合水縣承壓水溶解性總固體及水化學(xué)類型水平分帶規(guī)律淺析

侯燕軍

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

合水縣位于甘肅省慶陽(yáng)市東部，為隴東黃土高原一隅，葫蘆河與馬蓮河分置東西，子午嶺縱臥南北，且向東西兩側(cè)各以10‰和8‰的地形總坡度傾斜。區(qū)內(nèi)承壓水主要為下白堊系環(huán)河組、華池組與洛河組含水層，除環(huán)河組承壓水水量較小、水質(zhì)較差以外，華池組和洛河組具有較為豐富的承壓水。

1 水文地質(zhì)條件

1.1 下白堊系華池組承壓水水文地質(zhì)條件

華池組承壓水含水層為以裂隙為主的層間承壓含水層，分布在子午嶺東部苗村－張巴集一線以西地區(qū)。含水層巖性為中細(xì)砂巖，具有斜層理，膠結(jié)較好，內(nèi)夾少量泥質(zhì)巖、頁(yè)巖等滲透性能較差的致密巖層，起隔水作用。巖層中裂隙較發(fā)育，河溝谷中頂板埋深174.7～258.8m，河間區(qū)隨地形變化埋藏深度更大。含水層厚度139～143m，層位較穩(wěn)定。承壓水位埋深不一，子午嶺西側(cè)溝谷中水位埋深70～90m，向西至縣城一帶，地面標(biāo)高1 128m以下即可自流，水頭高出地面3.7～82.5m，承壓水頭一般在 1 090～1 150m。自形成帶到匯集帶，其富水性由極貧乏(單井出水量小于10m3/d)到中等(單井出水量介于100～1 000m3/d)，局部地段達(dá)到豐富(單井出水量大于1 000m3/d)。

1.2 下白堊系洛河組承壓水水文地質(zhì)條件

改組含水層合水縣均有分布，在子午嶺東北部的葫蘆河下游太白鄉(xiāng)以東洛河組地層出露，承壓水過(guò)渡為潛水，含水層為厚度大的巨厚交錯(cuò)層發(fā)育的中粗砂巖，膠結(jié)一般疏松，巖性破碎，完整砂巖孔隙率20% ～25%，有少量裂隙，屬于裂隙孔隙水類型。洛河組承壓含水層頂板埋深在葫蘆河一帶小于117m，向西逐漸于河谷中埋深達(dá)到300～385m，河間梁峁區(qū)其頂板埋藏條件更為復(fù)雜，含水層頂板埋深超過(guò)500m。承壓水位標(biāo)高1 096～1 221m，水力坡度2.16‰，自西向東富水性由貧乏(單井出水量介于10～100m3/d)變?yōu)樨S富(單井出水量大于1 000m3/d)。

2 溶解性總固體(TDS)和水化學(xué)類型水平分帶規(guī)律

2.1 華池組含水層與洛河組含水層地下水分帶

按照承壓水運(yùn)動(dòng)規(guī)律，合水縣下白堊系華池組和洛河組承壓水可劃分為形成帶、徑流帶和匯集帶。

2.1.1 形成帶

分布于子午嶺以東地區(qū)，地下水在微西傾的單斜構(gòu)造條件下產(chǎn)生分流作用，即地下水在獲得大氣降水補(bǔ)給后，一部分在基巖孔隙裂隙中作淺層潛流運(yùn)動(dòng)，徑流方向受地形、水系控制，而另一部分則沿著地層孔隙進(jìn)行層間運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)叵滤M(jìn)入頂板為泥質(zhì)巖、頁(yè)巖隔水介質(zhì)的砂質(zhì)含水層后，其自由水面逐漸消失，轉(zhuǎn)化為以靜水壓力傳遞的水平運(yùn)動(dòng)，地下徑流完全形成。

2.1.2 徑流帶

分布于子午嶺以西至合水縣城一線。華池組和洛河組深層承壓水各以4‰和4.4‰的水力坡降有東北向西南運(yùn)動(dòng)，基本與地層傾向一致。但在接近形成帶水力坡度一般較大，接近匯集帶水力坡降變緩。兩層承壓水均以順層向西南徑流，在有透水隔水層存在時(shí)也產(chǎn)生越流補(bǔ)給，向其他含水層徑流排泄。

2.1.3 匯集帶

主要分布在馬蓮河兩側(cè)，在構(gòu)造上匯集帶已接近隴東不對(duì)稱自流盆地南部，東西兩側(cè)地下水徑流在此匯集。受馬蓮河西側(cè)華池組和洛河組承壓水向東流動(dòng)的影響，等水壓面坡降變小，華池組為1.5‰，洛河組為1.2‰。匯集帶華池組和洛河組承壓水主要以下三方面:一是受區(qū)域控制向西南緩慢徑流，二是沿透水隔層向其它含水層排泄，三是自流排泄。

2.2 TDS和水化學(xué)類型的水平分帶規(guī)律

根據(jù)鉆孔資料，在形成帶內(nèi)華池組合洛河組地下水的溶解性總固體與水化學(xué)類型基本一致，地下水類型主要為重碳酸鈣鈉鎂型和重碳酸鈣納型。徑流帶內(nèi)華池組和洛河組承壓水的溶解性總固體與水化學(xué)類型變化不大，但與形成代相比，溶解性總固體增加了2～3 g/L，增長(zhǎng)率為華池組0.13 g/L·km，洛河組0.12 g/L·km，水化學(xué)類型變?yōu)榱蛩徕c、硫酸氯化鈉型水。匯集帶為合水縣華池組和洛河組承壓水的匯集排泄區(qū)，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離的地下徑流，在逐漸溶慮的作用下，在下游溶解性總固體應(yīng)該逐漸增大，但水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果顯示，匯集帶的溶解性總固體遞增現(xiàn)象不明顯，相反，華池組承壓水還有明顯的“反?！爆F(xiàn)象，即溶解性總固體變小，而洛河組承壓水溶解性總固體變化不大，但也呈減小趨勢(shì)(表1)，水化學(xué)類型變?yōu)榱蛩崧然c型。

