雷州半島東部地區(qū)地下水環(huán)境特征研究

， ， ，，，

(中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北 武漢 430205)

地下水是自然界水循環(huán)的重要組成部分，是人類社會(huì)必不可少的重要水資源，它對(duì)地表水資源不足的地區(qū)有很高的利用價(jià)值。雷州半島就是這樣的地區(qū)，它地處中國大陸最南端，東、南、西三面臨南海，無大的河流，雖屬亞熱帶季風(fēng)氣候，降水總量較充沛，但是由于蒸發(fā)量大和降水時(shí)空分布極不均勻，容易出現(xiàn)干旱。多年平均降水量為1 500 mm，85%集中在4-10月，半島西南部降雨相對(duì)偏少，為廣東省雨量低值區(qū)。雷州半島素有“十年九旱、赤地千里”，“春旱年年有、三年一中旱、五年一大旱”之稱[1,2]。

雷州半島地下水資源總體十分豐富，開采潛力大，城市生活及工業(yè)用水的70%以上依賴地下水。因此，隨著城市建設(shè)及工業(yè)的發(fā)展，對(duì)地下水的需求量日益增大[3]。

由于長期大量開采地下水，使得局部地區(qū)存在地下水超采問題，并引發(fā)了地下水水質(zhì)污染、地面沉降、海水入侵等諸多環(huán)境地質(zhì)與生態(tài)問題[4]。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)地下水環(huán)境的影響越來越顯著[5-8]。工業(yè)和生活污水的排放、農(nóng)業(yè)區(qū)的污水灌溉都直接引起某些指標(biāo)含量升高[9-11]，而地下水開采造成地下水水位下降，改變了補(bǔ)徑排條件和氧化還原環(huán)境的轉(zhuǎn)化等，引起水化學(xué)特征的變化，此外，地下水超采導(dǎo)致的沿海地區(qū)海水入侵現(xiàn)象越來越嚴(yán)重[12-13]。

連續(xù)大量抽取地下水導(dǎo)致水位的下降，改變了原有的地下水動(dòng)力條件, 引起地面污水向地下水的倒灌, 淺層污水不斷向深層流動(dòng), 地下水水污染向更深層發(fā)展, 地下水污染的程度不斷加重。

本文以雷州半島東部地區(qū)為例，探討了火山巖類孔洞裂隙水、淺層水—微承壓水、中層承壓水和深層承壓水的地下水環(huán)境特征，并對(duì)地下水主要離子含量、地下水化學(xué)類型、常規(guī)成分特征等因素進(jìn)行分析，總結(jié)了研究區(qū)地下水環(huán)境特征。

1 水文地質(zhì)特征

雷州半島東部地區(qū)位于雷瓊沉降帶湛江凹陷，遂溪東西向大斷裂的南側(cè)，基底為前第三系地層和中生代侵入巖，其上覆蓋了湛江組松散—半固結(jié)砂質(zhì)和松軟泥質(zhì)巖類互層以及覆蓋于其上和夾于其間的湖光巖組玄武巖和火山碎屑巖，整體厚度大于1 000 m。研究區(qū)位于雷瓊自流盆地的最北部，儲(chǔ)水構(gòu)造良好。

西部為火山巖臺(tái)地地貌，湖光巖火山巖臺(tái)地臺(tái)面相對(duì)平緩，臺(tái)地上多處可見火山錐，標(biāo)高較高，多在100 m以上，以螺崗嶺、交椅嶺等為主，山麓坡腳多見下降泉，水質(zhì)較好。臺(tái)地見可見相對(duì)低洼處，多為小型水系流經(jīng)處，由于河流短促，極易遭受海水入侵。由西向東地勢(shì)向海岸傾斜，沿岸為堆積平原和海積平原地貌，海岸沉積物松散且厚度較厚，主要為海積淤泥粘土與砂分布，另外可見玄武巖與火山巖碎屑。

按含水介質(zhì)、地下水賦存條件及水力特征，雷州半島地下水類型劃分為松散巖類孔隙水和火山巖類孔洞裂隙水兩類[14]。地下水類型主要為松散巖類孔隙水，主要賦存于湛江組及其下的下洋組。根據(jù)含水層埋藏深度、水力特征及開采條件，主要分為淺層水—微承壓水(埋深小于30 m)、中層承壓水(埋深30～200 m)和深層承壓水(埋深200～500 m)[15-17](見圖1)。

