1 引言

我国是一个海洋大国，有18 000 km的漫长陆地海岸线，面积大于500 m2的岛屿有6 500多个。但我国绝大多数海岸带城市都是水资源短缺型城市，海岸带和海岛地区水资源的供需矛盾也越来越突出，水资源短缺对我国海岸带城市和海岛的经济和社会发展已经产生了巨大影响，开展近海海域海底第四系淡水资源研究非常必要。

大陆架是沿岸大陆被海水淹没的浅海地带，陆地上观测到的岩层与构造往往向浅海下延伸，海岸线并不是海岸带地下水系统的边界，地下水可以通过海底进行排泄，在世界各地有很多证据都证明近海海底存在淡水和微咸水资源[1-3]。我国近海海底第四系淡水资源，主要赋存于相对比较封闭的厚层陆相地层环境中，陆相地层中的砂层特别是埋藏古河道中的厚层砂层，可能储存了可饮用的淡水资源[4-7]。本文以东海舟山北部海域为研究区域，在系统分析海底第四纪地层结构与沉积环境基础上，论述了第四纪早更新世古河道的分布，对海底第四系淡水资源赋存潜力进行了分析研究。

2 资料来源

2009年和2012年青岛海洋地质研究所在研究区舟山北部海域分别采用Delph Seismic和SIG2 mille数字地震采集系统、气枪震源完成了4 550 km高分辨率单道地震作业，采用HGD-600型海洋工程勘察钻机、跟管钻进孔底锤击绳索取心工艺完成了2口全取心地质钻孔DZS1孔(30°54′18.7320″N、122°28′07.4142″E，202.1 m)和DZS2孔(31°13′02.1264″N、122°42′16.1058″E，240.1 m)，2007年前人在研究区完成了水文地质孔“嵊泗二井”(30°54′12.5147″N，122°18′42.3918″E)，此外前人在研究区还完成了地质浅钻、单道地震等地质、地球物理工作(图1)。上述工作，为开展海底第四系淡水资源赋存潜力分析研究奠定了基础。

3 舟山北部海域海底第四纪地层结构与沉积环境

舟山北部地区岛礁众多，海底起伏较大。海底松散地层分布受基岩地势和埋深差异所控制。在单道地震剖面中，基岩界面反射特征非常明显，为强振幅、连续反射界面(图2)；依据DZS1、DZS2、嵊泗二井等钻孔地层和单道地震剖面解释资料，对研究区海底松散沉积物分布规律进行了深入研究(图3)。

舟山北部海域海底松散地层厚度为0～432.9 m(图3)。在嵊泗泗礁和牛皮礁、鸡骨礁之间，除岛礁附近区域以外，海底松散地层沉积厚度为180～200 m。在牛皮礁和鸡骨礁西北向长江口方向，海底松散沉积物逐渐增厚；在长江口横沙、长兴岛东部，松散沉积物厚度变化不大，为240～290 m，靠近牛皮礁松散沉积物变薄。研究区东北方向，海底松散沉积物逐渐增厚，最大厚度达432.9 m。枸杞岛、嵊山岛向东南方向，松散沉积物逐渐增厚。在研究区的西南杭州湾口北侧，大洋山、小洋山西北，海底存在一个沉积凹陷区，凹陷中心松散沉积物最大沉积厚度达373 m[6]。

DZS2孔位于研究区东北部，水深39.7 m，终孔深度240.1 m。综合钻孔岩心描述、粒度分析、微体古生物鉴定、孢粉分析、AMS14C测年、光释光测年和古地磁测试等对DZS2孔地层结构和沉积环境进行了分析研究[8-9]。

DZS2孔揭露了第三纪上新世(N2)、第四纪早更新世(Q1)、中更新世(Q2)、晚更新世(Q3)和全新世(Q4)地层。穿过DZS2孔的单道地震测线SHF17如图4所示。

埋深240.1～222.50 m为第三纪上新世(N2)地层；岩性为灰色的砾质砂层和含砾石粉砂质砂、黄灰色中砂和黄褐色粉砂，本层段未见微体古生物化石，为生物地层哑带，为陆相的河床-边滩-漫滩相沉积。

