摘要
淄博市人均水资源量300 m3 ，水资源供需长期处于“紧平衡”状态。淄博盆地内地下水资源丰富，是淄博市各区的主要供水水源地，研究其岩溶水赋存规律及电性响应特征，对地下水资源的合理开发利用具有重要意义。本文在综合分析研究前人成果资料的基础上，选择盆地内典型水源地进行补充水文地质调查及物探测量工作。研究成果表明：碳酸盐岩类裂隙岩溶水含水岩组是研究区最主要的含水岩组，可划分为上寒武统及中—下奥陶统裂隙岩溶水含水岩组和中—下寒武统岩溶裂隙水含水岩组两大类；岩溶水赋存类型主要为层状岩溶裂隙带型，电性特征表现为层状中低阻异常特征，对应的视极化率、视激发比和视衰减度曲线整体呈峰值反映。
Abstract
The per capita water resources in Zibo City are 300 cubic meters， and the supply and demand of water resources are in a state of "tight balance" for a long time. Zibo Basin is rich in groundwater resources， which is the main water supply source of various districts in Zibo City. It is of great significance to study the occurrence rule of karst water and the characteristics of electrical response for the rational development and utilization of groundwater resources. On the basis of comprehensive analysis and research of previous results， this paper selects the typical water sources in the basin for supplementary hydrogeological survey and geophysical survey. The research results show that the carbonate fissure karst water-bearing rock group is the most important water-bearing rock group in the study area， which can be divided into two categories： Upper Cambrian， Middle and Lower Ordovician fissure karst water-bearing rock group and middle and lower Cambrian karst fissure water-bearing rock group. The occurrence type of karst water is mainly stratified karst fracture zone， and the electrical characteristics are stratified medium-low resistivity anomalies. The corresponding curves of apparent polarizability， apparent excitation ratio and apparent decay are reflected by peaks.
Keywords
0 引言
