随着社会经济的快速发展，我国对金矿资源的需求不断增加，莱州地区的金矿开发力度和强度逐渐增强。自2005年以来，山东省地质矿产勘查开发局在胶东地区开展了深部找矿工作，在莱州焦家金矿带取得找矿突破后，又将找矿目标转向了近岸海域，在三山岛北部海域至仓上地区发现了多个千吨级的超大型金矿床（宋明春等，2015）。经过多年勘探开发，胶东莱州地区金矿周边环境遭受到一定程度的破坏（王鹏，2019），生态环境变得十分脆弱，产生了地下水水位下降、海水入侵、土地盐碱化、土壤污染、地下水污染、采空区及地面沉降等环境地质问题。因此，对该地区进行全面、系统的环境地质调查评价，研究其发展趋势和防治对策，具有重要的现实和历史意义（孙立新等，2004）。

目前已有诸多学者围绕莱州湾地区的环境地质问题开展了研究工作，取得了诸多成果。例如：对莱州湾沿岸的海水入侵情况进行研究，指出莱州地区各年度均存在不同程度的海水入侵现象（李永萍，2011；赵景丽等，2017）；利用EH4电磁成像系统和高密度电阻率法在莱州湾地区开展海水入侵咸淡水界限的调查研究，查清了海水入侵界限和咸淡水界面分布情况（苏永军等，2014a，2014b）。然而，上述研究主要局限于莱州湾沿岸地区海水入侵情况，包括海水入侵的成因、规模、界限及防治措施等，对于矿山开发引起的环境地质问题关注较少，无法全面了解当前莱州矿集区环境地质问题。为此，需要优选高效的调查方法，开展合理有效的环境地质调查，为相关政策措施的制定奠定基础。

高密度电阻率法是一种阵列式电阻率勘探方法（刘道涵等，2019）。该方法的工作原理与常规电阻率法相同，是以岩（矿）石的电性差异为基础，通过施加稳定的电场作用查明地下电流分布规律，进而研究不同地质体赋存情况的勘探方法，具有成本低、效率高的优点（季洪伟等，2013；张建国等，2020；乔得福等，2021）。高密度电阻率法具有便捷、高效的特点，能够满足提高环境地质调查效率及客观性这一需求，因而在环境地质调查中得到了广泛应用（余伟林等，2019）。本研究采用高密度电阻率法在莱州仓上金矿东北侧开展调查研究工作，以查清该区存在的环境地质问题，为开展仓上金矿矿山生态修复工作提供支持。

莱州矿集区北部区域在大地构造位置上处于华北地台（Ⅰ级）胶北地块（Ⅱ级）之胶北隆起的西缘，招掖金矿成矿带的西端。其西侧与沂沭大断裂为邻，东侧临近与金矿成矿有密切关系的玲珑复式岩体，是胶东地区极为有利的金成矿地段。莱州矿集区北部区域地质简图见图1。

莱州矿集区北部区域内新生界第四系发育，覆盖广泛，基岩地层出露较少，主要为新太古界胶东岩群。第四系有沿现代河床分布的沂河组（Qhy），沿海岸滩涂分布的旭口组（Qhxk），主要为大面积分布的河漫滩相临沂组（Qhl）和分布较少的山前组（Qs）及大站组（Qpd）。新太古界胶东岩群在工作区内仅出露齐山组（Ar₃q），该地层是本区古老的结晶基底，岩性为黑云片麻岩、片岩、黑云变粒岩和斜长角闪岩等，局部见有沉积变质铁矿透镜体，属低角闪岩相—角闪二辉麻粒岩亚相。

