神府礦區(qū)不同含水層水力聯(lián)系的水化學(xué)證據(jù)

吳亞坤 ，謝臣臣 ，孫魁 ，范靚慧 ，孫亞喬 ，馬雄德

（1. 長安大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；2. 旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054；3. 礦山地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)機(jī)理與防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054）

中國煤田水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水系統(tǒng)由多組含水層構(gòu)成，含水層間普遍存在不同程度的水力聯(lián)系（陳陸望等，2017）。煤田的開采，會(huì)使區(qū)域地下水系統(tǒng)發(fā)生改變，水文地質(zhì)條件趨向復(fù)雜化，在開采過程中會(huì)受到含水層高承壓水的威脅，導(dǎo)致突水事故發(fā)生，進(jìn)而造成極大的經(jīng)濟(jì)損失并會(huì)威脅人員安全（翟曉榮等，2015）。因此對(duì)于水文地質(zhì)條件復(fù)雜的煤礦，在開采過程中需要查明各含水層間水力聯(lián)系。準(zhǔn)確判定不同含水層間的水力聯(lián)系不僅能有助于分析判斷補(bǔ)給水源，還有助于后期制定針對(duì)性的水害防治措施（薛建坤，2019；蔚波等，2021；辛?xí)涞龋?023 ）。為了查明各含水層間的水力聯(lián)系，許多學(xué)者采用了不同方法進(jìn)行研究。比較常用的是通過地下水化學(xué)識(shí)別、環(huán)境同位素判別、抽水試驗(yàn)、放水試驗(yàn)和水位響應(yīng)時(shí)間等方法研究各含水層的水力聯(lián)系（Lehr et al. ，2015；許蓬等，2018；彭濤等，2019；趙寶峰等，2020）。例如，Li等（2018）通過分析西北紅墩子煤礦各含水層的地下水水化學(xué)特征，判斷出煤礦中部承壓含水層與下部含煤含水層水力聯(lián)系密切，為地區(qū)水害防治提供了科學(xué)依據(jù)；Wei等（2020）通過分析降水試驗(yàn)中排水量和水壓的變化及水樣中常規(guī)離子濃度的變化，確定含水層間水力聯(lián)系；劉兵等（2020）通過分析不同水體的水化學(xué)和同位素特征，查明了地下水、泉水、河水間的水力聯(lián)系。目前也有學(xué)者通過其他較為新穎的方法來研究含水層間水力聯(lián)系。例如，李超峰（2021）首次提出水力聯(lián)系系數(shù)的概念，通過比值大小定量評(píng)價(jià)含水層間水力聯(lián)系，Qu等（2020）利用水化學(xué)方法和時(shí)間序列數(shù)據(jù)分析曹家灘煤田上覆含水層之間水力聯(lián)系。水化學(xué)研究開展于19世紀(jì)末，后逐漸成為水文地質(zhì)學(xué)研究重點(diǎn)，在不同含水層水力聯(lián)系的判別中成效顯著；環(huán)境同位素技術(shù)在水文地質(zhì)學(xué)上的應(yīng)用可追溯于20世紀(jì)30年代，該方法能快速、準(zhǔn)確地判斷含水層間水力聯(lián)系，并具備成本低的優(yōu)點(diǎn)。與水化學(xué)和同位素方法相比，抽水試驗(yàn)、放水試驗(yàn)等方法較為耗時(shí)、昂貴，水力聯(lián)系系數(shù)等新穎概念，準(zhǔn)確性還有待檢驗(yàn)，因此將水化學(xué)方法與同位素示蹤技術(shù)相結(jié)合判斷含水層間水力聯(lián)系，會(huì)更快速、更準(zhǔn)確。

