鹽池縣地下水水質(zhì)分布特征及成因分析

王 冬，馬洪云，張 俊，趙振宏，姜 軍，郭 莉

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西西安710054)

鹽池縣位于寧夏回族自治區(qū)東部，水資源匱乏，水質(zhì)差，是地下水高氟病的高發(fā)區(qū)。長(zhǎng)期以來(lái)，部分鄉(xiāng)村的居民用水十分困難。而鹽池縣是國(guó)家級(jí)能源基地的組成部分，隨著能源基地的開(kāi)發(fā)建設(shè)，水資源的需求將進(jìn)一步加大。因此，查清地下水水質(zhì)特征，尋找可供利用的地下水資源，緩解當(dāng)?shù)赜盟щy迫在眉睫。在對(duì)鹽池縣各鄉(xiāng)村開(kāi)展水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過(guò)EH4物探、水巖樣測(cè)試分析、水文地質(zhì)鉆探等手段，查明了鹽池縣咸淡水的分布范圍，圈定了三處可進(jìn)一步勘查的富水地段。

1 研究區(qū)概況

鹽池縣地處寧夏回族自治區(qū)東部，東部、南部、北部分別與陜西、甘肅、內(nèi)蒙古自治區(qū)接壤。總地勢(shì)西、南高，北東低。大致以大水坑鎮(zhèn)為界，南部為麻黃山山區(qū)，地貌上屬黃土高原，溝壑縱橫;北部為波狀高原;屬干旱半干旱大陸性氣候，主要?dú)夂蛱卣魇歉稍?，降水量少而集中，多年平均降水?77.11 mm，多集中在七-九月，占全年降水量60%，且多以暴雨形式出現(xiàn)。

出露基巖地層有(1)下白堊系陸相碎屑巖，巖性為中細(xì)粒砂巖，砂質(zhì)泥巖，廣泛分布。(2)古近系漸新統(tǒng)清水營(yíng)組地層，巖性為砂質(zhì)泥巖、塊狀含礫結(jié)核狀砂巖、泥巖夾石膏層，分布于高沙窩-王樂(lè)井-青山鄉(xiāng)以西地區(qū)。(3)第四系地層，巖性主要為風(fēng)積砂和粉土質(zhì)亞砂土，分布廣泛。

區(qū)內(nèi)主要含水層為下白堊系裂隙孔隙含水層、第四系松散巖類孔隙含水層［1，2］。白堊系裂隙孔隙含水層普遍分布，發(fā)育有不同程度和不同厚度的風(fēng)化裂隙帶，構(gòu)成了全區(qū)統(tǒng)一的白堊系地下水水含水巖組，包括羅漢洞組、環(huán)河組、洛河組等各不同時(shí)代的含水巖組，總體以中細(xì)粒砂巖為含水層，泥質(zhì)巖為相對(duì)隔水層。第四系松散巖類孔隙含水層主要分布于駱駝井地區(qū)，其他少數(shù)洼地有小面積分布。含水巖組的巖性主要為粉細(xì)砂和亞砂土，下部往往夾有薄層的砂礫層。含水層厚度因基底起伏變化較大，30～100 m不等，具有自西向東和自南向北由薄增厚的趨勢(shì)。

駱駝井地區(qū)北部為毛烏素沙漠南緣，第四系風(fēng)積砂廣泛分布，長(zhǎng)約20 km，寬1～10 km，沙丘一般高2～6 m，最高可達(dá)20余米。中部為低緩梁崗之間的洼地，由基巖槽谷接受堆積物形成灘地，地勢(shì)平坦開(kāi)闊，坡度以1°左右向北西微傾斜。南部為低緩梁崗，長(zhǎng)10～15 km，寬3～10 km。頂部開(kāi)闊平緩。主要由下白堊系環(huán)河組基巖組成，地表多被薄層風(fēng)積、殘積物覆蓋。地下水流向由北、東、南部向中部灘地匯流后，再向西徑流。該地區(qū)目前已建成一處水源地，位于最東部，日開(kāi)采量約2萬(wàn) m3/d，作為鹽池縣城供水的唯一水源。地下水開(kāi)采層為第四系松散巖類孔隙含水層。

2 采樣與測(cè)試

地下水樣品的采集涵蓋了境內(nèi)較大的自然村，共326組(為保證水文地質(zhì)單元的完整性，部分取樣點(diǎn)位于鹽池縣境外)。其中位于波狀高原的321組，水力性質(zhì)為潛水，地下水主要用于生活或農(nóng)業(yè)用水。麻黃山山區(qū)主要依靠集雨水窖提供飲用水，地下水開(kāi)采用于石油勘探施工，無(wú)農(nóng)業(yè)開(kāi)采，采集白堊系含水巖組地下水5組?；莅脖ゆ?zhèn)一帶7組水質(zhì)資料以收集為主。(見(jiàn)圖1)

樣品委托西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所測(cè)試中心測(cè)試。測(cè)試項(xiàng)目為全分析，并加測(cè) Mn、Pb、As、Cr、Cd、Hg 等重金屬離子。

