宋希利，宋鵬，時(shí)彥芳，耿祥峰

(1．山東省地礦工程勘察院,山東 濟(jì)南 250013；2．石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院研究生院，河北 石家莊 050031)

海水入侵在中國(guó)沿海普遍存在，其中山東、遼寧尤為嚴(yán)重，一方面給社會(huì)生產(chǎn)、人民生活造成了嚴(yán)重影響，同時(shí)也制約了沿海地區(qū)的后續(xù)發(fā)展，另一方面海水入侵的結(jié)果也為沿海養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。海水入侵一般是指海水滲入沿海地區(qū)地下含水層的現(xiàn)象。有些地區(qū)海水向內(nèi)地滲入的范圍較大，而且具有較大的深度，沿海養(yǎng)殖業(yè)就是需要一定深度上溫度相對(duì)穩(wěn)定或較高的海水，由于某些地區(qū)深部海水的溫度基本不受季節(jié)影響而保持穩(wěn)定，極有利于海產(chǎn)品的生長(zhǎng)和穩(wěn)產(chǎn)。海水入侵不僅僅有其不利因素而且也有可利用的方面，因而研究海水入侵的空間分布特征是必要而且是非常有價(jià)值的。為此，在山東煙臺(tái)大季家地區(qū)采用高密度電法和可控源音頻大地電磁(CSAMT)2種方法對(duì)海水入侵的平面位置及垂向特征進(jìn)行了探討，高密度電法資料對(duì)淺部咸淡水界面反映明顯，而CSAMT法二維反演ρa(bǔ)等值線(xiàn)擬斷面可以較客觀(guān)地反映深部海水入侵及巖石破碎特征，進(jìn)而尋找海水入侵區(qū)的富水地段，為研究沿海地區(qū)海水入侵特征積累了經(jīng)驗(yàn)，為沿海養(yǎng)殖業(yè)的增產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保提供了有益的幫助。

1 區(qū)域地質(zhì)及地球物理特征

1．1 區(qū)域地質(zhì)特征

1．1．1 地層

區(qū)內(nèi)地層屬于華北地層區(qū)魯東地層分區(qū)。區(qū)域地層以缺失古生代地層為特征，膠東巖群分布較廣，有蓬夼組、魯家夼組、馬格村組和王官莊組，主要巖性為斜長(zhǎng)角閃巖、黑云變粒巖、黑云母片巖夾含石英大理巖、片麻巖及片巖；新元古代粉子山群亦較發(fā)育，有祝家夼組、張格村組、巨屯組、崗崳組、芝罘組，主要巖性為長(zhǎng)石石英巖、黑云變粒巖、黑云片巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、大理巖、斜長(zhǎng)角閃巖、片巖、石英巖；新元古代蓬萊群亦有分布，有豹山口組、輔子夼組、南莊組、香夼組，主要巖性為板巖、千枚巖、石英巖、大理巖及灰?guī)r；中生界分布零星，為火山巖及火山碎屑巖；新生界分布于沿海一帶和谷地中間，主要為殘積坡積層、洪積坡積層、沖積洪積層、海積層、沖積層組成，巖性為粘質(zhì)砂土或砂質(zhì)粘土、中細(xì)砂層、中粗砂夾卵礫石(圖1)。

1．1．2 巖漿巖

分布有印支期玲瓏花崗巖、燕山早期似斑狀石英二長(zhǎng)巖、燕山晚期似斑狀花崗閃長(zhǎng)巖及石英閃長(zhǎng)玢巖。

1．2 地球物理特征

由于影響巖石電阻率的因素眾多，因此，自然環(huán)境下某種巖石的電阻率并非某一特定值，而是隨特定環(huán)境下巖石孔隙中的含水量、鹽度、溫度、深度壓力及礦物結(jié)構(gòu)等在一定的范圍內(nèi)變化。

圖1 工作區(qū)區(qū)域地質(zhì)略圖

根據(jù)區(qū)域電性資料，粉子山群中的白云石大理巖、大理巖、斜長(zhǎng)片麻巖、長(zhǎng)石石英巖等視電阻率較高，一般變化范圍500～5000Ω·m，完整巖石的視電阻率最高，破碎、含水地段視電阻率不同程度降低。在有海水入侵情況下，巖石破碎且充水，其電阻率明顯降低；黑云片巖、二云片巖等視電阻率較低，一般變化范圍300～2000Ω·m，完整巖石的視電阻率最高；第四系視電阻率較低，一般變化范圍為15～100Ω·m，有砂層、砂礫石層存在的地段電阻率較高，粘土類(lèi)地層電阻率較低，在有海水入侵地段視電阻率明顯降低，一般變化范圍為5～20Ω·m，位于靠近海岸線(xiàn)地帶，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)山東沿海咸水區(qū)域視電阻率一般小于10Ω·m。

