三亞市原生環(huán)境水文地質(zhì)問題與防治對(duì)策

符廣卷，張航飛，吳多譽(yù)，王曉林

(1.海南省地質(zhì)綜合勘察院，海南 ?？?570206；2.海南省地質(zhì)調(diào)查院， 海南 海口 570206；3.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局二零七地質(zhì)隊(duì)，四川 樂山 614000)

三亞市是海南省第二大城市，是著名的熱帶濱海旅游度假城市。隨著城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市規(guī)劃、國土開發(fā)整治和建設(shè)受自然地理、地質(zhì)環(huán)境和環(huán)境地質(zhì)問題等的制約和對(duì)地質(zhì)工作的需求日益突出[1，2]。與地下水有關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問題有原生環(huán)境水文地質(zhì)問題和人為環(huán)境水文地質(zhì)問題兩大類[3]。原生環(huán)境水文地質(zhì)問題指在天然條件下，與地下水活動(dòng)有關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問題，如沼澤化、鹽漬化、凍脹及地方病等；人為環(huán)境水文地質(zhì)問題即在供、排水條件下，與地下水作用有關(guān)的環(huán)境水文地質(zhì)問題，如地下水位持續(xù)下降，地面沉降、井水枯竭、水質(zhì)惡化、海水入侵、土地沙漠化等。

根據(jù)研究區(qū)開展的環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查工作[4～6]，總結(jié)分析了區(qū)內(nèi)存在的主要原生環(huán)境水文地質(zhì)問題的類型和成因，并提出了對(duì)應(yīng)的防治措施建議，為城市地下水資源開發(fā)利用與保護(hù)提供支撐服務(wù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況

研究區(qū)位于海南島南部，面積約125 km2(圖1)。研究區(qū)屬熱帶海洋季風(fēng)氣候，高溫多雨為主要?dú)夂蛱卣鳎蓾窦竟?jié)明顯[7]。年平均氣溫25.5℃，5-10月為雨季，11月至翌年4月為旱季，多年平均降雨量1 520.8 mm，雨季降雨量約占全年降雨量的87.7%。區(qū)內(nèi)水系較為發(fā)育，河流多為自北向南，獨(dú)流入海的短小溪流。三亞河為區(qū)內(nèi)最大河流，但流量較小，季節(jié)性變化大。區(qū)內(nèi)三亞灣海域潮流為正規(guī)全日潮流型，漲潮流向多為N～NW向，落潮流向多為S～SE向，屬弱潮流海區(qū)[8]。三亞灣的最大潮差約為2～3 m。研究區(qū)位于海南穹隆南緣之九所-陵水大斷裂中段南側(cè)，地勢(shì)總體北高南低。區(qū)內(nèi)地勢(shì)相對(duì)較為平緩，地面坡度一般2°～10°，標(biāo)高一般1～50 m。根據(jù)地貌成因類型和形態(tài)特征，區(qū)內(nèi)主要有濱海堆積平原、沖洪積平原、低山丘陵和剝蝕堆積平原四種地貌類型(圖1)。

圖1 研究區(qū)范圍及地貌圖

研究區(qū)沿岸主要出露第四系(Q)濱海堆積層，陸內(nèi)則廣泛發(fā)育沖洪積層和花崗巖及其風(fēng)化殘積層。在鹿回頭一帶出露奧陶系沙塘組(O2-3s)淺海相灰?guī)r和榆紅組(O3yh)近岸沉積的砂巖。在金雞嶺零星出露白堊系鹿母灣組(K1l)內(nèi)陸湖泊相碎屑巖夾火山巖沉積，巖性主要為礫砂巖、粉砂巖、石英砂巖等。

