柯永华

（福建省地质调查研究院，福建 福州350013）

0 引言

研究海水入侵问题势必要确定海水入侵范围以及海水入侵的界线位置。高密度电法主要是通过人工建立一个直流电场，采集地层电阻率数据，由于在滨海含水层中影响电阻率变化的主要因素是地下水中所含氯离子浓度的高低，这为利用高密度电法监测海水入侵提供了有利可行的依据［1］。利用高密度电法监测海水入侵，不仅观测效果显著，还可以准确划分咸淡水界线，描述海水入侵形态。目前，长乐滨海地区已有不同程度的局部海水入侵区，使得部分区域地下水水质污染，水井报废，严重影响了经济、生活及基础设施的建设运维。本文选取长乐滨海带作为研究，分析该区域海水入侵影响范围和程度的典型区。

1 工作原理及分析方法

1.1 高密度电法工作原理

高密度电阻率法是以不同导电性的电解质为基础，依据热工直流电场来分析地下的电性变化，将测得的电流、电位等数据导入软件后得出电阻率的空间分布，从而推断解释地下结构特征，用以解决相关地质问题的阵列勘探方法，工作示意图见图1。

1.2 观测装置

观测装置使用温纳装置进行观测，温纳装置是对称的四极装置，其中A、B是供电电极，M、N是测量电极，四极以相等间距排列。温纳装置的数据点呈现为倒梯形剖面见图2，数据点随着测量深度增加而变少，隔离系数随着深度的增大而增大。

图1 高密度电阻法示意图

图2 温纳装置跑极示意图

1.3 数据处理

采用Res2dinv软件包进行反演计算处理数据，反演时采用圆滑约束最小二乘法进行，见式（1）：

式中：J偏导数矩阵；J"为J的转置矩阵；μ为阻尼系数；d为模型参数修改矢量；g为残差矢量。

反演可采用常规高斯—牛顿法，每次迭代后均计算偏导数的雅各比矩阵。

2 区域监测

监测工作区分为A、B……G，7个测区，共布置15条高密度电法剖面见图3，下面对各测区逐条剖面进行初步解释推断。

图3 高密度电法剖面布设图

2.1 A测区

由A测区剖面位置及解释推断见图4，剖面近海一侧（A1线东侧，A2线北西测）和内陆侧的视电阻率有明显差异，即内陆侧视电阻率高，为10Ω·m～n×100Ω·m，近海侧视电阻率小于10Ω·m。结合本测区内A2线2450点南侧水文地质钻孔SK51资料，推测本测区高密度电法高阻特征由干砂引起。A1线2900～3000点之间；A2线1900～2000点之间，可发现一条视电阻率高低分界面，结合水文地质特征可推断此界面为咸淡分界面。其中，A2线淡、咸水分界带近东西向呈垂直状展布；A1线淡、咸水分界带呈北西向展布，为上淡下咸特征。

图4 A测区剖面位置及解释推断图

图5 B测区剖面位置及解释推断图

2.2 B测区

由B测区剖面位置及解释推断见图5，剖面两侧视电阻率没有明显差异，视电阻率一般为10Ω·m～n×100Ω·m。结合本测区内B1线1000点南侧第四系钻孔DZK016资料，推测本测区高密度电法表层高阻特征由干砂引起；深部局部高阻特征由砂卵石引起。本测区高密度结果无显著的视电阻率高低分界，认为此界面咸水分界不明显。

2.3 C测区

由C测区剖面位置及解释推断见图6，剖面近海侧与内陆侧视电阻率差异明显，内陆侧视电阻率达10Ω·m～n×100Ω·m，而近海侧不高于＜10Ω·m。结合本测区内C2线1600点附近工程地质钻孔GZK061资料，推测本区高密度电法高阻特征由干砂引起。C1线1800点附近及C2线1700点附近，有一条视电阻率高低分界面，结合水文地质特征推断此处为咸淡水分界面，且分界面延伸方向与海岸带方向基本平行。其中，C1线为上咸下淡特征；C2线为上淡下咸特征。

C1剖面1700点往西一带及C2剖面1350点附近，有水产养殖场。养殖场就地抽淡水以及海水用于海鳗幼苗养殖，造成该区域海水局部倒灌下渗，据此认为图6中C1剖面1700点往西（小号方向）以及C2剖面1350点附近的蓝色低阻带由此类原因引起。结合其他测区剖面图分析，这一类因素对本次咸、淡水界线带划分工作影响较大。