2 方法選擇

根據(jù)工作目的任務(wù)及施工條件，選用了高密度電阻率法和可控源音頻大地電磁(CSAMT)法，前者主要用于探測(cè)淺部海水入侵界面，由于其獲得的信息量大、測(cè)量誤差小，可以較真實(shí)反映地下巖石電阻率的變化特征，由此用來(lái)準(zhǔn)確劃分海水入侵界面；后者主要利用其探測(cè)深度大、精度高[1-3]的特點(diǎn)來(lái)研究深部海水入侵界面與巖性變化特征。

3 儀器與參數(shù)選擇

3．1 CSAMT法使用儀器與參數(shù)選擇

3．1.1 使用儀器

工作中使用了加拿大鳳凰地球物理有限公司研制開(kāi)發(fā)的最新一代V8-6R多功能電法系統(tǒng)，是目前國(guó)內(nèi)外使用的最先進(jìn)的電磁勘探設(shè)備之一。

3．1.2 參數(shù)選擇

在CSAMT法野外工作中，采用赤道偶極測(cè)量裝置，一般觀(guān)測(cè)區(qū)域布置在以發(fā)射偶極AB形成的60°角的一個(gè)梯形面積內(nèi)[1-2，4]，該次野外工作采取把測(cè)線(xiàn)布置在以AB為邊的矩形面積內(nèi)，以保證測(cè)量區(qū)域有足夠大的信號(hào)強(qiáng)度。發(fā)射電偶極距AB=1800m，接受電偶極距MN=50m，收發(fā)距R=8000m，點(diǎn)距50m，測(cè)量頻率范圍為0.125～7680Hz。施工過(guò)程中保持12個(gè)不極化電極的接地電阻均小于500Ω，低頻發(fā)射電流控制在18A，這樣既抑制了工業(yè)電流和地表人為設(shè)施的干擾，又保證了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠[1-2]。

3．2 高密度電法使用儀器與參數(shù)選擇

3．2.1 使用儀器

使用儀器為重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WDA-1型超級(jí)數(shù)字直流電法儀，該儀器是集全中文掌上電腦、藍(lán)牙、24位A/D、大功率控制等當(dāng)今最新電子技術(shù)研制的新一代數(shù)字直流電法儀器，主要技術(shù)指標(biāo)及功能領(lǐng)先于當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類(lèi)儀器，在各種野外復(fù)雜環(huán)境下能更好地工作。廣泛應(yīng)用于金屬與非金屬礦產(chǎn)資源勘探、城市物探、鐵道橋梁勘探等方面，亦用于尋找地下水、確定水庫(kù)壩基和防洪大堤隱患位置等水文、工程地質(zhì)勘探中，還能用于地?zé)峥碧健?/p>

3．2.2 參數(shù)選擇

高密度電法在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，可選擇的電極系裝置較多,不同的裝置決定著不同的電極排列方式。裝置的選擇本著方法有效、操作簡(jiǎn)單、環(huán)境影響小、投入人員少和經(jīng)濟(jì)快速的原則[4-6]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件選用溫納裝置，電極間距10m，共布設(shè)60根電極。

4 典型剖面資料解釋

在調(diào)查區(qū)附近近垂直于海岸線(xiàn)方向布設(shè)2條剖面，分別進(jìn)行高密度電法和CSAMT測(cè)量，每條剖面長(zhǎng)600m；在調(diào)查區(qū)內(nèi)近平行于海岸線(xiàn)方向布設(shè)4條CSAMT剖面，以了解垂向上電性變化及巖層局部破碎特征。經(jīng)過(guò)對(duì)兩種方法采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和二維反演數(shù)據(jù)繪制了各剖面的ρa(bǔ)等值線(xiàn)斷面圖，并對(duì)資料進(jìn)行綜合解釋后確定了平面上海水入侵的界線(xiàn)，并探討了剖面上海水入侵范圍內(nèi)巖石破碎、含水特性，尋找海水入侵區(qū)的富水地段，為沿海養(yǎng)殖業(yè)利用恒溫或較高溫度的海水提供基礎(chǔ)資料。

