下水動(dòng)態(tài)周期性變化的關(guān)鍵因素。通過(guò)鉆孔開(kāi)展陸域地下水監(jiān)測(cè)，結(jié)合數(shù)理分析是海岸帶地下水動(dòng)態(tài)研究的主要方法。但是針對(duì)海域部分，尤其具有多層含水層系統(tǒng)的海底地下水，缺少直接監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在揭示沉積背景復(fù)雜、潮汐作用明顯、含水層非均質(zhì)性較大、且地下水垂向運(yùn)動(dòng)不可忽視的海底地下水動(dòng)態(tài)特征方面具有一定局限性。

本研究通過(guò)位于萊州灣南岸人工圍填海區(qū)域的地質(zhì)淺鉆孔Z K03、Z K08，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)潮汐及不同層位海底地下水水位（L）、水溫（T）及電導(dǎo)率（EC）等，結(jié)合其地層沉積背景和地球化學(xué)過(guò)程，分析萊州灣海底地下水動(dòng)態(tài)特征并揭示其變化機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，本文構(gòu)建了萊州灣海底地下水分布模式，進(jìn)一步探討區(qū)域地下水與海水的相互作用關(guān)系。

2　研究區(qū)背景

萊州灣南岸屬濱海沖積海積平原地貌，普遍發(fā)育新生界松散沉積地層，出露的地層主要為第四系全新統(tǒng)和更新統(tǒng)的沖積、海積沉積層，由南向北、自東向西，地層厚度逐漸增大［21］。自晚更新世以來(lái)，隨著冰期、間冰期氣候變化以及海平面多次升降，渤海發(fā)生了滄州海侵、獻(xiàn)縣海侵和黃驊海侵以及它們之間的海退事件，萊州灣南岸濱海河海積和海積平原區(qū)便相應(yīng)地沉積了海、陸相間的地層［22］。晚更新世早期、晚更新世晚期及全新世海相沉積層古海水在地表河流輸入、后期蒸發(fā)、回流滲濾及埋藏變質(zhì)等多種因素共同作用下演化形成了3個(gè)地下鹵水層，其礦化度為50～165 g/L［23—24］。研究區(qū)地層巖性在水平方向及垂直方向上均有復(fù)雜而明顯的變化，自下而上為：晚更新世和全新世早期的黃褐色沖積砂礫層和黏土層，上為全新世海侵層的下伏地層；濱海相下貝殼粗砂質(zhì)粉砂層；青灰色質(zhì)地均一的淺海相砂質(zhì)粉砂層；淺青灰色澙湖—淺灘相上貝殼粉細(xì)砂層；黃綠和暗灰色澙湖相粉、細(xì)砂和黏土層；黃褐色現(xiàn)代沖積粉砂細(xì)砂層。

本研究監(jiān)測(cè)鉆孔Z K03（37°13′10.41″N，119°12′26.71″E）、Z K08（37°13′10.44″N，119°12′26.71″E）位于彌河-濰河多源河流三角洲（萊州灣南岸白浪河入?？冢﹪詈^(qū)的人工沙灘附近，是萊州灣晚更新世以來(lái)3次主要海侵范圍內(nèi)的淺海地區(qū)（圖1）。2013年鉆孔取心，Z K03終孔孔深30 m，人工回填深度6.00 m，水位埋深4.98 m，主要揭露全新世沉積地層；Z K08終孔孔深80.0 m，人工回填深度5.80 m，水位埋深5.96 m，揭露晚更新世早期以來(lái)的地層。Z K03孔安裝濾水管，埋深6.00～26.50 m；Z K08孔埋深為31.20～74.00 m（圖1）。通過(guò)不同層位兩個(gè)鉆孔，實(shí)時(shí)分層監(jiān)測(cè)全新世及晚更新世沉積地層地下水動(dòng)態(tài)。

3　材料與方法

Z K08孔巖心以10 cm間距取樣，進(jìn)行巖性分析、14C測(cè)年、OSL測(cè)年、礦物鑒定以及元素、粒度、孢粉、微古測(cè)試。研究區(qū)淺地層可劃分5個(gè)沉積單元：全新世黃驊海侵層、晚更新世晚期陸相沉積層、晚更新世晚期獻(xiàn)縣海侵層、晚更新世早期陸相沉積層及晚更新世早期滄州海侵層。

