隴東白堊系盆地地下水水化學(xué)特征及分布規(guī)律

周 斌，魏玉濤

(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，甘肅 蘭州 730050)

區(qū)域地下水水化學(xué)特征在某種意義上記錄著該區(qū)域地下水的運(yùn)動(dòng)歷史，地下水中的水化學(xué)成分可以示蹤地下水的循環(huán)特征和途徑，反映地下水系統(tǒng)的特征。因此，查明區(qū)域地下水水化學(xué)特征和分布規(guī)律，不僅有助于科學(xué)地認(rèn)識(shí)區(qū)域地下水化學(xué)分布規(guī)律，而且可以深入研究區(qū)域地下水的循環(huán)和水動(dòng)力場(chǎng)特征，了解區(qū)域地下水的水質(zhì)及其分布狀況，對(duì)于區(qū)域地下水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用和綜合管理也具有指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域研究概況

隴東白堊系盆地是鄂爾多斯盆地的組成部分，位于甘肅省東部地區(qū)，地處隴東黃土高原，是甘肅省主要的產(chǎn)糧區(qū)。盆地的結(jié)構(gòu)主要受天環(huán)向斜(寧夏天池－甘肅環(huán)縣)的控制，向斜核部在環(huán)縣－鎮(zhèn)原－涇川一線，呈東翼寬緩西翼窄陡的兩翼不對(duì)稱格局。其基底是由二疊系、三疊系及侏羅系地層組成，主體是白堊系保安群地層，并且經(jīng)歷了早白堊世早期和晚期兩個(gè)沉積演化階段，形成的一套厚逾千米的陸相碎屑巖沉積。盆地內(nèi)賦存有較為豐富的地下水，根據(jù)沉積旋迴、含水介質(zhì)性質(zhì)和地層結(jié)構(gòu)特征，具體分為宜君洛河組、環(huán)河組、涇川羅漢洞組三大地下水含水巖組［1－2］。

隴東白堊系盆地的地下水資源具有水化學(xué)特征、地下水水質(zhì)變化復(fù)雜等明顯特點(diǎn)。因此，利用水化學(xué)資料，用水文地球化學(xué)理論，探討白堊系地下水的形成、運(yùn)移規(guī)律，分析其補(bǔ)給徑流排泄條件，對(duì)該區(qū)域內(nèi)的地下水水化學(xué)特征及分布規(guī)律進(jìn)行研究，對(duì)在全盆地尋找較好的人畜飲用淡水資源具有一定的實(shí)際意義。

2 白堊系保安群地下水水化學(xué)特征及分布規(guī)律

2.1 白堊系保安群各含水巖組地下水水化學(xué)特征及分布規(guī)律

2.1.1 涇川、羅漢洞組地下水水化學(xué)特征及分布規(guī)律

TDS(溶解性總固體)總的規(guī)律是西南部低，多小于1 g/L，向北、向東漸高，最高點(diǎn)在涇川郝家溝村東部一帶，TDS達(dá)6 g/L。與總體規(guī)律相異的是在崆峒區(qū)北部及靈臺(tái)西部出現(xiàn)一TDS為1～2 g/L的異常小區(qū)。

水化學(xué)類型的變化自南向北、自西向東有明顯的分帶性。由靈臺(tái)～鎮(zhèn)原 ～環(huán)縣西部，水化學(xué)類型依次為 HCO3→HCO3·SO4→HCO3·SO4·Cl，由西向東依次為 HCO3·SO4→HCO3·SO4·Cl→SO4·Cl。與總體規(guī)律相異的是在崆峒區(qū)北部出現(xiàn)一小片SO4型水。全區(qū)主要為Na－Mg型水。

六大離子的濃度分布規(guī)律:SO42－、Cl－、Na+濃度是南低北高，HCO3－、Ca2+、Mg2+濃度差異不明顯。

特殊離子:F－＞1mg/L區(qū)域分布在鎮(zhèn)原三岔以北及崆峒區(qū)北部。NO2－＞0.02 mg/L和NO3－＞20 mg/L的區(qū)域分布在鎮(zhèn)原三岔以北，其它大部分區(qū)域NO2－＜ 0.02 mg/L、NO3－＜20 mg/L(圖 1)。

圖1 羅漢洞涇川組水化學(xué)圖［1］

2.1.2 環(huán)河組地下水水化學(xué)特征及分布規(guī)律

環(huán)河組地下水TDS的變化比較復(fù)雜，總的規(guī)律是在華池～慶城 ～董志塬一線，形成一TDS大于3 g/L的高值帶，最高者達(dá)6 g/L，向東西兩側(cè)，TDS漸降低為＜1 g/L。與這一規(guī)律變化有異的是在馬嶺東側(cè)及崆峒區(qū)北部出現(xiàn)一TDS＞3 g/L的高值帶。