埋深222.50～124.18 m为第四纪早更新世(Q1)地层；岩性为褐黄色黏土质粉砂、灰色细砂和中砂、黄色及浅蓝灰色黏土质粉砂等，底部和顶部的黏土质粉砂层内含大量钙质和硅质结核；本层段未见微体古生物化石，为陆相的湖泊、河床、边滩-河漫滩相沉积、泛滥平原相沉积。

埋深124.18～79.10 m为第四纪中更新世(Q2)地层；岩性以浅灰色、蓝灰色和褐黄色黏土质粉砂为主，夹多层粉砂质砂和细砂薄层，中下部黏土质粉砂层大多见钙质结核和铁锰质结核；本段地层绝大多数层位未见海相或陆相微体生物化石，在埋深110.87～111.08 m层位样品发现介形虫17瓣，底栖有孔虫2枚，其中介形虫中Ilyocypris bradyi Sars11瓣，纯净小玻璃介Candoiella albicans (Brady)3瓣，这两个绝对优势种都是非海相种，另外3瓣为海相种，显然这一阶段仍然是陆相环境；在埋深94.31～95.80 m层位连续出现介形虫个体，统计瓣数在4～7瓣不等，但都是一个非海相种Ilyocypris bradyi Sars连续出现，说明这一阶段为陆相沉积环境；本段地层为河漫滩、边滩及湖泊相沉积。

埋深79.10～27.58 m为晚更新世(Q3)地层；岩性为浅蓝灰色、浅黄色黏土质粉砂、暗黄色和灰色中砂、粗砂和砾石层和灰色细砂；本段地层岩心中未见微体生物化石，为河漫滩-边滩、湖泊和河床相沉积。

埋深27.58～0 m为全新世(Q4)地层；岩性为黏土质粉砂与细砂互层、灰色、黄灰色的黏土质粉砂。埋深27.84～25.60 m沉积物4个样品中都只发现1枚底栖有孔虫个体，为从陆相向海相过渡的半咸水、内陆架海相沉积；埋深25.60～0 m沉积物中有较连续且稳定的海相微体古生物化石出现，属于海相近岸河口逐渐过渡到内陆架浅水沉积环境。

DZS1孔位于研究区中部，水深15.8 m，终孔深度202.1 m，其中第四纪松散地层深度200.4 m，以下为第三纪上新世火山角砾岩。综合钻孔岩心描述、粒度分析、微体古生物鉴定、孢粉分析、AMS14C测年、光释光测年和古地磁测试等对DZS1孔地层结构和沉积环境进行了分析研究。

DZS1孔揭露了第四纪早更新世中期(Q12)、早更新世晚期(Q13)、中更新世(Q2)、晚更新世(Q3)和全新世(Q4)地层。穿过DZS1孔的单道地震测线ZSA11如图5所示。

DZS1孔只有顶部层位(埋深0～16.69 m)样品中有较为稳定的海相微体化石出现，推测为内陆架浅海或海陆过渡相沉积环境；钻孔其他层位均未见海相或陆相微体生物化石，为生物地层哑带，推测皆为陆相沉积环境。

埋深200.3～157.45 m为早更新世中期(Q12)地层；岩性主要为浅灰色砂质粉砂和粉砂质砂、浅灰白色粗砂和砾质砂、浅灰蓝色及浅灰黄色砂质粉砂、粉砂质砂、暗黄色细砂、中砂、粗砂和砾质砂等组成，为河漫滩、河床相沉积。

埋深157.45～115.45 m为早更新世晚期(Q13)地层；岩性主要为浅灰、暗灰色、灰黄色砂质粉砂和粉砂、暗黄色中砂、粗砂和砾质粗砂、浅蓝灰色黏土质粉砂、灰色黏土质粉砂、粉砂与粉砂质砂、细砂，为河漫滩、湖泊、河床相沉积。

