物探结合水文地质调查在山东省地下水监测工程中的应用

（山东省第四地质矿产勘查院 山东潍坊261021）

（山东省第四地质矿产勘查院 山东潍坊261021）

地下水监测工作是利国利民的重要公益事业，也是国家实施水资源管理的重要基础工作。为了给山东省岩石监测井的设计工作提供依据，笔者系统收集整理各监测井项目区现有的水文地质、工程地质成果资料，在此基础上开展水文地质调查和激电测深工作，查明含水层岩性电性特征，对以后找水工作的开展具有借鉴意义。

地下水含水岩组水文地质激电测深

1 自然地理概况

山东省中部山地突起，西南、西北低洼平坦，东部缓丘起伏，形成以山地丘陵为骨架、平原盆地交错环列其间的地形大势。泰山雄踞中部，主峰海拔1532.7m，为山东省最高点。黄河三角洲一般海拔2～10m，为山东省陆地最低处。境内地貌复杂，大体可分为中山、低山、丘陵、台地、盆地、山前平原、黄河冲积扇、黄河平原、黄河三角洲等9个基本地貌类型。山地约占山东省总面积的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%。境内主要山脉，集中分布在鲁中南山丘区和胶东丘陵区。

山东省分属于黄、淮、海三大流域，境内主要河流除黄河横贯东西、大运河纵穿南北外，其余中小河流密布全省，主要湖泊有南四湖、东平湖、白云湖、青沙湖、麻大湖等。山东省水资源主要来源于大气降水，多年平均降水量为676.5mm，多年平均天然径流量为222.9×108m3，多年平均地下水资源量为152.6×108m3，扣除重复计算多年平均淡水资源总量为305.8×108m3。另外，黄河多年平均入境水量为385.8×108m3。

山东的气候属暖温带大陆性季风气候，降水集中，雨热同季，春秋短暂，冬夏较长，多年平均气温12.5℃，气温地区差异东西大于南北，平均无霜期由东北沿海向西南递增，鲁北和胶东地区为180天，鲁西南地区可达220天。境内光照资源充足，光照时数年均2590小时，热量条件可满足农作物一年两作的需要。省内多年平均降水量750mm，由东南向西北递减，降水季节分布很不均衡，全年降水量60%～70%集中于夏季，易形成涝灾，冬、春及晚秋易发生干旱，对农业生产影响较大。

2 水文地质特征

根据地下水在含水介质中赋存、运动特征及富水性，山东省地下水可划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水、基岩裂隙水等四大含水岩组[1]。鲁西北、鲁中南、鲁东地区，无论是地形地貌、气象水文、地质构造等自然因素，还是含水岩组、地下水运动规律、水化学特征反映出的水文地质特征均有明显差异，而地形地貌特征和含水岩组又是决定鲁西北、鲁中南和鲁东三大水文地质区最基本的条件。为此，把地形地貌特征和含水岩组类型作为水文地质区划分的主要依据，分别命名为：鲁西北平原（松散岩类）水文地质区、鲁中南中低山丘陵（碳酸盐岩类为主）水文地质区及鲁东低山丘陵（松散岩、碎屑岩、变质岩类）水文地质区[2，3]。

2.1 鲁西北平原（松散岩类）水文地质区

2.1.1 山前冲积洪积平原淡水水文地质亚区

环绕于鲁中南山前，由发源于鲁中山区的12条河流冲积洪积扇及坡积裙组成山前倾斜平原，外围界限基本与全淡水区界线一致。冲积洪积扇含水层岩性以中粗粒砂卵砾石为主，具单层或多层结构，地下水补给条件充分，径流通畅，富水性强，单井涌水量1000～3000m3/d，部分3000～5000m3/d，在潍河、弥河、淄河、汶河、泗河、沂河冲洪积扇上均勘探出大中型孔隙水水源地。

2.1.2 古河道带冲积平原淡水水文地质亚区

沿黄河和徒骇河呈北东—南西走向展布，以古河道发育为特征，由北至南有旧城—辛店、聊城—禹城、桑梓店—辛寨、东明—鄄城、曹县—黄岗集等六条古河道。在古河道带含水砂层厚，分布广，地下水径流条件相对较好，是平原区浅层地下淡水的富集带。该亚区深层淡水较丰富，含水层顶板埋深100～300m，砂层累计厚度30～60m，单井涌水量一般大于1000m3/d。

2.1.3 湖西冲、湖积平原咸、淡水水文地质亚区

地处鲁西南平原中部、南四湖以西，西部和南部与黄河古河道相接，东临汶河及泗河冲洪积扇。主要河流发源于西部，由西向东汇入南四湖和京杭运河。区内浅层孔隙水含水层在垂向上大部分地区为“淡—咸—淡”三层结构，东北部出现“咸—淡”双层结构，中部低洼地带出现岛状咸水体。浅层淡水水底界面埋深一般10～40m，含水层以粉细砂为主，砂层厚度一般小于5m，单井涌水量小于500m3/d。