表1 華池組和洛河組承壓水溶解性總固體與水化學(xué)類型分帶性

從承壓水形成帶到徑流帶，再到匯集帶，區(qū)內(nèi)溶解性總固體和水化學(xué)類型變化規(guī)律如圖1所示。

圖1 TDS和水化學(xué)類型水平分帶變化規(guī)律圖

3 TDS和水化學(xué)類型水平分帶規(guī)律的分析

3.1 TDS水平分帶變化規(guī)律分析

合水縣下白堊系華池組和洛河組承壓水的溶解性總固體變化規(guī)律主要受地層巖性含鹽量、徑流途徑以及補(bǔ)給條件等因素的影響。在形成帶，地下水主要接受大氣降水的補(bǔ)給，降水中溶解性總固體很低，因此，在形成帶地下水的溶解性總固體較低。地下水自動(dòng)北向西南徑流至徑流帶，隨著徑流途徑的增大，地下水通過(guò)溶慮含水層中的巖份，使溶解性總固體逐漸增大，華池組和洛河組承壓水均遵循此規(guī)律。至匯集帶，按照一般原理，兩層承壓水溶解性總固體應(yīng)該繼續(xù)增大，但受到馬蓮河西部低溶解性總固體的華池組和洛河組承壓水的匯入，將匯集帶華池組承壓水和洛河組承壓水稀釋，導(dǎo)致匯集帶的溶解性總固體降低，華池組和洛河組承壓水均遵循此規(guī)律。

3.2 水化學(xué)類型水平分帶變化規(guī)律分析

3.2.1 溶慮作用

水化學(xué)類型的水平分帶變化主要與各含水層含鹽量特征有關(guān)。巖石的巖份在巖石與賦存和運(yùn)動(dòng)與其中的地下水發(fā)生水－巖作用的過(guò)程中，通過(guò)一系列物理、化學(xué)變化(溶慮作用、離子交換作用、蒸發(fā)與濃縮作用等)進(jìn)行著水－巖化學(xué)成分的交換，從而對(duì)地下水水化學(xué)類型產(chǎn)生重要影響。

合水縣下白堊系各含水層介質(zhì)中常見礦物為方解石、白云石、石膏等，地層中發(fā)生溶慮作用的可能化學(xué)反應(yīng)主要包括以下幾種:

在形成帶，地下水接受大氣降水的補(bǔ)給，重要發(fā)生(1)、(2)式反應(yīng)，導(dǎo)致地帶地下水水化學(xué)類型主要以重碳酸鹽鈣鈉鎂型為主。承壓水在向徑流帶和匯集帶徑流過(guò)程中，隨著對(duì)石膏的溶慮，即發(fā)生(3)式反應(yīng)，逐漸出現(xiàn)SO42－離子，在

此過(guò)程中，易溶的氯化物也參與溶解，最終轉(zhuǎn)化為硫酸氯化鈉型水，中間過(guò)渡為硫酸鹽型或重碳酸硫酸鹽型。

3.2.2 陽(yáng)離子交替吸附作用

在此過(guò)程中，含水層中發(fā)生陽(yáng)離子交替吸附作用，使地下水中Ca2+、Mg2+、Na+等離子含量發(fā)生變化。

4 結(jié)語(yǔ)

1)從形成帶到徑流帶，再到匯集到，合水縣下白堊系華池組承壓水和洛河組承壓水TDS和水化學(xué)類型水平分帶變化規(guī)律明顯。TDS逐漸增大，到匯集帶又減小，水化學(xué)類型由形成帶的重碳酸鈣鈉鎂和重碳酸鈣納型到匯集帶變?yōu)榱蛩崧然c型水，中間過(guò)渡為硫酸鹽型或重碳酸硫酸鹽型。

2)導(dǎo)致合水縣華池組和洛河組TDS水平分帶變化的主要因素是在形成帶受低溶解性總固體的大氣降水補(bǔ)給，在徑流過(guò)程中隨徑流途徑的增長(zhǎng)，溶解性總固體增大，在匯集帶受馬蓮河西部較淡水體的匯入和稀釋，溶解性總固體又減小。

3)導(dǎo)致合水縣華池組和洛河組承壓水水化學(xué)類型水平分帶變化的主要原因?yàn)槿軕]作用和陽(yáng)離子交替吸附作用。

［1］中國(guó)人民解放軍00929部隊(duì).合水縣水文地質(zhì)普查報(bào)告［R］.1980.

［2］侯光才，張茂省，等.鄂爾多斯盆地地下水勘查研究［Z］.北京:地質(zhì)出版社.2008.

［3］李濤，李輝，馬長(zhǎng)慧，等.臺(tái)蘭河山前盆地地下水系統(tǒng)及轉(zhuǎn)化運(yùn)移特征［J］.西部探礦高程.2010(11):175－178.

［4］孫月，毛曉敏，楊秀英，等.西部灌區(qū)地下水礦化度變化及其對(duì)作物的影響.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào).2010.26(2):103－107.