物探結(jié)合水文地質(zhì)調(diào)查在山東省地下水監(jiān)測工程中的應(yīng)用

（山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院 山東濰坊261021）

（山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院 山東濰坊261021）

地下水監(jiān)測工作是利國利民的重要公益事業(yè)，也是國家實施水資源管理的重要基礎(chǔ)工作。為了給山東省巖石監(jiān)測井的設(shè)計工作提供依據(jù)，筆者系統(tǒng)收集整理各監(jiān)測井項目區(qū)現(xiàn)有的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)成果資料，在此基礎(chǔ)上開展水文地質(zhì)調(diào)查和激電測深工作，查明含水層巖性電性特征，對以后找水工作的開展具有借鑒意義。

地下水含水巖組水文地質(zhì)激電測深

1 自然地理概況

山東省中部山地突起，西南、西北低洼平坦，東部緩丘起伏，形成以山地丘陵為骨架、平原盆地交錯環(huán)列其間的地形大勢。泰山雄踞中部，主峰海拔1532.7m，為山東省最高點。黃河三角洲一般海拔2～10m，為山東省陸地最低處。境內(nèi)地貌復(fù)雜，大體可分為中山、低山、丘陵、臺地、盆地、山前平原、黃河沖積扇、黃河平原、黃河三角洲等9個基本地貌類型。山地約占山東省總面積的15.5%，丘陵占13.2%，平原占55%，洼地占4.1%，湖沼平原占4.4%，其他占7.8%。境內(nèi)主要山脈，集中分布在魯中南山丘區(qū)和膠東丘陵區(qū)。

山東省分屬于黃、淮、海三大流域，境內(nèi)主要河流除黃河橫貫東西、大運河縱穿南北外，其余中小河流密布全省，主要湖泊有南四湖、東平湖、白云湖、青沙湖、麻大湖等。山東省水資源主要來源于大氣降水，多年平均降水量為676.5mm，多年平均天然徑流量為222.9×108m3，多年平均地下水資源量為152.6×108m3，扣除重復(fù)計算多年平均淡水資源總量為305.8×108m3。另外，黃河多年平均入境水量為385.8×108m3。

山東的氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，降水集中，雨熱同季，春秋短暫，冬夏較長，多年平均氣溫12.5℃，氣溫地區(qū)差異東西大于南北，平均無霜期由東北沿海向西南遞增，魯北和膠東地區(qū)為180天，魯西南地區(qū)可達(dá)220天。境內(nèi)光照資源充足，光照時數(shù)年均2590小時，熱量條件可滿足農(nóng)作物一年兩作的需要。省內(nèi)多年平均降水量750mm，由東南向西北遞減，降水季節(jié)分布很不均衡，全年降水量60%～70%集中于夏季，易形成澇災(zāi)，冬、春及晚秋易發(fā)生干旱，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大。

2 水文地質(zhì)特征

根據(jù)地下水在含水介質(zhì)中賦存、運動特征及富水性，山東省地下水可劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水、基巖裂隙水等四大含水巖組[1]。魯西北、魯中南、魯東地區(qū)，無論是地形地貌、氣象水文、地質(zhì)構(gòu)造等自然因素，還是含水巖組、地下水運動規(guī)律、水化學(xué)特征反映出的水文地質(zhì)特征均有明顯差異，而地形地貌特征和含水巖組又是決定魯西北、魯中南和魯東三大水文地質(zhì)區(qū)最基本的條件。為此，把地形地貌特征和含水巖組類型作為水文地質(zhì)區(qū)劃分的主要依據(jù)，分別命名為：魯西北平原（松散巖類）水文地質(zhì)區(qū)、魯中南中低山丘陵（碳酸鹽巖類為主）水文地質(zhì)區(qū)及魯東低山丘陵（松散巖、碎屑巖、變質(zhì)巖類）水文地質(zhì)區(qū)[2，3]。

2.1 魯西北平原（松散巖類）水文地質(zhì)區(qū)

2.1.1 山前沖積洪積平原淡水水文地質(zhì)亞區(qū)

