雷州半岛东部地区地下水环境特征研究

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(中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北 武汉 430205)

地下水是自然界水循环的重要组成部分，是人类社会必不可少的重要水资源，它对地表水资源不足的地区有很高的利用价值。雷州半岛就是这样的地区，它地处中国大陆最南端，东、南、西三面临南海，无大的河流，虽属亚热带季风气候，降水总量较充沛，但是由于蒸发量大和降水时空分布极不均匀，容易出现干旱。多年平均降水量为1 500 mm，85%集中在4-10月，半岛西南部降雨相对偏少，为广东省雨量低值区。雷州半岛素有“十年九旱、赤地千里”，“春旱年年有、三年一中旱、五年一大旱”之称[1,2]。

雷州半岛地下水资源总体十分丰富，开采潜力大，城市生活及工业用水的70%以上依赖地下水。因此，随着城市建设及工业的发展，对地下水的需求量日益增大[3]。

由于长期大量开采地下水，使得局部地区存在地下水超采问题，并引发了地下水水质污染、地面沉降、海水入侵等诸多环境地质与生态问题[4]。随着社会和经济的发展，人类活动对地下水环境的影响越来越显著[5-8]。工业和生活污水的排放、农业区的污水灌溉都直接引起某些指标含量升高[9-11]，而地下水开采造成地下水水位下降，改变了补径排条件和氧化还原环境的转化等，引起水化学特征的变化，此外，地下水超采导致的沿海地区海水入侵现象越来越严重[12-13]。

连续大量抽取地下水导致水位的下降，改变了原有的地下水动力条件, 引起地面污水向地下水的倒灌, 浅层污水不断向深层流动, 地下水水污染向更深层发展, 地下水污染的程度不断加重。

本文以雷州半岛东部地区为例，探讨了火山岩类孔洞裂隙水、浅层水—微承压水、中层承压水和深层承压水的地下水环境特征，并对地下水主要离子含量、地下水化学类型、常规成分特征等因素进行分析，总结了研究区地下水环境特征。

1 水文地质特征

雷州半岛东部地区位于雷琼沉降带湛江凹陷，遂溪东西向大断裂的南侧，基底为前第三系地层和中生代侵入岩，其上覆盖了湛江组松散—半固结砂质和松软泥质岩类互层以及覆盖于其上和夹于其间的湖光岩组玄武岩和火山碎屑岩，整体厚度大于1 000 m。研究区位于雷琼自流盆地的最北部，储水构造良好。

西部为火山岩台地地貌，湖光岩火山岩台地台面相对平缓，台地上多处可见火山锥，标高较高，多在100 m以上，以螺岗岭、交椅岭等为主，山麓坡脚多见下降泉，水质较好。台地见可见相对低洼处，多为小型水系流经处，由于河流短促，极易遭受海水入侵。由西向东地势向海岸倾斜，沿岸为堆积平原和海积平原地貌，海岸沉积物松散且厚度较厚，主要为海积淤泥粘土与砂分布，另外可见玄武岩与火山岩碎屑。

按含水介质、地下水赋存条件及水力特征，雷州半岛地下水类型划分为松散岩类孔隙水和火山岩类孔洞裂隙水两类[14]。地下水类型主要为松散岩类孔隙水，主要赋存于湛江组及其下的下洋组。根据含水层埋藏深度、水力特征及开采条件，主要分为浅层水—微承压水(埋深小于30 m)、中层承压水(埋深30～200 m)和深层承压水(埋深200～500 m)[15-17](见图1)。

1-天然状态下地下水流向；2-人工开采后地下水流向；3-含水层组界线；4-火山岩；5-含水层；6-相对隔水层；7-泉

图1雷州半岛东部承压地下水分层示意图

(1)火山岩孔洞裂隙水：位于研究区北西侧的火山岩台地(以Y11为代表)，降水补给充沛，地下水径流排泄条件好；

(2)浅层水—微承压水：广泛分布于台地、平原区，补给条件好，受人类活动影响大，不仅作为农村分散型饮用水和农业灌溉的主要水源，而且也补给中深层地下水。含水层介质为砂砾、粗砂、中砂、细砂等，厚度3～25 m，在台地区水位标高为40～80 m，滨海平原区一般为2～5 m。富水性以中等为主，局部较丰富；

(3)中层承压水：含水层主要为第四系湛江组粗砂、砾石、中砂、细砂，含水层有4～8层，单层厚3～50 m，总厚度30～60 m，水位标高-16～-20 m。水量丰富—极丰富；

(4)深层承压水：含水层埋深一般在-200～-500 m。含水层以以第四系下洋组海相砾砂、含砾粗砂、粗砂为主，局部为中砂、细砂。含水层有1～10层，单层厚度为3.5～50.5 m，总厚度为50～150 m。水量较丰富—极丰富，水位标高-2～-18 m。