圖1 取樣點(diǎn)分布圖

3 地下水化學(xué)類型與水質(zhì)特征

通過(guò)水質(zhì)資料分析，鹽池縣地下水主要為微咸水、咸水、高氟水，水化學(xué)類型以SO4型為主。地下水中硝酸鹽含量普遍不高，以生活飲用水質(zhì)量硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)20 mg/L(以N計(jì))為界限，大于20 mg/L的地下水主要分布于高沙窩-大水坑-麻黃山一線，近南北向，呈帶狀分布。地下水中的 Mn、Pb、As、Cr、Cd、Hg等重金屬離子含量較低，均低于生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 地下水化學(xué)類型的分布規(guī)律

地下水化學(xué)類型采用舒卡列夫分類法，以陰離子為主命名。如圖2示，鹽池縣地下水化學(xué)類型主要表現(xiàn)為:

(2)駱駝井地區(qū)地下水化學(xué)類型呈現(xiàn)水平分帶。第四系風(fēng)積砂分布區(qū)為HCO3-型地下水，沿寧蒙邊界呈條帶狀分布，由東向西逐漸變窄，地下水中陽(yáng)離子為 Ca2+·Na+或Mg2+·Na+為主。沿 HCO3-型地下水條帶向南延伸至灘地邊緣，分布 HCO3-·型地下水。灘地地區(qū)為·Cl-型地下水。低緩梁崗區(qū)為·地下水。

3.2 地下水TDS分布特征

鹽池縣境內(nèi)地下水TDS普遍較高，總體特征東部小于西部，北部小于南部(圖3)。根據(jù)333組分析資料統(tǒng)計(jì)，TDS＜1 g/L為59組;TDS 1～2 g/L為105組;TDS 2～3 g/L為61組;TDS＞3 g/L為108組;最高值位于馮記溝附近地段達(dá)到10.9 g/L。

圖2 地下水化學(xué)類型分區(qū)圖

圖3 地下水TDS分區(qū)圖

TDS＜1 g/L地下水主要分布于駱駝井地段與大水坑鎮(zhèn)西部。駱駝井地段地下水TDS由北向南、由東向西逐漸增大，在灘地地區(qū)達(dá)到最大值。TDS 1～2 g/L主要分布于高沙窩-鹽池縣城一線、大水坑鎮(zhèn)東南地區(qū)。地下水TDS＞2 g/L主要分布于高沙窩-王樂(lè)井-青山-惠安堡以西、大水坑以南地區(qū)。

3.3 地下水氟化物分布特征

高氟水是鹽池縣地下水的重要特征之一［3，4］。根據(jù)333組分析資料統(tǒng)計(jì)，F(xiàn)-＜1 mg/L為42組;F-1～2 mg/L為77組;F-＞2 mg/L為214組;F-最高值達(dá)到14.7 mg/L。在干旱缺水地區(qū)，F(xiàn)-＜2 mg/L的地下水通過(guò)除氟［5］處理后可作為飲用水源。鹽池縣境內(nèi)F-＜2 mg/L中地下水主要分布于駱駝井北部第四系風(fēng)積砂區(qū)、高沙窩鎮(zhèn)東部與麻黃山鄉(xiāng)一帶的白堊系含水巖組。其他零星分布地下水主要賦存于受微地貌控制第四系薄含水層。地下水F-＞2 mg/L在境內(nèi)大面積分布。(圖4)