2.1.4 鲁北冲海积平原岛状咸水水文地质亚区

位于鲁北平原北部马颊河流域，由于黄河多次改道，微地貌发育，洼地封闭易积水，是山东省易碱易涝地区之一。区内浅层孔隙水在垂向上具有“淡—咸—淡”三层结构或“咸—淡”双层结构，在水平方向上浅部普遍出现岛状咸水体。浅层淡水分布与古河道密切相关，沿古河道含水层岩性以粉细砂为主，底界面埋深一般小于30m，砂层累计厚度5～15m，富水性自西向东增强，单井涌水量一般500～1000m3/d。

2.1.5 滨海冲海积平原咸水水文地质亚区

位于黄河三角洲及潍北地区，大部为全咸水分布区，仅在西部有带状分布的上咸下淡双层结构。地下水矿化度自西向东由2～3g/L渐变为大于50g/L，在潍北有丰富的卤水资源。

2.2 鲁中南中低山丘陵（碳酸盐岩类为主）水文地质区

2.2.1 平阴—临朐单斜水文地质亚区

位于鲁中南山区北部，主体为泰山～沂山北坡单斜断块。该区地势南高北低，南部为标高+400～+1000m的中低山，山前为标高小于+100m的坡地、岗地、残丘和河谷平原。受北西、北东向断裂切割又形成若干个次一级完整水文地质单元，各单元具有相似的水文地质条件，总的规律是自南部分水岭至北部山前明显分为地下补给区、径流区和排泄区，各功能区具有不同的水文地质特征。

2.2.2 肥城—沂源单斜断陷水文地质亚区

位于鲁中南山区北部，西起肥城，东到沂源，北以泰山—鲁山—沂山地表分水岭为界，南至布山—新甫山—南岱崮分水岭，中部以东西向展布的肥城盆地、泰安—莱芜盆地和沂源盆地三个独立的水文地质单元，具有相似的水文地质特征。各盆地北坡为泰山群片麻岩，富水性弱，地下水以表流的形式汇入盆地，盆地南部为下古生界组成的单斜断块。单斜底部是以泰山群片麻岩为主的地下水补给区，中部主要为寒武—奥陶纪三山子组和奥陶系分布的地下水补给径流区，上部为山前灰岩隐伏区。奥陶系灰岩隐伏区富水性强，单井涌水量1000～5000m3/d。

2.2.3 大汶口—沂南单斜断陷水文地质亚区

该区北部以新甫山—南岱崮分水岭为界，南部以蒙山分水岭为界，南、北两侧山体标高+400～+1000m，中部以汶南地表分水岭为界，分为西部汶河水系、东部沂河水系，西部为开阔的大汶口盆地和新泰盆地，东部为狭窄的蒙阴谷地和马牧池谷地。该区北西向断裂发育，受断裂切割形成楼德、新汶、蒙阴、马牧池断块等相对独立水文地质单元。

2.2.4 曲阜—临沂单斜断陷水文地质亚区

该区北以蒙山分水岭、南以尼山分水岭为界，地势北高南低，中部为山间谷地，西北宽阔，东南狭窄，在仲村一带为泗河和沂河地表分水岭。南北部隆起区广布泰山群片麻岩，南部隆起区泰山群上覆寒武—奥陶系灰岩，富水性强，基岩裸露区单井出水量小于500m3/d。

2.2.5 邹城—枣庄单斜断陷水文地质亚区

位于鲁中南山区最南部，西起凫山、东到苍山，北以尼山为界，南到省界，地势北高南低，主要有枣庄盆地、羊庄盆地、苍山谷地、荆泉盆地、峄城山间平原和郭里丘陵区组成。一系列北西向、南北向和东西向断裂将该区分割成十余个单斜断块，以单斜单块为主的各盆地、谷地构成独立的水文地质单元。单斜上部以新元古代土门群和寒武系灰岩、页岩为主，富水性弱，单井出水量小于500m3/d；中下部在构造发育的低洼地带富水性较强；单斜前缘奥陶系灰岩隐伏区往往与中生代、古近纪地层接触构成蓄水盆地。

2.2.6 安丘—临沭单斜断陷水文地质亚区

北起潍坊、南到临沭，东以潍河—沭河分水岭为界与鲁东地区相连，区内构造发育，发育泰山群和古生代地层。泰山群弱富水，单井出水量小于100m3/d；灰岩隐伏区单井出水量500～1000m3/d。

