淺層地下水化學(xué)特征影響因素分析——以利州和中興～玉堂盆地周邊山地為例

尹詩琪，孫光旭，陳 婷，曹 茜

（成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，成都 610059）

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造概況

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)位于盆周山地的兩個(gè)不同地區(qū)（見下頁圖1），即利州和中興～玉堂地區(qū)。

利州地區(qū)區(qū)域構(gòu)造上位于川北凹陷北緣米倉山前沿，米倉山構(gòu)造帶為大巴山推覆構(gòu)造一部份，呈東西向展布，斷裂不發(fā)育。褶皺為一系列緊密褶皺，其背斜構(gòu)造由南東至北西斜列，并漸次向西傾伏，并從山中向山前巖層產(chǎn)狀逐漸變緩。作者本次研究地區(qū)主要出露海相地層，從震旦系～三疊系都有發(fā)育，但發(fā)育不全，以灰質(zhì)和白云質(zhì)為主的碳酸鹽巖較發(fā)育。

中興～玉堂地區(qū)在區(qū)域構(gòu)造上跨越龍門山推覆構(gòu)造帶前山前緣和山前平原地區(qū)，根據(jù)地質(zhì)力學(xué)觀點(diǎn)劃分，則屬于青城～青霞新華夏系與九頂山華夏系構(gòu)造帶比鄰，處于彭～灌大斷裂下盤，思文場(chǎng)背斜東翼。屬傾向南東之單斜構(gòu)造，出露地層齊全，從侏羅紀(jì)中下統(tǒng)至第三系都十分發(fā)育。露頭分布于山區(qū)，平原區(qū)被第四紀(jì)覆蓋，主要以碎屑巖為主。

1.2 盆周山地水文地質(zhì)區(qū)

盆周山地是自流盆地各個(gè)含水巖層，沿盆地邊緣集中出露構(gòu)成的補(bǔ)給區(qū)。這些地區(qū)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，斷裂發(fā)育，侵蝕、剝蝕作用強(qiáng)，地形深切，主要為中高山地形。同時(shí)地下水交替強(qiáng)烈，地礦化水發(fā)育，以巖溶水分布最為普遍。按盆地周邊山地構(gòu)造特征及水文地質(zhì)特征，可分為幾個(gè)亞區(qū)［1］。

1.2.1 米倉山～大巴山褶皺山地裂隙－巖溶水亞區(qū)

處于盆地北緣、東北緣，是由一系列緊密排列的復(fù)式褶皺構(gòu)成的山間盆地群，成弓弧狀北西～南東向展布，略向盆地凸進(jìn)。盆地主體含水層沿隆起南緣連續(xù)分布，出露較高，巖溶發(fā)育，受水條件良好，是自流盆地北緣主要補(bǔ)給區(qū)。地表裂隙—巖溶水發(fā)育。峽谷區(qū)巖溶水極豐富，在分水嶺地區(qū)，巖溶引起地表水、地下水嚴(yán)重漏失，是自流盆地東北緣的重要補(bǔ)給區(qū)。利州地區(qū)就屬于該水文地質(zhì)亞區(qū)。

1.2.2 龍門山斷褶山地裂縫—巖溶水亞區(qū)

處于盆地西北邊緣，是由被動(dòng)—南西向展布的龍門山斷褶帶所構(gòu)成的狹長(zhǎng)山地，是自流盆地西緣主要補(bǔ)給區(qū)，水源豐富。侏羅系和上三疊系構(gòu)成的儲(chǔ)水構(gòu)造，層間自流水較為發(fā)育，千佛巖組砂、礫巖和蓮花口組礫巖為區(qū)內(nèi)主要含水層，水質(zhì)良好，富水程度中等。外緣山地出露的火成巖、變質(zhì)巖裂隙水較微弱。中興～玉堂地區(qū)就屬于該水文地質(zhì)亞區(qū)。

2 樣品采集和測(cè)試

分析樣品是在利州和中興～玉堂兩地地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上采集的，采集深度為0m～40m，并選取其中各地區(qū)30組，共60組典型樣品進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)分析。

