煙臺市水文地質(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)

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煙臺市水文地質(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)資料的基礎上，以水文地質(zhì)調(diào)查、物探勘查、綜合分析研究為手段，對煙臺市水文地質(zhì)條件進行了詳細的分析研究，根據(jù)含水層巖性及地下水類型將研究區(qū)劃分為松散巖類孔隙含水巖組、碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組、碳酸鹽巖類巖溶含水巖組、噴出巖類孔洞裂隙含水巖組和巖漿巖、變質(zhì)巖類裂隙含水巖組。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個典型區(qū)，分別描述地下水的補給、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)地下水類型分為孔隙水、裂隙水和巖溶水三類，并分別總結(jié)其電性特征。該文對煙臺市含水巖組進行劃分，總結(jié)不同含水層電性特征，為水資源的進一步開發(fā)利用提供科學依據(jù)。

地下水；水文地質(zhì)；含水巖組；電性特征；煙臺市

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

1 研究區(qū)背景

1.1 地理概況

煙臺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，地形總趨勢是中部高，南北低，北部地勢較陡，南部地勢較平緩，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

煙臺市地處中緯度，屬暖溫帶季風型大陸性氣候[3]，四季分明，氣候溫和，冬半年北風多，夏半年南風頻，平均風速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，中生代白堊紀碎屑沉積及火山巖建造，新生代古近紀及第四紀松散沉積物。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造主要為膠北隆褶帶，展布于萊州、招遠、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，斷裂構(gòu)造復雜。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-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型將研究區(qū)劃分為五大類型含水巖組，其水文地質(zhì)特征如下：

2.1.1 松散巖類孔隙含水巖組

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，含水層巖性以細砂、中粗砂及砂礫石為主[8]，厚度一般為5～30m，富水性較強，單井涌水量一般在500～1000m3/d。地下水埋深1～10m，水化學類型主要以HCO3·Cl-Na·Ca型為主，礦化度一般為0.5g/L，在海(咸)水入侵區(qū)地下水水化學類型為Cl-Na型，礦化度大于1g/L，水質(zhì)較差。

2.1.2 碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組

分布于萊陽、海陽南部，該含水巖組巖性主要為侏羅系和白堊紀砂巖、礫巖及火山碎屑巖，近地表風化呈砂狀。地下水主要賦存在風化帶中，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，單井涌水量500m3/d，水化學類型主要為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，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，地下水水化學類型以HCO3-Ca型為主，礦化度一般小于0.5g/L。

2.1.4 噴出巖類孔洞裂隙含水巖組

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，水化學類型主要為HCO3-Na·Ca型，礦化度一般小于0.5g/L。

2.1.5 巖漿巖、變質(zhì)巖類裂隙含水巖組

該含水巖組巖性以花崗巖、正長巖、閃長巖、片巖為主，廣泛出露于丘陵區(qū)，地下水主要賦存在風化裂隙較發(fā)育的風化帶和構(gòu)造帶附近[9]。風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，水化學類型主要為HCO3·Cl-Na·Ca型，礦化度小于0.5g/L。

2.2 地下水的補給、徑流、排泄條件

區(qū)內(nèi)地下水補給、徑流及排泄條件，嚴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。

2.2.1 山地丘陵區(qū)特點

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。

基巖區(qū)一般地勢較高，基巖裂隙水以大面積接受大氣降水補給為主，在地勢低洼處可接受松散層孔隙水和地表水補給。其補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

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[10]孔隙水補給來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市的供水水源地及農(nóng)業(yè)井灌區(qū)，其地下水開采能力強，人工開采是該區(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

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

激發(fā)極化法在進行數(shù)據(jù)采集時，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)極化法中應用最為廣泛的方法。其特點是：供電電極AB在測點的兩側(cè)沿相反方向向外移動，且測量電極MN與AB保持一定比例(MN/AB=1/3)同時移動，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生產(chǎn)的JJ-3A型積分式激發(fā)電位儀開展工作。該儀器是一種多參數(shù)的電測儀器，一次供電可以測量視電阻率、視極化率等參數(shù)，為尋找地下水提供綜合分析資料[14]。

供電時間選擇為30s，以滿足水的激發(fā)極化時間較長的需要，使所測得的異常值盡可能的大。采用的供電波形為正供、停供、負供、停供，一個周期為60s的模式[15]。

3.3 典型實例分析

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，在堅硬和半堅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)，對該類地下水激電測深斷面圖進行解釋。該剖面位于萊州市平里店鎮(zhèn)賈鄧戰(zhàn)家村南500m河邊，布設方向為5°，由5個測深點組成，點距為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剖面激電測深綜合斷面圖

根據(jù)驗證情況，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，地下水類型為孔隙水；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)，對該類地下水激電測深斷面圖進行解釋。

該剖面位于蓬萊市北溝鎮(zhèn)孫徐村西南400m，布設方向為70°，由5個測深點組成，點距為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?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，其對應視極化率值呈逐漸升高趨勢，結(jié)合水文地質(zhì)資料，推斷其整體為玄武巖風化含水層的電性反映。其中，在AB/2>24m范圍內(nèi)，40號點左右視電阻率等值線呈“U”形低阻凹槽，對應視極化率值相對較高，推測該段富水性較強。根據(jù)驗證情況，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化層，富水性強，地下水類型為裂隙水。