埋深115.45～90.95 m为中更新世(Q2)地层，岩性为浅蓝灰色、暗黄色黏土质粉砂、粉砂与粉砂质砂、细砂，除中部地层外，下部和上部地层中黏土质粉砂层大多见钙质结核和铁锰质结核，为湖相、边滩-河漫滩相沉积。

埋深90.95～55.00 m为晚更新世早期和中期(Q31- Q32)地层；岩性为灰色细砂、浅蓝灰色砂质粉砂、浅蓝灰色、浅褐黄色及浅灰色的粗砂、中粗砂、中砂、细砂等，为河床、河漫滩、湖泊相沉积；

埋深55.00～15.30 m为晚更新世中期和晚期地层(Q32- Q33)地层；岩性以浅蓝灰色粉砂质砂、浅褐黄色细砂、暗黄色粉砂为主；埋深16.69～15.30 m见少量有孔虫和介形类化石，瓷质壳的Qinquelocuina lamarckiana d'Orbigny占据明显优势，为内陆架滨岸浅水沉积；其他层段均未见海相或陆相微体生物化石，主要为边滩-河漫滩、湖泊、河床相沉积。

埋深15.30～0 m为全新世(Q4)地层；岩性为黄灰色粉砂质砂、浅灰黄色和浅黄灰色黏土质粉砂，中上部夹细砂-粉砂-粉砂质黏土薄层；本段地层有较为稳定的海相微体化石出现，为内陆架浅海或海陆过渡相沉积环境。

通过研究海域钻孔与毗邻的上海陆地地区钻孔资料[10-11]对比可以得出(图6)：DZS1孔、DZS2孔与毗邻的上海陆地地区的南汇SG7孔、崇明东南部SG6孔等钻孔一样，第四纪晚更新世以前地层未见海相层；晚更新世后期DZS1孔附近才普遍受到海侵，并且持续沉积半咸水、内陆架海相沉积物；全新世冰后期海平面上升，DZS2孔附近才普遍受到海侵，并且持续沉积半咸水、内陆架海相沉积物。研究海域海底中更新世大部分地区以河湖沉积体系为主，海侵影响只发生在局部区域；早更新世为以河湖沉积体系为主的陆相沉积物。

4 舟山北部海域海底第四纪古河道分布

通过研究海域已有的调查研究工作，特别是研究海域海底松散层分布、单道地震层序、嵊泗二井、DZS1和DZS2孔等钻探和岩心样品分析测试资料[12]，结合毗邻研究海域的上海陆地地区地质资料[13]，经过综合对比研究，基本确定了上海陆域地区早更新世中、晚期和早期古河道在研究海域的延伸状况(图7)。

在早更新世中、晚期，上海陆地地区北部的古长江水系河道自南汇东部向东部海域延伸，在嵊泗列岛以北，以牛皮礁、鸡骨礁为界分2支向东延伸；较北部的古河道向东方向一直持续延伸，较南部的古河道在向东延伸过程中在嵊泗北部分为两支继续向东延伸。早更新世中、晚期上海陆地地区南部的古钱塘江水系河道经奉城流入钱塘江口滩浒山、大白山以北的王盘洋海域，最后终结于此。

早更新世早期地层在研究海域发育不全，早更新世早期古河道在研究海域分布也非常有限。在早更新世早期，上海陆地地区北部的古河道自浦东机场以北区域向东部海域延伸，在牛皮礁和鸡骨礁以北、佘山岛以南海域向东延伸。

5 舟山北部海域海底第四系水文地质条件

通过与毗邻的上海陆域地区第四系含水层进行对比分析[11]，舟山北部海域海底第四系可划分为5个承压含水层(图6)：晚更新世晚期中段(Q32-2)的第一承压含水层(Ⅰ)，晚更新世早期(Q31)的第二承压含水层(Ⅱ)；中更新世(Q2)的第三承压含水层(Ⅲ)，早更新世中、晚期(Q12- Q13)的第四承压含水层(Ⅳ)，早更新世早期(Q11)的第五承压含水层(Ⅴ)。

