0 引言

水资源一直是制约经济发展的重要因素，尤其是在一些传统缺水地区，甚至会影响当地居民的日常生活。潍坊是一个严重缺水的城市，拥有水资源总量27.28亿m³，人均占有水资源量不足300 m³（马健，2020）。全市每年平均降雨量664.8 mm，且降雨时间和空间分布极不均衡，年降雨量的70%集中在 7—8 月份，致使汛期北部地区洪水成灾，干旱时南部地区用水又极为紧张，阻碍了社会经济的发展和人民生活水平的提高。同时，快速城镇化和工业化对地下水的开发和利用提出了更严峻的挑战。

近年来，山东局部遭受了罕见的旱情，造成诸多地区地下水位明显下降，取水难度显著加大。另外，由于深部地下水径流条件与浅部有明显差别，其赋水条件和富水位置也不尽相同，需要依靠进一步的水文地质调查、先进的找水设备和勘查手段，对地下水的赋存条件和部位进行综合研究和分析，以达到最佳的勘查找水定井效果，减少不必要的资金浪费，切实解决缺水地区工农业生产、居民日常生活用水难题，满足日益增长的经济社会发展需要。

1 地理概况

研究区为胶济铁路以南的潍坊市区域，南到诸城的山东头乡，西到青州的庙子镇，东到高密，涉及青州、临朐、昌乐、安丘、诸城、高密、潍城南部等地，总面积 9450 km²。地理坐标为东经 118°12′15″～119°53′20″，北纬 35°42′20″～36°47′30″。研究区交通发达，北有胶济铁路、G20高速公路和G309国道， G206国道南北横穿研究区。

2 地质概况

潍坊市域跨华北坳陷、鲁西地块、胶北地块和胶南—威海造山带 4个Ⅱ级构造单元（表1）。研究区隶属晋冀鲁豫地层区，以安丘—莒县断裂为界，东侧属鲁东地层分区，西侧以齐（河）—广（饶）断裂为界，之南为鲁西地层分区，之北为华北平原地层分区。区内地层发育齐全、分布广泛，有新太古界、古元古界、新元古界、古生界、中生界和新生界等。

3 水文地质特征

潍坊市南部为低山丘陵区，北部为河流冲洪积及海积平原区，地层、岩浆岩、构造发育。根据地层岩性、地质构造、地貌形态和水文地质条件，进行水文地质分区（图1）。

研究区主要位于鲁中南低山丘陵碳酸盐岩类水文地质区及鲁东低山丘陵松散岩、碎屑岩、变质岩类水文地质区。

研究区地下水含水岩组主要分为第四系孔隙水含水岩组、碳酸盐岩类裂隙岩溶水含水岩组、基岩裂隙水含水岩组（马健，2020）。

（1）第四系孔隙水含水岩组：主要分布于研究区以北的鲁西北平原松散岩类水文地质区，以及研究区内沿弥河、潍河、胶河沟谷地带。第四系厚度一般 3～15 m，最厚可达 20 m，含水层岩性为中粗砂、砾石，水位埋深一般5～10 m，单井涌水量100～1000 m³ /d，水质好，矿化度＜1 g/L。

（2）碳酸盐岩类裂隙岩溶水含水岩组：主要分布于青州的西部及西南部、临朐、安丘、坊子的西南部及昌乐的东部一带，最具代表性的是临朐南部冶源一带，地形起伏大，沟谷切割强烈。含水层岩性为寒武系、奥陶系灰岩，水位埋深一般 40～200 m，单井涌水量 1000～2000 m³ /d，水质好，矿化度＜ 1 g/L。

（3）基岩裂隙水含水岩组：主要分布于临朐的东南部、沂山山区、安丘、昌乐、坊子的南部一带。岩性为太古宇泰山群变质岩、古生界寒武系、奥陶系石灰岩、白垩系砾岩、凝灰岩、安山岩、新生界玄武岩、砂岩等。岩石结构致密，含风化裂隙水，单井涌水量一般＜100 m³ /d。在昌乐南部、坊子等地为玄武岩分布区，含孔洞裂隙水，单井涌水量500 m³ /d，水质好，矿化度＜1 g/L。

4 地下水赋存环境分类

根据上述地下水类型、含水岩组性质及地下水的赋存空间形态，将研究区地下水赋存环境分为 5 大类：沉积孔隙型、岩溶裂隙型、构造裂隙型、层间裂隙型和风化裂隙型。

（1）沉积孔隙型：此类含水层广泛分布于山前倾斜平原，含水层岩性为中粗砂、砾石，水位埋深一般5～10 m，含水层厚度变化较大，一般5～20 m，其富水程度视含水层厚度而变化。