環(huán)繞于魯中南山前，由發(fā)源于魯中山區(qū)的12條河流沖積洪積扇及坡積裙組成山前傾斜平原，外圍界限基本與全淡水區(qū)界線一致。沖積洪積扇含水層巖性以中粗粒砂卵礫石為主，具單層或多層結(jié)構(gòu)，地下水補給條件充分，徑流通暢，富水性強，單井涌水量1000～3000m3/d，部分3000～5000m3/d，在濰河、彌河、淄河、汶河、泗河、沂河沖洪積扇上均勘探出大中型孔隙水水源地。

2.1.2 古河道帶沖積平原淡水水文地質(zhì)亞區(qū)

沿黃河和徒駭河呈北東—南西走向展布，以古河道發(fā)育為特征，由北至南有舊城—辛店、聊城—禹城、桑梓店—辛寨、東明—鄄城、曹縣—黃崗集等六條古河道。在古河道帶含水砂層厚，分布廣，地下水徑流條件相對較好，是平原區(qū)淺層地下淡水的富集帶。該亞區(qū)深層淡水較豐富，含水層頂板埋深100～300m，砂層累計厚度30～60m，單井涌水量一般大于1000m3/d。

2.1.3 湖西沖、湖積平原咸、淡水水文地質(zhì)亞區(qū)

地處魯西南平原中部、南四湖以西，西部和南部與黃河古河道相接，東臨汶河及泗河沖洪積扇。主要河流發(fā)源于西部，由西向東匯入南四湖和京杭運河。區(qū)內(nèi)淺層孔隙水含水層在垂向上大部分地區(qū)為“淡—咸—淡”三層結(jié)構(gòu)，東北部出現(xiàn)“咸—淡”雙層結(jié)構(gòu)，中部低洼地帶出現(xiàn)島狀咸水體。淺層淡水水底界面埋深一般10～40m，含水層以粉細(xì)砂為主，砂層厚度一般小于5m，單井涌水量小于500m3/d。

2.1.4 魯北沖海積平原島狀咸水水文地質(zhì)亞區(qū)

位于魯北平原北部馬頰河流域，由于黃河多次改道，微地貌發(fā)育，洼地封閉易積水，是山東省易堿易澇地區(qū)之一。區(qū)內(nèi)淺層孔隙水在垂向上具有“淡—咸—淡”三層結(jié)構(gòu)或“咸—淡”雙層結(jié)構(gòu)，在水平方向上淺部普遍出現(xiàn)島狀咸水體。淺層淡水分布與古河道密切相關(guān)，沿古河道含水層巖性以粉細(xì)砂為主，底界面埋深一般小于30m，砂層累計厚度5～15m，富水性自西向東增強，單井涌水量一般500～1000m3/d。

2.1.5 濱海沖海積平原咸水水文地質(zhì)亞區(qū)

位于黃河三角洲及濰北地區(qū)，大部為全咸水分布區(qū)，僅在西部有帶狀分布的上咸下淡雙層結(jié)構(gòu)。地下水礦化度自西向東由2～3g/L漸變?yōu)榇笥?0g/L，在濰北有豐富的鹵水資源。

2.2 魯中南中低山丘陵（碳酸鹽巖類為主）水文地質(zhì)區(qū)

2.2.1 平陰—臨朐單斜水文地質(zhì)亞區(qū)

位于魯中南山區(qū)北部，主體為泰山～沂山北坡單斜斷塊。該區(qū)地勢南高北低，南部為標(biāo)高+400～+1000m的中低山，山前為標(biāo)高小于+100m的坡地、崗地、殘丘和河谷平原。受北西、北東向斷裂切割又形成若干個次一級完整水文地質(zhì)單元，各單元具有相似的水文地質(zhì)條件，總的規(guī)律是自南部分水嶺至北部山前明顯分為地下補給區(qū)、徑流區(qū)和排泄區(qū)，各功能區(qū)具有不同的水文地質(zhì)特征。

2.2.2 肥城—沂源單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)

位于魯中南山區(qū)北部，西起肥城，東到沂源，北以泰山—魯山—沂山地表分水嶺為界，南至布山—新甫山—南岱崮分水嶺，中部以東西向展布的肥城盆地、泰安—萊蕪盆地和沂源盆地三個獨立的水文地質(zhì)單元，具有相似的水文地質(zhì)特征。各盆地北坡為泰山群片麻巖，富水性弱，地下水以表流的形式匯入盆地，盆地南部為下古生界組成的單斜斷塊。單斜底部是以泰山群片麻巖為主的地下水補給區(qū)，中部主要為寒武—奧陶紀(jì)三山子組和奧陶系分布的地下水補給徑流區(qū)，上部為山前灰?guī)r隱伏區(qū)。奧陶系灰?guī)r隱伏區(qū)富水性強，單井涌水量1000～5000m3/d。