1-天然狀態(tài)下地下水流向；2-人工開采后地下水流向；3-含水層組界線；4-火山巖；5-含水層；6-相對(duì)隔水層；7-泉

圖1雷州半島東部承壓地下水分層示意圖

(1)火山巖孔洞裂隙水：位于研究區(qū)北西側(cè)的火山巖臺(tái)地(以Y11為代表)，降水補(bǔ)給充沛，地下水徑流排泄條件好；

(2)淺層水—微承壓水：廣泛分布于臺(tái)地、平原區(qū)，補(bǔ)給條件好，受人類活動(dòng)影響大，不僅作為農(nóng)村分散型飲用水和農(nóng)業(yè)灌溉的主要水源，而且也補(bǔ)給中深層地下水。含水層介質(zhì)為砂礫、粗砂、中砂、細(xì)砂等，厚度3～25 m，在臺(tái)地區(qū)水位標(biāo)高為40～80 m，濱海平原區(qū)一般為2～5 m。富水性以中等為主，局部較豐富；

(3)中層承壓水：含水層主要為第四系湛江組粗砂、礫石、中砂、細(xì)砂，含水層有4～8層，單層厚3～50 m，總厚度30～60 m，水位標(biāo)高-16～-20 m。水量豐富—極豐富；

(4)深層承壓水：含水層埋深一般在-200～-500 m。含水層以以第四系下洋組海相礫砂、含礫粗砂、粗砂為主，局部為中砂、細(xì)砂。含水層有1～10層，單層厚度為3.5～50.5 m，總厚度為50～150 m。水量較豐富—極豐富，水位標(biāo)高-2～-18 m。

雷州半島淺層地下水以當(dāng)?shù)匮a(bǔ)給為主，主要接受大氣降水補(bǔ)給，兼有地表水體滲漏補(bǔ)給和區(qū)外地下水的側(cè)向補(bǔ)給等。雷州半島北海組平原、湛江組臺(tái)地及玄武巖臺(tái)地潛水或微承壓水水位高于中深層承壓水水位，為承壓水的補(bǔ)給區(qū)。地下水徑流方向?yàn)檠a(bǔ)給區(qū)流向?yàn)I海，基本與地形一致，進(jìn)入70年代，隨著地下水開發(fā)利用程度的加大，形成了以主要開采地段為中心的區(qū)域性水位降落漏斗，在局部地區(qū)改變了天然狀態(tài)下的徑流方向，漏斗四周的地下水流向漏斗中心[18]。

2 實(shí)驗(yàn)方法

為了查明雷州半島東部地區(qū)地下水環(huán)境特征，于2014年12月采集12件地下水樣品，位置詳見圖1。本次地下水采樣充分考慮到雷州半島承壓地下水的分層情況，淺層水—微承壓水取樣深度小于30 m，共取樣6件，中層承壓水取樣深度小于200 m，取樣2件，深層承壓水取樣深度小于500 m，取樣2件，另在遂溪縣嶺北鎮(zhèn)螺崗嶺牛鼻水下降泉取火山巖孔洞裂隙水樣1件，萬家村火山巖孔洞裂隙淺層水樣1件(見表1)。

表1 研究區(qū)樣品采取基本信息

現(xiàn)場(chǎng)使用HACH40d便攜式水質(zhì)分析儀測(cè)定水溫、pH、電導(dǎo)率、溶解氧、氧化還原電位，其余指標(biāo)送往國土資源部長沙礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心進(jìn)行測(cè)試，樣品分析方法采用《地下水污染地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)規(guī)范》(DD2008-01)中推薦的分析方法進(jìn)行測(cè)定(見圖2)。

3 地下水環(huán)境特征分析

3.1 主要離子含量特征

基于地下水樣品的實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，集中分析了溶解性固體總量(TDS)和主要離子含量分布和變化特征(見表2)。

地下水中陽離子以Na+、Mg2+·Ca2+、Ca2+·Na+為主，陰離子以HCO3-為主，局部有Cl-、SO42-，K+、Na+、Ca2+和Mg2+等陽離子的含量變化范圍較小，陰離子HCO3-、Cl-、SO42-含量變化較大。

表2 研究區(qū)地下水樣的水化學(xué)成分統(tǒng)計(jì) mg·L-1

1-松散巖類孔隙水；2-火山巖孔洞裂隙水；3-基巖裂隙水；4-取樣點(diǎn)；5-地名；6-水系；7-道路；8-遂溪斷裂

圖2雷州半島東部水文地質(zhì)簡圖及采樣點(diǎn)位置

雷州半島地下水平面分布和垂向分層特征明顯，各層地下水TDS和主要離子含量變化較大，且各層水在區(qū)域上受自然、人為影響差異較大?；鹕綆r孔洞裂隙水中陰離子以HCO3-為主，陽離子以Mg2+·Ca2+為主，TDS含量較低；淺層水-微承壓水中K+、Na+、Ca2+、Cl-、SO42-含量較高，呈現(xiàn)出由臺(tái)地向?yàn)I海Na+、Cl-逐漸升高，HCO3-逐漸降低的過程，SO42-呈點(diǎn)狀分布，整體TDS含量較高；中深層承壓水中HCO3-、Na+含量較高，其他K+、Ca2+、Mg2+、Cl-含量較低，整體TDS含量低(見圖3)。