淄博市水资源总量 14. 08×108 m3，其中地表水资源量 7.64×108 m3、地下水资源量 10.16×108 m3，重复计算量 3.72×108 m3，占全省水资源总量的 4.6%。淄博市人均水资源量 300 m3，水资源供需长期处于 “紧平衡”状态。
淄博盆地位于山东省中部，鲁中山地北缘，是山东省的主要煤炭、石油、化工基地。盆地内石灰岩大面积裸露，构成相对独立完整的岩溶地下水系统，地下水资源丰富，是淄博市各区的主要供水水源地（张发旺，1989）。本文在综合分析研究前人成果资料的基础上，选择盆地内典型水源地进行补充水文地质调查及物探测量工作，对岩溶水赋存规律及电性响应特征进行总结，为区内地下水资源的合理开发利用提供科学依据（张学弟等，2019；宋亚新等，2021；孙贵萍等，2022）。
1 研究区概况
1.1 自然地理
淄博市地处山东半岛和环渤海经济区，是山东省铁路和公路交汇地带，交通发达，是山东省重要的交通枢纽城市。研究区地形南高北低，南部及东西两翼山峦起伏跌宕，中部低陷向北倾伏，南北落差千余米。受地质构造控制，南端封闭高起，东西两翼迭岩耸立，中间低平向北开阔倾伏，呈簸箕状。山丘海拔一般300~900 m，由南向北逐渐低缓（宋尚波，2007）。
1.2 气象水文
研究区属暖温带半湿润季风大陆性气候，冬春寒冷干燥，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，一年四季交替分明。多年平均气温 12.6℃~13.1℃，月平均气温从 4—7月为 26.4℃~27.2℃，12月至翌年 3月为-2.9℃~-3.9℃（孙静，2017）。霜冻期约 120 d，冻土深度小于 0.5 m。主导风向为西南和南风，全年风向多为南南西。降水主要受大气环流、季风和地形条件影响，多年平均大气降水量 654.9~726. 0 m，降水量时程变化大，主要集中在汛期 6—9月，特别是7—8月占全年降水量的一半；同时地区差异明显，呈由南向北递减态势。
研究区水系发育，沟壑纵横，河流均为雨源型，主要有小清河水系的淄河、孝妇河、乌河、猪龙河； 支脉河水系的支脉河、北支新河。
1.3 地质概况
淄博向斜盆地在区域大地构造上属华北地台鲁西台背斜鲁中隆起与辽冀台向斜济阳坳陷的交接地带，隶属于华北地层大区的晋冀鲁豫地层区 （袁辉，2020）。以齐河—广饶断裂为界，南部为鲁西地层分区的淄博—新泰地层小区；北部为华北平原地层分区的济阳小区。区内地层发育齐全，出露有新太古界、古生界、中生界、新生界。
研究区在地质构造上位于山东马蹄形旋卷构造体系的外环东北边缘，主要构造为淄博向斜。该构造南起博山区，向北经岜山、馆里至周村萌山水库，萌山水库以北则被第四系覆盖，全长约 50 km，轴向 20°~25°。向斜东翼开阔，西翼陡窄，南端封闭仰起，北端倾伏，在形态上为一不对称型的向斜构造（林旺辉等，2021）。淄博向斜的完整形态已受到强烈破坏。向斜轴部为侏罗系地层，东翼地层出露较全，地层走向 40°~45°，倾向南西，倾角 8°~15°；向斜西翼的石炭纪、二叠纪地层被卷入禹王山断裂带中，呈近南北向陡立岩带展布，且层位缺失，出露不齐，地层倾向东，倾角 15°~20°。淄博向斜是一个平缓、开阔、西翼保存不完整的向斜。
2 水文地质条件
2.1 水文地质分区
根据淄博市地形地貌、地层、岩性、地质构造和水文地质条件、地下水补、径、排条件和水化学特征的不同，并参考全省水文地质分区方案，研究区属于淄博向斜盆地水文地质区，包含淄河岩溶山区、孝妇河岩溶山区和明水泉域岩溶山区等3个岩溶水亚区（图1）。
（1）淄河岩溶山区