以近垂直于海岸線(xiàn)方向布設(shè)的2剖面為例，具體解釋如下：

圖2為2剖面綜合剖面圖，剖面北方向?yàn)椴澈！Ｓ筛呙芏入姺é補(bǔ)等值線(xiàn)斷面、CSAMTρa(bǔ)等值線(xiàn)斷面都可看出在垂向上都有一個(gè)明顯的高、低阻分界線(xiàn)，高阻一側(cè)等值線(xiàn)密集，低阻一側(cè)等值線(xiàn)稀疏，界面位置梯級(jí)特征明顯。結(jié)合地質(zhì)、水文地質(zhì)特征推測(cè)該界線(xiàn)為海水入侵界線(xiàn)。高密度斷面較準(zhǔn)確地反映淺部海水入侵特征，ρa(bǔ)=30Ω·m等值線(xiàn)位置推測(cè)為界面位置，為一斜線(xiàn)，對(duì)應(yīng)地表在350m處，深部向北偏移，且向北即海邊方向ρa(bǔ)值逐漸降低，說(shuō)明地下水含鹽量增大、礦化度變高，地下水越來(lái)越接近海水；CSAMT二維反演斷面較真實(shí)地反映淺、深部海水入侵特征，ρa(bǔ)=400Ω·m等值線(xiàn)位置推測(cè)為界面位置，呈不規(guī)則形態(tài)，對(duì)應(yīng)地表在535m處。在海水入侵區(qū)域，垂向電性特征具一定的規(guī)律性，經(jīng)分析由淺至深以ρa(bǔ)值大小可劃分為3個(gè)區(qū)域即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ：Ⅰ區(qū)ρa(bǔ)≤100Ω·m；h<200m；Ⅱ區(qū)ρa(bǔ)≤200Ω·m；h=200～1000m；Ⅲ區(qū)ρa(bǔ)=200～400Ω·m，h=1000～1600m。對(duì)3個(gè)區(qū)域的劃分說(shuō)明了海水入侵程度在正常情況下由淺至深逐漸減弱。在Ⅰ區(qū)ρa(bǔ)≤100Ω·m，為低阻區(qū)間，推測(cè)該區(qū)域巖石相對(duì)破碎，有利于海水的富集，是淺部相對(duì)富水區(qū)。在Ⅱ區(qū)中有2個(gè)ρa(bǔ)≤100Ω·m的低阻閉合圈，推測(cè)該區(qū)域巖石相對(duì)破碎，應(yīng)相對(duì)富水，是布置較深鉆孔的有利位置。

圖2 物2線(xiàn)綜合剖面圖

經(jīng)調(diào)查區(qū)附近同類(lèi)地層鉆探深度90m水井抽水結(jié)果證明，60～80m巖石破碎，為主要含水層，涌水量80m3/h，含鹽量與海水接近，水溫15℃且不受季節(jié)影響。

5 結(jié)論

(1)研究沿海地區(qū)海水入侵界線(xiàn)具雙重意義，一是其危害作用，海水入侵到陸地后使地下水礦化度變高，給社會(huì)生產(chǎn)、人民生活、后續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重影響；二是其積極的一面，海水入侵的結(jié)果為沿海養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇，沿海養(yǎng)殖需要溫度相對(duì)穩(wěn)定或較高的深部含水層的海水，既有利于海產(chǎn)品的生長(zhǎng)、穩(wěn)產(chǎn)又能節(jié)約能源，還具生態(tài)環(huán)保效能。

(2)在海水入侵區(qū)域，該地區(qū)剖面電性特征具一定的規(guī)律性，其電阻率由淺至深逐漸增大，說(shuō)明海水入侵程度在正常情況下由淺至深逐漸減弱，當(dāng)?shù)叵聨r石裂隙發(fā)育或較破碎時(shí)，海水極易入侵，形成海水的相對(duì)富集區(qū)域。

(3)利用高密度電法視電阻率反演斷面能夠準(zhǔn)確地推測(cè)淺部海水入侵界線(xiàn)及侵入特征，尋找淺部海水相對(duì)富集部位，可以為布置深度200m以?xún)?nèi)的淺井選定靶區(qū)。

(4)CSAMT二維反演斷面圖，能夠較真實(shí)反映海水由淺至深的入侵特征，推測(cè)不同深度上巖石破碎及含水特性，有利于圈定深部海水富集地段，為開(kāi)發(fā)利用深部溫度穩(wěn)定且較高的海水提供了科學(xué)依據(jù)。

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