莱州矿集区北部区域的构造以断裂为主。断裂走向以NE向为主，规模最大的断裂为三山岛断裂和焦家—新城断裂，规模较小的断裂有后坡—西由断裂，此外还有NW走向的三山岛—三元断裂。三山岛断裂是招掖金矿成矿带最西端的断裂，平面形态整体呈S形，发育在花岗岩岩体与胶东群变质岩系的接触带上（王金辉等，2017）。其上盘为变质岩系，下盘为花岗岩体。该断裂走向北段为40°、南段约为60°，倾向SE，倾角为35°~40°，宽度50~200 m不等，三山岛和仓上大型金矿即赋存于该断裂带的绢英质碎裂岩带中（宋明春等，2015）。三山岛—三元断裂断续长度超过30 km，走向为310°~315°。倾向SW，倾角为80°，宽度为15~20 m，具有多期次活动特征。该断裂连续性差，控矿作用不明显，成矿期后活动强烈，形成较宽大的构造破碎带。

区内岩浆岩较发育，主要为花岗质岩石，包括中生代燕山早期（晚侏罗世）玲珑超单元郭家店单元和中生代燕山早期（早白垩世）郭家岭超单元上庄单元（杜利明等，2021）。其中，郭家店单元花岗岩在工作区分布较广，主要在东部新城望儿山—上坡一带和琅琊岭、后坡等地区呈岩基状产出，而在花山庙和仓上等地区呈岩株状出露，分布面积较小，岩性为中粒二长花岗岩。郭家岭超单元上庄单元呈岩株或岩瘤状出露于新城、三山岛和仓上等地区，岩性为巨斑状中粗粒花岗闪长岩。上述岩体中均含有胶东群变质岩残留体，与本工作区金矿成矿关系极为密切。区内岩脉不甚发育，主要为石英脉及少量煌斑岩，走向多为NE向，均呈脉状产出。其中，石英脉呈灰白色脉状贯入或充填裂隙构造，脉宽为0.1~0.5 m。煌斑岩脉多充填在三山岛—三元断裂带内，走向约为NW300°，倾角近直立，厚度可达40 m，岩石呈灰黑色，斑状结构，块状构造。

区内变质岩较为发育，主要为古元古界荆山群（Pt₁j）和粉子山群（Pt₁f）。其中，荆山群岩性主要为黑云片岩、黑云变粒岩和薄层大理岩，原岩为一套海相碳酸盐建造夹少量中基性—酸性火山岩；粉子山群岩性主要为浅粒岩、黑云片岩、片麻岩和部分大理岩，原岩为一套海相火山碎屑沉积及碳酸盐沉积建造。

根据地层岩性以及含水层的孔隙性、物理性质、水力特征和埋藏分布条件，可将莱州地区地下水划分为三大类型，分别为松散岩类孔隙水含水组、基岩裂隙水含水组和碳酸盐岩类岩溶裂隙水含水组。

（1）松散岩类孔隙水含水组。该类地下水为第四系松散堆积物中赋存的水，根据其所处地貌单元及构造部位，可进一步划分为3个亚组，即山间坡洪积—冲洪积层孔隙水亚组、山前冲洪积平原冲积层孔隙水亚组和滨海平原浅层孔隙水亚组。其中，山间坡洪积—冲洪积层孔隙水亚组分布于各河流上游山间谷地及阶地内，含水层岩性主要为中粗砂或砂砾石，地下水属潜水；山前冲洪积平原冲积层孔隙水亚组广泛分布于河流中下游河谷、阶地、冲洪积扇及其古河道含水层中，含水层岩性为粗砂夹砾石；滨海平原浅层孔隙水亚组，含水层为海积和冲积交互相地层，岩性为粉砂、中细砂、砂质黏土、淤泥和黏土等。

（2）基岩裂隙水含水组。该类地下水可进一步划分为变质岩类裂隙含水岩组和岩浆岩裂隙含水岩组。其中，变质岩类裂隙含水岩组主要赋存于古元古界荆山群和粉子山群的基岩裂隙风化带中，主要岩性为层状片岩、片麻岩和变粒岩，以风化裂隙水为主；岩浆岩裂隙含水岩组主要含水层赋存于中生代艾山、牙山超单元侵入岩的风化裂隙中，以块状裂隙水为主。

