高兵艷　彭文泉　胡彩萍　王濤　宋津宇　左含月　董娜

摘 要：濟(jì)南巖體是山東省中部典型的中生代地質(zhì)體，其周邊裂隙巖溶水發(fā)育，查明濟(jì)南巖體周邊裂隙巖溶水水化學(xué)特征及主要離子來源，對裂隙巖溶水的開發(fā)利用具有重要意義。以濟(jì)南巖體周邊裂隙巖溶水為研究對象，通過研究地層巖性、裂隙巖溶發(fā)育特征、主要離子含量及變化特征、水化學(xué)類型等，利用Pearson相關(guān)性分析、Gibbs圖解、主要離子比例分析、Mg/Ca摩爾比分析等方法推斷離子來源。研究發(fā)現(xiàn)：區(qū)內(nèi)裂隙巖溶水中Ca2+、Mg2+、Na+、SO4 2-、Cl-、TDS含量，從巖體南、東、西3側(cè)至齊河—天橋一帶，再到桃園—鴨旺口一帶，為逐漸增加的趨勢，HCO3 -變化趨勢與之相反；水化學(xué)類型有5種，存在由巖體南側(cè)HCO3-Ca型，至東、西2側(cè)的HCO3-Ca·Mg型，到齊河—天橋一帶的SO4-Ca型，再到桃園—鴨旺口一帶的SO4·Cl—Na·Ca型不斷溶濾的變化趨勢；巖體南、東、西3側(cè)離子主要來源水巖作用的方解石和白云石溶濾，北側(cè)齊河—天橋一帶和桃園-鴨旺口一帶離子主要來源于蒸發(fā)巖溶解。

關(guān)鍵詞：裂隙巖溶水；水化學(xué)；離子來源；濟(jì)南巖體

Hydrochemical characteristics and ion sources of karst water in fissures around Jinan rock mass

GAO Bingyan1，2， PENG Wenquan1，2， HU Caiping3， WANG Tao1，2， SONG Jinyu1，2， ZUO Hanyue4， DONG Na1，2

（1.No.1 Institute of Geology and Mineral Resources of Shandong Province， Jinan 250110， Shandong， China；

2.Shandong Engineering Laboratory for High-Grade Iron Ore Exploration and Exploitation， Jinan 250110， Shandong， China；

3.No.801 hydrogeological Engineering Geological Brigade of Shandong Provincial Exploration Bureau of Geology and Mineral Resources， Jinan 250100， Shandong， China；4.Hebei Geo University， Shijiazhuang 050031， Hebei， China）

Abstract： Jinan rock mass is a typically Mesozoic geological body in the central part of Shandong Province， and its surrounding fissure karst water is well developed. It is of great significance to find out the hydrochemical characteristics and main ion sources of the fissure karst water around Jinan rock mass. This paper takes the fissure karst water around Jinan rock mass as the research object. By studying the formation lithology， the development characteristics of fissure karst， the content and variation characteristics of main ions， and the hydrochemical types， the origin of ions was inferred by Pearson correlation analysis， Gibbs diagram， main ion ratio analysis， Mg/Ca mole- ratio analysis and other methods. The results show that： Ca2+， Mg2+， Na+， SO4 2-， Cl- and TDS increase from the south， east and west sides of the rock mass to Qihe-Tianqiao area and then to Taoyuan-Yawangkou area， while the change trend of HCO3 - is the opposite. There are five hydrochem-ical types， including HCO3-Ca type on the south side of the rock mass， HCO3-Ca·Mg type on the east and west side， SO4-Ca type on the Qihe-Tianqiao area， with the variation trend of SO4·Cl - Na·Ca type continuously leaching in Taoyuan-Yawangkou area. In the south， east and west of the rock mass， the ions mainly come from the dissolution of calcite and dolomite by water-rock interaction. In the north， the ions mainly come from the dissolution of evaporative karst in Qihe-Tianqiao area and Taoyuan-Yawangkou area.

Keywords： fractured karst water; water chemistry; ion source; Jinan rock mass

濟(jì)南輝長巖體又稱濟(jì)南巖體，是山東省中部典型的中生代地質(zhì)體，形成于130 Ma前的早白堊世（Huang et al.，2006；楊承海等，2005；李全忠等，2007；丁相禮等，2016；鐘軍偉等，2012；湯立成等，1990），濟(jì)南巖體周邊裂隙巖溶水發(fā)育，以往研究主要集中在濟(jì)南泉群的形成和濟(jì)北地?zé)崽锏某梢蚣靶纬蓹C(jī)理等方面（康鳳新等，2020；李常鎖等，2018；胡彩萍等，2019；尚宇寧等，2012；趙玉祥等，2009；李常鎖等，2008；隋海波等，2017；楊麗芝等，2016；侯新文等，2014；孫斌等，2014；邢立亭等，2017），未將冷、熱裂隙巖溶水綜合起來系統(tǒng)分析。本文以濟(jì)南巖體附近地層發(fā)育特征、裂隙巖溶發(fā)育特征、裂隙巖溶水水化學(xué)特征為研究重點(diǎn)，分析裂隙巖溶水中主要離子含量變化特征和富集規(guī)律，利用不同的方法探尋裂隙巖溶水循環(huán)過程及離子來源。