第一和第二承压含水层、第二和第三承压含水层在一些区域是相互连通的，而第三承压含水层和下部的第四承压含水层之间一般存在较好的隔水层，连通性差，第四和第五承压含水层储存淡水资源的可能性非常大。

(1)第一承压含水层(Ⅰ)

第一承压含水层为陆相河流、边滩、漫滩相沉积，第一承压含水层顶面海底埋深一般为14.70～44.6 m，底面海底埋深一般为44.6～55.45 m，厚度介于15.85～33.87 m，由细砂和中砂组成，分布广泛，发育状况较好。在DZS2孔、DZS1孔等附近区域，第一承压含水层与第二承压含水层连通。在嵊泗二井第一承压含水层单井涌水量为737 m3/d，矿化度为1.277 g/L，水质类型为Cl、HCO3-Na、Ca型，水质较好，接近可饮用水标准。由于第一承压含水层顶部地层全部为海相地层，加之部分地段顶部地层为粉砂层，因此总体来说不宜较大规模开发利用。

(2)第二承压含水层(Ⅱ)

第二承压含水层大部分为陆相河流沉积，但在嵊泗二井附近等其他小部分地段可能为海相沉积。第二承压含水层顶面海底埋深一般为44.6～70.0 m，底面海底埋深一般为70.5～90.95 m，厚度介于13.0～33.87 m，以细砂、中粗砂和粉砂质砂组成，分布比较广泛，发育状况较好。由于部分区域第二承压含水层与第一承压含水层连通，加之部分地段可能存在海相沉积，含水层水质可能较差。

(3)第三承压含水层(Ⅲ)

第三承压含水层大部分地段为陆相河流沉积，但在嵊泗二井附近等其他少部分地段可能为海陆交互相沉积，第三承压含水层顶面海底埋深一般为83.0～97.85 m，底面海底埋深一般为117.0～145.73 m，厚度介于12.33～34.4 m，含水层以粉砂质砂和细砂组成，岩性组成和厚度差异较大；如作为供水目的层，水质和水量都难以保证。

(4)第四承压含水层(Ⅳ)

第四承压含水层为陆相河流、河漫滩和湖泊相沉积；在花鸟山、绿华山、枸杞岛、嵊泗泗礁山、崎岖列岛、衢山岛、岱山、牛皮礁、鸡骨礁等靠近岛礁地段第四承压含水层缺失。第四承压含水层顶面海底埋深一般为119.2～158.0 m，底面海底埋深一般为171.8～232.0 m，厚度介于2.7～50.67 m(图8)，含水层岩性以细砂、中砂、粗砂等组成，含水层厚度和富水性差异很大，但总体来说富水性较好，尤其以研究海域北部的古河道分布区和西南部钱塘江口古河道分布区富水性最佳。在嵊泗二井第四承压含水层(抽水层段139.33～182.00 m；其中139.33～158.0 m为第三承压含水层部分层段，145.73～158.0 m为潟湖相青灰色黏土沉积)单井涌水量2 863 m3/d，矿化度为8.131 g/L，水质类型为Cl-Na型，为咸水，水质与抽水层段中包含部分第三承压含水层的潟湖相沉积层有较大关系。从研究区总体来看，在第四承压含水层顶部发育厚层陆相黏土层地段赋存淡水的可能性仍然很大。

(5)第五承压含水层(V)

第五承压含水层为陆相河床相沉积，主要分布在研究海域东北部和北部明显受基岩起伏控制的沟谷凹陷地区。在鸡骨礁、牛皮礁、花鸟山、绿华山、枸杞岛、嵊泗泗礁山、崎岖列岛、衢山岛、岱山岛靠近岛礁第四系厚度较薄地段第五承压含水层缺失。第五承压含水层顶面海底埋深一般为188.25～232.0 m，厚度介于0～17.55 m，由细砂、中砂和粗砂组成，富水性强弱不一；在研究区北部古河道分布区富水性强，具有很好的淡水赋存潜力。