（3）碳酸盐岩类岩溶裂隙水含水组。该类地下水主要赋存于莱州城西至虎头崖一带的粉子山群大理岩分布区，含水层为具岩溶裂隙的粉子山群张格庄组大理岩夹变片岩和变粒岩。工作区地下水的补给来源主要是大气降水的渗入补给，灌溉期有部分地表水补给。

根据本项目组在该地区的工作成果，莱州矿集区北部区域西侧滨海部位第四系覆盖层较厚，土壤盐碱化，电阻率一般较低，通常小于200 Ω·m，但浅部松散层电阻率相对较高，局部可达200 Ω·m以上。花岗岩主要呈中高阻分布，电阻率通常大于200 Ω·m，岩体越完整，电阻率越高。在岩体风化、破碎强烈且节理裂隙发育的情况下，裂隙被水或泥质填充后，岩体电阻率会出现不同程度的降低，最低在100 Ω·m以下。莱州湾北部地区主要含水层为滨海平原浅层孔隙水，按照矿化度差异可将含水层划分为咸水层和淡水层，将矿化度大于2 g/L的地下水定为咸水，咸水的电阻率为1~10 Ω·m，淡水的电阻率为20~30 Ω·m。含水层的电阻率与其矿化度呈负相关关系，即矿化度越高，电阻率越低。咸淡水并没有严格的界限，在其分界面附近，咸淡水基本呈过渡状态，其电阻率值变化较为明显，一般为10~20 Ω·m。由此可知，工作区内不同岩性的电性特征存在明显差异，具备开展高密度电阻率法工作的地球物理前提条件。

高密度电阻率法的基本原理如图2所示。该方法的基本原理与常规电阻率法相同，均以岩（矿）石的电阻率差异为基础，研究人工条件下的稳定电流场在地层中的分布规律，进而查明地下地质体和地质构造分布规律的一种电法勘探方法（王诗东等，2011；Liu et al.，2015；刘智等，2016；Liu et al.，2018；Song et al.，2020；李新斌等，2022）。在进行高密度电阻率测量时，按照一定的间隔将电极一次性布设在测点上，并通过高密度线缆与主机进行连接，通过主机控制进行自主跑极、观测并实时显示观测结果。作为一种阵列式电阻率勘探方法，高密度电阻率法具有成本低、效率高、采集信息丰富、抗干扰能力强和适用范围广等优点（肖敏等，2014；Xie et al.，2020）。

根据工作区的地形、地貌条件以及工作任务的需要，在莱州市仓上村仓上金矿东北侧布设了近EW走向的高密度电阻率剖面测线2条（图3）。本次测量工作相邻电极间距设为10 m，2条测线总长度为2 600 m，测点总数为260个，具体见表1。

在实际工作中，高密度电阻率法常用的装置排列方式有温纳装置、偶极装置、施伦贝谢尔装置、三级装置和二级装置（董浩斌等，2003；梁志宇等，2021；李嘉瑞等，2022）。本次测量工作采用温纳装置进行观测。当电极排列满足AM=MN=NB=nα时，称为温纳装置，在使用该装置进行测量的过程中通过改变n值，可以获得不同剖面的观测结果，最终的测量断面为倒梯形。由于测量电极在供电电极内部，所以测得的一次场电压较大，即使地面干燥、接地电阻较大或供电电流较小时也具有较高的信噪比，且受地形起伏的干扰较小（Bu et al.，2012；杨磊等，2019；欧泽文等，2021）。

本次高密度电阻率法测量工作采用的仪器为武汉捷探科技有限公司生产的GT-CEW型常规电法工作站及专用电缆设备，供电、停供时间均设为2 s，观测周期设置为2个周期，2条测线总观测时长约为7 h。

野外采集工作记录的是包含大地和外界干扰影响的、按某一记录格式存储的原始数据，这些数据同观测系统参数及地面起伏有关。为了获得最终可用于地质解释的、真实反映地层特性和特征的成果剖面，必须对原始数据进行预处理，剔除因地面起伏、人为干扰和电极故障等因素造成的畸变异常点。本次数据处理工作使用RES2DINV二维反演软件对实测视电阻率进行反演，并生成电阻率断面反演图。

