海南島瓊北盆地孔隙承壓水水化學特征及水質評價*

樊連杰 鄒勝章 盧 麗 劉鋒平 林永生 朱丹尼 周長松

(1.中國地質科學院巖溶地質研究所，廣西巖溶資源環境工程技術研究中心，廣西 桂林 541004；2.生態環境部環境規劃院，北京 100012)

地下水是水資源的重要組成部分，在保障我國城鄉居民生活用水、支持社會經濟發展、維持生態平衡等方面具有十分重要的作用[1-4]。相對地表水，地下水具有水量相對穩定、不易受污染等特點[5-7]。海南島瓊北盆地地下水資源豐富，地下水是該地區重要的飲用水源，特別是在鄉鎮和農村地區，地下水甚至是唯一供水水源[8-10]。瓊北盆地地下水類型主要有第四系松散巖類孔隙潛水、火山巖潛水和上第三系松散固結巖類孔隙承壓水；潛水水質受地表環境直接影響較大，且水量受降雨影響動態變化較大，在保障生活和生產用水方面具有一定局限性，目前該類型地下水的開發利用已經相對較少。現階段瓊北盆地通過機井方式開采孔隙承壓含水層地下水，由于長期超量開采，該地區承壓水水位下降，部分區域形成地下水位降落漏斗，而地下水位下降會導致水質惡化、海水入侵和地面沉降等環境地質問題。隨著海南自由貿易試驗區和國際旅游島建設的不斷推進，海南島地下水環境狀況受到人們越來越多的關注，海南島瓊北盆地分布有?？?、洋浦經濟開發區等重要經濟體，人口密集、社會經濟發展快速，旅游業、農業及工業的快速發展對該地區地下水環境狀況造成一定威脅[11-13]。

目前關于海南島地下水的研究主要集中在橡膠種植區[14-15]、西南部濱海地帶、南部沿海、地熱田等局部小范圍[16-21]，且在研究過程中并未考慮地下水含水層類型，缺乏針對區域性重要含水層地下水水化學特征和水質方面的系統性研究。本研究通過在枯水期對海南島瓊北盆地孔隙承壓水采樣分析測試，運用數理統計、圖解法和離子比值等方法，結合水文地球化學理論對該地區地下水進行系統分析，研究了其地下水水化學特征及主要控制因素，揭示了該地區自然過程和人類活動對區域地下水環境的影響，為該地區地下水資源保護與開發利用提供重要的科學依據。

1 研究區概況

研究區地處海南島北部、西北部濱海平原和火山巖臺地，北瀕瓊州海峽，與雷州半島隔海相望，西臨北部灣，包括海口、澄邁、臨高和儋州等4個縣市的部分地區和整個洋浦經濟開發區，面積約4 580 km2。地理坐標為19°36′57″N～20°5′10″N，109°5′46″E～110°39′36″E。屬于熱帶海洋季風氣候，春季溫暖少雨多旱，夏季高溫多雨，秋季多臺風暴雨。年平均氣溫23.6 ℃，年無霜期346 d，終年無冰雪。多年平均降水量1 737 mm，多年平均蒸發量1 807 m。地勢平緩，地形呈波狀起伏，總體呈南高北低，海拔一般在100 m以下。根據地貌成因和形態特征，海南島瓊北盆地可分為山前剝蝕堆積波狀平原、火山巖臺地、河流侵蝕堆積平原和濱海堆積平原等4個大區。研究區位于雷瓊盆地南緣，東起?？跂|寨港，東西向的王五—文教深大斷裂為研究區的南部邊界，瓊州海峽為研究區北部和西部邊界，內部受東北向臨高斷裂和西北向馬裊斷裂、顏春嶺—道崖斷裂和榮山—嶺南斷裂的切割，北臨瓊州海峽。地表出露地層有白堊系鹿母灣組，新近系上新統?？诮M，第四系更新統秀英組、多文組、北海組、道堂組、石山組，第四系全新統石山組、瓊山組、煙墩組；隱伏分布古近系長流組、流沙港組、潿洲組，新近系下洋組、角尾組、燈角樓組和?？诮M。地下水按賦存壓力狀況可分為潛水和承壓水兩大類，分別賦存于火山噴發巖、第四紀松散層和第三紀沉積的半固結-固結巖層中。研究區基底和邊緣的白堊紀碎屑巖、部分寒武紀變質巖和中生代巖漿巖賦水透水性差，為系統的隔水底板。新第三紀以來，研究區仍位于凹陷區，處于海侵狀態，沉積了一套半固結、固結、松散碎屑巖及黏土，構成一套多層組、各層組間有弱透水層存在且有一定水力聯系的孔隙承壓含水系統[22-24]。

