海南岛琼北盆地孔隙承压水水化学特征及水质评价*

樊连杰 邹胜章 卢 丽 刘锋平 林永生 朱丹尼 周长松

(1.中国地质科学院岩溶地质研究所，广西岩溶资源环境工程技术研究中心，广西 桂林 541004；2.生态环境部环境规划院，北京 100012)

地下水是水资源的重要组成部分，在保障我国城乡居民生活用水、支持社会经济发展、维持生态平衡等方面具有十分重要的作用[1-4]。相对地表水，地下水具有水量相对稳定、不易受污染等特点[5-7]。海南岛琼北盆地地下水资源丰富，地下水是该地区重要的饮用水源，特别是在乡镇和农村地区，地下水甚至是唯一供水水源[8-10]。琼北盆地地下水类型主要有第四系松散岩类孔隙潜水、火山岩潜水和上第三系松散固结岩类孔隙承压水；潜水水质受地表环境直接影响较大，且水量受降雨影响动态变化较大，在保障生活和生产用水方面具有一定局限性，目前该类型地下水的开发利用已经相对较少。现阶段琼北盆地通过机井方式开采孔隙承压含水层地下水，由于长期超量开采，该地区承压水水位下降，部分区域形成地下水位降落漏斗，而地下水位下降会导致水质恶化、海水入侵和地面沉降等环境地质问题。随着海南自由贸易试验区和国际旅游岛建设的不断推进，海南岛地下水环境状况受到人们越来越多的关注，海南岛琼北盆地分布有海口、洋浦经济开发区等重要经济体，人口密集、社会经济发展快速，旅游业、农业及工业的快速发展对该地区地下水环境状况造成一定威胁[11-13]。

目前关于海南岛地下水的研究主要集中在橡胶种植区[14-15]、西南部滨海地带、南部沿海、地热田等局部小范围[16-21]，且在研究过程中并未考虑地下水含水层类型，缺乏针对区域性重要含水层地下水水化学特征和水质方面的系统性研究。本研究通过在枯水期对海南岛琼北盆地孔隙承压水采样分析测试，运用数理统计、图解法和离子比值等方法，结合水文地球化学理论对该地区地下水进行系统分析，研究了其地下水水化学特征及主要控制因素，揭示了该地区自然过程和人类活动对区域地下水环境的影响，为该地区地下水资源保护与开发利用提供重要的科学依据。

1 研究区概况

研究区地处海南岛北部、西北部滨海平原和火山岩台地，北濒琼州海峡，与雷州半岛隔海相望，西临北部湾，包括海口、澄迈、临高和儋州等4个县市的部分地区和整个洋浦经济开发区，面积约4 580 km2。地理坐标为19°36′57″N～20°5′10″N，109°5′46″E～110°39′36″E。属于热带海洋季风气候，春季温暖少雨多旱，夏季高温多雨，秋季多台风暴雨。年平均气温23.6 ℃，年无霜期346 d，终年无冰雪。多年平均降水量1 737 mm，多年平均蒸发量1 807 m。地势平缓，地形呈波状起伏，总体呈南高北低，海拔一般在100 m以下。根据地貌成因和形态特征，海南岛琼北盆地可分为山前剥蚀堆积波状平原、火山岩台地、河流侵蚀堆积平原和滨海堆积平原等4个大区。研究区位于雷琼盆地南缘，东起海口东寨港，东西向的王五—文教深大断裂为研究区的南部边界，琼州海峡为研究区北部和西部边界，内部受东北向临高断裂和西北向马袅断裂、颜春岭—道崖断裂和荣山—岭南断裂的切割，北临琼州海峡。地表出露地层有白垩系鹿母湾组，新近系上新统海口组，第四系更新统秀英组、多文组、北海组、道堂组、石山组，第四系全新统石山组、琼山组、烟墩组；隐伏分布古近系长流组、流沙港组、涠洲组，新近系下洋组、角尾组、灯角楼组和海口组。地下水按赋存压力状况可分为潜水和承压水两大类，分别赋存于火山喷发岩、第四纪松散层和第三纪沉积的半固结-固结岩层中。研究区基底和边缘的白垩纪碎屑岩、部分寒武纪变质岩和中生代岩浆岩赋水透水性差，为系统的隔水底板。新第三纪以来，研究区仍位于凹陷区，处于海侵状态，沉积了一套半固结、固结、松散碎屑岩及黏土，构成一套多层组、各层组间有弱透水层存在且有一定水力联系的孔隙承压含水系统[22-24]。