本研究采用C T D-diver同步連續(xù)監(jiān)測(cè)海洋潮汐及不同層位地下水水位、水溫、電導(dǎo)率等參數(shù)。監(jiān)測(cè)方案為：兩監(jiān)測(cè)孔不同監(jiān)測(cè)層位均布設(shè)C T D-diver，監(jiān)測(cè)頻率均每小時(shí)1次。具體包括3個(gè)方面：①潮汐及層深10 m地下水的水位、水溫、電導(dǎo)率的變化，分析海洋潮汐對(duì)地下水的影響；②Z K03及Z K08孔層深10 m、15 m、20 m進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)比分析，查明不同層位地下水動(dòng)態(tài)層間差異性；③疊加Z K03及Z K08孔地下水監(jiān)測(cè)剖面，分析完整剖面地下水動(dòng)態(tài)特征，分析晚更新世以來(lái)沉積地層地下水差異性并進(jìn)行地下水分層。

4　結(jié)果與討論

4.1季節(jié)性變化

Z K03孔水位高程0.8～1.2 m，Z K08孔水位高程0.3～0.6 m，兩者差別明顯，其揭露含水層地下水水力聯(lián)系較弱（圖2a）。二者季節(jié)變化趨勢(shì)一致，一個(gè)水文年內(nèi)呈現(xiàn)兩個(gè)峰值，分布于9月和1月；當(dāng)?shù)亟邓恐饕杏?-10月，其中兩個(gè)峰值分布于7月與9月，地下水受降水補(bǔ)給作用增強(qiáng)，水位升高；當(dāng)?shù)氐叵滤虚_(kāi)采季節(jié)為5-10月的農(nóng)業(yè)灌溉期。綜合以上變化，降水增加，補(bǔ)給增強(qiáng)，水位升高；開(kāi)采減少，排泄減弱，水位升高；地下水受季節(jié)性降水補(bǔ)給及灌溉集中開(kāi)采共同影響且呈現(xiàn)一定滯后性。

Z K03與Z K08孔地下水溫度比較穩(wěn)定，有一定季節(jié)性波動(dòng)，最高值出現(xiàn)在1月，最低值出現(xiàn)在9月，年季變化小于1℃（圖2b）。

Z K08孔地下水電導(dǎo)率較平穩(wěn)，Z K03孔持續(xù)降低，二者均小于海水電導(dǎo)率（圖2c）。在7-8月兩監(jiān)測(cè)井地下水電導(dǎo)率均有突變，Z K08孔突變升高，Z K03孔下降幅度增大，變化均處于兩含水層季節(jié)性水位升高時(shí)段。因此降水補(bǔ)給或徑流補(bǔ)給引起含水層水位升高，引發(fā)不同類(lèi)型水發(fā)生混合，應(yīng)是其電導(dǎo)率變化的主要因素。據(jù)兩含水層電導(dǎo)率變化趨勢(shì)可知，Z K03孔電導(dǎo)率降低，為淡水混合，對(duì)應(yīng)含水層應(yīng)受降水直接入滲補(bǔ)給或通過(guò)徑流補(bǔ)給，且該混合過(guò)程持續(xù)進(jìn)行；Z K08孔電導(dǎo)率升高，主要為咸水混合，結(jié)合其鹵水分布背景，初步分析認(rèn)為降水補(bǔ)給導(dǎo)致研究區(qū)上游或上層水位升高，通過(guò)徑流補(bǔ)給或者上層壓力增加引發(fā)深部咸水在監(jiān)測(cè)井內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)而發(fā)生混合。因此，需要在同一監(jiān)測(cè)井進(jìn)行分層監(jiān)測(cè)地下水動(dòng)態(tài)，深入分析不同層位地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及影響機(jī)制。

圖2　Z K03與Z K08孔層深10 m地下水動(dòng)態(tài)季節(jié)變化Fig.2 Seasonal groundwater regime in 10 m depth layer of Z K03 and Z K08 cores