4 地下水水質(zhì)成因分析

4.1 低氟淡水成因

鹽池縣境內(nèi)低氟淡水主要分布于駱駝井、高沙窩、大水坑三處。

駱駝井地下水質(zhì)特點(diǎn)為由東向西、由南向北TDS逐漸升高，分布面積由東向西逐漸變小。如LK7孔位于駱駝井最東端，孔深305 m，巖性主要為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖，TDS為0.76 g/L，F(xiàn)-0.34 mg/L;LK3 孔位于駱駝井西部，孔深 204.6 m，巖性主要為細(xì)砂巖、粉砂巖，TDS 為 3.48 g/L，F(xiàn)-0.49 mg/L;LK6孔位于駱駝井南部，孔深300.5 m，巖性主要為細(xì)砂巖，TDS 為 3.64 g/L，F(xiàn)-0.88 mg/L。形成這種特點(diǎn)是由于:(1)易接受降水補(bǔ)給。駱駝井地區(qū)地貌多為活動(dòng)沙丘鏈、固定沙丘及半固定沙丘，坡度較小，降水主要入滲于風(fēng)積砂中，在局部洼地中形成短時(shí)間積水，極有利于大氣降水的入滲補(bǔ)給。(2)含水層中含鹽量低。地下水含水層為第四系含水層和白堊系含水層。第四系含水層主要為風(fēng)積沖積物，巖性為淺黃色粉細(xì)砂，砂質(zhì)較純，成份以石英、長(zhǎng)石為主，云母次之，松散。含水層厚 15～20 m，駱駝井水源地 Y02孔最厚，達(dá)56.10 m。白堊系含水層巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖為主，呈互層狀，局部夾有泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖。這兩類含水層中的可溶性物質(zhì)均較少，測(cè)得第四系風(fēng)積砂總鹽量為300～600 mg/kg，可溶性F-在1～4 mg/kg之間。(3)徑流時(shí)間短。地下水主要是向西南匯集排泄于古凹槽，形成鹽堿灘。徑流路徑一般為10 km，水力坡度3‰，因此地下水在徑流過(guò)程中，徑流時(shí)間短，不利于可溶性物質(zhì)的匯集。但地下水徑流至基巖槽谷區(qū)域，由于長(zhǎng)期的蒸發(fā)濃縮作用，含水層中含鹽量急劇增高，因此在駱駝井西部、南部形成咸水。通過(guò)EH4物探，第四系地層在區(qū)內(nèi)連續(xù)分布，厚度30～100 m，由東向西厚度逐漸變薄，巖石孔隙度逐漸變小。白堊系地層環(huán)河組巖性為細(xì)砂巖，中粗砂巖，厚度10～320 m。結(jié)合資料判斷，第四系與白堊系含水層均賦存淡水，分布范圍在現(xiàn)有水源的基礎(chǔ)上可向西向南擴(kuò)展，開(kāi)采深度東部地段不宜超過(guò)200 m，西部地段不宜超過(guò)150 m。

圖4 地下水氟化物分區(qū)圖

大水坑西部地段賦存白堊系碎屑巖類孔隙水。通過(guò)地面調(diào)查和EH4物探分析，地表為第四系風(fēng)積砂，厚度0～0.5 m，下部為白堊系涇川組砂礫巖地層，厚度100～200 m，礫石膠結(jié)程度差，直徑多大于3 cm，次圓狀，孔隙發(fā)育，因此利于地下水的補(bǔ)給與賦存，水質(zhì)較好，TDS在1 g/L左右。

高沙窩東部地段區(qū)內(nèi)賦存有第四系松散巖類孔隙水與白堊系碎屑巖類裂隙孔隙水。上部為第四系松散巖類孔隙水，含水層平均厚5 m，最厚可達(dá)35 m，含水層巖性為細(xì)砂、粉砂、局部夾有粘砂土、砂粘土隔水層透鏡體;中部為第三系弱透水層，巖性為泥巖與細(xì)砂巖互層。下部為洛河組，巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖為主。地下水的補(bǔ)給與賦存中受第三系地層影響較小，因此水質(zhì)較好。

4.2 高氟咸水成因

鹽池縣高氟咸水在區(qū)內(nèi)大面積分布，與第三系地層在區(qū)內(nèi)的廣泛展布關(guān)系密切。

第三系地層廣泛分布于高沙窩-王樂(lè)井-青山-大水坑以西地段，為一套紅色、桔黃色、灰黃色碎屑巖沉積，在沉積上屬干旱條件下的河湖相堆積，其特征含有多層石膏，產(chǎn)狀平緩，不整合于白堊系地層之上，多被第四系堆積物廣泛覆蓋。巖性主要為紫紅色、磚紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖夾薄層狀泥灰?guī)r、含礫砂巖及石膏層。該套地層的巖性自北而南、自西向東粒度變粗，礫巖增多，石膏變厚、變純，測(cè)得第三系地層中可溶性 F-在10～20 mg/kg，最高達(dá)21.8 mg/kg。如馬家灘至大水坑一帶為磚紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及灰綠、黃綠色砂巖、灰白色石膏砂巖及石膏層。地下水接受降水補(bǔ)給過(guò)程中，途經(jīng)第三系地層，受淋濾作用控制，大量石膏溶解，造成該地區(qū)形成高氟咸水。如C71水樣，地下水中達(dá)1 220 mg/L，摩爾百分比 79.03%;Ca2+458 mg/L，摩爾百分比69.72%。

5 結(jié)論與建議

1)鹽池縣境內(nèi)第三系地層中的石膏分布范圍廣、厚度大，造成該地區(qū)普遍存在高氟咸水，由此引起的地方病比較嚴(yán)重。地下淡水分布范圍小，主要位于寧蒙交界的毛烏素沙地或第三系地層缺失的部分地段。

2)鹽池縣地下淡水資源貧乏，僅適合小規(guī)模開(kāi)采，用于生活或生態(tài)用水。水資源的使用上應(yīng)加大改水或引黃(黃河水)工作力度，從根本上解決當(dāng)?shù)赜盟щy。

3)現(xiàn)有的駱駝井水源地應(yīng)合理規(guī)劃，確定可開(kāi)采量，防止地下水過(guò)量開(kāi)采引起的咸水入侵問(wèn)題。大水坑與高沙窩兩處地段均受小型水文地質(zhì)單元控制，白堊系含水層中賦存淡水資源，單井涌水量不宜超過(guò)600～800 m3/d。

［1］寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.寧夏回族自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京:地質(zhì)出版社.1990:522.

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