神府礦區(qū)是中國重要的能源化工基地組成部分，對(duì)國家能源安全與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。然而，由于礦區(qū)煤層在古河道分布區(qū)，一些地區(qū)煤層頂板直接與古河道含水層接觸，以致煤礦突水危險(xiǎn)性較大，且隨著礦區(qū)的開采，頂板水害威脅愈加嚴(yán)重。煤炭開采區(qū)薩拉烏蘇組分布廣泛，含水豐富，是基地建設(shè)的重要水源，該地層為古河道分布區(qū)礦井充水水源之一。直羅組上部裸露風(fēng)化形成風(fēng)化基巖層，該含水層會(huì)通過風(fēng)化裂隙與上覆含水層存在聯(lián)系，而未風(fēng)化的基巖層是煤層開采后的直接充水層，對(duì)礦井涌水有較大影響，且直羅組底部砂體的河道化作用明顯，故研究三者間水力聯(lián)系，將為有效確定突水水源、地下水利用及煤礦安全開采提供科學(xué)依據(jù)。因此，筆者在分析前期水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，補(bǔ)勘水文數(shù)據(jù)，利用水化學(xué)、多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法闡明地下水水化學(xué)特征，運(yùn)用2H、18O、3H同位素示蹤方法判斷不同含水層地下水穩(wěn)定同位素特征、地下水來源及地下水年齡，從而綜合研究上述含水層間水力聯(lián)系，以期為后期水害防治工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理環(huán)境

神府礦區(qū)位于鄂爾多斯盆地東北邊緣，是陜北能源化工基地的核心區(qū)域（Su et al. ，2018）。位于毛烏素沙地與黃土丘陵溝壑兩大地貌類型交錯(cuò)過渡地帶（肖武等，2020），地理坐標(biāo)為：E 109°50′～110°46′，N 38°28′～39°26′。研究區(qū)位于陜西省榆林市神木縣西北部，在神府礦區(qū)西南部（圖1），地處中國西部內(nèi)陸，為典型的中溫帶半干旱大陸性氣候，四季冷熱多變，晝夜溫差懸殊。該區(qū)干旱少雨，蒸發(fā)量大，降雨主要集中在7～9月，占全年降水量的69%，多年平均降雨量375 mm，蒸發(fā)量達(dá)1 700 mm以上（劉基等，2020）。年際降水量變化較大，每2～3年為一個(gè)豐水年。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig. 1 Location of the study area

1.2 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)處于黃河支流窟野河和禿尾河流域，區(qū)內(nèi)水系由北向南主要為廟溝、考考烏素溝及其支溝，河流流量與季節(jié)相關(guān)；紅堿淖處于研究區(qū)西北部。

研究區(qū)內(nèi)主要地層自下而上為侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）、侏羅系中統(tǒng)直羅組（J2z）、上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組（Q3s）和全新統(tǒng)風(fēng)積層（Q4eol），其中直羅組上部被風(fēng)化地層為直羅組風(fēng)化基巖層，其空間位置見圖2，J2z和J2y假整合接觸，其余地層為不整合接觸。主要含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組。薩拉烏蘇組地層一般為潛水含水層，水位埋深在10 m以內(nèi)，不同地區(qū)富水性差異較大，巖性主要以黃褐色亞沙土、細(xì)沙和粉沙為主，是礦井充水水源之一。直羅組是主要含水層，該地層零星出露于考考烏素溝、肯鐵令溝和小侯家母河溝的梁峁邊緣，形成風(fēng)化基巖層，未風(fēng)化的為直羅組基巖地層。直羅組風(fēng)化基巖含水層是影響區(qū)內(nèi)礦井涌（突）水的一個(gè)重要因素（侯恩科等，2019），其富水程度主要受巖性和風(fēng)化程度影響，厚度一般約為20 m，巖性主要以粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖為主，風(fēng)化程度受當(dāng)時(shí)的古地形影響，在研究區(qū)內(nèi)富水性較好。直羅組基巖為研究區(qū)煤系地層上覆地層，廣泛分布，巖性主要為紫色泥巖、砂質(zhì)泥巖和砂巖，為富水性弱的含水層段。