对野外实测数据进行预处理和反演计算，得到高密度电阻率反演断面图，据此解释仓上金矿东侧地下地层结构、地质构造和地下水的分布情况。

（1）GM001线电性结构及地质意义。GM001线电阻率反演断面和推断图分别如图4和图5所示。GM001线探测深度约为140 m，对其电性结构特征及地质意义分析如下：

①测线0~20 m深度的表层区域表现为低阻和局部高阻，电阻率值一般低于200 Ω·m，局部高于200 Ω·m，推测表层为第四系覆盖层及全—强风化基岩。

②自测线起点至550 m测点处，20 m以深的区域表现为高阻，电阻率值超过1 000 Ω·m，推测此高阻异常为较完整的花岗岩体。

③在测线340~450 m测点间的高阻区域中，深度60~120 m范围内存在一处相对低阻的异常圈闭，电阻率值介于200~800 Ω·m之间，低于周边的高阻背景值，与周边高阻背景异常分界明显，在测线北侧存在一处积水的废弃矿坑，据此推测该低阻异常区为一处采空区，且空区内部分充水，造成电阻率值低于背景值。

④在测线570~720 m测点范围内，存在一处明显的低阻异常带，电阻率值低于200 Ω·m，电阻率与两侧岩体分界明显，形态直观，推测为一处断裂，该断裂倾向SE，结合区域地质资料，判断此断裂为三山岛断裂。

⑤自测线770 m测点至测线终点，深度60 m以深的范围表现为高阻，电阻率值大于200 Ω·m，深部电阻率值可达1 000 Ω·m以上，推测此高阻异常区域为变质岩层，浅部风化较为严重，电阻率值较低，深部结构较为完整，电阻率值较高。

⑥自测线570 m测点至测线终点，深度20~40 m范围表现为层状低阻异常，电阻率值低于50 Ω·m，推测该低阻异常由地下含水层引起。

⑦测线1 000 m测点至测线终点间的低阻异常区域电阻率值低于10 Ω·m，根据咸水的电阻率特征，判断该含水层为咸水层，由于工作区北侧临近莱州湾，推测该低阻异常由北部海水入侵引起。

⑧测线570~1 000 m测点间的电阻率值介于10~30 Ω·m之间，电阻率等值线变化明显，应该是受北侧结构完整的花岗岩体影响，海水入侵趋势减弱，推测此处为咸淡水过渡区。

（2）GM002线电性结构及地质意义。GM002线电阻率反演断面图和推断图分别如图6和图7所示。GM002线探测深度约为140 m，对其电性结构特征及地质意义分析如下：

①在0~20 m的表层表现为低阻或局部高阻异常，电阻率值多在200 Ω·m以下，仅测线尾部局部高于200 Ω·m，推测表层为第四系覆盖层及全—强风化基岩。

②自测线起点至400 m测点处，20 m以深的区域表现为高阻，电阻率值超过200 Ω·m，深部电阻率值超过1 000 Ω·m，推测此高阻异常为较完整的花岗岩体。

③在测线210~300 m测点间的高阻区域中，深度40~60 m范围存在一处相对低阻的异常圈闭，电阻率值介于200~600 Ω·m之间，低于周边的高阻背景值，与周边高阻背景异常分界明显，在测线西南侧存在一处水塘，为一废弃矿坑改造而成，判断该低阻异常区为一处采空区，且空区内部分充水造成电阻率值低于背景值。

④在测线400~560 m测点范围内，存在一处明显的低阻异常带，电阻率值低于200 Ω·m，电阻率与两侧岩体分界明显，形态直观，推测为一处断裂，倾向SE，结合区域地质资料，判断此断裂为三山岛断裂。