測(cè)試中選取了13項(xiàng)有利指標(biāo)，包括pH值、總硬度、總堿度、總?cè)芙庑裕═DS）、K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO42－、HCO3－、CO32－和 F－等。其中，pH采用玻璃電極法測(cè)定；F－采用離子選擇性電極法測(cè)定；總硬度采用EDTA容量法測(cè)定；總堿度采用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液容量法測(cè)定；K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋采用火焰原子吸收法測(cè)定；Cl－采用硝酸銀容量法測(cè)定；SO42－采用硫酸鋇比濁法測(cè)定；HCO3－、CO32－采用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液容量法測(cè)定；TDS采用180℃干燥～重量法測(cè)定。所有水樣指標(biāo)均依據(jù)文獻(xiàn)［2］進(jìn)行檢測(cè)。并利用SPSS軟件［3］對(duì)水樣測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（見下頁表1）。

pH值變化范圍在7.45～8.27和8.05～8.50之間，表明兩地地下水均屬于弱堿性水。由變異系數(shù)可知，六種主要常規(guī)離子 Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO42－、HCO3－在兩地區(qū)空間分布具有不均勻性。

在溶解性總固體含量方面，利州TDS＞中興～玉堂TDS（見下頁圖2）。在主要陰離子含量方面，利州Cl－＞中興～玉堂Cl－、利州HCO3－＞中興～玉堂HCO3－、中興～玉堂SO42－＞利州SO42－（見后面圖3）。在主要陽離子含量方面，利州Ca2＋＞中興～玉堂Ca2＋、利州Na＋＞中興～玉堂Na＋、利州 Mg2＋＞中興～玉堂Mg2＋（見后面圖4）。

3 地下水化學(xué)特征影響因素

在研究以上資料的基礎(chǔ)上，針對(duì)利州地區(qū)和中興～玉堂地區(qū)分別進(jìn)行研究。利州地區(qū)溶解性總固體濃度及 Ca2＋、Mg2＋、Na＋等主要陽離子和HCO3－、Cl－等主要陰離子濃度整體高于中興～玉堂地區(qū)，但中興～玉堂地區(qū)SO42－離子濃度高于利州地區(qū)。利州地區(qū)離子含量為Ca2＋＞Na＋＞Mg2＋；HCO3－＞SO42－＞Cl－。中興～玉堂地區(qū)離子含量為Ca2＋＞Mg2＋＞Na＋；HCO3－＞SO42－＞Cl－。

同時(shí)，利州地區(qū)地下水化學(xué)類型主要均為HCO3～Ca～Mg型，中興～玉堂地區(qū)地下水化學(xué)類型主要均為HCO3～SO4～Ca型（見后面圖5），兩地區(qū)離子濃度存在明顯差異，導(dǎo)致兩地的水化學(xué)特征出現(xiàn)不同，主要有以下影響因素。

圖1 取樣范圍及水文構(gòu)造略圖Fig.1 Sampling range and hydrological structure sketch

表1 水樣測(cè)試結(jié)果Tab.1 Water sample test results

圖2 溶解性總固體變化曲線Fig.2 The total dissolved solids variation curve

首先，在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上，兩地屬于不同的地質(zhì)構(gòu)造單元。對(duì)地下水化學(xué)特征而言，地質(zhì)構(gòu)造是間接影響因素，它的類型決定地下水動(dòng)力性質(zhì)，而后者就直接影響地下水化學(xué)成份和礦化度。H.K依格納托維奇［4］按構(gòu)造的開啟程度、通水性、沖刷和排泄程度進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造分類，認(rèn)為封閉構(gòu)造的水主要是古老的高礦化度的Cl～Na～Ca型水，而開啟構(gòu)造的水是比較年輕的重碳酸和重碳酸～硫酸鹽型水，中間類型的構(gòu)造中有過渡型水。利州和中興玉堂地區(qū)屬開啟的地質(zhì)構(gòu)造類型，地下水化學(xué)類型分別為HCO3～Ca～Mg型和HCO3～SO4～Ca型。但同時(shí)由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的類型不同，利州地區(qū)主要屬褶皺運(yùn)動(dòng)，而中興～玉堂地區(qū)主要屬斷裂運(yùn)動(dòng)，其次為褶皺運(yùn)動(dòng)。因?yàn)椴煌臉?gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)地下水化學(xué)成份的影響略有不同，最終導(dǎo)致兩地的地下水化學(xué)特征有所不同。