雷州半岛浅层地下水以当地补给为主，主要接受大气降水补给，兼有地表水体渗漏补给和区外地下水的侧向补给等。雷州半岛北海组平原、湛江组台地及玄武岩台地潜水或微承压水水位高于中深层承压水水位，为承压水的补给区。地下水径流方向为补给区流向滨海，基本与地形一致，进入70年代，随着地下水开发利用程度的加大，形成了以主要开采地段为中心的区域性水位降落漏斗，在局部地区改变了天然状态下的径流方向，漏斗四周的地下水流向漏斗中心[18]。

2 实验方法

为了查明雷州半岛东部地区地下水环境特征，于2014年12月采集12件地下水样品，位置详见图1。本次地下水采样充分考虑到雷州半岛承压地下水的分层情况，浅层水—微承压水取样深度小于30 m，共取样6件，中层承压水取样深度小于200 m，取样2件，深层承压水取样深度小于500 m，取样2件，另在遂溪县岭北镇螺岗岭牛鼻水下降泉取火山岩孔洞裂隙水样1件，万家村火山岩孔洞裂隙浅层水样1件(见表1)。

表1 研究区样品采取基本信息

现场使用HACH40d便携式水质分析仪测定水温、pH、电导率、溶解氧、氧化还原电位，其余指标送往国土资源部长沙矿产资源监督检测中心进行测试，样品分析方法采用《地下水污染地质调查评价规范》(DD2008-01)中推荐的分析方法进行测定(见图2)。

3 地下水环境特征分析

3.1 主要离子含量特征

基于地下水样品的实验测试数据，集中分析了溶解性固体总量(TDS)和主要离子含量分布和变化特征(见表2)。

地下水中阳离子以Na+、Mg2+·Ca2+、Ca2+·Na+为主，阴离子以HCO3-为主，局部有Cl-、SO42-，K+、Na+、Ca2+和Mg2+等阳离子的含量变化范围较小，阴离子HCO3-、Cl-、SO42-含量变化较大。

表2 研究区地下水样的水化学成分统计 mg·L-1

1-松散岩类孔隙水；2-火山岩孔洞裂隙水；3-基岩裂隙水；4-取样点；5-地名；6-水系；7-道路；8-遂溪断裂

图2雷州半岛东部水文地质简图及采样点位置

雷州半岛地下水平面分布和垂向分层特征明显，各层地下水TDS和主要离子含量变化较大，且各层水在区域上受自然、人为影响差异较大。火山岩孔洞裂隙水中阴离子以HCO3-为主，阳离子以Mg2+·Ca2+为主，TDS含量较低；浅层水-微承压水中K+、Na+、Ca2+、Cl-、SO42-含量较高，呈现出由台地向滨海Na+、Cl-逐渐升高，HCO3-逐渐降低的过程，SO42-呈点状分布，整体TDS含量较高；中深层承压水中HCO3-、Na+含量较高，其他K+、Ca2+、Mg2+、Cl-含量较低，整体TDS含量低(见图3)。

3.2 地下水化学类型

地下水化学类型以HCO3-Na型、HCO3-Mg·Ca型、HCO3·Cl- Ca·Na型为主，少量为Cl-Na型、SO4·Cl- Ca·Na型。火山岩孔洞裂隙水的水化学类型为HCO3-Mg·Ca型水，中深层承压水的水化学类型为HCO3-Na型水，浅层水—微承压水中位于研究区北东侧的Y16水样SO42-含量为113.26 mg/L，为中生代侵入岩所形成的基岩裂隙水，地下水类型为SO4·Cl-Ca·Na型水；位于研究区南西侧的Y23、Y24水样Cl-含量为62.10～70.50 mg/L，在湖光岩火山样台地南侧，地势较低，干旱季节极易发生海水入侵，地下水类型为Cl- Na型水；其他Y09、Y17、Y18地下水化学为HCO3·Cl-Ca·Na、HCO3·Cl-Ca型水(见图4)。

图3 研究区地下水样的水化学成分柱状图

图4 地下水样的三线Piper图

3.3 地下水质量常规成分特征

通过对地下水质量常规成分进行分析，可以看出不同取样位置在区域和垂直方向上pH、NO3-、NO2-、总Fe、Mn、Al、As等常规成分的含量变化(见表3)。

表3 研究区地下水质量常规成分 mg·L-1

注：黑体标注为地下水质量四类以上(依据地下水质量标准(GB_T 14848-2017))

研究区内地下水pH值以弱碱性为主，地表火山岩孔洞裂隙水及中深层承压水呈弱碱性，个别达到8.88；-25 m以上浅层水-微承压水普遍呈弱酸性，TDS、NO3-含量变化趋势与之相符，且点Y12、Y16、Y23、Y24、Y18、Y09、Y17中NO3-含量达到地下水质量四类标准。另外，个别点的NO2-、总Fe、Mn、Al、As含量也达到四类水标准。

