物探結合水文地質調查在山東省地下水監測工程中的應用

（山東省第四地質礦產勘查院 山東濰坊261021）

（山東省第四地質礦產勘查院 山東濰坊261021）

地下水監測工作是利國利民的重要公益事業，也是國家實施水資源管理的重要基礎工作。為了給山東省巖石監測井的設計工作提供依據，筆者系統收集整理各監測井項目區現有的水文地質、工程地質成果資料，在此基礎上開展水文地質調查和激電測深工作，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。境內地貌復雜，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%。境內主要山脈，集中分布在魯中南山丘區和膠東丘陵區。

山東省分屬于黃、淮、海三大流域，境內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。

山東的氣候屬暖溫帶大陸性季風氣候，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，魯北和膠東地區為180天，魯西南地區可達220天。境內光照資源充足，光照時數年均2590小時，熱量條件可滿足農作物一年兩作的需要。省內多年平均降水量750mm，由東南向西北遞減，降水季節分布很不均衡，全年降水量60%～70%集中于夏季，易形成澇災，冬、春及晚秋易發生干旱，對農業生產影響較大。

2 水文地質特征

根據地下水在含水介質中賦存、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，無論是地形地貌、氣象水文、地質構造等自然因素，還是含水巖組、地下水運動規律、水化學特征反映出的水文地質特征均有明顯差異，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區最基本的條件。為此，把地形地貌特征和含水巖組類型作為水文地質區劃分的主要依據，分別命名為：魯西北平原（松散巖類）水文地質區、魯中南中低山丘陵（碳酸鹽巖類為主）水文地質區及魯東低山丘陵（松散巖、碎屑巖、變質巖類）水文地質區[2，3]。

2.1 魯西北平原（松散巖類）水文地質區

2.1.1 山前沖積洪積平原淡水水文地質亞區

環繞于魯中南山前，由發源于魯中山區的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，具單層或多層結構，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亞區

沿黃河和徒駭河呈北東—南西走向展布，以古河道發育為特征，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，是平原區淺層地下淡水的富集帶。該亞區深層淡水較豐富，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、淡水水文地質亞區

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。主要河流發源于西部，由西向東匯入南四湖和京杭運河。區內淺層孔隙水含水層在垂向上大部分地區為“淡—咸—淡”三層結構，東北部出現“咸—淡”雙層結構，中部低洼地帶出現島狀咸水體。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亞區

位于魯北平原北部馬頰河流域，由于黃河多次改道，微地貌發育，洼地封閉易積水，是山東省易堿易澇地區之一。區內淺層孔隙水在垂向上具有“淡—咸—淡”三層結構或“咸—淡”雙層結構，在水平方向上淺部普遍出現島狀咸水體。淺層淡水分布與古河道密切相關，沿古河道含水層巖性以粉細砂為主，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亞區

位于黃河三角洲及濰北地區，大部為全咸水分布區，僅在西部有帶狀分布的上咸下淡雙層結構。地下水礦化度自西向東由2～3g/L漸變為大于50g/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）水文地質區

2.2.1 平陰—臨朐單斜水文地質亞區

位于魯中南山區北部，主體為泰山～沂山北坡單斜斷塊。該區地勢南高北低，南部為標高+400～+1000m的中低山，山前為標高小于+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單元，各單元具有相似的水文地質條件，總的規律是自南部分水嶺至北部山前明顯分為地下補給區、徑流區和排泄區，各功能區具有不同的水文地質特征。

2.2.2 肥城—沂源單斜斷陷水文地質亞區

位于魯中南山區北部，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單元，具有相似的水文地質特征。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，中部主要為寒武—奧陶紀三山子組和奧陶系分布的地下水補給徑流區，上部為山前灰巖隱伏區。奧陶系灰巖隱伏區富水性強，單井涌水量1000～5000m3/d。