研究區(qū)地下水的補(bǔ)給主要以大氣降水、地表水（河流、湖泊）下滲為主，以泉水和潛流、蒸發(fā)及開采3種方式排泄。薩拉烏蘇組地下水總的徑流方向?yàn)閺谋蔽鞣较蛳蚨d尾河、窟野河最低基準(zhǔn)點(diǎn)排泄（紅堿淖周圍地下水向紅堿淖徑流），并形成了相應(yīng)的水流系統(tǒng)。直羅組承壓水因受不穩(wěn)定隔水層影響而形成局部性承壓水，沒有統(tǒng)一的補(bǔ)給區(qū)，具多層性，它的徑流方向主要受地形地貌控制，總趨勢(shì)由區(qū)域中部向周圍徑流，排泄于河谷。

2 數(shù)據(jù)來源及處理方法

筆者在收集資料的基礎(chǔ)上補(bǔ)勘采樣，獲取30組薩拉烏蘇組和88組直羅組鉆孔數(shù)據(jù)資料，其中薩拉烏蘇組、直羅組風(fēng)化基巖和直羅組基巖地層水化學(xué)數(shù)據(jù)各28組、48組和39組，同位素?cái)?shù)據(jù)各7組、1組和11組，采樣點(diǎn)分布如圖3。水化學(xué)指標(biāo)主要為HCO3—、SO42—、C1—、K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋、pH值和TDS；同位素指標(biāo)為δD、δ18O和δT。補(bǔ)勘樣品水樣及巖礦鑒定分別由陜西省煤層氣開發(fā)利用有限公司和陜西省地質(zhì)調(diào)查實(shí)驗(yàn)中心檢測(cè)，主要檢測(cè)儀器為：水同位素分析儀（L2130i）、超低本底液體閃爍譜儀（Quantulus1220）、偏光顯微鏡LECIA DM750P（23142036）。

圖3 地下水采樣點(diǎn)分布圖Fig. 3 Distribution of groundwater sampling points

利用Origin2021軟件繪制離子箱線圖和Durov圖，分析不同含水層地下水水化學(xué)特征；同時(shí)繪制δD-δ18O關(guān)系圖、大氣降水氚恢復(fù)曲線和輸出曲線，分析不同含水層地下水同位素特征；使用SPSS軟件對(duì)各含水層樣點(diǎn)進(jìn)行Q型聚類分析，進(jìn)一步判斷不同含水層間水力聯(lián)系。