4.2短周期變化

4.2.1水位

研究區(qū)潮汐為半日潮，周期為12 h，潮差近2 m（圖3a）。Z K03、Z K08孔地下水水位受潮汐作用明顯，具有與潮汐相似的周期性波動(dòng)，其中Z K08孔與潮汐同步性更好；且Z K03孔最大水位差0.07 m，Z K08孔最大水位差0.22 m（圖3b、3c）。地下水波動(dòng)的周期和振幅表明Z K08孔含水層對(duì)潮汐波動(dòng)響應(yīng)更為敏感，其頂板向海具有較大延伸且在海底存在相對(duì)明顯的越流作用［25—26］。Z K03孔層深15 m與20 m水位瞬時(shí)波動(dòng)較10 m劇烈且規(guī)律性較差，分析認(rèn)為能量相對(duì)比較小的海水波浪振動(dòng)是其主要影響因素；Z K08孔水位基本無(wú)波動(dòng)現(xiàn)象，分析認(rèn)為層深15 ～20 m地層，即全新世地層具有更好的海水連通性。

圖3　Z K03與Z K08孔層深10 m、15 m及20 m地下水水位日變化Fig.3 Diurnal groundwater tablein 10 m，15 m and 20 m depth layer of Z K03 and Z K08 cores

4.2.2水溫

Z K03、Z K08孔地下水溫度相對(duì)于海水溫度比較穩(wěn)定且層間差異小于0.1℃（圖4）。Z K03孔層深10 m及15 m水溫有周期性波動(dòng)，層深20 m水溫穩(wěn)定，分析認(rèn)為上部淺層含水層地下水受大氣溫度波動(dòng)影響明顯（圖4b）。Z K08孔水溫具有分層現(xiàn)象，溫度從高到低依次為20 m、15 m、10 m層深，初步認(rèn)為，對(duì)于深部承壓含水層，其地溫或許對(duì)地下水溫度的影響較大。

圖4　Z K03與Z K08孔層深10 m、15 m及20 m地下水溫度日變化Fig.4 Diurnal groundwater temperature in 10 m，15 m and 20 m depth layer of Z K03 and Z K08 cores

4.2.3電導(dǎo)率

Z K03及Z K08孔地下水電導(dǎo)率具有明顯的分層現(xiàn)象以及周期性變化特征（圖5）。Z K03孔中，EC（15 m）≈EC（20 m）≈EC（潮汐）＞EC（10 m），且均有周期性波動(dòng)；Z K08孔中，EC（15 m）≈EC（20 m）＞EC（潮汐）＞EC（10 m），僅EC（10 m）有周期性變化。潮汐對(duì)濱海含水層地下水水流的影響一般通過(guò)兩個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)：一是直接的水力聯(lián)系或者通過(guò)海底淤泥的越流作用；二是通過(guò)荷載影響地下水水位波動(dòng)［7，27］。前者為物質(zhì)輸入，地下水與海水進(jìn)行混合；后者為能量傳遞，主要為不同地下水進(jìn)行混合。ZK03孔地下水電導(dǎo)率變化表明：ZK03孔層深15～20 m地下水電導(dǎo)率與海水近似，結(jié)合其水位變化規(guī)律表明，該層地下水與海水存在混合作用，發(fā)生海水入侵；ZK03孔層深10～20 m地下水電導(dǎo)率垂向上存在明顯變化，潮汐引起水位周期性波動(dòng)，進(jìn)而引起電導(dǎo)率周期性波動(dòng)。因此，該含水層受潮汐物質(zhì)輸入及能量傳遞共同影響。ZK08孔地下水電導(dǎo)率變化表明：ZK08孔層深10 m附近電導(dǎo)率存在明顯變化，15～20 m及附近電導(dǎo)率差別較小，在潮汐影響下，僅層深10 m電導(dǎo)率有周期性變化，該含水層受主要受潮汐的能量傳遞影響。

圖5　Z K03與Z K08孔層深10 m、15 m及20 m地下水電導(dǎo)率日變化Fig.5 Diurnal groundwater electrical conductivity in 10 m，15 m and 20 m depth layer of Z K03 and Z K08 cores