6 舟山北部海域海底第四系淡水资源赋存潜力

海底松散含水层水质是否可以不经过复杂处理就能够直接满足生活用水的需要，含水层除了最好是赋存于陆相的河流砂质地层以外，在垂向和侧向最好具有较好的封闭条件，这样陆相含水层中的原生水才能免遭海平面上升时形成的海相层中高矿化度水的越流和侧向径流补给影响，陆相含水层中原生的淡水资源得到保存[6]。

综合考虑研究海域第四纪地层沉积环境、地层结构和水文地质条件，研究海域第四系可供开发利用的含水层主要为第四承压含水层和第五承压含水层。

根据研究海域单道地震剖面的地震反射特征，可以分析含水层顶部地层的隔水性能。根据黏性土隔水层厚度和分布状况，将黏性土层厚度大于15 m、分布较连续的区域划分为第四承压含水层封闭性较好区域，黏性土层厚度小于15 m、分布不太连续的第四承压含水层存在区域为第四承压含水层封闭性一般区域(图9)。从图中可以看出：研究海域海底第四承压含水层封闭性较好区域全部位于研究区北部，包括2个条带型区域；较南侧的一个区域靠近嵊泗泗礁岛、花鸟山，大致呈西北—东南向延伸；较北侧的一个区域主要在牛皮礁、鸡骨礁以北地区，大致呈东西向延伸。研究区内第四承压含水层发育的其他区域均为含水层封闭性一般区域。在第四承压含水层封闭性较好区域水质应该较好，具有很好的开发利用潜力。

综合考虑研究区含水层岩性、成因、厚度、封闭性、水质等因素，可以对研究区含水层开发利用潜力进行定性评价。

研究海域第四承压含水层开发利用潜力可以分为A、B、C 3类(图10)，其中A类为开发前景良好区，这类区为古河道区，含水层厚度大、富水性好，含水层顶部具有良好的黏性土隔水层，封闭性较好，具有较好的淡水储存潜力；B类为开发前景较好区，这类区为古河道区，含水层厚度大、富水性好，含水层顶部黏性土隔水层相对较薄，封闭性一般，含水层水质相对一般，矿化度可能较高，地下水经过适当处理后可作为生活用水；C类为开发前景一般区，这类区含水层为陆相地层，厚度较薄，含水层富水性和水质一般。

研究海域第五承压含水层分布范围有限，含水层顶部一般都具有很厚的黏性土隔水层，其封闭性较好，含水层水质较好，具有很好的开发利用潜力。在研究海域第五承压含水层古河道分布区，含水层厚度大，地下水富水性好，具有很好的淡水赋存潜力，开发利用前景良好；在研究海域第五承压含水层古河道分布区以外地段，含水层厚度较薄，虽然具有很好的淡水赋存潜力但富水性相对较差。

7 结论

通过对舟山北部海域钻孔、单道地震资料进行的第四纪地层结构、沉积环境分析研究和研究海域与毗邻的上海陆域地层对比可以得出：舟山北部海域大部分地区与毗邻的上海陆地地区一样，在第四纪晚更新世以前地层未见海相层；研究海域大部分地区早更新世和中更新世以河湖沉积体系为主，海侵影响只发生在局部区域，早、中更新世陆相地层的普遍存在为淡水资源的赋存奠定了基础。上海陆地地区早更新世中、晚期2条古河道在近海海域持续延伸，北部的古长江水系古河道在南汇东部向东部海域延伸，南部的古钱塘江水系古河道经奉城入海，终结于钱塘江口附近海域。早更新世早期，上海陆地地区北部的古河道自浦东机场以北区域向东部海域延伸。

舟山北部海域海底第四系可供开发利用的主要含水层为早更新世中、晚期的第四承压含水层(Ⅳ)和早更新世早期第五承压含水层(Ⅴ)，第四承压含水层古河道分布区富水性最佳，含水层顶部发育厚层黏性土隔水层区域赋存淡水资源的可能性很大，开发利用潜力可分为开发前景良好A区、开发前景较好B区和开发前景一般C区3类；研究区第五承压含水层在北部的古河道分布区富水性强，具有很好的淡水赋存潜力和良好的开发利用前景。

参考文献：

[1] McCoy C A, Corbett D R. Review of submarine groundwater discharge (SGD) in coastal zones of the Southeast and Gulf Coast regions of the United States with management implications[J]. Journal of Environmental Management, 2009, 90(2):644-651.