3 結(jié)果與討論

3.1 水化學(xué)特征

3.1.1 地下水礦化度及主要離子濃度分布規(guī)律

受地形地貌和水巖作用的影響，地下水化學(xué)組分會(huì)不斷發(fā)生變化，水化學(xué)組分呈現(xiàn)一定分帶性，因此，分析各含水層的水化學(xué)指標(biāo)可以初步判定含水層間是否有水力聯(lián)系（牛兆軒等，2019）。研究區(qū)薩拉烏蘇組和直羅組風(fēng)化基巖地下水樣品的pH值分別為7.1～8.46和7.4～8.9，屬于弱堿性水，而直羅組基巖地下水樣品的pH值為7.3～10.95，屬于堿性水。由各含水層的水化學(xué)數(shù)據(jù)（圖4）可知：研究區(qū)薩拉烏蘇組地下水TDS平均含量為294.55 mg/L，含量范圍為111.95～435 mg/L，屬于低礦化度淡水；陽離子中，K＋、Na＋、Ca2＋和Mg2＋的平均含量分別為2.20 mg/L、22.14 mg/L、45.01 mg/L和10.09 mg/L；陰離子中，HCO3—、SO42—、Cl—和NO3—的平均含量分別為187.13 mg/L、26.63 mg/L、10.14 mg/L和7.32 mg/L。總體來看，薩拉烏蘇組陽離子濃度均值大小為Ca2＋＞Na＋＞Mg2＋＞K＋，陰離子濃度均值大小為HCO3—＞SO42—＞Cl—＞NO3—。直羅組風(fēng)化基巖層地下水TDS含量為161.8 ～423.1 mg/L，平均含量為267.72 mg/L，屬于低礦化度淡水；陽離子中，K＋、Na＋、Ca2＋和Mg2＋的平均含量分別為2.05 mg/L、16.73 mg/L、37.67 mg/L和8.35 mg/L；陰離子中，HCO3—、SO42—、Cl—和NO3—的平均含量分別為159.96 mg/L、16.27 mg/L、7.75 mg/L和13.16 mg/L。陰陽離子濃度均值大小順序與薩拉烏蘇組地下水陰陽離子平均值大小順序相似，且平均值相差不大，說明直羅組風(fēng)化基巖層地下水水化學(xué)與薩拉烏蘇組較為接近，二者可能具有相同的補(bǔ)給來源。直羅組基巖地下水TDS含量為207 ～4 692 mg/L，平均為867.35 mg/L，礦化度變化大，說明該含水層徑流較為緩慢，水力循環(huán)條件較差（翟曉榮等，2015）；陽離子中，K＋、Na＋、Ca2＋和Mg2＋的平均含量分別為2.59 mg/L、195.10 mg/L、40.75 mg/L和7.44 mg/L；陰離子中，HCO3—、SO42—、Cl—和NO3—的平均含量分別為190.51 mg/L、281.45 mg/L、70.11 mg/L和5.41 mg/L。綜上，直羅組基巖陽離子濃度均值大小為Na＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋，陰離子濃度均值大小為SO42—＞HCO3—＞Cl—＞NO3—。

圖4 各含水層主要指標(biāo)箱型圖Fig. 4 Box diagram of main indicators of each aquifer

總之，直羅組基巖地下水各指標(biāo)平均濃度普遍高于薩拉烏蘇組和直羅組風(fēng)化基巖層，這是由于直羅組地層礦物成分中含有黃鐵礦、磁黃鐵礦等硫化物，而硫化物氧化和硫酸鹽類等溶濾作用會(huì)引起直羅組基巖地下水礦化度較高。

3.1.2 地下水化學(xué)類型

通過水化學(xué)分類可以進(jìn)一步概括出地下水化學(xué)分布特征（俞發(fā)康，2007），反映區(qū)域地下水水化學(xué)特征。Durov圖中三角形表示地下水中主要離子的毫克當(dāng)量百分比，兩個(gè)矩形表示地下水中pH、TDS含量與主要組分間的關(guān)系（張小文等，2017），它能更好的反應(yīng)地下水水化學(xué)類型及各組分間關(guān)系。根據(jù)研究區(qū)各含水層水化學(xué)組分繪制Durov圖（圖5）。

圖5 水化學(xué)組分Durov圖Fig. 5 Durov diagram of hydrochemical composition

由圖5可以看出，在陽離子三角圖中，3個(gè)含水層地下水樣品均靠近Na＋＋K＋和Ca2＋端，但薩拉烏蘇組和直羅組風(fēng)化基巖地下水樣品相對(duì)靠近Ca2＋端，大部分地下水Ca2＋毫克當(dāng)量百分比大于40%，直羅組基巖地下水樣品相對(duì)靠近Na＋＋K＋端。在陰離子三角圖中，薩拉烏蘇組和直羅組風(fēng)化基巖地下水樣品靠近HCO3—＋CO32—端，大部分地下水HCO3—＋CO32—毫克當(dāng)量百分比大于70%；直羅組基巖地下水樣品除了靠近HCO3—＋CO32—端，還靠近SO42—端。由上述分析可知，薩拉烏蘇組和直羅組風(fēng)化基巖地下水的主要水化學(xué)類型均為HCO3-Ca型水，直羅組基巖地下水化學(xué)類型以HCO3-Na型和HCO3·SO4-Na型為主，均為可利用地下水源。