2.3 鲁东低山丘陵（松散岩、碎屑岩、变质岩类）水文地质区

2.3.1 莱西—五莲（胶莱凹陷为主）水文地质亚区

地处山东半岛西部，西邻鲁中南山区和滨海平原，北起大泽山—艾山分水岭，南至五莲山分水岭，广泛分布胶东群、荆山群片麻岩及白垩系碎屑岩，富水性弱，单井出水量小于100m3/d，荆山群禄各庄组、野头组夹大理岩，富水性较强，单井出水量100～500m3/d。胶莱盆地广泛分布白垩纪青山群火山岩，气孔构造发育，特别是玄武岩的垂直节理成为相对富水的含水层，常有引用矿泉水产出，单井出水量大于100m3/d。

2.3.2 莱州—威海（胶北隆起北坡）水文地质亚区

位于山东半岛北部滨海地带，基岩裂隙富水性弱，而粉子山群大理岩和蓬莱群香夼组大理岩、灰岩分布区在有利的地貌及构造条件下富水性强，单井出水量500～1000m3/d。

2.3.3 荣成—日照（胶南、胶北隆起南坡）水文地质亚区

位于山东半岛南部滨海地带，广泛分布变质岩、岩浆岩及部分碎屑岩，单井出水量小于100m3/d。

3 工作方法

3.1 水文地质调查

根据监测井设计任务要求，本次水文地质调查工作主要收集各项目区现有水文地质成果资料，采用野外调查与资料分析评价相结合的综合方法进行。主要调查收集各项目区：（1）气象、植被、地形、地貌情况；（2）附近河流、湖泊、水库的水文情况；（3）附近机（民）井情况，包括位置、水位、地下水埋深等；（4）含水层分布、厚度及岩性特征；（5）地下水补给、径流及排泄条件。

3.2 激电测深

激发极化法是以地壳中不同介质之间的激电效应差异为物质基础，通过观测与研究人工建立的激电场的分布规律解决地质问题的物探方法。在电场作用下，地下介质中的电子或者离子发生定向移动，形成“双电层”或者“过电位”，当外电场消失后，堆积的电子或者离子对外放电，以恢复平衡状态，从而可观测到激发极化电场。大量实践结果已经证明，含水岩层在人工电流场作用下能产生激电效应。因此，利用激发极化法寻找地下水是切实可行的。

本次工作采用的等比装置激电测深方法是激发极化法中应用最为广泛的方法。其特点是：供电电极AB在测点的两侧沿相反方向向外移动，且测量电极MN与AB保持一定比例（MN/AB=1/3）同时移动，以探查地下不同深度范围内的垂向电性变化。

4 含水岩组电性特征

因不同岩石其电性特征有一定差异，同种岩石因富水性不同其电性特征亦会发生变化。据此特点，本次工作采用激电测深寻找地下含水层、分析推断含水层的特性是切实可行的。根据激电测深成果及水文地质调查资料，总结了主要含水岩组的电性特征。分别叙述如下：

（1）松散岩类孔隙水主要位于第四系覆盖区，主要含水层位为古河道沉积形成的砂层，与周围的粘性土壤相比，砂层孔隙度大，具较好的储水性，视极化率值呈高极化显示。因孔隙度大造成砂层区导电性差，视电阻率值明显高于周围粘土的视电阻率值，因此，高阻高极化特征成为寻找此类地下水的地球物理依据。

（2）碳酸盐岩类岩溶水主要含水层位为寒武系、奥陶系灰岩，主要以断层破碎带为找水靶区，灰岩视电阻率值一般大于30Ω?m，随着深度的增加视电阻率值有不断增大的趋势，当岩溶裂隙较发育时，其富水性较强，视电阻率值与围岩相比明显降低，视极化率值呈高极化显示，因此，局部的低阻高极化特征成为碳酸盐岩类岩溶水的找水地球物理依据。

（3）基岩裂隙水主要赋存于侵入岩和变质岩的构造裂隙中，裂隙岩层通常由部分裂隙在岩层中局部范围内连通构成带状或脉状裂隙含水系统，其视电阻率值较围岩明显下降，视极化率值呈高极化异常显示，因此，低阻高极化特征成为寻找此类地下水的地球物理依据。

5 结论

本次工作以前人钻探、物探和水文地质资料为基础，以水文地质调查、综合分析研究为手段，较系统的描述了山东省水文地质特征，并通过物探工作取得了各监测井所在区域的相关电性参数，总结了各地电性异常特征与含水岩组的对应关系，对以后找水工作的开展具有借鉴意义。

[1]康凤新，徐军祥，张中祥.山东省地下水资源及其潜力评价 [J].山东国土资源, 2010,26(08):4-12.

[2]徐军祥，康凤新.山东省地下水资源可持续开发利用研究 [M].北京：海洋出版社, 2001.

[3]康凤新,张中祥.山东省水文地质图说明书 [M].济南：山东地图出版社,2008.

物探结合水文地质调查在山东省地下水监测工程中的应用

■马健张吉涛王龙昌聂西坤

F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-10-199-1

马健（1985～），男，工程师，研究方向为地质及物探勘查。