1? 地質(zhì)背景

1.1? 地層

濟(jì)南巖體周邊地層主要為古生代寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、中生代白堊系、新生代新近系和第四系。古生代地層整體呈北傾單斜覆蓋于新生代地層之下，寒武系巖性由灰綠色、紫色、紫紅色泥巖、頁巖，灰?guī)r、泥灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等組成；奧陶系巖性為灰—深灰色厚層微晶灰?guī)r、灰色厚層云斑微晶灰?guī)r、灰色中厚層泥晶灰?guī)r、含燧石結(jié)核灰?guī)r、灰—深灰色厚層泥—細(xì)晶灰?guī)r、黃灰色薄—中厚層微晶白云巖、角礫狀白云巖、泥晶白云巖等；石炭系巖性為鋁、鐵質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、灰?guī)r及煤層；二疊系巖性為粉砂巖、砂巖、泥巖、黏土巖等；白堊系巖性為玄武巖、玄武安山巖、安山巖夾集塊角礫巖及凝灰?guī)r；新近系巖性為砂礫巖、黏土巖、細(xì)砂巖；第四系巖性由粉砂質(zhì)黏土、黏土、粉砂、細(xì)砂、中細(xì)粒砂層、淤泥層組成。

1.2? 構(gòu)造

研究區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，斷裂主要為北西向和北東向2組，北西向斷裂有石屯斷裂、桑梓店斷裂、千佛山斷裂、石廟斷裂、東車王斷裂、東塢斷裂，北東向斷裂有廟廊焦斌斷裂、孫耿斷裂、濟(jì)陽黃臺斷裂、臥牛山斷裂、歷城斷裂、大田莊斷裂、港溝斷裂。多條北西向斷裂和3條北東向斷裂延伸至濟(jì)南巖體內(nèi)，將巖體局部錯斷或切割（圖1）。

1.3? 巖漿巖

濟(jì)南巖體是研究區(qū)內(nèi)最大的巖漿巖侵入體，也是華北克拉通東部魯西地區(qū)中—基性侵入巖的一個典型代表。巖漿主要侵位于寒—奧陶系，東北部侵入石炭—二疊系；巖體露頭零星出露，主要有匡山、無影山、金牛山、馬鞍山、鳳凰山、藥山、華山、臥牛山、鵲山、標(biāo)山等。巖主體呈EW向展布，長約45 km，寬約20 km，呈“巖蓋”狀覆蓋或侵位于碳酸鹽巖之中。

濟(jì)南巖體巖石類型為基性巖—中性巖，以發(fā)育基性巖—輝長巖為主要特征。區(qū)內(nèi)發(fā)育濟(jì)南序列的無影山單元、藥山單元、金牛山單元、燕翅山單元、馬鞍山單元（表1）。

2? 含水巖組

根據(jù)含水介質(zhì)的巖性組合特征、地下水的埋藏分布條件和地下水的賦存特征，將研究區(qū)內(nèi)的含水巖組劃分為松散巖類孔隙水含水巖組、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水含水巖組和巖漿巖裂隙水含水巖組3類。

2.1? 松散巖類孔隙水含水巖組

松散巖類孔隙水含水巖組主要分布在黃河以北地區(qū)及研究區(qū)的山區(qū)河谷和山前河流沖洪積平原。沿黃河地帶及黃河以北的沖積平原區(qū)，含水層為多層結(jié)構(gòu)，單層厚度較小，巖性為粉砂、粉細(xì)砂。含水層透水性差，單井出水量一般小于200 m3·d-1。

山區(qū)河谷內(nèi)含水層呈帶狀分布，含水層巖性以礫石、砂為主，厚度5～15 m，局部達(dá)30 m，地下水位隨季節(jié)變化，單井出水量50～300 m3·d-1。山前河流沖洪積平原地區(qū)，含水層巖性為中粗砂、礫石夾黏土，厚度15～30 m，單井出水量500～2 000 m3·d-1，富水性較好。

研究區(qū)南部孔隙水與巖溶水局部地段存在水力聯(lián)系，具有互補(bǔ)關(guān)系。大氣降水入滲補(bǔ)給為主要來源，總體徑流方向由南向北，主要排泄途徑是農(nóng)業(yè)開采。