水化學(xué)類型的變化規(guī)律是由西南部一帶向北、向東、向北東呈散射狀，水化學(xué)類型變化由 HCO3→HCO3·SO4→SO4→SO4·Cl，自子午嶺東側(cè)至馬蓮河谷地呈平行狀，水化學(xué)類型的變化由 HCO3→HCO3·SO4→SO4→SO4·Cl。全區(qū)絕大部分地區(qū)均為Na型水分布，Na·Mg型水主要在正寧—慶城以東地區(qū)。

六大離子濃度分布規(guī)律:陽(yáng)離子和陰離子中的SO42－、Cl－濃度都是東低西高。HCO3－在慶城以北地區(qū)基本上東高西低，慶城以南地區(qū)則是東低西高。

特殊離子:F－＞1 mg/L的區(qū)片主要是在華池縣、環(huán)縣、鎮(zhèn)原，另在寧縣、靈臺(tái)縣有零星分布，NO2－＞0.02 mg/L的區(qū)片分布在崇信、寧縣以北和華池悅樂(lè)、鎮(zhèn)原三岔以南的大部分區(qū)域。NO3－＞20 mg/L的區(qū)域主要分布在環(huán)縣以北，其它大部分區(qū)域NO3－＜20 mg/L(圖 2)。

圖2 環(huán)河組水化學(xué)圖［1］

2.1.3 洛河宜君組地下水水化學(xué)特征及分布規(guī)律

以馬蓮河?xùn)|岸為中軸線，出現(xiàn)SE～NW走向的TDS峰值帶。峰值地帶的TDS值均 ＞3 g/L，最高者為其南段寧縣、正寧、合水縣之間的湘樂(lè)鎮(zhèn)一帶及北段的環(huán)縣縣城處，TDS＞6 g/L。峰值帶東、西兩側(cè)，TDS變化規(guī)律明顯不同:西側(cè)以西南部的崇信為TDS最低點(diǎn)，向北至環(huán)縣、向東至靈臺(tái)、向北東至馬蓮河，TDS值呈散射狀漸高，東側(cè)以子午嶺區(qū)東側(cè)的TDS值較低，向西至馬蓮河谷地漸高，TDS等值線呈平行狀。需強(qiáng)調(diào)的是峰值帶東側(cè)，從東向西TDS逐漸增高的變化，是穿越了子午嶺的。

區(qū)內(nèi)水化學(xué)類型與TDS值的變化規(guī)律有相似性:西南部崇信一帶向北至環(huán)縣、向東至靈臺(tái)、向北東至馬蓮河呈散射狀，水化學(xué)類型的變化規(guī)律是 HCO3→HCO3·SO4→SO4→SO4·Cl，自子午嶺東側(cè)至馬蓮河谷地呈平行狀，水化學(xué)類型的變化規(guī)律是由 HCO3→HCO3·SO4→SO4→SO4·Cl。與環(huán)河組地下水相似，全區(qū)總體以Na型水為主。

六大離子濃度分布規(guī)律是:SO4－＞0.02 mg/L，以南 NO2－＜0.02 mg/L。NO3－＞20 mg/L的僅2－、Cl－、Na+三者的分布趨向一致，總體規(guī)律是東(東南)低西(西北)高，除此之外，在最南端靈臺(tái)縣一帶，出現(xiàn)一個(gè)次高點(diǎn)。Ca2+、Mg2+離子濃度規(guī)律接近，也是東低西高。HCO3－離子濃度分布規(guī)律與前五種差異最大，其特點(diǎn)是以崇信－西峰區(qū)一線為較高濃度帶，向兩側(cè)降低，在南側(cè)的靈臺(tái)縣形成低點(diǎn)，北側(cè)的環(huán)縣形成低點(diǎn)。

區(qū)內(nèi)F－＞1 mg/L的有兩片:第一片分布在馬蓮河流域上游，南側(cè)跨蒲河流域幾條支流的源頭，東南隅伸至慶城的馬嶺鎮(zhèn)附近，北界在洪德城北向北西方向伸展，在山城一線抵達(dá)白堊系的西邊界。該片南界沿蒲河上游的吳家老莊—殷家城—苦水掌一線出界，第二片分布在寧縣縣城—崆峒區(qū)花所以南。鎮(zhèn)原三岔—華池悅樂(lè)以北大部分地區(qū)NO2見(jiàn)于華池一帶，其它地區(qū)多小于20 mg/L(圖3)。

圖3 宜君洛河組水化學(xué)圖［1］

2.2 白堊系保安群地下水水化學(xué)水平、垂直分帶規(guī)律

下白堊系保安群盆地內(nèi)各含水巖組的水化學(xué)特征區(qū)域差異較明顯，TDS小于1 g/L的地區(qū)主要分布于西南部和東部，并呈現(xiàn)自盆地周邊向中心的向心分帶規(guī)律。