该区南起鲁山古老变质岩以北，沿淄河断裂带呈狭长型向北偏东向展布，终于山前大武—湖田一带，即东为市界，西为石马断裂、淄河与孝妇河分水岭，向北接金岭断层，南为淄河、沂河地表分水岭，北边界为奥陶系灰岩隐伏区（李传生等，2019）。该单元自南而北条带状展布于淄博市东部，东、西、南三面均为奥陶系灰岩裸露的山区，中部为受淄河断裂带影响形成的淄河河谷地带，整体地势南高北低。地表水及接受大气降水入渗补给后的地下水均由河谷两侧向淄河断裂带汇集，淄博断裂带内岩石破碎，裂隙岩溶极为发育，有利于地表水及地下水的入渗、赋存，汇集于淄河断裂带的地下水由南向北径流，发育形成地下水“集水廊道”，地下水在向北径流的过程中，受局部东西向断裂或变质岩体的影响，沿线依次形成强富水地段，沿断裂带由南至北形成的水源地（富水地段）依次有：源泉、天津湾、口头、北下册、大武、齐陵等水源地，单井涌水量大于 3000 m3 /d，多数富水地段单井涌水量大于 5000 m3 /d。其中的大武水源地位于该亚区末端的山前地带，富水区面积大，汇水范围广，补源充沛，形成了中国北方地区少见的特大型裂隙岩溶水水源地。
（2）孝妇河岩溶山区
位于孝妇河以东，博山—龙泉—岳店—沣水一带，石灰岩呈北东向展布，即东为孝妇河与淄河的分水岭，南以石马断裂为界，西以禹王山断裂为界，向北接奥陶系灰岩顶板埋深 200 m 线，北至金岭穹窿边缘。该单元处淄博向斜盆地东翼，东高西低，南高北低。灰岩裸露区位于单元东部及南部，在接受大气降水的入渗补给后，地下潜流依地形高低向北西方向径流，至山前地带，逐渐承压，承压地下水由向北东方向径流，在本单元自南而北不同位置受断裂或地下岩体控制，形成局部强富水地段，形成的水源地（富水地段）主要有：神头、沣水—岳店、湖田—辛安店等水源地，单井涌水量大于 1000 m3 /d，其中的湖田—辛安店及神头地段单井涌水量大于 5000 m3 /d；该单元岩溶水于山前地带埋藏于煤系地层之下，受上覆煤系地层开采影响，局部地段岩溶地下水水质受到影响，呈现出一定的煤矿矿坑水水质特征，水中硫酸盐、矿化度及总硬度有逐渐增加的趋势。
（3）明水泉域岩溶山区
位于禹王山断裂以西，南为白杨河地表分水岭，西至市界，北为奥陶系灰岩顶板埋深 200 m 线，磁村—岭子以南。该单元位于淄博向斜盆地的西翼，禹王山断裂带为该单元的东部边界，断裂带因岩石破碎，裂隙岩溶发育，为地下水的富水区域，断裂带以东为岩性阻水，接受大气降水入渗补给后的地下潜流，依地势高低向东向北径流，汇集于东部禹王山断裂带内或北部山前地带，禹王山断裂带内目前主要的地下水开采单元为博山区的有关工业企业用水，山前地带形成的水源地（富水地段）为淄川区的磁村—岭子水源地以及周村区的杨古水源地和宝山水源地，单井涌水量一般在 1000~3000 m3 /d。
总而言之，淄博市中部灰岩富水区单井涌水量多在 1000~5000 m3 /d，多数富水地段单井涌水量大于 5000 m3 /d，水位埋深几米至上百米，岩溶水水化学类型多为HCO3-Ca·Mg型，水质较好。
2.2 主要含水岩组
碳酸盐岩类裂隙岩溶水含水岩组是研究区最主要的含水岩组，也是各城区供水水源地最主要的开采目的层，可划分为上寒武系及中—下奥陶统裂隙岩溶水含水岩组和中—下寒武统岩溶裂隙水含水岩组两大类。
上寒武系及中—下奥陶统裂隙岩溶水含水岩组：主要发育九龙群炒米店组、三山子组地层及马家沟群东黄山组、北庵庄组、土峪组、五阳山组、阁庄组、八陡组地层，含水层岩性主要为石灰岩、白云质灰岩等。分布范围遍及淄博向斜盆地南部博山区、淄川区大部，临淄区、周村区及张店区南部、沂源县南麻—悦庄一带。在地层裸露的山区，岩石裂隙岩溶发育，是裂隙岩溶地下水的直接入渗补给区。在山前地带或河谷地堑，寒武系、奥陶系碳酸盐岩类地层往往隐伏于石炭系、二叠系或第四系地层之下，地下水也由潜水转化为承压水而逐渐富集，构成了若干个石灰岩裂隙岩溶水富水地段，成为淄博市最重要的城市及工业供水水源。由东至西，从北到南，主要碳酸盐岩类裂隙岩溶水主要富水地段有：齐陵、大武、湖田—辛安店、沣水—岳店、四宝山、磁村—岭子、北下册、城子—口头、源泉、天津湾、神头、杨古—宝山等。这些富水地段，单井涌水量一般 1000~5000 m3 /d，大者可达 10000 m3 /d 以上。裂隙岩溶水总体运动方向：在淄河流域，由西南向东北径流；在孝妇河东部（淄博向斜东翼），由东南流向西北；在淄博向斜西翼禹王山断裂带以西，地下水顺层由南向北运动。