2.2? 碳酸鹽巖類裂隙巖溶水含水巖組

碳酸鹽巖類裂隙巖溶水含水巖組在區(qū)內(nèi)分布廣、水量大、水質(zhì)好，主要為工農(nóng)業(yè)供水及生活水源。

含水巖層由寒武－奧陶系灰?guī)r組成，巖性為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、豹皮灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、大理巖等，巖溶、裂隙發(fā)育且彼此連通，導(dǎo)水性強(qiáng)，有利于地下水的補(bǔ)給、徑流和富集。

研究區(qū)主要位于濟(jì)南單斜構(gòu)造及前緣附近，碳酸鹽巖多被第四系所覆蓋，是巖溶水的富集帶、排泄區(qū)。

區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖巖溶裂隙發(fā)育、含水豐富，地下水具有承壓性質(zhì)，水位埋藏淺，在巖體周邊多形成自流水井。單井出水量為1 000～5 000 m3·d-1，局部地區(qū)大于10 000 m3·d-1。

2.3? 巖漿巖裂隙水含水巖組

主要分布于濟(jì)南巖體的裸露區(qū)和淺埋區(qū)，含水巖層以輝長巖為主。地下水賦存于巖漿巖風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙中，風(fēng)化帶厚度一般小于30 m。由于裂隙不均，故富水性極差且不均勻，單孔出水量一般小于100 m3·d-1。

3? 裂隙巖溶發(fā)育特征

研究區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖類裂隙巖溶水含水巖層巖性以奧陶系厚層石灰?guī)r為主，其間夾有泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等，在巖體接觸帶附近發(fā)育有大理巖。碳酸鹽巖淺埋區(qū)巖溶較為發(fā)育，隨著埋藏深度的增加發(fā)育程度逐漸變?nèi)酰踔敛话l(fā)育。區(qū)內(nèi)東北部LR5揭露碳酸鹽巖頂板埋深537.20 m，在545.00～580.00 m巖性主要為灰色灰?guī)r，性脆，堅(jiān)硬，局部夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r，巖溶裂隙發(fā)育；580.00 m以深巖性復(fù)雜，發(fā)育有灰白色泥質(zhì)灰?guī)r、炭色或灰綠色輝長巖、灰白色大理巖、灰色灰?guī)r，其中699.45～704.15 m、716.50～738.64 m兩段的大理巖見有溶孔，含水層滲透系數(shù)0.745～4.75 m·d-1，導(dǎo)水系數(shù)73.47～640.16 m2·d-1。區(qū)內(nèi)西北部焦斌一帶的QR1揭露奧陶紀(jì)灰?guī)r頂板埋深1 306.53 m，巖性以青灰色厚層質(zhì)純灰?guī)r為主，其次為淺灰色白云質(zhì)灰?guī)r，局部夾有泥灰?guī)r；在1 371.00～1 380.00 m和1 497.00～1 503.00 m巖溶發(fā)育程度較高，鉆探時出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，裂隙率為4％～7％，含水層滲透系數(shù)0.612～5.75 m·d-1，導(dǎo)水系數(shù)150～767.29 m2·d-1。

4? 裂隙巖溶水水化學(xué)特征

4.1? 主要離子含量

區(qū)內(nèi)裂隙巖溶地下水中陽離子以Ca2+、Mg2+、Na+為主，陰離子以HCO_3^-、SO_4^（2-）、Cl-為主。

Ca2+含量變化較大，在濟(jì)南巖體東、西側(cè)及南側(cè)較低，一般小于100 mg·L-1，趵突泉泉群最值高（水樣點(diǎn)編號：HHQ）為118.90 mg·L-1，平均含量為79.95 mg·L-1；在巖體西北和北側(cè)齊河—天橋區(qū)一帶，Ca2+含量為134.25～669.24 mg·L-1，平均含量為477.99 mg·L-1，該側(cè)平均含量是東、西、南3側(cè)平均含量的6.01倍；在巖體東北桃園—鴨旺口一帶Ca2+含量為739.42～875.16 mg·L-1，平均含量為813.00 mg·L-1，東北側(cè)平均含量是東、西、南3側(cè)平均含量的10.29倍。整體來看，南、東、西3側(cè)Ca2+含量相近，到巖體北側(cè)Ca2+平均含量升高6倍，巖體東北側(cè)高達(dá)10余倍，Ca2+含量呈現(xiàn)由南向北、由西向東增加的趨勢（表2）。