图6 C测区剖面位置及解释推断图

图7 D测区剖面位置及解释推断图

2.4 D测区

由D测区剖面位置及解释推断见图7，剖面近海一侧（南东测）与内陆一侧，两侧视电阻率有较明显差异。内陆侧视电阻率高达5Ω·m～n×100Ω·m，近海侧不高于10Ω·m。

根据现场勘测，测区D1线2150～2450点附近地表为早白垩世正长花岗岩，结合地质资料可以推断这一带是由早白垩世正长花岗岩引起的高阻特征。D1线2600点及D2线1350点附近，有一条明显的视电阻率高低分界面，推断此处为咸淡水分界面，且分界面的延伸方向平行于海岸带。测区内D1、D2剖面总体呈上淡下咸特征。

2.5 E测区

由E测区剖面位置及解释推断见图8，剖面近海侧和内陆侧视电阻率有明显差异。即内陆侧视电阻率高达10Ω·m～n×100Ω·m，但近海侧仅不到10Ω·m。结合本测区内E2线1000点北侧工程地质钻孔GZK079资料，推测本区高密度电法高阻特征由干砂引起。E1线2450点附近及E2线1700点附近，有一条较明显的视电阻率高低分界面，推断此处为咸淡水分界面，且界线延展方向与海岸带方向大致平行。测区内E1、E2剖面总体呈上咸下淡特征。

图8 E测区剖面位置及解释推断图

2.6 F测区

由F测区剖面位置及解释推断见图9，剖面近海一侧（北东测）与内陆一侧（南西侧），两侧视电阻率有较明显差异。

具体表现为：内陆一侧视电阻率高，一般为5Ω·m～n×100Ω·m；近海一侧视电阻率低，一般＜10Ω·m。结合本测区内F1线1000点南侧工程地质钻孔GZK080资料，推测本区高密度电法高阻特征由干砂引起。F1线1950点附近及F2线1300点附近，有一条较明显的视电阻率高低分界面，推断此处为咸淡水分界面，且界线延展方向与海岸带方向大致平行，呈现为北西向。测区内F1、F2剖面总体呈上咸下淡特征。

图9 F测区剖面位置及解释推断图

2.7 G测区

由G测区剖面位置及解释推断见图10，剖面近海一侧（北东测）与内陆一侧（南西侧），两侧视电阻率有所差异。具体表现为：内陆一侧视电阻率相对高，一般为1～n×100Ω·m；近海一侧视电阻率低，一般＜1Ω·m。结合本测区内G3线1850点附近工程地质钻孔GZK073资料，推测本区高密度电法表层高阻特征由干砂引起；深部高阻特征由强风化凝灰岩引起。

G1剖面水系发达，剖面南东侧约50 m处有一宽约30 m的河流经过，河流走向与剖面方位大致平行，推测存在海水从水沟流入内陆的情况，故本剖面电阻率差异不甚明显，仅在1300点附近隐约见一条视电阻率高、低段分界面；G2剖面1650点往西南（小号方向）一带由于受周边养殖场影响（此处养殖场规模较大，前文已就养殖场抽水对地层电性特征的影响进行过描述），咸、淡水分界线不明显；G3剖面2000点附近隐约见一条视电阻率高、低段分界面，1700点往西南（小号方向）一带存在个别小型规模的养殖场，推测G1剖面1700点往南西（小号方向）一带的蓝色低阻带由此类原因引起。

综上所述，并结合物性特征及水文地质资料分析，认为G1剖面3100点、G2剖面1650点、G3剖面2000点附近为本区淡、咸水分界带，测区内G1、G2、G3剖面总体呈上咸下淡特征。

图10 G测区剖面位置及解释推断图

3 结语

高密度电法用于测量浅水层电阻率变化特征，这部分地下水资源直接影响居民生活生产，确定浅层海水入侵界面能够有效圈定影响区域，便于日后治理。本次监测是按照区域不同地址条件确定了海水入侵界面电阻率，该法具有高效、简单、成本可控等特点，适合在大范围海水入侵监测中使用，值得推广。