烟台市水文地质条件与含水层电性特征分析

马健，张吉涛，王龙昌，刘明明

(山东省第四地质矿产勘查院，山东 潍坊 261021)



烟台市水文地质条件与含水层电性特征分析

马健，张吉涛，王龙昌，刘明明

(山东省第四地质矿产勘查院，山东 潍坊 261021)

在前人取得的水文地质资料的基础上，以水文地质调查、物探勘查、综合分析研究为手段，对烟台市水文地质条件进行了详细的分析研究，根据含水层岩性及地下水类型将研究区划分为松散岩类孔隙含水岩组、碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组、碳酸盐岩类岩溶含水岩组、喷出岩类孔洞裂隙含水岩组和岩浆岩、变质岩类裂隙含水岩组。依据地形地貌及岩性构造差异，将研究区划分为山地丘陵和滨海平原2个典型区，分别描述地下水的补给、径流、排泄条件。含水岩组的电性特征与地下水的赋存介质有关，根据赋存介质的不同将研究区地下水类型分为孔隙水、裂隙水和岩溶水三类，并分别总结其电性特征。该文对烟台市含水岩组进行划分，总结不同含水层电性特征，为水资源的进一步开发利用提供科学依据。

地下水；水文地质；含水岩组；电性特征；烟台市

烟台市人均占有水资源量为435m3，不足全国人均占有量的1/5,属于资源性缺水城市[1]。近年来，随着经济的迅猛发展，水资源需求量逐年增加，供需矛盾不断加剧，缺水已成为烟台市经济和社会发展的制约因素。该文结合“2010—2011年国土系统抗旱打井工程”、“国家地下水监测工程(水利部分)山东省岩石监测井物探勘察”工作，对烟台市水文地质条件进行了详细的分析研究，总结了不同含水层的电性特征，为烟台市水资源的开发利用提供科学依据。

1 研究区背景

1.1 地理概况

烟台市地处山东半岛中部，东连威海，西接潍坊，西南与青岛毗邻，东临黄海，北濒渤海，与辽东半岛、朝鲜半岛隔海相望。区内群山连绵，丘陵起伏，地形总趋势是中部高，南北低，北部地势较陡，南部地势较平缓，属鲁东低山丘陵区和鲁西北堆积平原区[2]。

1.2 气象水文概况

烟台市地处中纬度，属暖温带季风型大陆性气候[3]，四季分明，气候温和，冬半年北风多，夏半年南风频，平均风速3.5m/s，多年平均气温12.4℃，最高气温38.4℃，最低气温-20.5℃，多年平均相对湿度67%，多年平均蒸发量1745.7mm。区内河流属半岛边缘水系，以半岛山脊为分水岭，南北分流，源短流急，大部分独流入海。流量受季节影响大，丰枯悬殊。

1.3 地质概况

烟台市隶属华北地层大区晋冀鲁豫地层区鲁东地层分区[4]。区内出露的地层有新太古代胶东岩群、古元古代粉子山群及新元古代蓬莱群等区域变质岩系，中生代白垩纪碎屑沉积及火山岩建造，新生代古近纪及第四纪松散沉积物。区内褶皱构造主要为胶北隆褶带，展布于莱州、招远、栖霞、牟平的鹊山一带。区内断裂构造发育，有EW向、SN向、NW向及NNE向和NE向断裂，其中NNE向断裂较为发育。EW向、SN向及NW向断裂一般规模较小，连续性差，多呈片段出露。由于经历了多期次构造变动，断裂构造复杂。区内比较大的断裂带主要有牟平-即墨断裂带、金牛山断裂带、招远-平度断裂带[5-7]。