⑤自测线600 m测点至测线终点，深度40 m以深的范围表现为高阻，电阻率值大于200 Ω·m，深部电阻率值可达1 000 Ω·m以上，推测此高阻异常区域为变质岩层，浅部风化较为严重，电阻率值较低，深部结构较为完整，电阻率值较高。

⑥自测线410 m测点至测线终点，深度10~30 m范围表现为层状低阻异常，电阻率值低于50 Ω·m，推测该低阻异常由地下含水层引起。

⑦自测线650 m测点至测线终点间的低阻异常区域，电阻率值低于10 Ω·m，根据咸水的电阻率特征，判断该含水层为咸水层，由于工作区北侧临近莱州湾，推测该低阻异常由北部海水入侵引起。

⑧测线410~650 m测点间，电阻率值介于10~30 Ω·m之间，电阻率等值线变化明显，推测受北侧结构完整的花岗岩体影响，海水入侵趋势减弱，故推断此处为咸淡水过渡区。

在莱州矿集区北部区域开展了大量的钻探和水文地质调查工作，其中钻孔ZK004和ZK005位于GM001线北侧附近（图3）。根据钻探资料得出：对于钻孔ZK004，0~3.5 m处为第四系砂砾层，3.5~23.2 m处为风化—半风化花岗岩，23.2~45.0 m处为花岗岩基岩；对于钻孔ZK005，0~8.7 m处为第四系砂砾层，8.7~57.3 m处为风化及破碎的斜长角闪岩，51.2 m处部分斜长角闪岩断口处可见擦痕，破碎带内可见黄铁矿化，57.3~75.0 m处为斜长角闪岩。此外，工作区内还存在大量的灌溉用深水机井。通过对井水取样进行分析，绘制了地下水矿化度等值线图，以2 g/L等值线作为咸水识别标志线，GM001和GM002测线高密度电阻率的海水入侵解释结果与2 g/L等值线吻合较好。因测线两侧的废弃矿坑大量积水，无法实地开展采空区的查证工作，推断的采空区仍需后续开展钻探工作进行验证。

通过对比GM001和GM002测线的电阻率测量结果，可以确定三山岛断裂在仓上村东北侧的具体位置、走向和倾向，进而推测其地质含义：（1）在测区内，三山岛断裂走向为NE向，倾向SE，倾角约为70°，断裂破碎带为富水构造单元；（2）在三山岛断裂上盘的第四系含水层中，海水入侵现象严重，受断裂带走向的影响，下盘花岗岩岩体阻隔了海水入侵的通道，海水入侵呈现东强西弱的趋势；（3）断裂带深部地下淡水未受到海水入侵影响，表明三山岛断裂减缓了莱州湾北部海水入侵的趋势；（4）在三山岛断裂下盘的花岗岩岩体内，存在一处相对低阻异常的采空区，采空区沿三山岛断裂走向有一定延伸，推测采空区为含水填充状态。

采用高密度电阻率法对莱州矿集区开展了环境地质调查，初步查明了区内地下地质体的地电特征及分布情况，查清了区内存在的海水入侵范围，取得了以下认识：

（1）高密度电阻率法能够较准确地查明隐伏断裂的分布情况，本次工作确定了隐伏三山岛断裂的空间位置、走向、倾向、倾角、规模及含水情况，发现三山岛断裂的走向减缓了莱州湾海水的入侵。

（2）高密度电阻率法能够较准确地查明采空区的分布范围、走向、埋深及空间形态特征，本次工作圈定了仓上金矿采空区的走向及空间位置，但未能查清采空区的边界，仍需增加工作来追溯边界。

（3）高密度电阻率法能够提高工作效率，是一种有效的矿集区环境地质调查方法，能够为同类地区的环境地质调查提供良好的参考和指导。

（4）由于受人文建筑方面的限制，本次研究中高密度测线的布置受到一定的限制。此外，研究区内地下水较为发育，且因海水入侵导致地下水咸化，上述分析可能存在由地下咸水引起的假异常，仍需进一步开展工作和钻探施工加以研究和验证。