Mg2+含量在濟(jì)南巖體東側(cè)、西側(cè)及南側(cè)較低，為13.18～26.64 mg·L-1，平均含量為21.36 mg·L-1；在巖體西北側(cè)和北側(cè)齊河—天橋區(qū)一帶，Mg2+含量為51.81～138.07 mg·L-1，平均含量為103.03 mg·L-1，該側(cè)平均含量是東、西、南3側(cè)平均含量的4.82倍；在巖體東北桃園—鴨旺口一帶Mg2+含量為143.40～170.74 mg·L-1，平均含量為151.85 mg·L-1，該側(cè)平均含量是東、西、南3 側(cè)平均含量的7.11倍。Mg2+離子含量變化規(guī)律與Ca2+含量變化規(guī)律相似，增加倍數(shù)相近，推測2種離子可能同源。

Na+含量在濟(jì)南巖體東側(cè)、西側(cè)及南側(cè)較低，為4.45～28.47 mg·L-1，平均含量為14.62 mg·L-1；在巖體西北側(cè)和北側(cè)齊河—天橋區(qū)一帶，Na+含量為100.24～ 244.76 mg·L-1，平均含量為148.43 mg·L-1，該側(cè)平均含量是東、西、南3側(cè)平均含量的10.15倍；在巖體東北桃園—鴨旺口一帶Na+含量為704.98～1 424.35 mg·L-1，平均含量為1 105.80 mg·L-1，該側(cè)平均含量是東、西、南3側(cè)平均含量的75.64倍。與Ca2+、 Mg2+含量變化規(guī)律相似，但從齊河—天橋區(qū)一帶到桃園—鴨旺口一帶增大倍數(shù)相差較大。

K+含量在濟(jì)南巖體東側(cè)、西側(cè)及南側(cè)較低，為0.31～2.95 mg·L-1，平均含量為1.07 mg·L-1；在巖體西北側(cè)和北側(cè)齊河—天橋區(qū)一帶，K+含量為9.32～20.38 mg·L-1，平均含量為15.37 mg·L-1，該側(cè)平均含量是東、西、南3側(cè)平均含量的14.36倍；在巖體東北桃園—鴨旺口一帶K+含量為34.63～71.25 mg·L-1，平均含量為55.39 mg·L-1，該側(cè)平均含量是東、西、南3側(cè)平均含量的51.77倍。與Ca2+、Mg2+含量變化規(guī)律相似，增大倍數(shù)與Na+離子相近。

HCO_3^-含量在濟(jì)南巖體東側(cè)、西側(cè)及南側(cè)為59.76～324.09 mg·L-1，平均含量為225.86 mg·L-1；在巖體西北側(cè)和北側(cè)齊河—天橋區(qū)一帶，HCO3-含量為173.42～254.54 mg·L-1，平均含量為200.24 mg·L-1，該側(cè)平均含量是東、西、南3側(cè)平均含量的0.89倍；在巖體東北桃園—鴨旺口一帶HCO3-含量為100.46～171.51 mg·L-1，平均含量為171.51 mg·L-1，該側(cè)平均含量是東、西、南3 側(cè)平均含量的0.76倍。整體來看，HCO_3^-含量從巖體東、西、南3側(cè)向西北側(cè)、東北側(cè)呈減小的趨勢，但減小的量不大，趨勢不明顯。

Cl-含量在濟(jì)南巖體東側(cè)、西側(cè)及南側(cè)較低，為10.26～55.61 mg·L-1，平均含量為25.26 mg·L-1；在巖體西北側(cè)和北側(cè)齊河—天橋區(qū)一帶，Cl-含量為81.81～350.29 mg·L-1，平均含量為166.79 mg·L-1，該側(cè)平均含量是東、西、南3側(cè)平均含量的6.58倍；在巖體東北桃園—鴨旺口一帶Cl-含量為1 296.62～2 476.23 mg·L-1，平均含量為1 921.94 mg·L-1，該側(cè)平均含量是東、西、南3側(cè)平均含量的75.79倍。與Na+含量變化規(guī)律相近，增加倍數(shù)相似，推測2種離子可能同源，來源于巖鹽溶解。

SO_4^2-含量在濟(jì)南巖體東側(cè)、西側(cè)及南側(cè)較低，為15.90～94.91 mg·L-1，平均含量為47.28 mg·L-1；在巖體西北側(cè)和北側(cè)齊河—天橋區(qū)一帶，SO_4^2-含量為439.58～2 061.74 mg·L-1，平均含量為1 479.54 mg·L-1，該側(cè)平均含量是東、西、南3側(cè)平均含量的31.29倍；在巖體東北桃園—鴨旺口一帶SO_4^2-含量為2 016.75～2 311.68 mg·L-1，平均含量為2 175.8 0 mg·L-1，該側(cè)平均含量是東、西、南3側(cè)平均含量的46.02倍。與陽離子變化趨勢相同，增加倍數(shù)變化較大。