研究區(qū)及周邊主要發(fā)育九所-陵水東西向構(gòu)造帶，位于北緯18°25′～18°35′，橫貫樂東、三亞和陵水等市縣，東西展布約100 km，沿構(gòu)造帶地震時(shí)有發(fā)生、熱泉遍布、海蝕地貌發(fā)育。海南島大地構(gòu)造單元以東西向九所-陵水深大斷裂帶為界，斷裂帶以南的三亞地區(qū)及南海在內(nèi)的廣大地區(qū)屬于南海地臺(tái)，斷裂帶以北屬于華南褶皺系。在南海地臺(tái)北緣海南島陸上部分的三亞地區(qū)劃分為三亞臺(tái)緣拗陷帶。本區(qū)斷裂構(gòu)造較不發(fā)育，多沿山地展布。主要為北東向的角嶺斷層(F1)、紅糖嶺斷層(F2)和東西向的紅糖村斷層(F3)。其中角嶺斷層(F1)

主要展布于角嶺-高嶺一帶，傾向310°，傾角63°～80°。斷層帶由擠壓片理帶、構(gòu)造透鏡體、碎裂巖、碎斑巖、硅化石英巖帶及裂隙密集帶組成，硅化強(qiáng)烈，局部見黃鐵礦化，具兩期活動(dòng)；紅塘嶺斷層(F2)展布于紅塘嶺一帶，長4～5 km，北東向，傾向南東，傾角80°。斷層帶由擠壓片理帶、構(gòu)造透鏡體、碎裂巖及斷層角礫巖組成，航片影像特征及地貌特征明顯，硅化強(qiáng)烈；紅塘村斷層(F3)

位于紅塘村和紅糖嶺一帶，長4 km，走向80°～90°，總體往南傾，局部反傾，傾角78°，斷裂大部分被第四系所覆蓋，破碎帶寬約10～20 m，局部可達(dá)50 m，主要由擠壓破碎帶、糜棱巖帶、碎裂巖帶組成，沿?cái)嗔炎呦蜓鼐€具有壓碎巖、碎裂巖、糜棱巖等構(gòu)造巖滾石分布，地貌特征明顯，為一近東西向狹長槽地。

區(qū)內(nèi)地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水、新近系松散巖類孔隙承壓水和基巖裂隙水。第四系松散巖類孔隙潛水分布于區(qū)內(nèi)山前斜地、山間谷地及濱海平原，含水層厚度一般為5～20 m，富水性貧乏～中等，地下水動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定，隨季節(jié)變化的趨勢(shì)較明顯，水位年動(dòng)態(tài)變幅一般1～4 m；新近系松散巖類孔隙承壓含水層的展布受盆地形態(tài)和地形的控制，邊緣地帶淺，盆地中部深。厚度變化大，一般5～32 m，地下水位埋深一般小于2 m，最深可達(dá)12 m，不同地段富水性差別較大，地下水動(dòng)態(tài)變化受降雨影響，具季節(jié)性變化，水位變化滯后于雨季1個(gè)月；基巖裂隙水廣泛分布于剝蝕丘陵區(qū)，分為層狀巖類裂隙水、塊狀巖類裂隙水和碳酸巖裂隙溶洞水，碳酸巖裂隙溶洞水具承壓性，局部基巖出露地段為潛水，不同地段富水性差別較大，地下水動(dòng)態(tài)變化受降雨影響，具季節(jié)性變化，雨季比旱季地下水徑流模數(shù)高。

2 主要原生環(huán)境水文地質(zhì)問題

2.1 地下水酸化

2.1.1 分布特征

地下水酸化主要以pH值作為判別指標(biāo)，pH值小于6.5的地下水屬弱酸性水[9]。區(qū)內(nèi)民井和鉆孔的48個(gè)淺層地下水pH值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，pH值在6.5～8.5之間的有19個(gè)，占統(tǒng)計(jì)數(shù)的39.5%，pH平均值6.94；pH值5.5～6.5之間的有29個(gè)，占統(tǒng)計(jì)數(shù)的60.5%，平均值6.04，超過地下水Ⅲ類限值。弱酸性水主要分布于河流沖積層孔隙水及花崗巖風(fēng)化裂隙水，濱海堆積層孔隙水內(nèi)零星分布。地下水pH值6.5～8.5之間主要分布于天涯鎮(zhèn)以北的剝蝕堆積區(qū)和中部河流沖積與剝蝕堆積交界區(qū)(圖2)。

