鹽池東部白堊系地下水化學(xué)特征及演變

周文生，劉海燕，芮 婷

(1.寧夏回族自治區(qū)核地質(zhì)調(diào)查院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，寧夏 銀川 750021)

寧夏鹽池縣地處干旱半干旱內(nèi)陸流域，由沙漠、湖盆、洼地組成，區(qū)內(nèi)白堊系淺層地下水及其水質(zhì)對農(nóng)牧業(yè)供水和維持表生生態(tài)具有十分重要的作用。受氣候條件影響，水資源短缺已成為制約區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一[1]。地下水化學(xué)成分主要受地質(zhì)及水文地質(zhì)因素控制，分析地下水水化學(xué)分布特征，對制定水資源的利用方式、水資源管理及生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)具有重要意義[2]。多年來廣大水文地質(zhì)研究人員在鄂爾多斯盆地西緣進(jìn)行了大量的水文地質(zhì)工作[3-7]，在寧夏鹽池地區(qū)先后開展了地下水水化學(xué)方面的研究工作[8-13]，但是對研究區(qū)內(nèi)地下淡水形成機(jī)理認(rèn)識不夠清楚，分布規(guī)律尚未查明，給合理開發(fā)利用地下水資源帶來了極大困難。筆者以水文地質(zhì)勘察為基礎(chǔ)，結(jié)合以往資料，對鄂爾多斯西緣鹽池地區(qū)白堊系地下水化學(xué)特征及演變進(jìn)行了分析，更加清晰地揭示了各個系統(tǒng)地下水化學(xué)演化規(guī)律，對鹽池東部駱駝井地區(qū)的淡水形成機(jī)理取得了全面深刻的認(rèn)識。

1 水文地質(zhì)條件

鄂爾多斯西緣鹽池地區(qū)地下水主要賦存于白堊系羅漢洞組和環(huán)河組砂巖中[3]。羅漢洞組主要分布于鹽池南北向分水嶺和紅墩梁分水嶺等地形較高地區(qū)，由河湖相的砂、泥巖互層以及風(fēng)積相的砂巖層構(gòu)成，具多層結(jié)構(gòu)，其中的河流相砂巖和風(fēng)積砂巖構(gòu)成較好的地下水含水層，但該組含水層由于湖相隔水層較多而空間連續(xù)性差，不論是水平方向還是垂向方向上滲透性差異很大，總體上富水性不強(qiáng)，單井出水能力多在100～500 m3/d。從水力性質(zhì)上來說，由于含水層分布較高，且由于下伏環(huán)河組頂部存在一層穩(wěn)定的河湖相細(xì)粒地層構(gòu)成的隔水底板而使之與下伏環(huán)河組含水層之間水力聯(lián)系微弱，空間上構(gòu)成了一個具多層結(jié)構(gòu)的、區(qū)域性的上層滯水含水巖組。羅漢洞組地下水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給，多以泉水和人工開采方式排泄[12-13]。

環(huán)河組在青山鄉(xiāng)以北地區(qū)，以河流相砂巖為主，整體上構(gòu)成良好的孔隙含水層，單井出水能力在鹽池縣城以南一般300～500 m3/d，鹽池縣城以北可達(dá)1 000 m3/d左右。含水體內(nèi)部夾雜有多層由砂質(zhì)泥巖薄層狀透鏡體構(gòu)成的局部隔水層。而青山鄉(xiāng)以南地區(qū)，環(huán)河組以三角洲相沉積為主，地層顆粒細(xì)，結(jié)構(gòu)較致密，孔隙裂隙不發(fā)育，整體上表現(xiàn)為弱含水層。環(huán)河組頂部，普遍發(fā)育有一套河湖相細(xì)粒碎屑巖層，厚度約20～50 m不等，構(gòu)成一個局域分布的、穩(wěn)定的隔水頂板(也是羅漢洞組含水層的隔水底板)。

在白堊系分布區(qū)西北部紅墩梁以北的沙邊子-柳樹梁一帶，白堊系環(huán)河組含水層之上覆蓋有第四系薩拉烏蘇組和風(fēng)積砂層構(gòu)成的含水層，環(huán)河組與第四系含水層之間水力聯(lián)系緊密，構(gòu)成統(tǒng)一的含水體，第四系含水層單井出水量一般500～1 000 m3/d。在白堊系分布區(qū)南部的麻黃山地區(qū)，含水層由深伏的洛河組構(gòu)成，埋深一般大于500 m，單井出水量200～500 m3/d，其上依次覆蓋有環(huán)河組和羅漢洞組弱含水層、新近系隔水層以及第四系黃土，黃土層底部局部含水。

在鹽池南北向分水嶺軸部以西、麻黃山以北的廣大白堊系分布區(qū)，白堊系之上普遍覆蓋有古近系清水營組，為一套陸相的紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖互層，局部夾磚紅色砂巖及石膏層，厚度10～200 m，為一套區(qū)域隔水層，只在個別地段下伏的白堊系有零星出露。清水營組之上在地形低洼地段，第四系洪積層、殘坡積層和湖積層較發(fā)育，其中賦存有第四系孔隙水，但含水層較薄，富水性較差，而地形較高處第四系不含水。清水營組內(nèi)部個別地段也有層間水分布。