通過主要離子含量分析，可以大致推測出：Ca2+、Mg2+可能同源；Na+和Cl-同源，來源于巖鹽溶解。

4.2? 水化學(xué)類型分布

采用舒卡列夫分類法對裂隙巖溶水進(jìn)行分類。區(qū)內(nèi)主要水化學(xué)類型有5類，分別為SO4-Ca型、SO4·Cl-Na·Ca型、HCO3-Ca·Mg型、HCO3-Ca型。其中：HCO3-Ca型分布于研究區(qū)中南部，濟(jì)南巖體南側(cè)，反映為典型的沉積巖區(qū)（灰?guī)r）溶濾水；HCO3-Ca·Mg型分布于研究區(qū)（巖體）東、西2側(cè)，也是典型沉積巖區(qū)（灰?guī)r、白云巖）溶濾水的反映（游京等，2020）；在濟(jì)南巖體西北部QR3井水化學(xué)類型為SO4-Ca型，濟(jì)南巖體北側(cè)其余水樣水化學(xué)類型均為SO4-Ca型。從水化學(xué)類型來看，濟(jì)南巖體南側(cè)HCO3-Ca型到東、西2側(cè)HCO3-Ca·Mg型表現(xiàn)為地下水溶濾碳酸鹽巖（灰?guī)r、白云巖）及徑流過程；與濟(jì)南巖體北側(cè)SO4-Ca型形成對比明顯的突變（圖2）。

Piper圖解可以分析地下水系統(tǒng)的水質(zhì)演化特征（何錦等，2019；張麗等，2021；史啟朋等，2021）。從圖3可看出，區(qū)內(nèi)濟(jì)南巖體東、西、南3側(cè)水樣在Piper圖解上位置相近，說明其離子含量占比相近，水化學(xué)類型也顯示相近的溶濾徑流過程。從濟(jì)南巖體南、東、西3側(cè)，到齊河—天橋一帶，再到桃園—鴨旺口一帶，離子占比呈現(xiàn)出：Na++ K+增加，Ca2+降低趨勢明顯，Mg2+略有增加但趨勢不明顯，HCO_3^-+CO_3^2-降低，SO_4^2-增加后減低趨勢明顯；Cl-在巖體南、東、西3側(cè)，到齊河—天橋一帶趨勢不明顯，到桃園—鴨旺口一帶明顯增加。水化學(xué)類型顯示向SO_4^2-+Cl-、Na++K+過渡趨勢明顯。

5? 探討

5.1? 地下水各離子相關(guān)性分析

地下水化學(xué)成分與其徑流途徑、含水層巖性、圍巖礦物質(zhì)溶濾難易程度有重要關(guān)系，地下水中離子相關(guān)性是推斷礦物質(zhì)來源方式之一。利用Pearson相關(guān)系數(shù)計(jì)算地下水中離子相關(guān)程度（陳雯等2017；成勝等，2020），一般認(rèn)為相關(guān)系數(shù)在0.0～0.2時無相關(guān)性，在0.2～0.4時弱相關(guān)，在0.4～0.6時中等程度相關(guān)，在0.6～0.8時強(qiáng)相關(guān)，在0.8～1.0極強(qiáng)相關(guān)。研究區(qū)內(nèi)地下水樣品中Ca2+與 Mg2+、Na+、K+、Cl-、SO_4^2-、TDS相關(guān)系數(shù)均大于0.8屬極強(qiáng)相關(guān)，其中Ca2+與SO_4^2-相關(guān)系數(shù)為0.990，推斷Ca2+與SO_4^2-主體離子同源；Mg2+與Ca2+、K+、SO_4^2-、TDS相關(guān)系數(shù)均大于0.8，屬極強(qiáng)相關(guān)；Na+與Ca2+、K+、Cl-、TDS相關(guān)系數(shù)均大于0.8，屬極強(qiáng)相關(guān)，其中Na+與Cl-相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.998，推斷Na+與Cl-同源；K+與Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、SO_4^2-、TDS相關(guān)系數(shù)均大于0.8，屬極強(qiáng)相關(guān)；Cl-與Ca2+、Na+、K+、TDS相關(guān)系數(shù)均大于0.8，屬極強(qiáng)相關(guān)；SO_4^2-與Ca2+、Mg2+、K+、TDS相關(guān)系數(shù)均大于0.8，屬極強(qiáng)相關(guān)；TDS與Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Cl-、SO_4^2-相關(guān)系數(shù)分別為0.960、0.920、0.945、0.976、0.937、0.927（表2），屬極強(qiáng)相關(guān)，說明這些離子對TDS的貢獻(xiàn)起著決定性的作用。