[2] Perrine F, Michel B, Ghislain D M. Submarine springs and coastal karst aquifers: A review[J]. Journal of Hydrology, 2007, 339(3): 79-92.

[3] Vassilios K. Submarine groundwater discharge: Effects of hydrogeology and of near shore surface water bodies[J]. Journal of Hydrology, 2006, 325(3): 96-117.

[4] 刘海龄, 吴世敏, 杨树康. 初谈海底淡水资源的形成条件与开发意义[J]. 海洋科学, 1995, 10(5):32-33.

Liu Hailing, Wu Shimin, Yang Shukang. On the formation condition and exploitation significance of seafloor freshwater resources[J]. Marine Sciences, 1995, 10(5):32-33.

[5] 刘海龄, 吴世敏, 魏常兴. 论河口海底淡水资源的形成[J]. 自然资源学报, 1998, 13(4):364-367.

Liu Hailing, Wu Shimin, Wei Changxing. On the formation of seafloor freshwater resources[J]. Journal of Natural Resources, 1998, 13(4):364-367.

[6] 张志忠, 邹亮, 韩月. 舟山北部海域海底淡水资源研究[J]. 地质论评, 2012, 57(1):81-86.

Zhang Zhizhong, Zou Liang, Han Yue. Primary study on submarine freshwater resources in north Zhoushan sea area[J]. Geological Review, 2012, 57(1):81-86.

[7] Vincent E A, Jacobus G, Henk K, et al. Offshore fresh groundwater reserves as a global phenomenon[J]. Nature, 2013, 504(12):71-77.

[8] 张志忠, 邹亮, 杨振京, 等. 舟山北部海域DZS2钻孔孢粉记录与古环境[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2015, 35(4):125-132.

Zhang Zhizhong, Zou Liang, Yang Zhenjing, et al. Sporo-pollen records of borehole DZS2 offshore north Zhoushan Islands and paleo-environmental implication[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2015, 35(4):125-132.

[9] 邹亮, 张志忠, 韩月. 长江口外海区DZS2孔第四纪磁性地层[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2015, 35(2):43-52.

Zou Liang, Zhang Zhizhong, Han Yue. Magneto-stratigraphy of Core DZS2 off the Yangtze River estuary[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2015, 35(2):43-52.

[10] 黎兵, 魏子新, 李晓, 等. 长江三角洲第四纪沉积记录与古环境响应[J]. 第四纪研究, 2011, 31(2):316-325.

Li Bing, Wei Zixin, Li Xiao, et al. Records from Quaternary sediment and paleo-environment in the Yangtze River delta[J]. Quaternary Sciences, 2011, 31(2):316-325.

[11] 邱金波, 李晓. 上海市第四纪地层与沉积环境[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 2007.

Qiu Jinbo, Li Xiao. Quternary Strata and Depositional Environment of Shanghai[M]. Shanghai: Shanghai Science and Technology Press, 2007.

[12] 李珍, 李杰, 李贞, 等. 浙江嵊泗海域第四纪沉积层序及承压水层位特征初探[J]. 上海地质, 2008, 29(1):7-13.

Li Zhen, Li Jie, Li Zhen, et al. The primary research on the Quaterrnary stratigraphic sequence and the characteristics of the water bearing stratum in the sea of Shengsi area, Zhajiang province[J]. Shanghai Geology, 2008, 29(1):7-13.

[13] 陆志坚. 从上海地区地下淡水古河道含水的分布探讨嵊泗列岛的供水问题[J]. 上海地质, 1989, 10(1): 23-26.

Lu Zhijian. An approach to the water supply of the Shengsi Islands-from the distribution of the underground paleo-channels aquifer of freshwater in Shanghai area[J]. Shanghai Geology, 1989, 10(1):23-26.