2 地下水化學(xué)特征

2.1 主要離子特征

鹽池白堊系裂隙孔隙地下水中Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-和HCO3-含量如圖1、表1所示。地下水中Na+含量一般介于300～1 000 mg/L，以南北向分水嶺、大水坑-紅井子界線為中心分別向東、西、南方向逐漸增加。南北向分水嶺以東Na+含量基本在300～500 mg/L之間，在柳楊堡一帶含量最大，大于1 000 mg/L。而分水嶺向西離子含量也表現(xiàn)為逐漸增高，在馮記溝、李家廟子梁一帶達(dá)到1 000 mg/L。以大水坑-紅井子一線向南至麻黃山地區(qū)，Na+含量逐漸增高至1 000 mg/L，青山-大水坑一帶Na+含量小于300 mg/L。Ca2+含量一般介于50～500 mg/L，南北向分水嶺東部離子含量普遍小于100 mg/L，明顯低于西部，分水嶺西部Ca2+含量大于200 mg/L，在高沙窩以北、大水坑一帶數(shù)值偏低。Mg2+含量一般大于100 mg/L，最大值超過300 mg/L，分水嶺東部離子含量基本在50～200 mg/L，明顯小于西部，由分水嶺向西，離子含量逐漸增高，在馮記溝、李家廟子梁一帶大于300 mg/L。Cl-含量一般大于200 mg/L，最大值大于2 000 mg/L，分水嶺東部離子含量基本在200～400 mg/L，在柳楊堡一帶富集，大于1 000 mg/L，由分水嶺向西離子含量逐漸增高，在馮記溝、李家廟子梁一帶大于1 000 mg/L，青山-大水坑一帶Cl-含量小于300 mg/L。SO42-含量一般大于400 mg/L，最大值大于2 000 mg/L，分水嶺東部離子含量介于400～800 mg/L，在柳楊堡一帶富集，大于1 000 mg/L，由分水嶺向西離子含量逐漸增高，在王樂井以西、以北廣大區(qū)域西部存在高值區(qū)域800～2 000 mg/L，高沙窩鎮(zhèn)以北離子含量有所減少，介于400～800 mg/L。HCO3-含量一般大于250 mg/L，最大值大于400 mg/L，由分水嶺向東離子含量逐漸增高，介于200～350 mg/L，由分水嶺向西離子含量逐漸降低，在馮記溝、李家廟子梁一帶小于150 mg/L，大水坑鎮(zhèn)、高沙窩以北區(qū)域HCO3-含量相對較高，一般大于200 mg/L。

由此可見地下水中離子含量具有以下特征：

1)Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-的分布特征較為相似。(1)分水嶺東側(cè)離子含量值明顯低于西側(cè)，由分水嶺向東離子含量降低；由分水嶺向西離子含量增加。(2)沿大水坑-紅井子往南的麻黃山地區(qū)，地下水中離子含量逐漸增高，且含量明顯高于北部。(3)在柳楊堡、王樂井-馮記溝-馬家灘鎮(zhèn)一帶存在相同的高值區(qū)；在青山鄉(xiāng)-大水坑、高沙窩北部一帶存在相同的低值區(qū)。(4)Ca2+與SO42-、Na+與Cl-的變化趨勢相似，表現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性。

2)HCO3-分布特征與上述離子特征變化相反，表現(xiàn)為分水嶺向東離子含量逐漸增加，由分水嶺向西離子含量逐漸降低；在王樂井-馮記溝-馬家灘鎮(zhèn)、麻黃山一帶出現(xiàn)低值區(qū)。

表1 部分白堊系地下水化學(xué)分析資料 mg/L

圖1 鹽池白堊系裂隙孔隙地下水離子濃度等值線圖 (單位：mg/L)

2.2 TDS分布特征

鹽池白堊系地下水TDS總體分布規(guī)律是分水嶺東部TDS小于西部TDS，北部TDS小于南部麻黃山TDS[12]；TDS最小值0.22 g/L，最大值12.4 g/L，一般大于2 g/L(圖2)。地下水TDS<1 g/L分布面積占總面積的1.26%，主要分布于鹽池縣東北部駱駝井一帶的第四系薩拉烏蘇組含水層和風(fēng)積砂含水層。地下水TDS1～2 g/L分布面積占總面積的24.55%，主要分布于分水嶺以東的鹽池縣城北部、紅山溝以及分水嶺以西的高沙窩鎮(zhèn)、大水坑鎮(zhèn)一帶。地下水TDS2～3 g/L分布面積占總面積的25.14%，主要沿郭家大梁-高沙窩鎮(zhèn)-鹽池縣城-青山鄉(xiāng)一線帶狀分布。地下水TDS>3 g/L分布面積占總面積的48.05%，分水嶺以東主要分布于柳楊堡一帶；分水嶺以西主要分布王樂井-馬家灘鎮(zhèn)-馮記溝鎮(zhèn)廣大地區(qū)；麻黃山全區(qū)分布高礦化度地下水。