2 研究区水文地质条件

2.1 含水岩组划分及其特征

根据含水层岩性及地下水类型将研究区划分为五大类型含水岩组，其水文地质特征如下：

2.1.1 松散岩类孔隙含水岩组

该含水岩组主要分布于山间河谷、山前平原、冲积平原、海积平原地带，含水层岩性以细砂、中粗砂及砂砾石为主[8]，厚度一般为5～30m，富水性较强，单井涌水量一般在500～1000m3/d。地下水埋深1～10m，水化学类型主要以HCO3·Cl-Na·Ca型为主，矿化度一般为0.5g/L，在海(咸)水入侵区地下水水化学类型为Cl-Na型，矿化度大于1g/L，水质较差。

2.1.2 碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组

分布于莱阳、海阳南部，该含水岩组岩性主要为侏罗系和白垩纪砂岩、砾岩及火山碎屑岩，近地表风化呈砂状。地下水主要赋存在风化带中，水位埋深2～4m，富水性弱，单井涌水量小于100m3/d，在断裂带附近富水性较强，单井涌水量500m3/d，水化学类型主要为HCO3·Cl-Na·Ca型，矿化度一般小于0.5g/L。

2.1.3 碳酸盐岩类岩溶含水岩组

该岩组岩性主要有巨屯-张格庄组大理岩及香夼组灰岩。主要分布在福山、芝罘、栖霞、蓬莱北部一带。地表及断裂带附近及在河谷两岸出露的大理岩，岩溶裂隙发育，含水层厚度一般为10～50m，富水性强，地下水位埋深变化随地形起伏较大，一般5～30m，单井涌水量1000～3000m3/d，如福山高疃西、栖霞中桥、蓬莱马格庄等地。其他地区单井涌水量皆小于500m3/d，地下水水化学类型以HCO3-Ca型为主，矿化度一般小于0.5g/L。

2.1.4 喷出岩类孔洞裂隙含水岩组

主要分布在蓬莱市附近，岩性为白垩系、新近系及第四纪玄武岩、安山岩及凝灰岩，孔洞裂隙不发育，富水性弱，单井涌水量小于100m3/d，玄武岩在柱状节理裂隙发育地段，单井涌水量小于500m3/d。地下水多富集于构造及低洼地带，水位埋深浅，一般2～4m，水化学类型主要为HCO3-Na·Ca型，矿化度一般小于0.5g/L。

2.1.5 岩浆岩、变质岩类裂隙含水岩组

该含水岩组岩性以花岗岩、正长岩、闪长岩、片岩为主，广泛出露于丘陵区，地下水主要赋存在风化裂隙较发育的风化带和构造带附近[9]。风化裂隙含水带厚度一般为10～25m，地下水位埋深随地形起伏较大，一般3～10m，富水性弱，单井涌水量小于100m3/d，水化学类型主要为HCO3·Cl-Na·Ca型，矿化度小于0.5g/L。

2.2 地下水的补给、径流、排泄条件

区内地下水补给、径流及排泄条件，严格受地形地貌及岩性构造因素控制，具有典型的山地丘陵及滨海平原区的特点。

2.2.1 山地丘陵区特点

区内广布花岗岩、变质岩及火山岩，大面积赋存基岩裂隙水，松散层分布零星、狭窄且层薄，故该区内地下水主要表现为基岩裂隙水的特点。

基岩区一般地势较高，基岩裂隙水以大面积接受大气降水补给为主，在地势低洼处可接受松散层孔隙水和地表水补给。其补给程度主要与地形地貌、裂隙发育程度关系密切。地下水径流方向与该区地形倾斜方向基本一致，随地形起伏多呈散流状径流，最终分别由南坡、北坡向海中排泄。

2.2.2 滨海平原区特点

滨海平原区主要分布松散层孔隙水，其次为基岩裂隙水和碳酸盐岩类岩溶裂隙水，故在平原区地下水主要表现为松散层孔隙水的特点[10]孔隙水补给来源以大气降水入渗为主，其次为地表水和农田灌溉水的渗漏以及基岩裂隙水侧向径流。地下水流向一般与河水的流向一致，以径流或表流形式向下游排泄，最终排泄入海。在河谷地段分布有烟台市的供水水源地及农业井灌区，其地下水开采能力强，人工开采是该区地下水重要排泄方式。