5.2? Gibbs圖解分析礦物質(zhì)來源

通常利用Gibbs圖分析地下水與巖石之間的關(guān)系，判別地下水中離子和礦物質(zhì)是否來源于降水沉降物、巖石溶濾作用、蒸發(fā)巖溶解（陳凱等，2019；劉久潭等，2019）。

Gibbs圖的TDS與Na+/（Na++Ca2+）關(guān)系（圖4-a）顯示，濟(jì)南巖體南側(cè)和東西2側(cè)的地下水樣品分布比較集中，位于巖石風(fēng)化區(qū)，屬于水巖作用為主；齊河—天橋一帶水樣分布在巖石風(fēng)化和蒸發(fā)過渡區(qū)，屬水巖溶濾與蒸發(fā)鹽類溶解共同作用；桃園—鴨旺口一帶水樣主要落在蒸發(fā)區(qū)，以蒸發(fā)巖溶解作用為主。圖4-b顯示，TDS與Cl-/（Cl-+ HCO_3^-）的關(guān)系同圖4-a是一致的，且更加明顯。分析認(rèn)為，研究區(qū)地下水循環(huán)系統(tǒng)中離子主要來源于碳酸鹽巖溶濾作用、蒸發(fā)礦物溶解作用、碳酸鹽巖溶濾與蒸發(fā)礦物溶解共同作用。

5.3? 陰陽離子比例關(guān)系分析

通過分析地下水中Ca2+、Mg2+、Na+、HCO_3^-、Cl-、SO_4^2-之間的相互關(guān)系，推斷離子來源（周忠發(fā)等，2018；徐冬冬，2023）。當(dāng)c（HCO_3^-）/c（Ca2+）=2時，認(rèn)為其由方解石溶解產(chǎn)生；當(dāng)c（HCO_3^-）/c（Ca2++Mg2+）=2時，認(rèn)為其由白云石溶解產(chǎn)生。圖5-a、圖5-b顯示巖體南側(cè)水樣位于c（HCO_3^-）/c（Ca2+）=2線附近，巖體東西2側(cè)水樣位于c（HCO_3^-）/c（Ca2++Mg2+）=2線附近，說明巖體南側(cè)裂隙巖溶水以溶濾方解石為主，巖體東西2側(cè)裂隙巖溶水以溶濾白云石為主。而巖體北側(cè)的齊河—天橋一帶和桃園—鴨旺口一帶水樣絕大部分位于y=x線以下，說明這些水樣中Ca2+、Mg2+主要來源不是方解石和白云石。

當(dāng)c（Cl-）/c（Na+）=1時，認(rèn)為其由巖鹽溶解產(chǎn)生；當(dāng)c（SO_4^2-）/c（Ca2+）=1時，認(rèn)為其由膏巖溶解產(chǎn)生。從圖5-c、圖5-d可看出，巖體南、東、西3側(cè)水樣中Ca2+、Mg2+、Na+、HCO_3^-、Cl-、SO_4^2-含量較少，圖中主要聚集于原點(diǎn)附近，規(guī)律不明顯。巖體的齊河—天橋一帶水樣位于c（Cl-）/c（Na+）=1線附近偏下方，推斷Na+和Cl-主要來源于巖鹽溶解，而Na+除來源于巖鹽溶解外還有少量的其他來源，認(rèn)為來源于濟(jì)南巖體的鈉長石溶濾。桃園—鴨旺口一帶水樣位于c（Cl-）/c（Na+）=1線附近偏上方，推斷Na+和Cl-主要來源于巖鹽溶解。巖體北側(cè)的齊河—天橋一帶和桃園—鴨旺口一帶水樣均位于c（SO_4^2-）/c（Ca2+）=1線附近的偏上方，推斷SO_4^2-和Ca2+主體來源于膏巖溶解。

5.4? Mg/Ca摩爾比分析

地下水中Mg/Ca摩爾比值往往能夠反映其溶濾巖性特征，進(jìn)而推斷其流經(jīng)的含水層巖性。前人研究顯示：Mg/Ca摩爾比值為0.01～0.26時，反映地下水中Ca2+、Mg2+來源主要為方解石的溶解；Mg/Ca摩爾比值大于0.85時，反映地下水中Ca2+、Mg2+來源為白云石的溶解；當(dāng)Mg/Ca摩爾比值為0.26～0.85時，反映地下水中Ca2+、Mg2+來源為方解石和白云石的同時溶解。研究區(qū)內(nèi)所有水樣的 Mg/Ca摩爾比值在0.27～0.71，為方解石和白云石的同時溶解，裂隙巖溶水含水層巖性以灰?guī)r、白云巖為主，這與裂隙巖溶水流經(jīng)的含水層巖性相對應(yīng)。