圖5 水化學(xué)類型三線圖Fig.5 The hydrochenical type trilinear diagram

其次，從水文地質(zhì)條件來講，兩地在水文地質(zhì)上都屬于盆周山地水文地質(zhì)副區(qū)，但副區(qū)內(nèi)存在兩個(gè)亞區(qū)。利州與中興～玉堂地區(qū)屬于不同的地裂隙～巖溶水亞區(qū)（米倉山～大巴山褶皺山地與龍門山斷褶山地），所以，從水文地質(zhì)區(qū)的劃分上區(qū)別了兩地不同的水文地質(zhì)條件，成為影響兩地地下水化學(xué)特征的因素之一。

再次，從含水層巖性方面來說，對(duì)此次研究的淺層地下水而言，地層巖性是造成兩地地下水離子濃度差異的主要原因，這主要是兩地區(qū)出露地層的整體沉積環(huán)境不同。利州地區(qū)主要出露海相地層，基巖溶蝕；中興～玉堂地區(qū)出露的基本為碎屑巖，為膠結(jié)物溶蝕，導(dǎo)致了利州地區(qū)Ca2＋、Mg2＋的整體濃度高于中興～玉堂地區(qū)。沉積物顆粒整體較粗，地下水系統(tǒng)開啟性較好，其徑流途徑短，流動(dòng)相對(duì)較快，溶濾作用比較發(fā)育［5、6］，這就使得 Ca2＋、Mg2＋、HCO3－等離子濃度相對(duì)較低。

最后，從人類活動(dòng)方面、人類活動(dòng)產(chǎn)物可以通過兩種途徑輸入水體：廢物直接排放和通過大氣輸入［7］。其中，以農(nóng)業(yè)活動(dòng)和工業(yè)活動(dòng)的影響最為顯著。利州與中興～玉堂兩地地下水化學(xué)特征的差異，與各自所處的地理位置和環(huán)境以及人為因素也有一定關(guān)系。

總之，從溶解性總固體濃度、主要陰、陽離子濃度均可看出，兩地地下水化學(xué)類型不同時(shí)，地下水化學(xué)特征是存在明顯差異的。結(jié)合以上資料，通過對(duì)兩地研究分析認(rèn)為，兩地水化學(xué)特征的差異是多種因素的結(jié)果，如區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和以構(gòu)造為基礎(chǔ)的水文地質(zhì)區(qū)劃分及含水層巖性。另外，與人類活動(dòng)也有一定關(guān)系。

4 結(jié)論

（1）樣品分析效果明顯，在利州和中興～玉堂地區(qū)地下水化學(xué)特征上，區(qū)域差異較強(qiáng)。

（2）利州與中興～玉堂地區(qū)地下水化學(xué)類型主要為HCO3－Ca－Mg型和HCO3－SO4－Ca型。水均為較年輕的地下水。

（3）利州與中興～玉堂地區(qū)的地下水化學(xué)特征差異，其影響因素有區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、含水層巖性及人類活動(dòng)等。

（4）地下水是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，在研究地下水化學(xué)特征時(shí)，應(yīng)考慮多種因素或一組因素的影響。

［1］四川省地質(zhì)局.四川水文地質(zhì)專集［C］.成都：四川人民出版社，1981.

［2］中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB5749－2006生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［3］葉志清.淺層地下水化學(xué)成分特征及成因分析［J］.地下水，2010，32（1）：40.

［4］李學(xué)禮，孫占學(xué)，劉金輝.水文地球化學(xué)［M］.北京：原子能出版社，2010.

［5］K.E.比契葉娃.水文地球化學(xué)［M］.彭立紅，譯.北京：地質(zhì)出版社，1981.

［6］解振華，劉凱，李志萍，等.基于沉積物物質(zhì)來源的地下水化學(xué)特征分析［J］.地學(xué)前緣，2010，17（6）：81.

［7］李甜甜，季宏兵，江用彬，等.贛江上游河流水化學(xué)的影響因素及 DIC 來源［J］.地理學(xué)報(bào)，2007，62（7）：764.