2.2.3 大汶口—沂南單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)

該區(qū)北部以新甫山—南岱崮分水嶺為界，南部以蒙山分水嶺為界，南、北兩側(cè)山體標(biāo)高+400～+1000m，中部以汶南地表分水嶺為界，分為西部汶河水系、東部沂河水系，西部為開闊的大汶口盆地和新泰盆地，東部為狹窄的蒙陰谷地和馬牧池谷地。該區(qū)北西向斷裂發(fā)育，受斷裂切割形成樓德、新汶、蒙陰、馬牧池斷塊等相對獨立水文地質(zhì)單元。

2.2.4 曲阜—臨沂單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)

該區(qū)北以蒙山分水嶺、南以尼山分水嶺為界，地勢北高南低，中部為山間谷地，西北寬闊，東南狹窄，在仲村一帶為泗河和沂河地表分水嶺。南北部隆起區(qū)廣布泰山群片麻巖，南部隆起區(qū)泰山群上覆寒武—奧陶系灰?guī)r，富水性強，基巖裸露區(qū)單井出水量小于500m3/d。

2.2.5 鄒城—棗莊單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)

位于魯中南山區(qū)最南部，西起鳧山、東到蒼山，北以尼山為界，南到省界，地勢北高南低，主要有棗莊盆地、羊莊盆地、蒼山谷地、荊泉盆地、嶧城山間平原和郭里丘陵區(qū)組成。一系列北西向、南北向和東西向斷裂將該區(qū)分割成十余個單斜斷塊，以單斜單塊為主的各盆地、谷地構(gòu)成獨立的水文地質(zhì)單元。單斜上部以新元古代土門群和寒武系灰?guī)r、頁巖為主，富水性弱，單井出水量小于500m3/d；中下部在構(gòu)造發(fā)育的低洼地帶富水性較強；單斜前緣奧陶系灰?guī)r隱伏區(qū)往往與中生代、古近紀(jì)地層接觸構(gòu)成蓄水盆地。

2.2.6 安丘—臨沭單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)

北起濰坊、南到臨沭，東以濰河—沭河分水嶺為界與魯東地區(qū)相連，區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，發(fā)育泰山群和古生代地層。泰山群弱富水，單井出水量小于100m3/d；灰?guī)r隱伏區(qū)單井出水量500～1000m3/d。

2.3 魯東低山丘陵（松散巖、碎屑巖、變質(zhì)巖類）水文地質(zhì)區(qū)

2.3.1 萊西—五蓮（膠萊凹陷為主）水文地質(zhì)亞區(qū)

地處山東半島西部，西鄰魯中南山區(qū)和濱海平原，北起大澤山—艾山分水嶺，南至五蓮山分水嶺，廣泛分布膠東群、荊山群片麻巖及白堊系碎屑巖，富水性弱，單井出水量小于100m3/d，荊山群祿各莊組、野頭組夾大理巖，富水性較強，單井出水量100～500m3/d。膠萊盆地廣泛分布白堊紀(jì)青山群火山巖，氣孔構(gòu)造發(fā)育，特別是玄武巖的垂直節(jié)理成為相對富水的含水層，常有引用礦泉水產(chǎn)出，單井出水量大于100m3/d。

2.3.2 萊州—威海（膠北隆起北坡）水文地質(zhì)亞區(qū)

位于山東半島北部濱海地帶，基巖裂隙富水性弱，而粉子山群大理巖和蓬萊群香夼組大理巖、灰?guī)r分布區(qū)在有利的地貌及構(gòu)造條件下富水性強，單井出水量500～1000m3/d。

2.3.3 榮成—日照（膠南、膠北隆起南坡）水文地質(zhì)亞區(qū)

