山东莱州湾南岸典型剖面海（咸）水入侵过程的水文地球化学识别

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1、山东莱州湾南岸典型剖面海（咸）水入侵过程的水文地球化学识别胡云壮1，李红1，李影1，施佩歆1，杨吉龙1，胡自远2，刘宏伟1（1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津300170；2.山东省第七地质矿产勘察院，山东临沂276000）摘要:山东莱州湾地区是我国海水入侵研究的典型地区之一，为了进一步促进对莱州湾海水入侵的认识，本次研究选择莱州湾南岸的典型剖面（昌邑-柳疃）为研究对象，系统采集了不同类型水样（河水、淡水、微咸水、咸水、卤水和海水），分析了不同水体的水化学、δ18O、δ2H、离子比及饱和度等

2、特征。根据不同水体的水化学特征分析，判断出研究区在海（咸）水入侵过程中首先发生了混合作用，在此基础上，发生了阳离子交替吸附作用和不同程度的溶解沉淀作用。特征离子比值分析表明，咸水、微咸水是由地下淡水与卤水混合形成；剖面上咸水体的分布特征、δ18O－Cl-关系显示部分深层地下淡水也受到了卤水下移侵入影响。氢氧同位素的分布特征表明，研究区地下淡水明显来源于大气降水，第四纪古海水成因的卤水受到了蒸发及浓缩作用，“氧漂移”现象比较严重；矿物饱和度显示，研究区所有水体中盐岩均处于未饱和状态，石膏与白云石在部

3、分地下淡水和微咸水中未达到饱和，在卤水与咸水体中处于饱和状态，方解石则在所有水体中都基本呈饱和状态。关键词：莱州湾；海水入侵；同位素；水化学中图分类号：P641.3文献标识码：A文章编号：1672－4135（2015）01－0041-10海水入侵是一个全球性的普遍问题[1]，一旦发生，不仅会引起地下淡水资源被污染，还容易导致土壤盐渍化、海岸带生态环境退化、农业减产等一系列环境地质问题[2-4]。依据入侵物源可将广义海水入侵划分为两种基本类型：来源于现代海水的狭义海水入侵和源于浅层第四纪沉积层中古海

4、水（包括一般地下咸水及卤水）的咸水入侵[5]。莱州湾地质条件特殊，同时存在着海水入侵和咸水入侵，其入侵程度和范围均为环渤海之最，是我国迄今海水入侵研究程度最高的地区之一[6-9]。长期以来，该区已在卤水的成因与分布、海（咸）水入侵的水动力条件与水文地质条件、水文地球化学研究和数值预测等方面进行了大量详细的研究[10-15]。同位素地球化学的迅速发展，特别是同位素技术在地下水中的广泛应用，为海水入侵提供了新的研究手段[16-18]。同位素方法运用于研究莱州湾海（咸）水入侵的水文地球化学过程，为该区地

5、下水咸化成因分析提供了有力依据，并使入侵的定量化研究成为可能。尽管对莱州湾地区海（咸）水入侵的发生机理、发展规律以及防治对策等方面的研究已取得了许多成果，但对造成莱州湾地下淡水咸化的盐分来自于海水还是卤水尚无统一结论，一方面是莱州湾入侵区水文地质条件研究程度偏低，对卤水体的空间分布特征认识不够；另一方面是入侵区不同水体水化学特性和入侵过程中水文地球化学作用的研究还相对比较薄弱，没能较好识别咸水形成的盐分来源。研究表明，水文地球化学结合同位素示踪的方法可以很好地判断海水入侵淡水含水层的行为以及咸淡水

6、的混合关系[19]。基于此，本次研究试图在构建莱州湾南岸昌邑－柳疃地区典型监测研究剖面的基础上（图1），以海（咸）水入侵过程中的水文地球化学作用为主要对象，结合氢氧同位素研究，揭示研究区的海（咸）水与地下水相互作用规律，有效识别海（咸）入侵过程，为莱州湾地区海（咸）水入侵趋势预测及灾害控制等提供科学依据。1研究区海（咸）水入侵的水文地质与水动力条件研究区属潍北平原的一部分，主要由潍河冲洪积形成，总体地形南高北低，倾向渤海，高程从南部收稿日期：2014-09-29资助项目:中国地质大调查项目：唐山－

7、秦皇岛城市地质调查（1212011120085）作者简介：胡云壮（1983-），男，硕士，工程师，主要从事水文地质与第四纪地质研究，E-mail:huyunzhuang@163.com。42地质调查与研究第38卷图1研究区采样点位置及地下水化学类型图Fig.1Watersamplingsitesandhydrochemicalzonesinthestudyarea的30m降低到北部滨海地区的1～2m。潍河、虞河和胶莱河从研究区流入莱州湾。该区在气候上属暖温带半湿润季风型大陆性气候，年均气温12～1

8、2.5℃，多年平均降水量（1971－2010）为660mm，多年平均蒸发量（1971－2010）为1802mm。莱州湾南岸晚更新世以来的第四纪沉积以冲洪积及三期海相沉积为主。南部主要为冲洪积，发育形成了众多埋藏古河道[20-22]；沉积物岩性自南往北逐渐由含砾砂变为砂、粘质砂土与砂质粘土（图2）。北部则主要以海陆交互沉积为主，沉积物岩性主要为砂、粘质砂土及砂质粘土。潍河埋藏古河道带是该区主要含水层，而潍河埋藏古河道带的沉积与分布特征都与研究区海（咸）水入侵有着十分密切的关系。研究区