3 研究区含水层电性特征

3.1 方法选择

由于地下水具有导电性，在激电参数上呈高极化率特点，因此采用激发极化电测深法能准确查明含水层深度[11]。

激发极化法在进行数据采集时，可选择的电极系装置较多，不同的装置决定着不同的电极排列方式。该次工作采用的等比装置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[12-13]。

3.2 使用仪器与参数选择

为了方便工作，提高效率，该次采用山西省平遥卜宜水利电探仪器厂生产的JJ-3A型积分式激发电位仪开展工作。该仪器是一种多参数的电测仪器，一次供电可以测量视电阻率、视极化率等参数，为寻找地下水提供综合分析资料[14]。

供电时间选择为30s，以满足水的激发极化时间较长的需要，使所测得的异常值尽可能的大。采用的供电波形为正供、停供、负供、停供，一个周期为60s的模式[15]。

3.3 典型实例分析

含水层的电性特征与地下水的赋存介质有关。根据地下水赋存介质的不同，可分为孔隙水、裂隙水和岩溶水3种类型[16-17]。

3.3.1 孔隙水电性特征

孔隙水广泛分布于第四系沉积物中，在坚硬和半坚硬岩石中也有少量分布，其电性特征受孔隙的大小、形状及松散沉积物的岩性影响。以Ⅰ剖面为例(图1)，对该类地下水激电测深断面图进行解释。该剖面位于莱州市平里店镇贾邓战家村南500m河边，布设方向为5°，由5个测深点组成，点距为20m，布极方向与剖面方向一致。由图1可知，地层自上而下可大体分为3个电性层：①在AB/2=0～10m范围内，视电阻率值在10～20Ω·m之间，视极化率值在0.5%～0.7%之间，属低阻低极化电性特征，推断该层为第四纪粘土；②在AB/2=10～30m深度，视电阻率值在20～30Ω·m之间，视极化率值在1.0%～2.1%之间，属中阻高极化电性特征，推断其为砂砾含水层的电性反映；③在AB/2=30～60m之间，随深度的增加，视电阻率值逐渐增加，视极化率值逐渐降低，推断深部基岩较完整。

图1 Ⅰ剖面激电测深综合断面图

根据验证情况，在0～27.8m深度，地层岩性以粘土、砂砾层为主，其中，在9.7～27.8m范围内，地层富水性较强，地下水类型为孔隙水；在27.8～58.5m范围内，揭露地层为砂岩，且岩石较完整。

3.3.2 裂隙水电性特征

裂隙水赋存于基岩裂隙中，裂隙的发育程度直接影响着裂隙水的分布和富集，其电性特征主要受地质构造及岩性等因素控制[19]。以Ⅱ剖面为例(图2)，对该类地下水激电测深断面图进行解释。

该剖面位于蓬莱市北沟镇孙徐村西南400m，布设方向为70°，由5个测深点组成，点距为20m，布极方向与剖面方向一致。由图2可知，在AB/2﹤12m范围内，地层整体呈现高阻低极化特征，结合当地水文地质情况，推断其为第四系粘土的电性反映；在AB/2>12m范围内，视电阻率值整体呈低阻反映，其对应视极化率值呈逐渐升高趋势，结合水文地质资料，推断其整体为玄武岩风化含水层的电性反映。其中，在AB/2>24m范围内，40号点左右视电阻率等值线呈“U”形低阻凹槽，对应视极化率值相对较高，推测该段富水性较强。根据验证情况，在0～12.8m范围内，地层岩性以粘土为主；在12.8～38.0m深度，揭露地层为玄武岩风化层，富水性强，地下水类型为裂隙水。