2.2.1 白堊系保安群地下水水化學(xué)水平分帶規(guī)律

白堊系保安群地下水水化學(xué)場(chǎng)存在一個(gè)由周邊向中部的水平分帶:表現(xiàn)為在區(qū)內(nèi)大致以馬蓮河為中心，西南部一帶向北、向東、向北東呈散射狀，水化學(xué)類型由HCO3→HCO3·SO4→SO4→SO4·Cl逐漸過(guò)渡;東部自子午嶺東側(cè)至馬蓮河谷地呈平行狀，水化學(xué)類型也是由 HCO3→HCO3·SO4→SO4→SO4·Cl逐漸過(guò)渡。TDS也是從盆地東西兩側(cè)向中心由低漸高。

2.2.2 白堊系保安群地下水水化學(xué)垂直分帶規(guī)律

在垂直方向上根據(jù)水動(dòng)力分帶，本區(qū)分為水交替強(qiáng)烈?guī)?、水交替緩慢帶和水交替極緩慢帶。各帶的水化學(xué)特征也不相同。

水交替強(qiáng)烈?guī)?，由大氣降水補(bǔ)給，地下水以滲入成因水占據(jù)，對(duì)巖石的淋濾作用強(qiáng)烈。水化學(xué)類型以HCO3型為主，而 HCO3·Cl型及 SO4·Cl型水次之，TDS 小于 1.0 g/L，該帶氧化作用強(qiáng)烈。一般埋藏深度小于100～150 m。

水交替緩慢帶，地下水埋藏較深，水化學(xué)類型以 HCO3－Na型、HCO3·Cl－Na型和 HCO3·SO4－Na型為主，其次為HCO3·SO4·Cl－ Na·Mg型和 SO4·Cl－ Na型，TDS 一般大于1.0 g/L。一般埋藏深度在150～500 m。

水交替極緩慢帶，水交替極為遲緩，水文地球化學(xué)環(huán)境具有還原特性，TDS較高，一般大于 5 g/L。埋藏深度多在500 m以上。

TDS垂直分帶規(guī)律:環(huán)縣—西峰—靈臺(tái)—線以東，普遍下層＞中層。其余地區(qū)則顛倒為下層＜中層＜上層。SO42－濃度垂直分帶規(guī)律:西峰區(qū) ～崆峒區(qū)以南，下層 ＞中層，以北顛倒為下層 ＜中層。羅漢洞組分布范圍，北端SO42－上層＜下層，南端(鎮(zhèn)原縣以南)則上層＞中層。Cl－濃度垂直分帶規(guī)律:全部為下層＞中層＞上層。HCO3－濃度垂直分帶規(guī)律:全區(qū)基本上下層＞中層。Na+濃度垂直分帶規(guī)律:崆峒區(qū)—長(zhǎng)慶橋一帶，下層 ＜中層，且上層＜中層，其余地區(qū)基本為下層 ＞中層＞上層。

Mg2+濃度垂直分帶規(guī)律:全區(qū)基本上是下層 ＞中層，有羅漢洞涇川組地下水分布處，則下層＞中層＞上層。

Ca2+濃度垂直分帶規(guī)律:全區(qū)基本為中層＞下層＞上層。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)隴東白堊系盆地的結(jié)構(gòu)主要受天環(huán)向斜的控制，向斜東西兩翼不對(duì)稱，主體是厚逾千米的陸相碎屑巖沉積的白堊系保安群地層。

(2)隴東白堊系盆地保安群地下水的具有水化學(xué)特征、地下水水質(zhì)變化復(fù)雜等明顯特點(diǎn)。三大含水巖組的水化學(xué)特征各具特點(diǎn)，各個(gè)含水巖組中六大離子的分布特征較為復(fù)雜多變，且各個(gè)含水巖組中均有特殊離子的存在。

(3)各個(gè)含水巖組的水平分帶性較明顯，且具有規(guī)律性。表現(xiàn)為在區(qū)內(nèi)大致以馬蓮河為中心，TDS從盆地東西兩側(cè)向中心由低漸高，水化學(xué)類型由 HCO3→HCO3·SO4→SO4→SO4·Cl逐漸過(guò)渡。

(4)在垂直方向上根據(jù)水動(dòng)力分帶，本區(qū)分為水交替強(qiáng)烈?guī)?、水交替緩慢帶和水交替極緩慢帶。各帶的水化學(xué)特征各不相同，TDS及六大離子的垂直分布規(guī)律復(fù)雜多變。

［1］甘肅省地質(zhì)調(diào)查院.鄂爾多斯盆地地下水勘查報(bào)告(甘肅)(2003 －2005)［R］.2008.

［2］侯光才，張茂省等著.鄂爾多斯盆地地下水勘查研究［M］.北京:地質(zhì)出版社.2008.6:77，162 －172.

［3］侯光才，張茂省主編.鄂爾多斯盆地地下水資源與可持續(xù)利用［C］.西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社.2004.10:191 －200.

［4］沈照理等.水文地球化學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京:地質(zhì)出版社.1986.