2.2.3 大汶口—沂南單斜斷陷水文地質亞區

該區北部以新甫山—南岱崮分水嶺為界，南部以蒙山分水嶺為界，南、北兩側山體標高+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。該區北西向斷裂發育，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單元。

2.2.4 曲阜—臨沂單斜斷陷水文地質亞區

該區北以蒙山分水嶺、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。南北部隆起區廣布泰山群片麻巖，南部隆起區泰山群上覆寒武—奧陶系灰巖，富水性強，基巖裸露區單井出水量小于500m3/d。

2.2.5 鄒城—棗莊單斜斷陷水文地質亞區

位于魯中南山區最南部，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組成。一系列北西向、南北向和東西向斷裂將該區分割成十余個單斜斷塊，以單斜單塊為主的各盆地、谷地構成獨立的水文地質單元。單斜上部以新元古代土門群和寒武系灰巖、頁巖為主，富水性弱，單井出水量小于500m3/d；中下部在構造發育的低洼地帶富水性較強；單斜前緣奧陶系灰巖隱伏區往往與中生代、古近紀地層接觸構成蓄水盆地。

2.2.6 安丘—臨沭單斜斷陷水文地質亞區

北起濰坊、南到臨沭，東以濰河—沭河分水嶺為界與魯東地區相連，區內構造發育，發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；灰巖隱伏區單井出水量500～1000m3/d。

2.3 魯東低山丘陵（松散巖、碎屑巖、變質巖類）水文地質區

2.3.1 萊西—五蓮（膠萊凹陷為主）水文地質亞區

地處山東半島西部，西鄰魯中南山區和濱海平原，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青山群火山巖，氣孔構造發育，特別是玄武巖的垂直節理成為相對富水的含水層，常有引用礦泉水產出，單井出水量大于100m3/d。

2.3.2 萊州—威海（膠北隆起北坡）水文地質亞區

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、灰巖分布區在有利的地貌及構造條件下富水性強，單井出水量500～1000m3/d。

2.3.3 榮成—日照（膠南、膠北隆起南坡）水文地質亞區

位于山東半島南部濱海地帶，廣泛分布變質巖、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 水文地質調查

根據監測井設計任務要求，本次水文地質調查工作主要收集各項目區現有水文地質成果資料，采用野外調查與資料分析評價相結合的綜合方法進行。主要調查收集各項目區：（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

激發極化法是以地殼中不同介質之間的激電效應差異為物質基礎，通過觀測與研究人工建立的激電場的分布規律解決地質問題的物探方法。在電場作用下，地下介質中的電子或者離子發生定向移動，形成“雙電層”或者“過電位”，當外電場消失后，堆積的電子或者離子對外放電，以恢復平衡狀態，從而可觀測到激發極化電場。大量實踐結果已經證明，含水巖層在人工電流場作用下能產生激電效應。因此，利用激發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生變化。據此特點，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。根據激電測深成果及水文地質調查資料，總結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，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導電性差，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。

（2）碳酸鹽巖類巖溶水主要含水層位為寒武系、奧陶系灰巖，主要以斷層破碎帶為找水靶區，灰巖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，當巖溶裂隙較發育時，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。

（3）基巖裂隙水主要賦存于侵入巖和變質巖的構造裂隙中，裂隙巖層通常由部分裂隙在巖層中局部范圍內連通構成帶狀或脈狀裂隙含水系統，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。

5 結論

本次工作以前人鉆探、物探和水文地質資料為基礎，以水文地質調查、綜合分析研究為手段，較系統的描述了山東省水文地質特征，并通過物探工作取得了各監測井所在區域的相關電性參數，總結了各地電性異常特征與含水巖組的對應關系，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開發利用研究 [M].北京：海洋出版社, 2001.

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

物探結合水文地質調查在山東省地下水監測工程中的應用

■馬健張吉濤王龍昌聶西坤

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-199-1

馬?。?985～），男，工程師，研究方向為地質及物探勘查。