图2 Ⅱ剖面激电测深综合断面图

3.3.3 岩溶水电性特征

岩溶水赋存于可溶性岩层的溶蚀裂隙或溶洞中，其最明显的特点是分布不均匀[20]。以Ⅲ剖面为例(图3)，对该类地下水激电测深断面图进行解释。

该剖面位于栖霞市桃村镇国路夼村内，布设方向为90°，由5个测深点组成，点距为20m，布极方向与剖面方向一致。由图3可知，在AB/2<10m范围内，视电阻率值小于20Ω·m，视极化率值在0.8%～1.2%之间，其激电特征属低阻低极化，推断其为第四纪粘土的反映。在AB/2=10～30m范围内，视电阻率值在20～50Ω·m之间，视极化率值小于0.8%，其电性特征属低阻低极化，推断其为粉砂岩的反映。在AB/2>30m范围内，随深度的增加，视电阻率值不断增大，结合地质资料，推断其为灰岩地层的反映。在20号点70m以下存在一“U”型低阻异常，对应视极化率呈高极化，激电特征表现为低阻高极化，推断该处灰岩岩溶较发育，富水性较强。根据验证情况，地层在0～10.5m深度为第四纪粘土，10.5～29.2m为粉砂岩，29.2m以下为灰岩，其中68.5m以下灰岩溶蚀裂隙较发育，富水性较强，地下水类型为岩溶水。

图3 Ⅲ剖面激电测深综合断面图

4 结论

(1)根据含水层岩性及地下水类型，研究区可以分为松散岩类孔隙、碎屑岩类孔隙裂隙、碳酸盐岩类岩溶、喷出岩类孔洞裂隙和岩浆岩、变质岩类裂隙5大含水岩组。

(2)孔隙水含水层主要以砂层为主，与周围粘性土壤相比，孔隙度大，导电性差。因此，高阻高极化为此类含水岩组的主要电性特征。

(3)裂隙水主要赋存于基岩风化、构造裂隙中。裂隙岩层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，低阻高极化为寻找此类地下水的地球物理依据。

(4)岩溶水含水层主要以灰岩岩溶裂隙为主，由于其赋存地下水，视电阻率值降低，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依据。

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Analysis on Hydrogeological Conditions and

Aquifer Electrical Characteristics in Yantai City

MA Jian，ZHANG Jitao，WANG Longchang，LIU Mingming

(No.4 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Weifang 261021, China)Abstract：Based on the former hydrogeological datas, combining with hydrogeology survey, geophysical exploration, comprehensive analysis, hydrogeological conditions in Yantai city have been analyzed. According to aquifer lithology and groundwater unconsolidated rock pore water rock groups, the study area is divided into clastic rock pore fissure water-bearing rock, carbonate rock karst water-bearing rock group, extrusive rock hole fissure water-bearing rock and magmatic rock, metamorphic rock fissure water-bearing rock group. According to differences on topography and lithology structures, the study area is divided into hilly mountain and coastal plain. Groundwater recharge, runoff and discharge conditions have been described respectively. Electrical characteristics of water-bearing rock group is associated with the occurrence of medium of groundwater. According to different mediums, groundwater types can be divided into pore water, fissure water and karst water, and its electrical characteristics have been summarized respectively. Water bearing rock groups have been divided and different aquifer electrical characteristics have bee summarized. It will provide a scientific basis for further development and utilization of water resources.Key words：Groundwater; Hydrological condition; water bearing rock group; electrical characteristics; Yantai city

2016-10-18；

2016-12-23；编辑：陶卫卫

国家地下水监测工程(水利部分)岩石监测井物探勘察项目(发改投资[2014]1660号)

马健(1985—)，男，山东潍坊人，工程师，主要从事地质及物探勘查工作；E-mail：Wts_mj@163.com

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A

马健，张吉涛，王龙昌，等.烟台市水文地质条件与含水层电性特征分析[J].山东国土资源，2017,33(4)：47-51.MA Jian，ZHANG Jitao，WANG Longchang，etc.Analysis on Hydrogeological Conditions and Aquifer Electrical Characteristics in Yantai City[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(4)：47-51.