从平面分布上可以看出，近地表人类活动密集区地下水酸化、TDS含量升高，不同电性离子交换吸附作用的“盐”效应对地下水中的金属离子产生较大的影响，使Fe、Mn、Al、As等含量增高，电性相同的K+、Na+、Ca2+和Mg2+向吸附体交换出金属离子，从而使地下水中的金属离子含量升高，导致局部浅层水-微承压水中的Mn、Al、As等含量达到四类水标准。滨海近岸区域地下水pH值较低，TDS含量相对较高。

1-火山岩孔洞裂隙水 2-浅层水-微承压水 3-中层承压水 4-深层承压水 黑色虚线-趋势线

图5地下水质量常规成分层间趋势变化折线图

地表火山岩孔洞裂隙水水质较好，常规成分含量低，为一、二类水；但在中深层地下水中，地下水pH值偏碱性，TDS含量相对较低，但总Fe含量普遍较高，局部地区Mn较高。一方面是由于在部分浅层-微承压水与中层承压水混合补给深层承压水的过程中，地下水与围岩之间发生了方解石、白云石、赤铁矿的溶解作用、菱铁矿、水绿矾的沉淀作用[3]以及离子交换作用，使Fe2+被氧化成Fe3+，另一方面是中深层承压水的主要补给来源于北部高铁地下水，中深层承压水的HCO3-含量较高，极易生成大量的Fe(HCO3)2，还原环境使得其迁移性增强。

根据层间由浅入深趋势变化分析，由图5可以看出：pH值的趋势变化为弱碱性-弱酸性-弱碱性-弱碱性；硝酸根为低-高-低-低；总Fe为低-低-高-高；Mn为低-高-低-低；Al为低-高-低-低；偏硅酸为高-低-高-高。

3.4 小结

通过对雷州半岛东部地区地下水主要离子含量、地下水化学类型、常规成分特征等进行分析，可以总结其地下水环境特征如下：

(1)螺岗岭位于雷州半岛北部湖光岩玄武岩台地，点Y11、Y12为火山岩孔洞裂隙水，尤其是Y11螺岗岭的下降泉水，水质较好，偏硅酸含量高，如水量较大即具开采前景，Y12位于万家村，受村内人为活动影响，NO3-含量达到地下水质量四类标准，水质稍差；

(2)由玄武岩台地向近岸滨海，浅层水-微承压水中呈现出Na+、Cl-逐渐升高，HCO3-逐渐降低的趋势，且垂向上-25 m以上浅层水-微承压水普遍呈弱酸性，TDS、NO3-含量整体较高，其中Y09处NO2-、As达四类地下水标准，Y09、Y18、Y24处Mn达四类地下水标准，另外Y18、Y24处Al含量超标；

(3)中深层承压水中HCO3-、Na+含量较高，其他K+、Ca2+、Mg2+、Cl-含量较低，整体TDS含量低。水质较好，偏硅酸较高，受人为活动影响小，但是总Fe含量高；

(4)火山岩孔洞裂隙水的水化学类型为HCO3-Mg·Ca型水，浅层水—微承压水多为HCO3·Cl-Ca·Na、HCO3·Cl-Ca型水，局部可见Cl- Na型、SO4·Cl-Ca·Na型水，中深层承压水的水化学类型为HCO3-Na型水；

(5)由于研究区内地下水的超采造成中深层承压水出现大面积降落漏斗，地下水从四周及上、下向降落漏斗中心迁移，中深层承压水的水化学特征受补给水的影响，发生复杂的水岩相互作用及离子交换，金属离子的含量逐步升高且氧化还原环境的变化而使地下水水质发生变化，个别常规成分超标。

4 结语

(1)研究区地下水环境整体较好，偏硅酸较高，适合生产生活用水，尤其是火山岩孔洞裂隙水和中深层承压水，近地表近海岸浅层水-微承压水受自然因素及人类活动影响较大，局部地区个别常规含量超标而不适宜饮用；

(2)研究区地下水多呈弱碱性，浅层-微承压水呈弱酸—中性，TDS、NO3-含量变化趋势与pH值相关性较强，TDS整体不高，但个别点的NO3-、NO2-、总Fe、Mn、Al、As含量也达到四类水标准。另外，研究区地下水化学类型以HCO3-Na型、HCO3-Mg·Ca型、HCO3·Cl- Ca·Na型为主，少量为Cl-Na型、SO4·Cl- Ca·Na型；

(3)研究区内地下水降落漏斗的形成，加速了承压地下水的水力循环，一方面作为补给中深层承压水的偏酸性浅层-微承压水向下越流，改变了原有的氧化还原环境，促使更多的离子发生交换，从而析出；另一方面加速了中深层的水岩相互作用，HCO3-的高含量增强了离子的迁移；

(4)研究区内台地之间的低洼处为短促河流水系所经之处，干旱河流水位降低后极易遭受海水入侵，容易导致近岸滨海区域的地下水Cl-逐渐升高；