綜上認(rèn)為，濟(jì)南巖體南側(cè)及東、西2側(cè)裂隙巖溶水中Ca2+、Mg2+、HCO_3^-主要來源于寒武—奧陶紀(jì)灰?guī)r中方解石和白云石的溶解；南側(cè)地下水受巖體阻擋沿巖體邊部向下徑流，溶解寒武紀(jì)長清群泥巖中的巖鹽和石膏，在巖體北側(cè)上涌，為該區(qū)裂隙巖溶水帶來豐富的Na+和Cl-、Ca2+和SO_4^2-。

6? 結(jié)論

1）研究區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖分布范圍廣，裂隙巖溶發(fā)育，主要離子含量變化較大。Ca2+、Mg2+、Na+、SO_4^2-、Cl-、TDS含量，由巖體南、東、西3側(cè)至齊河—天橋一帶，再到桃園—鴨旺口一帶，為逐漸增加的趨勢，HCO3-變化趨勢與之相反。

2）區(qū)內(nèi)巖溶裂隙水水化學(xué)類型共有5種，由巖體南側(cè)HCO3-Ca型，至東西2側(cè)的HCO3-Ca·Mg型，到齊河—天橋一帶的SO4-Ca型，再到桃園—鴨旺口一帶的SO4·Cl-Na·Ca型，體現(xiàn)了巖溶水徑流過程中不斷溶濾的變化趨勢。

3）利用Pearson相關(guān)性分析、Gibbs圖解、主要離子比例分析、Mg/Ca摩爾比分析等方法研究裂隙巖溶水中的離子來源。結(jié)果表明：區(qū)內(nèi)濟(jì)南巖體南、東、西3 側(cè)裂隙巖溶水中離子來源為溶濾方解石和白云石為主；北側(cè)齊河—天橋一帶和桃園—鴨旺口一帶主要離子來源于蒸發(fā)巖溶解，其中Na+和Cl-主要來源于巖鹽溶解，SO_4^2-和Ca2+主體來源于膏巖溶解。

參考文獻(xiàn)

陳凱，孫林華，2019.煤礦區(qū)地下水常規(guī)離子定量化來源解析［J］.煤礦安全，50（8）：173-178.

陳雯，黎清華，余紹文，劉懷慶，2017.廣西防城區(qū)地下水水化學(xué)特征及離子來源分析［J］.華南地質(zhì)與礦產(chǎn)，33（2）：162-168.

成勝，許模，羅明，楊艷娜，黃思霜，2020.川中遂寧地區(qū)紅層地下水水化學(xué)特征及主要離子來源分析［J］.長江流域資源與環(huán)境，29（1）：220-231.

丁相禮，任鐘元，郭鋒，錢生平，張樂，黃小龍，陳林麗，張銀慧，洪路兵，張艷，吳亞東，2016.濟(jì)南輝長巖巖漿演化過程：來自熔體包裹體的證據(jù)［J］.大地構(gòu)造與成礦學(xué)，40（1）：174-190.

何錦，張幼寬，趙雨晴，韓雙寶，劉元晴，張濤，2019.鮮水河斷裂帶蝦拉沱盆地?cái)嗝娴叵滤瘜W(xué)特征及控制因素［J］.環(huán)境科學(xué)，40（3）：1 236-1 244.

侯新文，邢立亭，孫蓓蓓，李常鎖，2014.濟(jì)南市巖溶水系統(tǒng)分級及市區(qū)與東西郊的水力聯(lián)系［J］.濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 28（4）：300-305.

胡彩萍，王楠，宋亮，白新飛，王濤，梁云漢，孫曉濤，彭文泉，2019.濟(jì)南西北部碳酸鹽巖熱儲淺埋區(qū)熱異常機(jī)理研究［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，93（S1）：178-183.

康鳳新，隋海波，鄭婷婷，2020.山前巖溶熱儲聚熱與富水機(jī)理：以濟(jì)南北巖溶熱儲為例［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，94（5）： 1606-1624.

李常鎖，武顯倉，孫斌，隋海波，耿付強(qiáng)，齊歡，馬雪瑩，2018.濟(jì)南北部地?zé)崴瘜W(xué)特征及其形成機(jī)理［J］.地球科學(xué)，43（S1）：313-325.

李常鎖，趙玉祥，王少娟，張海林，2008.山東濟(jì)南北部地?zé)崽锔凰?guī)律分析［J］.地球與環(huán)境（2）：155-160.

李全忠，謝智，陳江峰，高天山，喻鋼，錢卉，2007.濟(jì)南和鄒平輝長巖的Pb-Sr-Nd同位素特征和巖漿源區(qū)中下地殼物質(zhì)貢獻(xiàn)［J］.高校地質(zhì)學(xué)報(bào)（2）： 297-310.