图1淄博市水文地质分区图
中—下寒武统岩溶裂隙水含水岩组：主要发育长清群朱砂洞组、馒头组地层及九龙群张夏组、崮山组地层，主要岩性为层间薄层和中厚层石灰岩，分布于淄博向斜盆地的东南、西南及沂源县中东部一带。下寒武统富水性弱，单井涌水量一般小于 100 m3 /d；中寒武系中厚层鲕状灰岩出露位置较高，裂隙岩溶发育，补给渗透性能好，在山间沟谷及断裂带分布区，隐伏于地下，地下水承压自流。
2.3 地下水补给、径流、排泄条件
研究区淄博向斜西翼的磁村—岭子以南地带，分布着大面积的寒武奥陶系灰岩，大气降水几乎是该区地下水的唯一补给来源，地下水径流方向为由南向北，至磁村—岭子一带奥陶系灰岩隐伏区，地下水得以富集并由潜水转化为承压水。天然状态下，地下水的排泄方式为向明水泉域径流和泉水排泄，现为人工开采排泄；淄博向斜东翼、孝妇河以东，沿博山—龙泉—岳店—沣水一带，呈北东向条带状分布着大面积的奥陶系灰岩，大气降水是该区地下水的主要补给来源，地下水由南东流向北西，至煤系地层接触带转化为承压水，地下水汇集后形成多个富水地段。天然状态下，地下水以泉的形式排泄，如神头泉群、良庄泉群、沣水泉群等；现已开辟为多个供水水源地，人工集中开采成为地下水的排泄方式；淄河流域裂隙岩溶水分布区，地下水的主要补给来源有 2 方面：（1）大气降水的入渗补给，在地下水的补给区，大面积的寒武奥陶系灰岩出露，为大气降水的入渗补给创造了有利的条件，来自补给区的地下水向淄河断裂带汇集，然后沿淄河断裂带向下游径流。（2）淄河地表水的渗漏补给，淄河是淄博市的最大河流，汇水面积范围广，径流量大，河谷地层为透水性强的碳酸盐岩类地层，河水大量渗漏补给裂隙岩溶水。淄河断裂带由于构造的作用和处于地形低洼地带，成为地下水的强富水区。沿途形成了源泉、天津湾、城子—口头、北下册、大武等富水地段或富水区，而大武水源地成为淄河流域裂隙岩溶水的最终排泄区。天然状态下以径流排泄为主，现主要为开采排泄。
3 含水岩组地电特征研究
3.1 研究方法
本次含水岩组地电特征研究采用的方法为激发极化法，该方法是以地壳中不同介质之间的激电效应差异为物质基础，通过观测与研究人工建立的激电场的分布规律解决地质问题的物探方法（戴前伟等，2013）。在电场作用下，地下介质中的电子或者离子发生定向移动，形成“双电层”或者“过电位”，当外电场消失后，堆积的电子或者离子对外放电，以恢复平衡状态，从而可观测到激发极化电场。大量实践结果已经证明，含水岩层在人工电流场作用下能产生激电效应。因此，利用该方法进行含水岩组地电特征研究是切实可行的。
3.2 仪器设备
本研究位于山地丘陵区，为了方便工作，提高工作效率，采用山西省平遥卜宜水利电探仪器厂生产的JJ-3A型积分式激发电位仪开展研究。该仪器是一种多参数的电测仪器，一次供电可以测量视电阻率、视极化率、视激发比和视衰减度 4 个参数，具有测量精度高，灵敏度高，工作性能稳定，抗干扰能力较强，重复性好，仪器读数方便，操作简单，体积小，重量轻等优点。
3.3 典型实例分析
为研究岩溶水含水岩组地电响应特征，在山东省淄博市淄川区岭子水源地内沿 85°方向布设激电测深点5个，点距20 m，最大AB/2=240 m。根据周边水井调查资料，监测站附近有 3 口水井，井深均为 300 m，水位约为 20 m。根据水文地质调查资料，第四系厚度 20 m 左右，下伏基岩为灰岩，局部地段岩溶发育。
