大垌幅水化學(xué)特征分析

龐國(guó)濤，閻琨，李偉

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 煙臺(tái)海岸帶地質(zhì)調(diào)查中心，山東 煙臺(tái) 264000

0 引言

水是一切生命之源，是地球上動(dòng)植物賴以生存和發(fā)展的必要因素。近年來，隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程日益加快，各種環(huán)境地質(zhì)問題也隨之而來，特別是地表水和地下水污染問題日益突出[1--3]。一個(gè)地區(qū)水的各種元素含量和賦存形態(tài)直接影響當(dāng)?shù)厮|(zhì)的好壞，決定當(dāng)?shù)厮h(huán)境的質(zhì)量，關(guān)系當(dāng)?shù)厝祟惖娘嬘盟】?。因此查明一個(gè)地區(qū)地表水和地下水水化學(xué)組分濃度和賦存形態(tài)可更好地了解區(qū)域地表水與地下水的演化規(guī)律，揭示水環(huán)境現(xiàn)狀與人類活動(dòng)的相互作用機(jī)制，對(duì)于促進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和人類健康飲水具有重大意義[4--9]。

1∶5萬分幅標(biāo)準(zhǔn)的大垌幅位于廣西省欽州市欽北區(qū)，通過對(duì)該區(qū)的地表水和地下水進(jìn)行系統(tǒng)采樣，化驗(yàn)水的各種化學(xué)組分濃度及測(cè)試其各項(xiàng)指標(biāo)，分析地表水和地下水的水化學(xué)特征，揭示大垌幅地表水和地下水水化學(xué)類型和聯(lián)系，為區(qū)域水資源可持續(xù)開發(fā)利用及環(huán)境保護(hù)政策的制定提供參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理概況

大垌幅位于廣西欽州市北部，距欽州市城區(qū)13 km，行政區(qū)域隸屬欽州市欽北區(qū)。地理坐標(biāo)為108°30′～108°45′E， 22°00′～22°10′N，總面積 478 km2。南部與欽州市市區(qū)接壤，西部緊鄰欽北區(qū)貴臺(tái)鎮(zhèn)，北部與新棠鎮(zhèn)接壤，東部與平吉鎮(zhèn)緊鄰(圖1)。全區(qū)可劃分為高丘陵區(qū)、低丘陵區(qū)、沖--洪積平原區(qū)和河流階地區(qū)4種地貌類型[10]。

圖1 研究區(qū)地理位置概況圖Fig.1 Location of study area

研究區(qū)氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)--亞熱帶海洋氣候，年平均氣溫 21～23℃。冬暖夏熱，夏季平均氣溫 27～30℃，最高氣溫在 7～8 月份，白天氣溫達(dá) 32～37℃；冬季平均氣溫 8～15℃，最低氣溫在每年的 1～2月，平均最低氣溫5℃±。年均降雨量2 200～2 300 mm，雨季長(zhǎng)，雨量充沛，為廣西的多雨和暴雨中心之一，主要降雨期為 6～9月份，受西太平洋和南海來的臺(tái)風(fēng)侵襲，常出現(xiàn)狂風(fēng)暴雨、洪澇及風(fēng)災(zāi)，對(duì)農(nóng)業(yè)和野外工作有一定影響。大垌幅內(nèi)主要河流有欽江、茅嶺江及其支流，欽江干流年平均流量為64.37 m3/s，茅嶺江干流年平均流量為82.12 m3/s[11--12]。

1.2 地質(zhì)概況

研究區(qū)出露地層有第四系桂平組(Qhg)、古近系邕寧群(EY)、白堊系羅文組(K2l)、侏羅系那周尾組(J1n)、大嶺組(J1d)、石梯組(J2s)、東興組(J3dx)、三疊系北泗組(T1-2b)、二疊系彭久組(P3p1)、石炭系石夾組(C1sj)、泥盆系欽州組(D1q)和小董組(D1-2xd)、志留系的大崗頂組(S1d)。其巖性主要為砂巖、含砂泥巖、泥巖和碎屑巖等。巖漿巖為印支—燕山期侵入的花崗巖、花崗斑巖和花崗閃長(zhǎng)巖。

研究區(qū)大地構(gòu)造處于新華夏構(gòu)造體系第二沉降帶與華南褶皺帶的交復(fù)部位，總體構(gòu)造方向?yàn)镹E--SW向。以斷層為主，斷裂多數(shù)為NE向張性正斷層，屬防城--靈山斷裂帶及其次級(jí)斷層束，另有少量NW向斷層。