3.2 地下水化學(xué)類型

地下水化學(xué)類型以HCO3-Na型、HCO3-Mg·Ca型、HCO3·Cl- Ca·Na型為主，少量為Cl-Na型、SO4·Cl- Ca·Na型?；鹕綆r孔洞裂隙水的水化學(xué)類型為HCO3-Mg·Ca型水，中深層承壓水的水化學(xué)類型為HCO3-Na型水，淺層水—微承壓水中位于研究區(qū)北東側(cè)的Y16水樣SO42-含量為113.26 mg/L，為中生代侵入巖所形成的基巖裂隙水，地下水類型為SO4·Cl-Ca·Na型水；位于研究區(qū)南西側(cè)的Y23、Y24水樣Cl-含量為62.10～70.50 mg/L，在湖光巖火山樣臺(tái)地南側(cè)，地勢(shì)較低，干旱季節(jié)極易發(fā)生海水入侵，地下水類型為Cl- Na型水；其他Y09、Y17、Y18地下水化學(xué)為HCO3·Cl-Ca·Na、HCO3·Cl-Ca型水(見圖4)。

圖3 研究區(qū)地下水樣的水化學(xué)成分柱狀圖

圖4 地下水樣的三線Piper圖

3.3 地下水質(zhì)量常規(guī)成分特征

通過對(duì)地下水質(zhì)量常規(guī)成分進(jìn)行分析，可以看出不同取樣位置在區(qū)域和垂直方向上pH、NO3-、NO2-、總Fe、Mn、Al、As等常規(guī)成分的含量變化(見表3)。

表3 研究區(qū)地下水質(zhì)量常規(guī)成分 mg·L-1

注：黑體標(biāo)注為地下水質(zhì)量四類以上(依據(jù)地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB_T 14848-2017))

研究區(qū)內(nèi)地下水pH值以弱堿性為主，地表火山巖孔洞裂隙水及中深層承壓水呈弱堿性，個(gè)別達(dá)到8.88；-25 m以上淺層水-微承壓水普遍呈弱酸性，TDS、NO3-含量變化趨勢(shì)與之相符，且點(diǎn)Y12、Y16、Y23、Y24、Y18、Y09、Y17中NO3-含量達(dá)到地下水質(zhì)量四類標(biāo)準(zhǔn)。另外，個(gè)別點(diǎn)的NO2-、總Fe、Mn、Al、As含量也達(dá)到四類水標(biāo)準(zhǔn)。

從平面分布上可以看出，近地表人類活動(dòng)密集區(qū)地下水酸化、TDS含量升高，不同電性離子交換吸附作用的“鹽”效應(yīng)對(duì)地下水中的金屬離子產(chǎn)生較大的影響，使Fe、Mn、Al、As等含量增高，電性相同的K+、Na+、Ca2+和Mg2+向吸附體交換出金屬離子，從而使地下水中的金屬離子含量升高，導(dǎo)致局部淺層水-微承壓水中的Mn、Al、As等含量達(dá)到四類水標(biāo)準(zhǔn)。濱海近岸區(qū)域地下水pH值較低，TDS含量相對(duì)較高。

1-火山巖孔洞裂隙水 2-淺層水-微承壓水 3-中層承壓水 4-深層承壓水 黑色虛線-趨勢(shì)線

圖5地下水質(zhì)量常規(guī)成分層間趨勢(shì)變化折線圖

地表火山巖孔洞裂隙水水質(zhì)較好，常規(guī)成分含量低，為一、二類水；但在中深層地下水中，地下水pH值偏堿性，TDS含量相對(duì)較低，但總Fe含量普遍較高，局部地區(qū)Mn較高。一方面是由于在部分淺層-微承壓水與中層承壓水混合補(bǔ)給深層承壓水的過程中，地下水與圍巖之間發(fā)生了方解石、白云石、赤鐵礦的溶解作用、菱鐵礦、水綠礬的沉淀作用[3]以及離子交換作用，使Fe2+被氧化成Fe3+，另一方面是中深層承壓水的主要補(bǔ)給來源于北部高鐵地下水，中深層承壓水的HCO3-含量較高，極易生成大量的Fe(HCO3)2，還原環(huán)境使得其遷移性增強(qiáng)。