圖2 Ⅱ剖面激電測深綜合斷面圖

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，其最明顯的特點是分布不均勻[20]。以Ⅲ剖面為例(圖3)，對該類地下水激電測深斷面圖進行解釋。

該剖面位于棲霞市桃村鎮(zhèn)國路夼村內(nèi)，布設方向為90°，由5個測深點組成，點距為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號點70m以下存在一“U”型低阻異常，對應視極化率呈高極化，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。根據(jù)驗證情況，地層在0～10.5m深度為第四紀粘土，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，地下水類型為巖溶水。

圖3 Ⅲ剖面激電測深綜合斷面圖

4 結(jié)論

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

(2)孔隙水含水層主要以砂層為主，與周圍粘性土壤相比，孔隙度大，導電性差。因此，高阻高極化為此類含水巖組的主要電性特征。

(3)裂隙水主要賦存于基巖風化、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巖溶水的找水依據(jù)。

[1] 衣華鵬.煙臺市水資源問題、供需態(tài)勢及對策研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2006,34(20),5322-5325.

[2] 李念春.山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)地質(zhì)環(huán)境特征分析及其承載力評價研究[J].山東國土資源,2016,32(7):35-41.

[3] 衣偉虹,王松濤,王江波,等.長島縣南五島土壤地球化學特征及環(huán)境質(zhì)量評價[J].山東國土資源,2016,32(12):37-40.

[4] 杜康康，孔彥，李相然.煙臺市地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量綜合評價與優(yōu)化利用研究[J].煙臺大學學報,2010,23(1):21-26.

[5] 高書劍,楊真亮,劉天鵬.招平斷裂帶中段構(gòu)造控礦規(guī)律及找礦意義[J].山東國土資源,2016,32(8):8-11.

[6] 程鑫,張杰,畢建新,等.煙臺市海岸帶地質(zhì)環(huán)境問題及保護建議[J].山東國土資源,2013,29(10):56-60.

[7] 韓鵬軍.煙臺市張家金礦地質(zhì)特征及外圍找礦方向分析[J].山東國土資源,2012,28(8):5-9.

[8] 宋希利,宋鵬,時彥芳,等.山東煙臺大季家地區(qū)海水入侵界面劃分的意義[J].山東國土資源,2014,30(6):61-64.

[9] 傅美蘭.膠東半島變質(zhì)巖區(qū)基巖裂隙水形成機理及其開發(fā)利用[J].山東地質(zhì),1985,1(2):61-69.

[10] 李希國,譚鼎山,于培強,等.煙臺濱海平原海水入侵現(xiàn)狀研究[J].山東水利,2005,(11):12-13.

[11] 王德強,董金報,曾照明.水文地質(zhì)調(diào)查與物探結(jié)合在石灰?guī)r地區(qū)找水定井的應用[J].山東國土資源,2013,29(1):30-33.

[12] 傅良魁.電法勘探教程[M].北京:地質(zhì)出版社，1983.

[13] 李金銘.地電場與電法勘探[M].北京:地質(zhì)出版社，2005.

[14] 劉洪波,于林松,劉偉,等.激發(fā)極化法在早前寒武紀變質(zhì)巖系找水中的應用[J].工程勘察,2012,28(3):40-42.

[15] 宋洪偉,張翼龍,夏凡.大功率激電測深法在達茂旗某地水文勘探中的應用[J].工程勘察,2012,28(1):89-93.

[16] 陸云祥,陳建榮,陳華根,等.我國多參數(shù)激電測深找水應用綜述[J].地球物理學進展,2011,26(4):1448-1456.

[17] 胡玉祿.山東省三級地下水監(jiān)測站網(wǎng)建設思考[J].山東國土資源，2016,32(12):63-65.

[18] 孟慶魯,劉彥,趙法強,等.高密度電阻率法在山東泰安地區(qū)抗旱打井工程中的應用[J].山東國土資源,2014,30(7):54-57.

[19] 呂蘭頌,付娟,靳豐山,等.高密市激電測深定井方法探討[J].山東國土資源,2011,27(12):22-24.

[20] 蘭干江,王舉平,李海良,等.物探技術(shù)在湘西南巖溶丘陵區(qū)地下水勘查中的應用[J].山東國土資源,2016,32(4):65-69.

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)

國家地下水監(jiān)測工程(水利部分)巖石監(jiān)測井物探勘察項目(發(fā)改投資[2014]1660號)

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

P641

A

馬健，張吉濤，王龍昌，等.煙臺市水文地質(zhì)條件與含水層電性特征分析[J].山東國土資源，2017,33(4)：47-51.MA Jian，ZHANG Jitao，WANG Longchang，etc.Analysis on Hydrogeological Conditions and Aquifer Electrical Characteristics in Yantai City[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(4)：47-51.