圖2 研究區(qū)地下水pH值測(cè)試點(diǎn)分布圖

2.1.2 成因分析

區(qū)內(nèi)地下水酸化主要受表層土壤酸化、含水介質(zhì)上部覆蓋層和碳酸的水解等影響：

(1)區(qū)內(nèi)地表土壤主要以弱酸-酸性為主，巖性主要為濱海堆積層和河流沖積層的粉細(xì)砂、粘土質(zhì)砂及花崗巖風(fēng)化殘積的礫質(zhì)粘性土，滲透性較好。淺層含水層主要受大氣降雨補(bǔ)給為主，就土壤理化性而言，鹽基飽和度以及陽離子交換量較低，對(duì)酸沉降的緩沖能力較差，降雨中及土壤中的酸性組分的很容易進(jìn)入到地下水中，導(dǎo)致地下水酸化。

(2)降雨進(jìn)入地下水需要經(jīng)過包氣帶的入滲過程，含水介質(zhì)上部覆蓋層性質(zhì)也會(huì)直接影響地下水的酸化[10]。在包氣帶以粘性土為主的地區(qū)，降雨易形成地表徑流，而且粘性土層本身具有較強(qiáng)的吸附性，能吸附包括H+在內(nèi)的部分陽離子，因此降雨對(duì)于地表以弱透水的粘性土層為主的地區(qū)影響相對(duì)較小。在地表以滲透性較好的松散覆蓋層和花崗巖風(fēng)化殘積層為主的地區(qū)，降雨中的酸性組分很容易進(jìn)入到地下水中，導(dǎo)致地下水酸化。沿海一帶的河流沖積層和濱海堆積層，地表巖性主要為粉細(xì)砂、細(xì)砂、粘土質(zhì)砂和礫質(zhì)粘性土，透水性相對(duì)較好，降雨中的酸性組分進(jìn)入到地下水中，導(dǎo)致地下水酸化。

(3)重碳酸根離子是天然水化學(xué)成分中最重要的組分之一。大多數(shù)情況下，碳酸的電離平衡決定著水溶液的pH值，即pH值大部分情況下是碳酸電離平衡的外在體現(xiàn)[11]。一般來說HCO3-在碳酸三種存在形式中占比越小，水溶液的酸性越強(qiáng)。淺層地下水的水化學(xué)分析結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)弱酸性水化學(xué)類型以HCO3型、HCO3·Cl型為主，這說明區(qū)內(nèi)地下水酸化受到碳酸水解的影響。

另外，地下水弱酸性水還受地下水補(bǔ)徑排條件以及區(qū)位條件影響，地下水徑流條件好的地段酸度不容易累積；區(qū)位條件對(duì)地下水酸度也存在較大影響，靠近河流、水庫等地表水體的地段地下水酸堿度受地表水影響較大；地形低洼的地段，各種不同類型的地下水充分混合，其酸堿度很大一部分還受混入水流酸堿度的影響。

2.2 地下水咸化

2.2.1 分布特征

根據(jù)地下水水質(zhì)測(cè)試及物探測(cè)量結(jié)果，地下咸水區(qū)范圍分布面積約為21.76 km2(圖3)。主要分布于三亞灣岸段沿?？图掖?回新村一帶，地下水類型屬松散-半固結(jié)巖類孔隙承壓水，根據(jù)水質(zhì)測(cè)試結(jié)果，地下水礦化度為1.289～5.368 g/L，其中SK08、SK06礦化度值分別為2.618 g/L、1.289 g/L，屬于微咸水；SK03、SK04、SK05、SK07礦化度值為4.077～5.368 g/L，屬于咸水[12]。