2 样品采集与分析方法

图1 研究区地下水采样点分布

3 结果与讨论

3.1 地下水水化学特征

表1 研究区地下水水化学参数统计1)

注：图中的数值为毫克当量(以 1 mg H作为参照)百分数。

3.2 地下水水化学特征的主要控制因素

多元统计方法可用于识别地下水水化学特征形成与演化过程。相关性分析可以对多组变量元素进行分析，反映离子之间相关程度，相关系数绝对值越接近1，相关性越大[26]。研究区地下水水化学特征因子分析结果见表2，相关性分析见表3。

表2 研究区地下水水化学特征因子载荷和共同度

表3 地下水各组分间的相关系数1)

注：Na+/(Na++Ca2+)和均为摩尔比。

注：与Ca2+/Na+均为摩尔比。

通常认为Na+和K+来源与大气降雨、硅酸盐矿物和蒸发岩类矿物溶解有关，Na+和Cl-毫克当量浓度可用来反映地下水中Na+和K+的来源。海水和大气降水的Na+和Cl-毫克当量浓度比值为0.86，在未受人类活动影响条件下，地下水中Na+和Cl-毫克当量浓度比值等于或接近于1时，一般认为岩盐溶解是地下水中Na+和Cl-的主要来源[32]。由图5(a)可见，研究区地下水采样点大部分分布于1∶1当量线附近，但仍有部分采样点在1∶1当量线之上，说明研究区地下水中除蒸发岩和硅酸盐岩对地下水中Na+和K+的来源有主要贡献外，可能还受到阳离子交替吸附作用影响，使得Na+和K+含量高于Cl-含量。

图5 研究区地下水主要离子关系

3.3 地下水水质评价

按照《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)，根据水样分析测试结果对研究区内地下水质量进行综合评价，结果见表4。地下水质量综合评价是按单指标评价结果最差的类别确定水质类型。研究区40个地下水采样点中，Ⅱ类水点有6个，占15.0%，该类水可适用于各种用途；Ⅲ类水点有18个，占45.0%，该类水主要适用于集中式生活饮用水水源和工农业用水；Ⅳ类水点有11个，占27.5%，超标因子有Mn、pH、Pb、Zn、As，该类水适用于农业和部分工业用水，适当处理后可作为生活饮用水；Ⅴ类水点有5个，占12.5%，超标因子有Al、Hg、pH，该类水不宜作为生活饮用水水源。

表4 地下水水质评价统计结果

图6 地下水水质分布

4 结 论

(2) 海南岛琼北盆地地下水水化学特征主要受水岩作用过程的矿物溶解影响，其中以硅酸盐矿物的溶解为主，蒸发岩和碳酸盐矿物的风化溶解也有一定的贡献，大气降雨和蒸发浓缩的影响不明显。Na+和K+的来源主要是蒸发岩和硅酸盐岩，Ca2+和Mg2+主要来源于碳酸盐矿物的溶解。

(3) 海南岛琼北盆地地下水水质以Ⅲ类水为主，Ⅱ类和Ⅲ类水占比合计为60%，总体水质较好，Ⅳ类和Ⅴ类水主要分布在地下水径流区和排泄区，以滨海排泄区为主，Ⅳ类和Ⅴ类水的超标因子均含pH，且地下水酸化，超标因子Al和Mn与地质背景有关。