1.3 水文地質(zhì)概況

研究區(qū)的地下水類型可劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和基巖裂隙水。其中，基巖裂隙水可分為風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水和構(gòu)造裂隙水兩個(gè)亞類。松散巖類孔隙水主要分布在茅嶺江和欽江兩側(cè)的河流階地以及陵間盆地上，含水介質(zhì)以砂類土、卵礫石等松散巖土體為主，富水性較強(qiáng)。碎屑巖類孔隙裂隙水主要分布在研究區(qū)中東部侏羅系、白堊系的粉砂巖、砂巖和鈣質(zhì)泥巖中，富水性較弱?；鶐r裂隙水分布在區(qū)內(nèi)中西部的丘陵區(qū)，主要賦存于志留系、泥盆系的砂巖、泥巖和侵入的花崗閃長(zhǎng)巖、花崗斑巖等的風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中，富水性不均勻。部分基巖裂隙水受地形構(gòu)造的影響以泉的形式溢出，富水性中等。區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)、徑、排條件主要受氣候、地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造等因素的制約。地下水具有補(bǔ)給距離近、徑流途徑短和通過側(cè)向徑流補(bǔ)給地表水等特點(diǎn)。由于研究區(qū)雨天多且雨量充沛，大氣降水是該區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源，地下水的水位動(dòng)態(tài)受大氣降水入滲補(bǔ)給的影響較為明顯。

2 研究方法

2.1 樣品采集

本研究于2019年10月進(jìn)行取樣，區(qū)內(nèi)取地表水樣11件，地下水樣12件，共計(jì)23件。地表水樣取自區(qū)內(nèi)的河流和水庫(kù)，地下水樣均取自民井，取樣深度5～38 m，采樣分布點(diǎn)見圖2。取樣器具采用有機(jī)玻璃取水器，存儲(chǔ)用聚乙烯塑料瓶，在樣品采集時(shí)，用預(yù)采樣品對(duì)采樣瓶沖洗3次以上后再取樣，取樣后根據(jù)不同的測(cè)試項(xiàng)目分別添加相應(yīng)的試劑然后將瓶口蠟封，并低溫保存直至送樣。

圖2 研究區(qū)采樣點(diǎn)位置圖Fig.2 Distribution of sampling points in study area

2.2 樣品測(cè)試

2.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與部分?jǐn)?shù)據(jù)處理分析由Microsoft office Excel 完成，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件SPSS對(duì)水樣測(cè)試結(jié)果參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析，采用AqQA軟件繪制Piper三線圖，運(yùn)用軟件Origin分析地表水和淺層地下水的水化學(xué)類型及其分布特征及繪制Gibbs圖，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料,探究研究區(qū)地表水與地下水的水化學(xué)分布特征及變化規(guī)律。

3 結(jié)果與討論

3.1 水化學(xué)特征分析

對(duì)研究區(qū)所采集的11組地表水和12組地下水水樣統(tǒng)計(jì)分析(表1)。

表1 地表水和地下水水化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Statistical results of chemical compositions of surface water and groundwater

3.2 水化學(xué)成分之間的相關(guān)性

為進(jìn)一步查明研究區(qū)地表水和地下水的溶濾作用過程，利用SPSS軟件對(duì)研究區(qū)水樣主要化學(xué)成分進(jìn)行相關(guān)性分析(表2、3)。

表2 地表水水化學(xué)成分相關(guān)性矩陣Table 2 Correlation matrix of chemical compositions of surface water

3.3 水化學(xué)類型分析

3.3.1 Piper三線圖

根據(jù)研究區(qū)地表水、地下水化學(xué)特征數(shù)據(jù)，繪制其Piper三線圖(圖3),Piper三線圖可以較好地反映區(qū)域水化學(xué)特征[15]。

表3 地下水水化學(xué)成分相關(guān)性矩陣Table 3 Correlation matrix of chemical compositions of groundwater

A區(qū).鈣型；B區(qū).無主導(dǎo)型；C區(qū).鎂型；D區(qū).鈉鉀型；E區(qū).重碳酸鹽型；F區(qū).硫酸鹽型；G區(qū).氯化物型。圖3 地表水和地下水Piper三線圖Fig.3 Piper diagrams of surface water and groundwater

3.3.2 Gibbs圖

應(yīng)用Gibbs圖可以分析水化學(xué)的形成機(jī)制，其將自然界水的控制因素分為巖石風(fēng)化控制型、降雨作用控制型和蒸發(fā)濃縮控制型3種類型[16]。根據(jù)研究區(qū)地表水和地下水水樣測(cè)試結(jié)果，繪制其研究區(qū)Gibbs圖(圖4)。

圖4 地表水和地下水Gibbs圖Fig.4 Gibbs diagram of surface water and groundwater

大部分水樣均落在圖內(nèi)，有少部分水樣在Gibbs圖外，說明研究區(qū)的地表水和地下水水化學(xué)組分受到一定程度的人為干擾。大部分水樣均落在巖石風(fēng)化控制型區(qū)域，極少部分落在蒸發(fā)濃縮和降雨作用控制的區(qū)域?？傮w來看，巖石風(fēng)化作用對(duì)研究區(qū)水樣的水化學(xué)組分的組成影響較為顯著。地表水和地下水的Cl/Na平均值分別為1.56和1.5，均高于世界平均海水比值(Cl/Na=1.15)，表明大氣環(huán)流所攜帶的海鹽對(duì)研究區(qū)地表水和地下水均有一定的影響。

4 結(jié)論

(2)研究區(qū)地表水水化學(xué)類型主要為HCO3--Ca·Mg型和HCO3·SO4--Ca·Mg型；地下水化學(xué)類型主要為HCO3--Ca·Mg型和HCO3·SO4--Na·Mg型水，水中離子濃度受巖石風(fēng)化作用的影響較為顯著，地表水與地下水聯(lián)系較為一般。