4.3地下水分層與沉積地層

海底地下水動(dòng)態(tài)及海（咸）水入侵研究過(guò)程中電導(dǎo)率變化更具代表性。本文以電導(dǎo)率為主要監(jiān)測(cè)因子，綜合其他監(jiān)測(cè)因子值大小和變化趨勢(shì)，同時(shí)參考海水電導(dǎo)率值進(jìn)行地下水分層描述。季節(jié)性及短周期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，相對(duì)于監(jiān)測(cè)因子層間差異性，其同一層位季節(jié)性變化范圍較小，故該部分主要依據(jù)季節(jié)性監(jiān)測(cè)過(guò)程，同時(shí)選取某一時(shí)刻連續(xù)剖面監(jiān)測(cè)值進(jìn)行分析。

Z K03與Z K08孔剖面上地下水監(jiān)測(cè)結(jié)果表明研究區(qū)晚更新世以來(lái)沉積地層地下水具有明顯分層現(xiàn)象（圖6）。Z K03孔地下水電導(dǎo)率分為3個(gè)層位：①層深4.98～10.95 m為第一層，電導(dǎo)率小于40 m S/ cm，且隨深度增加急劇升高；②層深10.95～15.85 m為第二層，電導(dǎo)率位于40～44 m S/cm，且隨深度增加緩慢升高，不斷逼近海水電導(dǎo)率（44.5 m S/cm）；③層深15.85～24.73 m為第三層，電導(dǎo)率不再隨深度變化，穩(wěn)定在44～45 m S/cm，近于海水的電導(dǎo)率。溫度分為兩個(gè)層位：①層深4.98～7.96 m為第一層，溫度隨深度增加急劇降低；②層深7.96～24.73 m為第二層，溫度隨深度增加基本趨于穩(wěn)定。

Z K08孔地下水電導(dǎo)率分為5個(gè)層位：①層深5.96～10.44 m為第一層，電導(dǎo)率隨深度增加急劇升高，且在9.46 m深度超過(guò)海水，該層位電導(dǎo)率小于48 m S/cm；②層深10.44～35.47 m為第二層，電導(dǎo)率穩(wěn)定在48 m S/cm左右；③層深35.47～43.55 m為第三層，電導(dǎo)率為48～59 m S/cm，且隨深度增加而急劇升高；④層深43.55～63.43 m為第四層，電導(dǎo)率隨深度增加而緩慢升高，范圍在59～64 m S/cm；⑤層深63.43～75.23 m為第五層，電導(dǎo)率穩(wěn)定在64 m S/cm左右；溫度分為3個(gè)層位：①層深5.96～11.47 m為第一層，溫度隨深度增加急劇降低，大小為15.38～18.73℃；②層深11.47～38.45 m為第二層，溫度隨深度增加緩慢降低，大小為14.67～15.38℃；③層深38.45～75.23 m為第三層，溫度隨深度增加緩慢升高，大小為14.67～15.50℃。

根據(jù)監(jiān)測(cè)孔地下水溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，地下水溫度大致可分為淺部溫度降低層，中部溫度穩(wěn)定層，深部溫度升高層3個(gè)層位。初步分析認(rèn)為：上部淺層含水層地下水溫度受大氣影響較大，隨著深度增加，其大氣溫度影響降低，水溫降低，并趨于平穩(wěn)。而深部含水層的地下水溫度隨深度而增加，地溫對(duì)其影響占主導(dǎo)作用。中部含水層地下水溫度穩(wěn)定層或?yàn)閮烧咦饔孟嗷テ胶獾囊粋€(gè)層位。