根據(jù)層間由淺入深趨勢(shì)變化分析，由圖5可以看出：pH值的趨勢(shì)變化為弱堿性-弱酸性-弱堿性-弱堿性；硝酸根為低-高-低-低；總Fe為低-低-高-高；Mn為低-高-低-低；Al為低-高-低-低；偏硅酸為高-低-高-高。

3.4 小結(jié)

通過對(duì)雷州半島東部地區(qū)地下水主要離子含量、地下水化學(xué)類型、常規(guī)成分特征等進(jìn)行分析，可以總結(jié)其地下水環(huán)境特征如下：

(1)螺崗嶺位于雷州半島北部湖光巖玄武巖臺(tái)地，點(diǎn)Y11、Y12為火山巖孔洞裂隙水，尤其是Y11螺崗嶺的下降泉水，水質(zhì)較好，偏硅酸含量高，如水量較大即具開采前景，Y12位于萬家村，受村內(nèi)人為活動(dòng)影響，NO3-含量達(dá)到地下水質(zhì)量四類標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)稍差；

(2)由玄武巖臺(tái)地向近岸濱海，淺層水-微承壓水中呈現(xiàn)出Na+、Cl-逐漸升高，HCO3-逐漸降低的趨勢(shì)，且垂向上-25 m以上淺層水-微承壓水普遍呈弱酸性，TDS、NO3-含量整體較高，其中Y09處NO2-、As達(dá)四類地下水標(biāo)準(zhǔn)，Y09、Y18、Y24處Mn達(dá)四類地下水標(biāo)準(zhǔn)，另外Y18、Y24處Al含量超標(biāo)；

(3)中深層承壓水中HCO3-、Na+含量較高，其他K+、Ca2+、Mg2+、Cl-含量較低，整體TDS含量低。水質(zhì)較好，偏硅酸較高，受人為活動(dòng)影響小，但是總Fe含量高；

(4)火山巖孔洞裂隙水的水化學(xué)類型為HCO3-Mg·Ca型水，淺層水—微承壓水多為HCO3·Cl-Ca·Na、HCO3·Cl-Ca型水，局部可見Cl- Na型、SO4·Cl-Ca·Na型水，中深層承壓水的水化學(xué)類型為HCO3-Na型水；

(5)由于研究區(qū)內(nèi)地下水的超采造成中深層承壓水出現(xiàn)大面積降落漏斗，地下水從四周及上、下向降落漏斗中心遷移，中深層承壓水的水化學(xué)特征受補(bǔ)給水的影響，發(fā)生復(fù)雜的水巖相互作用及離子交換，金屬離子的含量逐步升高且氧化還原環(huán)境的變化而使地下水水質(zhì)發(fā)生變化，個(gè)別常規(guī)成分超標(biāo)。

4 結(jié)語

(1)研究區(qū)地下水環(huán)境整體較好，偏硅酸較高，適合生產(chǎn)生活用水，尤其是火山巖孔洞裂隙水和中深層承壓水，近地表近海岸淺層水-微承壓水受自然因素及人類活動(dòng)影響較大，局部地區(qū)個(gè)別常規(guī)含量超標(biāo)而不適宜飲用；

(2)研究區(qū)地下水多呈弱堿性，淺層-微承壓水呈弱酸—中性，TDS、NO3-含量變化趨勢(shì)與pH值相關(guān)性較強(qiáng)，TDS整體不高，但個(gè)別點(diǎn)的NO3-、NO2-、總Fe、Mn、Al、As含量也達(dá)到四類水標(biāo)準(zhǔn)。另外，研究區(qū)地下水化學(xué)類型以HCO3-Na型、HCO3-Mg·Ca型、HCO3·Cl- Ca·Na型為主，少量為Cl-Na型、SO4·Cl- Ca·Na型；

(3)研究區(qū)內(nèi)地下水降落漏斗的形成，加速了承壓地下水的水力循環(huán)，一方面作為補(bǔ)給中深層承壓水的偏酸性淺層-微承壓水向下越流，改變了原有的氧化還原環(huán)境，促使更多的離子發(fā)生交換，從而析出；另一方面加速了中深層的水巖相互作用，HCO3-的高含量增強(qiáng)了離子的遷移；

(4)研究區(qū)內(nèi)臺(tái)地之間的低洼處為短促河流水系所經(jīng)之處，干旱河流水位降低后極易遭受海水入侵，容易導(dǎo)致近岸濱海區(qū)域的地下水Cl-逐漸升高；