（2）岩溶裂隙型：研究区分布较广，相对出水量最大、最具供水意义的地下水赋存类型。其水量大小，除受岩性条件、地下水补给条件影响外，还与断裂构造规模、断裂力学性质、构造角砾岩性状、充填胶结程度等因素有关。

岩溶构造裂隙型地下水赋存环境在本区表现为两大特点，即分布的不均一性和岩溶与构造的伴生性。因此，仅通过水文地质调查寻找某一地层层位从而找水定井的做法成功率不高，需要利用综合物探手段查明构造分布范围进而确定钻孔位置。

（3）构造裂隙型：构造裂隙型是研究区分布最广泛、富水性最好的地下水赋存环境类型（陈怀玉等，2020）。张性、张扭性断层的构造岩带，岩石破碎，裂隙发育，对地下水的形成和运移起着控制作用。压性断层往往起着阻水的作用；张性断层可以串联多个含水层，使其成为地下水的赋存空间。当断层切割不同的地貌单元时，与地层、地貌组合成一个相对独立的地下水系统。断层蓄水构造是以断层破碎带为含水空间，以两盘完整的岩石为隔水边界，在适当的补给条件下形成。潍坊南部山区经过多次构造运动，区内断层比较发育，断层蓄水构造是该区的常见赋水类型。

（4）层间裂隙型：一般出水量较小，只有与岩溶、构造伴生时才可能成为村镇集中供水水源，本文对此类地下水不做深入研究。

（5）风化裂隙型（孙银行等，2021）：风化裂隙型蓄水构造主要分布在弱透水岩层中，风化带作为主要的含水空间。风化裂隙水埋藏比较浅，便于开采，但受地形影响比较大。风化裂隙水直接受大气降水的入渗补给，由高处向低处运移，在地形较低的汇水洼地形成地下水富集区。该类地下水水量不大，且受季节变化影响，不具备集中供水意义，但可以进行分散式供水，一定程度上可以解决人畜饮水问题。

上述5种地下水赋存类型较为全面地代表了潍坊南部山区的地下水赋存环境，但这 5 种类型并不是孤立存在的，往往复合交叉，其中构造裂隙型与其他赋存类型交叉最为常见。例如，构造裂隙型+ 岩溶裂隙型的地下水赋存环境在研究区西南部碳酸盐岩地区分布较广，涌水量相对较大，是研究区最为理想的找水目的层；风化裂隙型+构造裂隙型的赋存环境，是碎屑岩区、变质岩区重要的找水方向。

5 综合物探方法应用研究

5.1 重点研究区选择

依托“诸城市百尺河镇、贾悦镇高标准农田建设”“潍坊市峡山区西波浪泉村扶贫找水打井”和 “青州市庙子镇横栏村和北后峪村找水打井”3个项目开展补充研究工作，具体选择依据如下：

（1）3个项目都属于传统缺水地区，但地质特征不同。诸城市百尺河镇、贾悦镇地层以“红板岩”为主（孙银行等，2021）；峡山区西波浪泉村为变质岩地区，以荆山群的大理岩、变粒岩为主；青州市庙子镇地区以灰岩、白云质灰岩、白云岩为主。

（2）3 个项目的地下水类型不同。诸城市百尺河镇、贾悦镇高标准农田建设项目主要寻找碎屑岩类裂隙水，地下水赋存环境属风化裂隙型+构造裂隙型；潍坊市峡山区西波浪泉村扶贫找水打井项目主要寻找变质岩类裂隙水（马文宁等，2022），地下水赋存环境属构造裂隙型；青州市庙子镇横栏村和北后峪村找水打井项目主要寻找碳酸盐岩类裂隙岩溶水，地下水赋存环境属构造裂隙型+岩溶裂隙型。

以上 3 个研究区都属于传统缺水地区，在潍坊南部缺水地区独具代表性，较全面地代表了潍坊南部缺水地区不同的缺水类型。

在选定的 3 个重点研究区内，分别开展高密度电法（郝治国等，2012；张彪等，2015；孙银行等， 2021）、大功率激电测深、天然电场选频测量和微动测量工作，取得3个重点研究区内地层的电性特征、极化特性及弹性介质波速信息，并解释推断地下水富集部位及初步圈定含水层深度。

5.2 诸城市贾悦镇（风化裂隙型+构造裂隙型）

研究区（近贤村）位于贾悦镇西北部，周边地形平坦开阔，表层第四系覆盖，厚度一般小于10 m，局部基岩出露，为白垩系砂岩。

在 1-1 线（图2）280 号点处进行水文地质钻孔验证。钻探采用空气潜孔锤钻进方法，孔深150 m， 12 m 钻遇砂岩，单井涌水量可达 200 m³ /d。主要出水段20～30 m为风化裂隙含水层；80～90 m为构造裂隙含水层。通过水质全分析可知，该处地下水类型为SO₄ ·HCO₃ ·Cl-Ca型，矿化度为994 mg/L，水质良好。