ZK08孔巖心10 cm間距取樣測(cè)試結(jié)果表明，本鉆孔淺地層可劃分5個(gè)沉積單元（表1）：①5.8～18.58 m為全新世以黃驊海侵層，巖性為灰色粉砂、粉細(xì)砂、黏土質(zhì)粉砂，含有貝殼碎屑，底界面A M S14C測(cè)年為11.6 ka BP；②18.58～23.27 m為晚更新世晚期沉積的陸相層，主要為灰黃色、灰色黏土質(zhì)粉砂，黏土含量較高，含水量較小，底界面OSL測(cè)年為24.0 ka BP；③23.27～49.15 m為晚更新世晚期形成的獻(xiàn)縣海侵層，以粉細(xì)砂和黏土質(zhì)粉砂為主，底界面OSL測(cè)年為61.0 ka BP；④49.15～63.70 m為晚更新世早期的陸相層，上部黏土質(zhì)粉砂夾粉細(xì)砂為主，下部粉細(xì)砂為主，底界面OSL測(cè)年為74.0 ka BP；⑤63.70～80.00 m為晚更新世早期的滄州海侵層，以黏土質(zhì)粉砂為主，中間夾有中細(xì)砂、中粗砂層，底界面OSL測(cè)年為128 ka BP。

萊州灣沉積地層劃分與海底地下水電導(dǎo)率分層相近。3個(gè)海侵層構(gòu)成沉積地層的主要3個(gè)含水層，晚更新世早期和晚期兩個(gè)陸相沉積層構(gòu)成這一含水層系統(tǒng)的弱透水層。該海底含水層系統(tǒng)上層為全新世黃驊海侵層，發(fā)育潛水鹵水層，與海水連通性較好，是海水入侵的主要層位，入侵界面過(guò)渡帶垂向上的厚度可達(dá)10 m；地下水受大氣降水及潮汐影響明顯，動(dòng)態(tài)具有周期性。中層為晚更新世晚期獻(xiàn)縣海侵層，發(fā)育承壓鹵水層，在向海延伸一定范圍內(nèi)主要受徑流補(bǔ)給、潮汐能量傳導(dǎo)及越流作用影響，其水位變化具有周期性，電導(dǎo)率相對(duì)穩(wěn)定。下層為晚更新世早期滄州海侵層，發(fā)育承壓鹵水層，主要受徑流過(guò)程影響，地下水動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。萊州灣晚更新世以來(lái)3次海侵形成的鹵水層是海底地下水分層的控制因素，而海底地下水分層特征也基本能夠反映萊州灣晚更新世以來(lái)沉積地層結(jié)構(gòu)及沉積環(huán)境特征。降水入滲、徑流補(bǔ)給以及潮汐效應(yīng)引起地下水與海水之間或者不同層深地下水之間的混合過(guò)程是海底地下水周期性變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

基于以上分析，本文初步構(gòu)建了萊州灣海底地下水分布模式（圖7）。萊州灣地層結(jié)構(gòu)是海底地下水分布的控制因素，沉積環(huán)境特征是分層地下水化學(xué)演化的關(guān)鍵因素。降水入滲、徑流補(bǔ)給及潮汐效應(yīng)產(chǎn)生地下水與海（咸）水間的密度差和水位差，驅(qū)動(dòng)海底地下水與海（咸）水之間的物質(zhì)能量交換，使其呈現(xiàn)周期性和分層性特征。研究表明，一定海域范圍內(nèi)，全新世含水層地下水與海水關(guān)系更為密切，是海水入侵主要層位，入侵界面垂向上厚度約10 m；晚更新世晚期含水層地下水受潮汐能量傳遞影響，水位周期性變化較敏感。海底表層沉積物（底質(zhì)層）的巖性特征（厚度及滲透性）是海底地下水與海水相互作用的重要影響因素。萊州灣海底地下水分布模式對(duì)于深入研究海咸水界面變化機(jī)制及探索海底地下水排泄具有積極推動(dòng)作用。本研究下一步開(kāi)展區(qū)域地下水分層監(jiān)測(cè)和取樣測(cè)試，對(duì)模式進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

表1　Z K08孔沉積地層特征與海底地下水分層對(duì)比［23，28—29］Tab.1 Comparison between submarine groundwater stratification and sedimentary strata of Z K08 Core

圖6　Z K03與Z K08孔垂直剖面地下水電導(dǎo)率變化Fig.6 Groundwater electronic conductivity in vertical profile of Z K03 and Z K08 cores

圖7　萊州灣海底地下水分布模式圖Fig.7 Distribution pattern of submarine groundwater in the Laizhou Bay

