“關(guān)系點圖解法”在水化學(xué)分類上的嘗試性探討
——以酂城礦區(qū)淺層地下水水化學(xué)特征為例

張連強

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，鄭州 450000)

1 評價區(qū)水文地質(zhì)條件

位于豫東平原的東部、永城市境的西南部，地勢平坦，西北略高、東南稍低，地面標(biāo)高33.00～39.20m，屬黃淮沖積平原地貌單元[1]。

區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育，主要河流有東沙河、澮河、包河等，自西北向東南徑流，屬淮河水系。河流皆為季節(jié)性河流，主要接受大氣降水補給，流量隨季節(jié)性變化大。

1.1 含水層及其富水性

本區(qū)淺層地下水埋藏于30.0m以淺，含水層巖性由具有上細(xì)下粗的“二元結(jié)構(gòu)”的粉砂、細(xì)砂和中細(xì)砂組成，間夾薄層粘性土、粉土，屬第四系全新統(tǒng)松散巖類孔隙潛水含水段。含水砂層1～3層，累積平均厚度12.84m，單位涌水量1.90～2.17L/(s·m)，富水性強。

1.2 補給、徑流、排泄條件

淺層地下水補給來源以大氣降水的垂直入滲為主，次為側(cè)向徑流、灌溉回滲補給。徑流方向由西北向東南近水平遲緩運動。主要排泄途徑為垂直蒸發(fā)和人工開采，次為側(cè)向徑流及越流補給下部含水層，枯水期時短暫補給河流等地表水體。

1.3 動態(tài)變化特征

淺層地下水水循環(huán)條件良好，交替強烈，地下水動態(tài)呈“滲入-蒸發(fā)型”，垂向運動為其主要特征。地下水水位年變幅1～4m，雨季水位回升快，9～10月份水位上升到最高，久旱少雨時水位明顯下降，5～6月水位為最低[1]。本次實測水位埋深2.28～6.35m，平均4.08m。

2 樣品采集及分析成果

2.1 樣品采集

酂城煤礦區(qū)為我單位承擔(dān)的省兩權(quán)價款項目，總面積440km2，區(qū)內(nèi)農(nóng)用機井密布，井深在25～30m，含水層巖性為第四系全新統(tǒng)的粉砂、細(xì)砂。按1∶2.5萬比例尺的水文地質(zhì)調(diào)查要求，于2016年11-12月份開展了野外工作，共采集水樣161 個，采樣點分布基本均勻。由我單位測試中心承擔(dān)檢測。

2.2 水化學(xué)成分分析

表1 水化學(xué)分析成果統(tǒng)計

2.3 水分析成果的應(yīng)用

據(jù)樣品分析結(jié)果，對水中陰、陽離子水化學(xué)成分含量、毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)>25%的樣點數(shù)及所占比例進(jìn)行了統(tǒng)計，見表2、表3。

3 水化學(xué)特征分類

3.1 舒卡列夫法

表2 水化學(xué)成分含量統(tǒng)計

表3 離子含量>25%的樣點占比統(tǒng)計

圖1 地下水水化學(xué)類型及礦化度等值線Figure 1 Groundwater hydrochemical type and water salinity isogram

從圖1可以看出，本區(qū)淺層地下水的水化學(xué)類型以HCO3—Ca·Mg·Na型、HCO3—Ca·Mg型水為主，次為HCO3—Na·Mg型水，局部為HCO3·SO4—Ca·Mg型及HCO3·SO4—Na型水。

3.2 皮帕爾法

圖2 Piper三線圖Figure 2 Piper trilinear chart

3.3 “關(guān)系點圖解法”

3.3.1 步驟及界線點

圖3 Na離子與各陰離子的關(guān)系Figure 3 Relationship between Na ion and anions

圖4 Ca離子與各陰離子的關(guān)系Figure 4 Relationship between Ca ion and anions

圖5 Mg離子與各陰離子的關(guān)系Figure 5 Relationship between Mg ion and anions

3.3.2 圖示信息解析

3)從“關(guān)系點”的分布區(qū)間上看： Na+與各陰離子的“關(guān)系點”分布區(qū)間大，而>25%毫克當(dāng)量的密集區(qū)間則?。籆a2+與各陰離子的“關(guān)系點”分布區(qū)間為中，>25%毫克當(dāng)量的“關(guān)系點”密集區(qū)間亦為中；Mg2+與各陰離子的“關(guān)系點”分布區(qū)間小，而>25%毫克當(dāng)量的“關(guān)系點”密集區(qū)間則大。Na+、Mg2+與各陰離子的“關(guān)系點”密集區(qū)間大小相反。

4)圖表中還顯示：>25%毫克當(dāng)量的Na+、Ca2+、Mg2+與各陰離子的“關(guān)系點”公共區(qū)間為25～50meq%，Na+、Ca2+與各陰離子的“關(guān)系點”公共區(qū)間為25～65meq%，Na+與各陰離子的“關(guān)系點”獨有區(qū)間為65～80meq%。

3.3.3 確定分類(或分區(qū))范圍

通過上述對圖表上“關(guān)系點”的數(shù)據(jù)對比分析及研究，確定“關(guān)系點”在三個關(guān)系圖中的公共或單獨區(qū)間數(shù)值，并以此作為水化學(xué)類型分區(qū)的范圍。可以看出，本區(qū)水化學(xué)類型主要為HCO3—Ca·Mg·Na型水(25～50meq%)、次為HCO3—Ca·Na型水(50～65meq%)、HCO3—Na型水(65～80meq%)，局部有HCO3·SO4—Mg·Ca型或HCO3·SO4—Na型水。

4 結(jié)論

綜上所述，埋藏于30.0m以淺的淺層地下水，水位埋深淺、富水性強，水化學(xué)類型以HCO3—Ca·Mg·Na型水為主、次為HCO3—Ca·Na型、HCO3—Na型水。

研究表明，用陰陽離子含量的“關(guān)系點圖解法”進(jìn)行水化學(xué)分類，與其長期沿用分類法進(jìn)行對比后的結(jié)果，總體是一致、可靠的。3個關(guān)系圖中不僅能直觀地表現(xiàn)出陰(或陽)離子含量的分布區(qū)間，同時也能直接讀取水化學(xué)類型。此方法進(jìn)行水化學(xué)分類，尚屬嘗試性創(chuàng)新，具有圖易做、數(shù)易讀、區(qū)易分等特點，可應(yīng)用于不同地區(qū)，不同水體的水化學(xué)分類。目前，該分類方法所隱含的水化學(xué)特征還有待于進(jìn)一步解譯、探討與發(fā)現(xiàn)。