由岭子水源地激电测深断面图可以看出（图2），在AB/2<20 m范围内，视电阻率值为50～70 Ω·m，对应视极化率值为 0.6%～0.7%，其电性特征整体属于低阻低极化，结合当地水文地质情况分析，推断其为第四系黏土的电性反映。在 AB/2＞20 m 范围内，随着视深度增加，自上而下可大体分为4个电性层：第一层在AB/2=30～50 m范围内，视电阻率值为 70～80 Ω·m，视极化率值为 2. 0%～2.4%，属中阻高极化电性特征，结合水文地质情况，推断其为灰岩含水层；第二层在AB/2=50～90 m范围内，视电阻率值为 80～90 Ω·m，视极化率值为 1.8%～2. 0%，属中阻中极化电性特征，结合水文地质情况，推断其为相对隔水层；第三层在 AB/2=90～150 m 范围内，视电阻率值为70～80 Ω·m，视极化率值为2. 0%～2.6%，属中阻高极化电性特征，结合水文地质情况，推断其为灰岩含水层；最后一层在 AB/2＞150 m 范围内，视电阻率值为90～110 Ω·m，视极化率值为 1.4%～1.6%，属高阻中极化电性特征，视电阻率等值线平缓，说明深部岩层比较完整，结合水文地质情况，推断其为隔水层电性反映。
图2岭子水源地激电测深断面图
由岭子水源地激电测深断面图可以看出，在 AB/2<20 m 范围内，视电阻率值为 50～70 Ω·m，对应视极化率值为 0.6%～0.7%，其电性特征整体属于低阻低极化，结合当地水文地质情况分析，推断其为第四系黏土的电性反映。在 AB/2＞20 m 范围内，随着视深度增加，自上而下可大体分为4个电性层：第一层在AB/2=30～50 m范围内，视电阻率值为 70～80 Ω·m，视极化率值为 2. 0%～2.4%，属中阻高极化电性特征，结合水文地质情况，推断其为灰岩含水层；第二层在AB/2=50～90 m范围内，视电阻率值为 80～90 Ω·m，视极化率值为 1.8%～2. 0%，属中阻中极化电性特征，结合水文地质情况，推断其为相对隔水层；第三层在 AB/2 =90～150 m 范围内，视电阻率值为70～80 Ω·m，视极化率值为2. 0%～2.6%，属中阻高极化电性特征，结合水文地质情况，推断其为灰岩含水层；最后一层在 AB/2＞150 m 范围内，视电阻率值为90～110 Ω·m，视极化率值为 1.4%～1.6%，属高阻中极化电性特征，视电阻率等值线平缓，说明深部岩层比较完整，结合水文地质情况，推断其为隔水层电性反映。
为进一步研究含水层性质，绘制40号点综合参数曲线图（图3），进行分析解释。由图3可知，视电阻率测深曲线类型整体呈AH型。根据断面图解释成果，为视深度30～50 m、90～150 m之间，存在2层含水层，结合综合参数曲线图分析，在上述层位，视极化率、视激发比和视衰减度整体出现峰值，说明其二次场衰减相对较慢，是岩层赋存水的电性反映。
根据钻探验证结果，在AB/2<20 m范围内，地层为第四系，岩性以黏土为主；在AB/2＞20 m范围内，地层为灰岩，其中，在 AB/2=30～50 m、90～150 m范围内，地层溶蚀裂隙发育，富水性较强，地下水类型为岩溶水。
图3岭子水源地40号测深点综合参数曲线图
4 结论
（1）根据地下水赋存特征及水文地质条件，研究区属于淄博向斜盆地水文地质区，包含淄河岩溶山区、孝妇河岩溶山区和明水泉域岩溶山区等 3 个岩溶水亚区。
（2）碳酸盐岩类裂隙岩溶水含水岩组是研究区最主要的含水岩组，也是各城区供水水源地最主要的开采目的层，可划分为上寒武统及中—下奥陶统裂隙岩溶水含水岩组和中—下寒武统岩溶裂隙水含水岩组两大类。
（3）研究区内岩溶水赋存类型主要为层状岩溶裂隙带型，电性特征表现为层状中低阻异常特征，对应的视极化率、视激发比和视衰减度整体出现峰值，说明其二次场衰减相对较慢，是岩层赋存水的电性反映。