2.3 地下水化學(xué)類型與演變

本系統(tǒng)地下水化學(xué)類型主要為SO42-·Cl-、SO42-型(圖3)。分水嶺以東地區(qū)，柳樹梁分布HCO3-型地下水；楊記圈、南王圈-北王圈-雙堆子、胡記梁一帶分布有SO42-·HCO3-或HCO3-·SO42-·Cl-型地下水；除上述地區(qū)外，均分布SO42-·Cl-、SO42-型地下水。分水嶺以西地區(qū)，高沙窩鎮(zhèn)興武營、大水坑鎮(zhèn)分布有SO42-·HCO3-或HCO3-·SO42-·Cl-型地下水，其他地區(qū)均分布SO42-·Cl-、SO42-型地下水。麻黃山地區(qū)均分布SO42-·Cl-地下水。白堊系含水系統(tǒng)地下水受分水嶺走向的影響，分別向東、向西、向南徑流，水化學(xué)演變也表現(xiàn)出不同規(guī)律。

1)分水嶺東部的楊記圈、南王圈-北王圈-雙堆子、胡記梁地處現(xiàn)代溝谷洼地，環(huán)河組巖性以為細(xì)砂巖或粉細(xì)砂巖為主，埋藏淺或出露地表。含水層接受大氣降水入滲補(bǔ)給后，就近向陜蒙境內(nèi)的多個大型湖泊排泄，地下水與含水層間發(fā)生淋濾作用時間短，形成SO42-·HCO3-或HCO3-·SO42-·Cl-型地下水。尤其是柳樹梁地區(qū)，地下水化學(xué)具有明顯的低礦化特征。第四系薩拉烏蘇組與風(fēng)積砂含水層厚度一般在20～100 m，與環(huán)河組水力聯(lián)系密切構(gòu)成統(tǒng)一含水體，該含水系統(tǒng)易接受大氣降水補(bǔ)給，含水層中含鹽量低，淋濾與蒸發(fā)作用微弱，形成低TDS的HCO3-型地下水，在向西南方向徑流過程中，逐漸受上層微咸水的混合，演化為SO42-·HCO3-、HCO3-·SO42-·Cl-型水。

圖2 地下水TDS分區(qū)圖

圖3 地下水化學(xué)類型分區(qū)圖

2)分水嶺以西地區(qū)，地下水接受的上層滯水補(bǔ)給主要以SO42-·HCO3-、SO42-·Cl-、SO42-型為主，而環(huán)河組深埋且為辮狀河相沉積，巖性為細(xì)砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，地下水向西徑流相對緩慢，隨著路徑的延長，環(huán)河含水巖組中的鹽分進(jìn)一步析出，地下水中的化學(xué)組分逐漸累積，形成SO42-·Cl-、SO42-型地下水。通過與上層滯水的SO42-型水分布對比，可以看出其分布區(qū)域基本相同，但范圍有所擴(kuò)大，證明了地下水向西演化的規(guī)律。

3)麻黃山區(qū)，環(huán)河組為三角洲相沉積，地層主要為泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖等夾細(xì)砂巖、粉砂巖薄層，互層結(jié)構(gòu)，富水性很弱。洛河組埋深在600 m以下，由沙漠相風(fēng)積細(xì)砂巖構(gòu)成，富水性中等。地下水由北向南徑流，基本處于滯流狀態(tài)，為SO42-·Cl-型地下水。

3 結(jié)語

(1)鹽池白堊系地下水TDS總體分布規(guī)律是分水嶺東部TDS小于西部TDS，北部TDS小于南部麻黃山TDS；地下水TDS<1 g/L主要分布于鹽池縣東北部駱駝井一帶的第四系薩拉烏蘇組含水層和風(fēng)積砂含水層。

(2)白堊系含水系統(tǒng)地下水受分水嶺走向的影響，分別向東、向西、向南徑流，水化學(xué)演變也表現(xiàn)出不同規(guī)律。研究區(qū)的西、南部為鹽池內(nèi)陸流域排泄區(qū)，區(qū)外地下水以向心狀匯流至此，隨之也帶來了大量的鹽分；地下水流滯緩，以蒸散發(fā)排泄為主，排泄不暢；地形地貌坡度較大，包氣帶降水入滲差，水量補(bǔ)給不充分，因此，鹽分不斷富集，地下水朝著礦化的方向發(fā)展，日積月累便形成了咸水。而在北部風(fēng)積沙灘地帶，平緩的風(fēng)積沙地貌，使得降雨入滲補(bǔ)給充沛，又緊鄰毛烏素沙地，側(cè)向補(bǔ)給的鹽分少，地下水徑流條件好，排泄通暢，大量的鹽分隨著水流排泄出該區(qū)。因此，在大氣降水及區(qū)外地下淡水流入稀釋作用下，該區(qū)地下水不斷的被淡化，經(jīng)過長期的過程便形成了淡水。