莆田市秀屿区浅层地下水化学特征规律及形成机理研究

刘鑫尧

(福建省197地质大队，福建 泉州 362000)

浅层地下水通常是指存在距地表以下60 m内的含水层，主要指第一承压含水层，包含有上层滞水、潜水和浅部承压水[1]。浅层地下水较易受大气降水和人类活动影响。由于大气降水可携带地表污水、生活污水或者农业生产过程中使用的农药化肥污染渗透至土壤孔隙和裂隙中并溶于浅层地下水，地下水资源过度开采造成水位下降，导致海水入侵等原因，使水质受影响[2]。秀屿区围绕构筑“海峡西岸先进制造业基地、能源基地、现代物流中心、海洋产业基地”的发展定位，促进产业集聚。近几年，社会经济的发展，对浅层地下水产生了一定的影响，现就秀屿区浅层地下水化学分布及其形成机制进行分析讨论，揭示本区地下水化学特征及成因，促进地下水资源的合理利用，社会经济发展和生态环境保护等具有重要的理论和实际意义，且该地区目前尚未有过相关方面的研究。

1 秀屿区概况

1.1 秀屿区自然概况

秀屿区位于福建东南沿海中部，与台湾海峡隔海相望，隶属莆田市，湄洲湾、兴化湾、平海湾三湾环绕秀屿全区，全区辖10个镇、1个乡，陆域面积390 km2，属亚热带海洋性气候，气候宜人，自然条件优越。本课题研究的范围为除湄洲镇和南日镇两个岛屿外的秀屿区陆域范围。

图1 研究区地质图

1.2 研究区地质概况

1.2.1 地层

区内地层主要有前泥盆系亲营山组、侏罗系长林组、南园组及第四系，其中第四系有第四系全新统海积层、第四系更新统冲洪积层、第四系更新统残积层，如图1所示。

1.2.2 构造

工作区位于长乐-南澳断裂带的第二带之上，由一系列呈NE向(断裂走向以NE30°为主)多期次的断裂破碎带、变质带、火山喷发带、岩体侵入带、岩脉及片麻理等构成。

图2 地下水采样点分布图

1.2.3 岩浆岩

区内侵入岩出露有早白垩系碱长花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩，主要分布在研究区域的东部东峤镇、埭头镇和平海镇一带；晚侏罗系二长花岗岩，主要分布在。主要分布于研究区域的西部笏石镇、东庄镇、月塘乡和忠门镇一带。

2 研究方法

2.1 样品采集与测试

研究区严格按水文地质单元、地下水流场及人类活动分布进行采样点布设(如图2所示)。于2016年枯水期12月3日至12月11日进行采集地下水样品，并送至实验室进行测试分析。

2.2 分析研究方法

本课题主要采用Mapgis软件及Piper三线图软件进行制图，依托SPSS统计学软件结合研究区地形地貌、气候、地质、水文地质条件和人类活动情况进行分析研究地下水化学特征及形成机制。

3 结果与讨论

3.1 地下水化学统计分析

共采集了54个地下水样品进行测试，现对测试结果的pH、总溶解性固体(TDS)、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-和SO42-指标采用统计学的方法进行统计分析，分析结果如下表1所示。

表1 离子统计分析表

表2 离子相关性分析

图3 总溶解性固体含量分布图

由表1分析可知，秀屿区中K+离子浓度变异程度最大达1.41，说明区域中K+离子浓度较分散不均衡，最大值为96.43 mg/L，最小值为1.29 mg/L；其次为Cl-离子，其变异系数为0.82；变异系数最小的为pH值，为0.08，说明pH值在研究区中分布比较均衡，最大值为8.16，最小值为5.47。

从表2中分析可知，TDS与Cl-离子的存在显著相关性，相关系数为0.91；其次，TDS与Mg2+和SO42-离子存在较大相关性，相关系数分别为0.83和0.75；Mg2+和Cl-离子之间存在较大相关性，相关系数为0.77。

3.2 地下水总溶解性固体分析

从图3中分析可知，在笏石镇、埭头镇和平海镇地势较高的残积层和侵入岩中浅层地下水主要补给源为大气降水且交替较快，所以总溶解性固体浓度较低；在沿海岸线内凹淤积区域，地下水受涨潮补给，总溶解性固体浓度相对较高，甚至达到1 000 mg/L以上，特别是在东峤镇北东向高浓度总溶解性固体贯穿两侧。从地质图上分析得知，东峤镇总溶解性固体较高的区域有北东向的断裂带贯穿通过，为海水的侵入提供了通道，因此高浓度总溶解性固体分布贯穿两岸。

3.3 Piper三线图分析

从Piper三线图(详见图4)可看出，秀屿区地下水水化学离子主要为Ca、Na+K、HCO3和Cl。54个地下水样品分析结果主要分布于2、3和4区，2区碳酸硬度(次生碱度)超过50%，地下水化学性质以碱土金属和弱酸为主，3区非碳酸碱金属(原生盐度)超过50%，地下水化学性质以碱金属和强酸为主，4区没有一个阴阳离子对超过50%。

图4 Piper三线图水化学分类

3.4 地下水化学类型分布特征

图5 水化学类型分布图

水化学类型频数频率/%Na-Ca-HCO347．41Ca-Mg-HCO3-Cl47．41Na-Ca-HCO3-Cl2546．30Na-Ca-Mg-HCO3-Cl712．96Na-Mg-HCO3-Cl35．56Na-HCO3-Cl59．26Na-Ca-Cl11．85Na-Mg-Cl23．70Na-Cl35．56合计54100

通过分析表3、表4和图5可知，秀屿区地下水水化学类型以Na-Ca-HCO3-Cl为主，主要分布在海积层(Qhm)、残积层(Qpel)和花岗闪长岩(γδ)；其次为Na-Ca-Mg-HCO3-Cl，主要分布在海积层(Qhm)；Na-HCO3-Cl水化学类型主要分布于二长花岗岩(ηγ)。

3.5 地下水化学特征形成机理分析

莆田市秀屿区浅层地下水类型主要为孔隙潜水-半承压水，主要赋存于残坡积层和海相沉积层中，含水层较薄，主要靠大气降水补给，地下水主要为溶滤水，径流路径较短，蒸发和渗流补给大海为其主要排泄方式，其地下水化学特征的形成主要受岩性、气候和地貌等因素影响。

莆田市秀屿区为沿海半岛，多为丘陵和台地，系燕山期花岗岩构成，以酸性岩浆为主，属亚热带海洋性气候，全年降雨量适中，季节分配比较均匀，温和湿润。沿海岸带的大气降水携带较高的Na和Cl离子含量，大气降水入渗表层残坡积土溶滤Ca和Na元素，进而补给地下水。区域地形切割虽不是很强烈，但地下水径流条件较好，径流短，水交替迅速，因此在多因素共同作用下，秀屿区形成低矿化度的以Ca、Na、HCO3和Cl离子为主的地下水。

表4 地层岩性角度统计分析水化学类型

4 结语

莆田市秀屿区浅层地下水化学的形成主要受其亚热带海洋性气候、燕山期花岗岩和丘陵台地地貌控制。地下水水化学离子主要为Ca、Na、HCO3和Cl，水化学类型以Na-Ca-HCO3-Cl为主，其次为Na-Ca-Mg-HCO3-Cl和Na-HCO3-Cl。区内残积层和侵入岩含水岩层总溶解性固体总体较低，在沿海岸线内凹淤积区域及北东向大断裂穿过区域总溶解性固体浓度相对较高。

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