5.3 峡山区西波浪泉村（构造裂隙型）

西波浪泉村位于峡山区赵戈镇南3.5 km处，村庄周边地形平坦开阔，表层第四系覆盖，厚度一般小于 10 m，局部冲沟见基岩出露，为荆山群野头组定国寺段大理岩。

结合物探解译成果，在 2-1线（图3）365号点处进行水文地质钻孔验证。该钻孔下部岩石较破碎，先采用回转正循环钻进至完整基岩，然后下套管护壁，再采用空气潜孔锤钻进。钻孔成井深度150 m， 15 m 钻遇大理岩，70～80 m 构造裂隙发育，为主要含水层，单井涌水量可达 200 m³ /d。通过水质全分析可知，该处地下水类型为 SO₄-Ca 型，矿化度为 1099 mg/L，水质良好。

5.4 青州市横栏村和北后峪村（构造裂隙型+岩溶裂隙型）

横栏村位于青州市庙子镇南部山区，地形切割剧烈，表层第四系覆盖较薄，厚度一般小于 5 m，大面积基岩出露，出露地层为九龙群炒米店组及三山子组。

结合物探解译成果，在 3-1线（图4）300号点处进行水文地质钻孔验证。采用空气潜孔锤钻进，钻孔成井深度200 m，其中，180 m处岩石较破碎，富水性较强，单井涌水量 700 m³ /d。通过水质全分析可知，该处地下水类型为 HCO₃·SO₄-Ca 型，矿化度为 443 mg/L，水质良好。

北后峪村位于青州市庙子镇东部山区，地形切割剧烈，表层第四系覆盖较薄，厚度一般小于 5 m，大面积基岩出露，为寒武系灰岩。

结合物探解译成果，在 3-2线（图5）580号点处进行水文地质钻孔验证。采用空气潜孔锤钻进，钻孔成井深度290 m，其中，190 m处岩石较破碎，富水性较强，单井涌水量 720 m³ /d。通过水质全分析可知，该处地下水类型为 HCO₃·SO₄-Ca 型，矿化度为 455 mg/L，水质良好。

5.5 综合物探方法有效性评价

依托“诸城市百尺河镇、贾悦镇高标准农田建设”“潍坊市峡山区西波浪泉村扶贫找水打井”和 “青州市庙子镇横栏村和北后峪村找水打井”3个项目，开展高密度电法、大功率激电测深、天然电场选频测量和微动测量工作，取得 3 个重点研究区内地层的电性特征、极化特性及弹性介质波速信息。4 种物探方法在不同地区不同项目中所反应的地层地质情况也不尽相同，从异常类型、规模特征、异常幅值大小等因素对物探方法有效性进行综合评价（表2）。

在找水定井工作中，地球物理勘探的最终目的是准确地确定井位。物探方法的选择一要考虑方法技术特点对地下水赋存环境特征的适用性；二是考虑使用效率与使用成本；三要考虑物探方法的抗干扰性和成熟性。根据上述原则，本文对所采用的 4种物探方法进行适宜性评价（表3）。

但是，各种方法在不同水文地质区、不同地下水赋存环境下能够解决的地下水问题差异很大，如何有效使用各种方法以及选择出最佳、最经济的组合，也是必须关注的重要环节。因而，不仅要采用新技术、新方法，也要兼顾快速、简便、有效的传统物探方法；既要依靠成熟的主打技术，又要兼顾不同角度获得参数以提高勘查的准确性（武毅等， 2002；孙中任等，2017）。本文通过研究不同地区的找水实践总结出不同组合技术（表4）。

6 地下水勘查技术流程

经过多年的实践，总结出地下水勘查的一般流程：资料收集→现场踏勘→物探→钻探，这一过程被概括为“逐步逼近式找水程序”，在缺水地区得到了广泛应用（武选民等，2009）。综合分析以往找水失败的案例，物探方法选择不当导致井位确定不合理是主要原因。因此，如何通过物探手段确定合适的钻井位置，是找水打井工作的关键。

通过本次研究工作，笔者对上述工作流程进行了适当调整，取得了明显效果。调整的核心内容是对物探工序进行深化，根据水文地质工作程度和地下水勘探目的层位，进一步划分为自由物探、跟踪物探和精细物探。改进后的工作流程如图6 所示，基本覆盖了研究区地下水勘查的全部环节，实际操作中根据地下水赋存环境的不同和经济、技术条件的差异可对程序进行灵活调整。

