唐山樂亭沿海地區(qū)淺層地下鹵水水化學(xué)特征

蔡曉琳

(河北省煤田地質(zhì)局第二地質(zhì)隊，河北 邢臺市 054000)

0 引言

樂亭沿海地區(qū)屬于冀東濱海平原南端的沿海地帶，區(qū)內(nèi)基本被第四系沉積物所覆蓋，主要由沖積形成，湖泊、海積也占有一定范圍，是交互沉積的一套松散層[1]，受渤海灣北部地區(qū)獻(xiàn)縣海侵和黃驊海侵事件[2]的影響，工作區(qū)內(nèi)分布有大面積的咸水體，第一、二含水組的咸水體中并有鹵水層分布，一般厚度為5～40 m。地下鹵水水化學(xué)特征分析對于揭示鹵水的成因、演化及物源信息有重要的意義，也為進(jìn)一步開發(fā)利用鹵水資源，尤其是評價其資源開發(fā)潛力有一定指導(dǎo)意義。蘇喬等[3]運用離子比例系數(shù)和相關(guān)性分析對萊州灣南岸濱海平原地下鹵水進(jìn)行了水化學(xué)特征分析，結(jié)果表明地下鹵水來源于沉積古海水，且濃縮程度較高，變質(zhì)作用較弱。目前，對于渤海灣東南岸地下鹵水的研究缺少水化學(xué)特征分析，對于地下鹵水成因的研究也較少。

地下鹵水特征與地質(zhì)地貌、古氣候、古環(huán)境的演化歷史密切相關(guān)，并受地下和地表水混合作用的影響[4]。本文以樂亭沿海地帶地下鹵水為研究對象，綜合分析其水化學(xué)組成并揭示地下鹵水的成因。

1 區(qū)域概況

樂亭地區(qū)屬濱海平原區(qū)，為河流和渤海灣共同作用沉積形成的沖海積低平原區(qū)，地勢平坦，地面高程1.4～3.4 m，地面坡度為0.1‰～0.15‰。工作區(qū)自更新世以來經(jīng)歷多次海侵事件，致使灤河沖積平原沉積巨厚的第四系松散沉積物，總的沉積規(guī)律：由西向東、由北向南沉積厚度由薄到厚，從北部山前的數(shù)十米逐漸增至曹妃甸一帶厚約500 m[5]。全新世沉積1個海相層，含水組底板埋深15～27 m，礦化度50～141 g/L。晚更新世沉積上、中、下3個海相層，含水組底板埋深70～80 m，上部礦化度10～70 g/L，下部為淡水。全新世海相層和晚更新世上部海相層是本次研究的對象。

工作區(qū)屬于暖風(fēng)帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，平均降水量492.7 mm，平均蒸發(fā)量1672.2 mm，平均氣溫11.1℃，平均風(fēng)速4.9 m/s，主要河流為溯河、大青河等季節(jié)性河流。區(qū)內(nèi)含水層巖性以細(xì)砂、粉砂為主，含水層厚度差異性較大，由北向南顆粒逐漸變細(xì)，礦化度逐步提高，受第四紀(jì)海侵影響，部分地段沿海岸線方向分布鹵水，按含水組劃分原則，自上而下將水體劃分為4個含水組，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ含水組分別相當(dāng)于全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)及下更新統(tǒng)，第Ⅰ、Ⅱ含水組為主要鹵水分布層位，是本次工作的目的層位。

2 樣品采集

圖1 采樣位置分布圖(修改自文獻(xiàn)[5])

表1 各離子組分測試方法

3 地下鹵水化學(xué)基本特征及水化學(xué)類型

3.1 水化學(xué)基本特征

表2 地下鹵水化學(xué)總體特征

3.2 水化學(xué)類型

圖2 地下鹵水Piper圖

4 地下水化學(xué)特征分析

4.1 相關(guān)性分析

表3 水化學(xué)參數(shù)相關(guān)矩陣

4.2 水化學(xué)Gibbs圖分析

圖3 地下鹵水Gibbs圖分布模式

4.3 離子比例系數(shù)分析

4.3.1 Na-Cl和Mg-Cl關(guān)系

根據(jù)離子比例系數(shù)分析，海水中 Na/Cl 比值最有意義，可依此判斷地下水的成因和變質(zhì)作用強度。由圖4可知，Na+隨Cl-濃度的增大而增大，表現(xiàn)出極強的相關(guān)性。在Na-Cl關(guān)系上基本靠近海水比值線呈正比例關(guān)系分布。這說明唐山沿海東南部地區(qū)淺層鹵水來源于海水，且變質(zhì)作用不強。海水入侵或海進(jìn)都可能使海洋鹽分停留累積在沉積地層中[11]。

圖4 Na-Cl離子比例系數(shù)關(guān)系圖

在Mg-Cl關(guān)系圖上(圖5)，Mg2+隨著Cl-濃度的增大呈正比例分布。大部分樣品都高于海水比值線分布，和海水比值線的差距說明鎂鹽存在非海洋鹽源的融入，可能是通過研究區(qū)周邊的曬鹽場的沙塵搬運過來的。

圖5 Mg-Cl離子比例系數(shù)關(guān)系圖

4.3.2 Br/Cl-Cl關(guān)系

通常在海水蒸發(fā)、濃縮過程中，溴不會形成固相礦物，因此遺留在溶液中的溴會比固相礦物的中溴含量高，且溶液中的溴會越濃縮越多，因此沉積鹵水的溴氯系數(shù)一般大于3.4[12]。Br/Cl-Cl關(guān)系圖顯示(圖6)，鹵水樣品Br/Cl比值大部分高于海水比值線，但比值較分散，介于3.2～7.3之間。鹵水樣點可分為兩組，一組比值稍高于海水比值線，介于3.2～4.8之間，另一組只有2個樣品，比值分別為5.6和7.3。

圖6 Br-Cl離子比例系數(shù)關(guān)系圖

本次研究的鹵水樣品取自渤海灣西北岸地帶，歷史上曾發(fā)生過海侵事件。筆者從海水蒸發(fā)實驗來分析Br/Cl比值的演變，假定鹵水樣品是海水蒸發(fā)余留鹵水，當(dāng)處于石鹽析出之前時，Br/Cl比值應(yīng)與海水保持一致，維持固定值3.4。根據(jù)本次鹵水樣品中的Cl-濃度(14 266～49 281 mg/L)遠(yuǎn)低于石鹽析出時的Cl-含量，可推斷鹵水處于石鹽析出之前的階段，Br/Cl比值變化范圍又較寬(3.2～7.3)，平均值為4.5，故研究區(qū)淺層鹵水為沉積鹵水，某些采樣點Br/Cl比值較高，可能是來自非海洋鹽分的融入，另外采集的鹵水樣品地理位置不同，蒸發(fā)鹽所處析鹽階段不同等因素，也可以引起B(yǎng)r/Cl比值的波動[11]。

5 結(jié)論

2)由Gibbs圖可以看出，地下水樣點均位于右上方的蒸發(fā)-結(jié)晶沉淀區(qū)，遠(yuǎn)離大氣降水作用區(qū)，研究區(qū)淺層地下水化學(xué)特征受風(fēng)化溶濾作用影響較小，受蒸發(fā)作用影響顯著。

3)由離子比例系數(shù)可知，研究區(qū)淺層鹵水為沉積鹵水，海水入侵或海進(jìn)都可能使海洋鹽分停留累積在沉積地層中，但變質(zhì)作用不強。Mg-Cl和Br-Cl系數(shù)證明有來自非海洋鹽分的融入。