圖3 研究區(qū)地下水咸化分布范圍及高密度電法測(cè)線位置圖

為劃定該咸水分布范圍，本次部署了3條高密度電法測(cè)線。鉆孔資料表明測(cè)區(qū)表層為碎石土、根植土，超覆于花崗巖上。高密度電法勘探成果揭示出覆蓋層視電阻率呈低阻、中低阻顯示，含水層視電阻率呈低阻顯示，與鉆孔資料相吻合。據(jù)野外調(diào)查成果，測(cè)區(qū)地表的水資源為淡水。3條高密度電法測(cè)線測(cè)量成果解譯如下(圖4)：

(1)從L0高密度電法測(cè)線成果推斷解譯圖可見(圖4)，從地表至深度30 m的范圍內(nèi)，視電阻率值>20 Ω·m，為表層碎石土、根植土及地表含水的反映。深度>30 m的范圍內(nèi)，在平面位置720 m處，視電阻率出現(xiàn)明顯的橫向不連續(xù)性；剖面0～720 m下方深度40～70 m內(nèi)，有一低阻異常帶，視電阻率值為1～4 Ω·m；而在位置>720 m處的下方，視電阻率值呈現(xiàn)為相對(duì)高阻，視電阻率值>4 Ω·m。結(jié)合地質(zhì)資料推斷，引起視電阻率該橫向不連續(xù)性的原因?yàn)橄痰植嫉目臻g不連續(xù)性[13]。

(2)從L1高密度電法測(cè)線成果推斷解譯圖可見(圖4)，從地表至深度30 m的范圍內(nèi)，視電阻率值>20 Ω·m，為表層碎石土、根植土及地表含水的反映。深度30～70 m的范圍內(nèi)，有一低阻異常帶，視電阻率值為小于4 Ω·m。在剖面橫向位置1 285 m處出現(xiàn)明顯的視電阻率橫向不連續(xù)性，在橫向位置1 285～1 365 m處視電阻率明顯升高，呈現(xiàn)出橢圓狀的高阻異常，推斷此處存在有一不透水的地質(zhì)體；在橫向上1 365～1 600 m處視電阻率呈現(xiàn)為低阻特征，視電阻率值約為10 Ω·m，推斷為含淡水區(qū)域。

(3)從L2高密度電法測(cè)線成果推斷解譯圖可見(圖4)，從地表至深度30 m的范圍內(nèi)，視電阻率值>20 Ω·m，為表層碎石土、根植土及地表含水的反映。深度30～80 m的范圍內(nèi)，橫向上0～1 125 m處視電阻率呈現(xiàn)低阻特征，視電阻率值小于5 Ω·m；在剖面橫向位置1 125 m處出現(xiàn)明顯的視電阻率橫向不連續(xù)性，在橫向位置1 125～1 285 m處視電阻率明顯升高，呈現(xiàn)出上凸?fàn)畹母咦璁惓＃茢啻颂幋嬖谟幸徊煌杆牡刭|(zhì)體；在橫向上1 285～1 445 m處視電阻率呈現(xiàn)為低阻特征，視電阻率值約為10 Ω·m，推斷為含淡水區(qū)域。

綜上所述，咸淡水分界線走向近北東向，界線以北區(qū)域?yàn)榈暮畢^(qū)，界線以南的淺部0～30 m的范圍內(nèi)為淡水，深度30～80 m范圍內(nèi)主要為咸水(圖4)。測(cè)線控制范圍內(nèi)咸水含水層厚度約為20～50 m，總體上該咸水含水層的厚度由南向北，由東往西逐漸減小。該咸水含水層的上界面，為南部較淺、北部較深，東部較淺、西部較深。