劉久潭，周丹，高宗軍，王敏，馬媛媛，張洪英，時孟杰，董杰，2019.青島西海岸新區(qū)地下水水化學(xué)特征及水質(zhì)評價［J］.山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），38（2）：14-24.

尚宇寧，高明志，吳立進(jìn)，羅斐，張海林，2012.濟(jì)南北部地?zé)豳Y源區(qū)劃研究［J］.中國地質(zhì)，39（3）：778-783.

史啟朋，宋帥良，孟甲，鄭慧銘，2021.山東省菏澤凸起地?zé)崽飵r溶地?zé)崴瘜W(xué)水平演化特征［J］.中國巖溶，40（2）：310-318.

隋海波，康鳳新，李常鎖，韓建江，邢立亭，2017.水化學(xué)特征揭示的濟(jì)北地?zé)崴c濟(jì)南泉水關(guān)系［J］.中國巖溶，36（1）：49-58.

孫斌，彭玉明，2014.濟(jì)南泉域邊界條件、水循環(huán)特征及水環(huán)境問題［J］.中國巖溶，33（3）：272-279.

湯立成，劉洪杰，1990.論濟(jì)南輝長巖體的產(chǎn)狀［J］.地質(zhì)論評（5）：423-430.

邢立亭，李常鎖，周娟，宋廣增，邢學(xué)睿，2017.濟(jì)南泉域巖溶徑流通道特征［J］科學(xué)技術(shù)與工程，17（17）：57-65.

徐冬冬，2023.基于水化學(xué)特征分析的銅川某礦井突水水源判別［J］.城市地質(zhì)，18（1）：62-68.

楊承海，許文良，楊德彬，劉長春，柳小明，胡兆初，2005.魯西濟(jì)南輝長巖的形成時代：鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年證據(jù)［J］.地球?qū)W報(bào)（4）：321-325.

楊麗芝，劉春華，祁曉凡，2016.濟(jì)南泉水水化學(xué)特征變異研究［J］.水資源與水工程學(xué)報(bào)，27（1）：59-64.

游京，齊躍明，邵光宇，馬超，楊雅琪，裴毅峰，2020.淄河源區(qū)淺層地下水化學(xué)特征及主要離子來源研究［J］.廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），38（4）：132-139.

張麗，陳永金，劉加珍，逯堯，劉承志，許婕，賈一燦，呂軍生，2021.東平湖水化學(xué)特征及成因分析［J］.環(huán)境化學(xué)，40（5）：1 490-1 502.

趙玉祥，李常鎖，邢立亭，2009.濟(jì)南北部地?zé)崽锏某缮鷹l件［J］.濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），23（4）：406-409.

鐘軍偉，黃小龍，2012.魯西早白堊世基性侵入巖的鋯石Hf 同位素組成變化及其成因［J］.大地構(gòu)造與成礦學(xué)，36（4）： 572-580.

周忠發(fā)，張結(jié)，潘艷喜，殷超，汪炎林，田衷琿，2018.雙河洞洞穴系統(tǒng)巖溶地表水-地下水主要離子化學(xué)特征及其來源分析［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，18（6）：5-13.

HUANG Jie， ZHENG Yongfei， ZHAO Zifu， WU Yuanbao， ZHOU Jianbo， LIU Xiaoming， 2006.Melting of subducted continent：element and isotopic evidence for a genetic relationship between Neoproterozoic and Mesozoic granitoids in the Sulu orogen ［J］.Chemical Geology， 229（4）：227-256.

收稿日期：2023-07-24；修回日期：2023-10-07

基金項(xiàng)目：山東省財(cái)政地質(zhì)勘查項(xiàng)目“濟(jì)南巖體地質(zhì)特征及水文地質(zhì)條件研究”（魯勘字［2021］20號）；科創(chuàng)項(xiàng)目“濟(jì)南巖體周邊礦泉水成因機(jī)理與應(yīng)用研究”（KC202107）；第六屆中國科協(xié)青年人才托舉工程項(xiàng)目（YESS20210109）聯(lián)合資助

第一作者簡介：高兵艷（1977- ），女，學(xué)士，高級工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)勘查研究等工作。E-mail：116103444@qq.com

通信作者簡介：彭文泉（1979- ）男，學(xué)士，教授級高級工程師，主要從事水文地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)研究。E-mail：164651066@qq.com

引用格式：高兵艷，彭文泉，胡彩萍，王濤，宋津宇，左含月，董娜，2023.濟(jì)南巖體周邊裂隙巖溶水水化學(xué)特征與離子來源研究［J］.城市地質(zhì)，18（4）：40-49