2 樣品采集與分析方法

圖1 研究區地下水采樣點分布

3 結果與討論

3.1 地下水水化學特征

表1 研究區地下水水化學參數統計1)

注：圖中的數值為毫克當量(以 1 mg H作為參照)百分數。

3.2 地下水水化學特征的主要控制因素

多元統計方法可用于識別地下水水化學特征形成與演化過程。相關性分析可以對多組變量元素進行分析，反映離子之間相關程度，相關系數絕對值越接近1，相關性越大[26]。研究區地下水水化學特征因子分析結果見表2，相關性分析見表3。

表2 研究區地下水水化學特征因子載荷和共同度

表3 地下水各組分間的相關系數1)

注：Na+/(Na++Ca2+)和均為摩爾比。

注：與Ca2+/Na+均為摩爾比。

通常認為Na+和K+來源與大氣降雨、硅酸鹽礦物和蒸發巖類礦物溶解有關，Na+和Cl-毫克當量濃度可用來反映地下水中Na+和K+的來源。海水和大氣降水的Na+和Cl-毫克當量濃度比值為0.86，在未受人類活動影響條件下，地下水中Na+和Cl-毫克當量濃度比值等于或接近于1時，一般認為巖鹽溶解是地下水中Na+和Cl-的主要來源[32]。由圖5(a)可見，研究區地下水采樣點大部分分布于1∶1當量線附近，但仍有部分采樣點在1∶1當量線之上，說明研究區地下水中除蒸發巖和硅酸鹽巖對地下水中Na+和K+的來源有主要貢獻外，可能還受到陽離子交替吸附作用影響，使得Na+和K+含量高于Cl-含量。

圖5 研究區地下水主要離子關系

3.3 地下水水質評價

按照《地下水質量標準》(GB/T 14848—2017)，根據水樣分析測試結果對研究區內地下水質量進行綜合評價，結果見表4。地下水質量綜合評價是按單指標評價結果最差的類別確定水質類型。研究區40個地下水采樣點中，Ⅱ類水點有6個，占15.0%，該類水可適用于各種用途；Ⅲ類水點有18個，占45.0%，該類水主要適用于集中式生活飲用水水源和工農業用水；Ⅳ類水點有11個，占27.5%，超標因子有Mn、pH、Pb、Zn、As，該類水適用于農業和部分工業用水，適當處理后可作為生活飲用水；Ⅴ類水點有5個，占12.5%，超標因子有Al、Hg、pH，該類水不宜作為生活飲用水水源。

表4 地下水水質評價統計結果

圖6 地下水水質分布

4 結 論

(2) 海南島瓊北盆地地下水水化學特征主要受水巖作用過程的礦物溶解影響，其中以硅酸鹽礦物的溶解為主，蒸發巖和碳酸鹽礦物的風化溶解也有一定的貢獻，大氣降雨和蒸發濃縮的影響不明顯。Na+和K+的來源主要是蒸發巖和硅酸鹽巖，Ca2+和Mg2+主要來源于碳酸鹽礦物的溶解。

(3) 海南島瓊北盆地地下水水質以Ⅲ類水為主，Ⅱ類和Ⅲ類水占比合計為60%，總體水質較好，Ⅳ類和Ⅴ類水主要分布在地下水徑流區和排泄區，以濱海排泄區為主，Ⅳ類和Ⅴ類水的超標因子均含pH，且地下水酸化，超標因子Al和Mn與地質背景有關。