地下水勘查方法的组合原则是经济、适用、高效，必须保证在最小经济条件下，取得最优勘查成果，因而不仅要采用新技术、新方法，也要兼顾快速、简便、有效的传统物探方法；既要依靠成熟的主打技术，又要兼顾不同角度获得参数以提高勘查的准确性。按照图6 所示思路，针对不同的地下水赋存类型，选择不同的物探、钻探等技术手段，即可得到不同的勘查技术流程。

6.1 沉积孔隙型地下水勘查技术流程

沉积孔隙型地下水分布规律性较强，勘查难度不大，综合考虑技术、经济因素，可简化程序，选择成熟有效的方法组合。

沉积孔隙型地下水勘查工作流程主要分为（图7）：

（1）资料收集：收集水文地质资料，确定勘查思路；

（2）优选物探方法：利用高密度电法查明含水层结构，选择激电测深，判断富水性；

（3）选择回旋钻进成井工艺，进行水井施工。

6.2 浅层裂隙型地下水勘查技术流程

岩溶裂隙型、层间裂隙与构造裂隙型地下水在物性特征上相似，因而所采取的勘查技术也相似。鉴于埋藏深度对3种裂隙水的勘查方法选择影响较大，本文据此分为2种勘查模式，即浅层裂隙型勘查模式和深层裂隙型勘查模式。

深度小于100 m的浅层裂隙型地下水勘查工作流程主要分为（图8）：

（1）资料收集：收集水文地质资料，确定勘查思路；

（2）进行水文地质调查：查明构造分布，初步确定地下水富水靶区；

（3）优选物探方法：首选选频法确定异常范围，再利用高密度电法查明构造形态，最后选择激电测深，判断富水性；

（4）选择成井工艺，进行水井施工：脆性地层采用空气潜孔锤钻进，埋深较小的可选择回转正循环钻井成井。

6.3 深层裂隙型地下水勘查技术流程

深层裂隙型地下水勘查技术流程同样适用于岩溶裂隙型、层间裂隙与构造裂隙型，只是调查的侧重点稍有不同。

深度大于100 m的深层裂隙型地下水勘查工作流程主要分为（图9）：

（1）资料收集：收集水文地质资料，确定勘查思路；

（2）水文地质工作程度较高区域，可根据构造分布大体位置，优选微动测量，查明构造位置，再选择激电测深，判断富水性；水文地质工作程度较低区域，可首选选频法进行自由勘查，探索异常位置，发现异常后选择微动测量，查明构造详细位置，最后选择激电测深，判断富水性；

（3）选择空气潜孔锤钻进，进行水井施工。

7 结语

本文充分总结了多年来潍坊南部缺水地区地下水勘查方面的理论、技术与经验，在研究区已有成果资料基础上，选择 3 个重点研究区有针对性地开展了一系列补充研究及勘查示范工作，最终总结归纳出潍坊南部缺水地区主要地下水赋存环境类型，并根据富水构造特点针对性地提出相应的地下水物探勘查技术方法组合模式（李国占和孙银行， 2010），经实践检验，效果明显，效益突出。具体结论如下：

（1）本文主要依据含水介质的性质，同时参考其他相关因素，将研究区地下水赋存环境划分为沉积孔隙型、风化裂隙型、构造裂隙型、岩溶裂隙型和层间裂隙型共 5 种类型，比较全面地代表了研究区的地下水赋存环境。

（2）针对不同的地下水赋存类型，选择不同的物探方法组合，得到不同的勘查技术流程：

①沉积孔隙型和风化裂隙型地下水分布规律性较强，勘查难度不大，综合考虑技术、经济因素，可简化程序，选择成熟有效的方法组合，推荐选取 “高密度电法+激电测深”的方法组合；

②岩溶裂隙型、层间裂隙与构造裂隙型地下水在物性特征上相近似，鉴于埋藏深度对 3 种裂隙水的勘查方法选择影响较大，本文据此分为 2 种勘查模式，即浅层裂隙型勘查模式和深层裂隙型勘查模式：

a. 浅层裂隙型推荐选取“选频法+高密度电法+ 激电测深”的方法组合；

b. 深层裂隙型推荐选取“选频法+微动测量+激电测深”的方法组合。

（3）今后山区找水的难度将会愈来愈大，在一些找水难度大的地区，必须采用更全面的综合物探方法，采集多种地质-地球物理信息，结合实际场地特征，进行综合比对分析，提取分析不同信息之间的相关性，进一步提高地下水物探勘查技术的成功率和适用性（兰干江等，2016；郭龙凤等，2018）。

参考文献