位于山東半島南部濱海地帶，廣泛分布變質(zhì)巖、巖漿巖及部分碎屑巖，單井出水量小于100m3/d。

3 工作方法

3.1 水文地質(zhì)調(diào)查

根據(jù)監(jiān)測井設(shè)計任務(wù)要求，本次水文地質(zhì)調(diào)查工作主要收集各項目區(qū)現(xiàn)有水文地質(zhì)成果資料，采用野外調(diào)查與資料分析評價相結(jié)合的綜合方法進(jìn)行。主要調(diào)查收集各項目區(qū)：（1）氣象、植被、地形、地貌情況；（2）附近河流、湖泊、水庫的水文情況；（3）附近機（民）井情況，包括位置、水位、地下水埋深等；（4）含水層分布、厚度及巖性特征；（5）地下水補給、徑流及排泄條件。

3.2 激電測深

激發(fā)極化法是以地殼中不同介質(zhì)之間的激電效應(yīng)差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過觀測與研究人工建立的激電場的分布規(guī)律解決地質(zhì)問題的物探方法。在電場作用下，地下介質(zhì)中的電子或者離子發(fā)生定向移動，形成“雙電層”或者“過電位”，當(dāng)外電場消失后，堆積的電子或者離子對外放電，以恢復(fù)平衡狀態(tài)，從而可觀測到激發(fā)極化電場。大量實踐結(jié)果已經(jīng)證明，含水巖層在人工電流場作用下能產(chǎn)生激電效應(yīng)。因此，利用激發(fā)極化法尋找地下水是切實可行的。

本次工作采用的等比裝置激電測深方法是激發(fā)極化法中應(yīng)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。

4 含水巖組電性特征

因不同巖石其電性特征有一定差異，同種巖石因富水性不同其電性特征亦會發(fā)生變化。據(jù)此特點，本次工作采用激電測深尋找地下含水層、分析推斷含水層的特性是切實可行的。根據(jù)激電測深成果及水文地質(zhì)調(diào)查資料，總結(jié)了主要含水巖組的電性特征。分別敘述如下：

（1）松散巖類孔隙水主要位于第四系覆蓋區(qū)，主要含水層位為古河道沉積形成的砂層，與周圍的粘性土壤相比，砂層孔隙度大，具較好的儲水性，視極化率值呈高極化顯示。因孔隙度大造成砂層區(qū)導(dǎo)電性差，視電阻率值明顯高于周圍粘土的視電阻率值，因此，高阻高極化特征成為尋找此類地下水的地球物理依據(jù)。

（2）碳酸鹽巖類巖溶水主要含水層位為寒武系、奧陶系灰?guī)r，主要以斷層破碎帶為找水靶區(qū)，灰?guī)r視電阻率值一般大于30Ω?m，隨著深度的增加視電阻率值有不斷增大的趨勢，當(dāng)巖溶裂隙較發(fā)育時，其富水性較強，視電阻率值與圍巖相比明顯降低，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地球物理依據(jù)。

（3）基巖裂隙水主要賦存于侵入巖和變質(zhì)巖的構(gòu)造裂隙中，裂隙巖層通常由部分裂隙在巖層中局部范圍內(nèi)連通構(gòu)成帶狀或脈狀裂隙含水系統(tǒng)，其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，低阻高極化特征成為尋找此類地下水的地球物理依據(jù)。

5 結(jié)論

本次工作以前人鉆探、物探和水文地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，以水文地質(zhì)調(diào)查、綜合分析研究為手段，較系統(tǒng)的描述了山東省水文地質(zhì)特征，并通過物探工作取得了各監(jiān)測井所在區(qū)域的相關(guān)電性參數(shù)，總結(jié)了各地電性異常特征與含水巖組的對應(yīng)關(guān)系，對以后找水工作的開展具有借鑒意義。

[1]康鳳新，徐軍祥，張中祥.山東省地下水資源及其潛力評價 [J].山東國土資源, 2010,26(08):4-12.

[2]徐軍祥，康鳳新.山東省地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用研究 [M].北京：海洋出版社, 2001.

[3]康鳳新,張中祥.山東省水文地質(zhì)圖說明書 [M].濟南：山東地圖出版社,2008.

物探結(jié)合水文地質(zhì)調(diào)查在山東省地下水監(jiān)測工程中的應(yīng)用

■馬健張吉濤王龍昌聶西坤

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-10-199-1

馬健（1985～），男，工程師，研究方向為地質(zhì)及物探勘查。