圖4 高密度電法測(cè)線成果推斷解譯圖

2.2.2 地下咸水成因

根據(jù)鉆孔揭露，區(qū)內(nèi)地下咸水水頭壓力普遍在4m標(biāo)高以上，即使在近岸處SK05孔水位也高出現(xiàn)代海面4.7 m，高出地面2.05 m，現(xiàn)代海水不可能以徑流方式進(jìn)入含水層使其咸化。含水層咸淡水界面深入陸地50 m以上，海水以擴(kuò)散方式逆地下水流向造成陸域地下水咸化也不可能。

通常海水鈉氯系數(shù)(γNa+/γCl-)平均值為0.86，淡水或微咸水的鈉氯系數(shù)大于1[14]。鉆孔揭露咸水區(qū)內(nèi)的鈉氯系數(shù)介于0.4～0.78，平均值為0.58，暗示區(qū)內(nèi)地下咸水起源于海水[15]。鈉氯系數(shù)小于海水，主要是因?yàn)榈叵滤袒纬蛇^程中Na+與Ca2+發(fā)生了離子交換，導(dǎo)致水中Ca2+含量增大，Na+含量減少。推測(cè)該咸水屬古封存型咸水[16]，是在含水層的沉積過程中形成的。在海相沉積環(huán)境里，含水層在形成過程中充填海水，在含水層上部沉積了粘土隔水層，把含水層與海水隔開而失去水力聯(lián)系。隨著含水層上部沉積層的不斷加大，含水層受到壓縮，地下水也一起受到彈性壓縮，同時(shí)接受后期淡水從山前補(bǔ)給地下水，形成了現(xiàn)在的咸水。

3 討論

3.1 地下水酸化處理措施

根據(jù)地下水酸化形成機(jī)理分析，研究區(qū)地下水酸化的成因主要是碳酸水解的影響，地形及區(qū)位條件等諸多因素共同決定了弱酸性水的分布。碳酸水解的影響產(chǎn)生的弱酸性水是長期水化學(xué)作用的產(chǎn)物，雖然也受到人類活動(dòng)改造，但影響范圍和程度一般不大，因此未來地下水酸化問題仍將長期存在，酸化程度變化有待進(jìn)一步研究。

酸性水的修復(fù)一般采用堿中合法，家庭飲用可采用簡(jiǎn)單的堿中合，目前市面上也有相應(yīng)的酸過濾器[17]；至于區(qū)域尺度的修復(fù)，可以采用向土壤加入石灰等堿性物質(zhì)或采用回收的混凝土回填。

3.2 地下水咸化防治對(duì)策

根據(jù)野外調(diào)查，三亞斜地承壓水主要供水對(duì)象為三亞灣片區(qū)，多為酒店開采。由于前期不合理開采等人類活動(dòng)誘發(fā)下[18]，使局部地段因越流導(dǎo)致上層潛水咸化和地下水咸化范圍擴(kuò)散等問題。建議強(qiáng)化取水許可全過程監(jiān)管，建立地下水分層監(jiān)測(cè)體系，完善承壓水的監(jiān)測(cè)井網(wǎng)，深入分析地下水水質(zhì)演變規(guī)律，進(jìn)而有效控制地下水的咸化范圍擴(kuò)散[19]。

4 結(jié)語

(1)研究區(qū)存在的原生環(huán)境水文地質(zhì)問題有地下水酸化與地下水咸化。

(2)區(qū)內(nèi)地下水酸化主要受表層土壤酸化、含水介質(zhì)上部覆蓋層和碳酸的水解等影響，未來地下水酸化問題仍將長期存在，家庭飲用建議采用堿中合法和酸過濾器來處理。

(3)區(qū)內(nèi)地下水咸化與現(xiàn)代海水入侵無關(guān)，而與古封咸水關(guān)系密切，咸水分布區(qū)地下水開采過程應(yīng)注意防治下層承壓水越流導(dǎo)致上層潛水咸化。