5　結(jié)論

萊州灣海底地下水動(dòng)態(tài)受降水和潮汐影響，具有周期性變化規(guī)律。Z K03孔地下水水位及電導(dǎo)率變化規(guī)律表明全新世含水層與海水聯(lián)系密切，且存在海水入侵現(xiàn)象，入侵界面垂向上厚度10 m左右。Z K08孔地下水受潮汐能量傳遞影響，水位波動(dòng)與潮汐同步性更好。

萊州灣海底地下水具有分層現(xiàn)象，可分為5層，與沉積地層劃分大致相同，主要受晚更新世以來(lái)3次海侵時(shí)期形成鹵水含水層分布影響。分層特征是監(jiān)測(cè)井不同層深地下水混合過(guò)程中電導(dǎo)率呈現(xiàn)周期性變化的主要原因。

萊州灣海底地下水動(dòng)態(tài)特征是地層結(jié)構(gòu)及沉積演化環(huán)境影響下，降水入滲、徑流補(bǔ)給及潮汐效應(yīng)共同作用引起地下水間或地下水與海水間的密度差和水位差，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)彼此間物質(zhì)能量交換的結(jié)果。一定海域范圍內(nèi)，全新世地層海底地下水與海水聯(lián)系更加密切，物質(zhì)能量交換頻繁；晚更新世地層地下水受潮汐能量傳遞影響明顯。

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Research on submarine groundwater dynamics and driving mechanism in the Laizhou Bay

H ou Guohua1，2，Gao M aosheng1，2，Guo Fei1，3，Kong Xianghuai1，2，Zhao Jin ming4，Qiu Jiandong1，2，Liu Sen1，Zheng Yimin1
（1.Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resourcesand Environmental Geology，Ministryof Land and Resources，China Geological Survey，QingdaoInstituteof Marine Geology，Qingdao 266071，China；2.Laboratory for Marine Geology，Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology，Qingdao 266061，China；3.Schoolof Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao 266555，China；4.ExplorationInstitute of Geology and Mineral Resources，Weifang 261021，China）

Abstract：Groundwater monitoring combined with mathematical analysisis the main method of groundwater dynamics studies.But there is less monitoring data for sub marine groundwater than inland groundwater in the most coastal areas.In this study，sea drillings Z K03，Z K08 were designed to real-time monitor dynamics characteristic of sub marine groundwater in multi-layers aquifers and ocean tides.Combined with stratu m structure and sedimentary evolution setting，the paper analyzed the dynamic characteristics of sub marine groundwaterin the Laizhou Bay and revealed the driving mechanism.The results showed that sub marine groundwater dynamic appeared to be periodic and stratified in the Laizhou Bay，H olocene aquifer were closely associated with the sea，where the vertical thickness of seawater intrusion interface was about 10 m.Sub marine groundwater stratification were roughly consistent with sedimentary strata.Controlled by strata structure and sedimentary environ ment，the mixing processin different aquifer groundwater or between groundwater and seawater drived by precipitation，groundwater runoff and tide was the main driving mechanism of sub marine groundwater dynamic.Then the paper constructed a preliminary sub marine groundwater distribution pattern to explore the interaction between groundwater and seawater.The study on the dynamics characteristic of sub marine groundwaterin the Laizhou Bay play a positive rolein analyzing saltwater interface change mechanism and exploring the sub marine groundwater discharge.

Key words：Laizhou Bay；sub marine groundwater；dynamic characteristic；driving mechanism

*通信作者：高茂生（1966—），男，研究員，博士，博導(dǎo)，主要從事海岸帶環(huán)境水文地質(zhì)和海洋沉積研究。E-mail：gms532＠163.com

作者簡(jiǎn)介：侯國(guó)華（1987—），男，河南省新鄉(xiāng)市人，助研，從事海岸帶環(huán)境水文地質(zhì)研究。E-mail：houguohua1987＠163.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（41476051，41306063）；國(guó)家海洋地質(zhì)保障工程專(zhuān)項(xiàng)（GZ H201200505）；科技基礎(chǔ)性工作專(zhuān)項(xiàng)（2014F Y210600）。

收稿日期：2015-06-08；

修訂日期：2015-09-17。

中圖分類(lèi)號(hào)：P641.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：0253-4193（2016）05-0124-09