3.1.3 聚類分析

聚類分析是一種根據(jù)樣本的親和力和稀疏性對(duì)樣本進(jìn)行分類的方法（Chen et al. ，2019；杜金龍，2022），該方法主要用于從一對(duì)相似樣本開始聚類至形成最高聚類的情況（Omo—irabor et al. ，2008）。筆者以薩拉烏蘇組（S層）、直羅組風(fēng)化基巖（F層）和直羅組基巖（J層）含水層水樣的物理、化學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用系統(tǒng)聚類的方法對(duì)其進(jìn)行分類，并繪制譜系圖，從而判斷不同含水層之間是否存在水力聯(lián)系。

根據(jù)含水層水樣的物理、化學(xué)指標(biāo)相關(guān)性的不同，將樣本主要分為A1和A2兩組，兩組的歐式距離為15，分類效果較好（圖6）。從圖6中可看出，A1組主要包含J層樣本，特點(diǎn)為礦化度大，且SO42—含量較高，主要源自地層中含硫礦物的氧化和硫酸鹽的溶解；A2組主要包含S層和F層樣本，特點(diǎn)為礦化度較小，徑流條件好。綜合表明J層較為封閉，與其他含水層水力聯(lián)系差，保留了自身的水文地球化學(xué)特征，而S層與F層水文地球化學(xué)特征相似，兩含水層間存在一定水力聯(lián)系。A1組與A2組有相互聚集交叉現(xiàn)象，說明S、F與J層有一定關(guān)聯(lián)性，但可能關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。

圖6 含水層水樣聚類分析譜系圖Fig. 6 Cluster analysis pedigree of aquifer water samples

3.2 同位素特征

3.2.1 氫氧同位素特征

采用氫氧同位素作為示蹤劑，能更有效的推斷地下水的來源，揭示地下水循環(huán)過程、地下水補(bǔ)給特征和不同含水層間的水力聯(lián)系（Wang et al. ，2014； Bello et al. ，2019；張靖坤等，2022；劉春雷等，2022；張帆等，2023）。研究區(qū)中，薩拉烏蘇組地下水穩(wěn)定同位素為：δ18O=—8.9‰～—5‰，平均值為—8.1‰，δD=—69‰～—49‰，平均值為—62.8‰；直羅組風(fēng)化基巖地下水δ18O和δD值分別為—9.2‰、—64.5‰；直羅組基巖地下水穩(wěn)定同位素為：δ18O=—11.4‰～—5.7‰，平均值為—10.1‰，δD=—88‰～—52‰，平均值為—78‰。根據(jù)不同含水層氫氧穩(wěn)定同位素測(cè)試數(shù)據(jù)來看，薩拉烏蘇組地下水和直羅組風(fēng)化基巖地下水的同位素值接近，二者與直羅組基巖含水層地下水同位素值有一定差異，且直羅組基巖地下水氫氧穩(wěn)定同位素值明顯偏負(fù)，反映直羅組基巖與另外兩含水層間可能無直接水力聯(lián)系。

通過分析各含水層取樣點(diǎn)與全球大氣降水線、地區(qū)大氣降水線的偏離程度，判斷大氣降水是否為其補(bǔ)給源（Craig et al. ， 1961；王力等，2010）。不同含水層氫氧關(guān)系散點(diǎn)圖（圖7）顯示，薩拉烏蘇組、直羅組風(fēng)化基巖和直羅組基巖水樣點(diǎn)均分布在全球和榆神府礦區(qū)大氣降水線下方，說明大氣降水是研究區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源，但在補(bǔ)給過程中發(fā)生了蒸發(fā)作用。根據(jù)3個(gè)含水層同位素分布規(guī)律，薩拉烏蘇組、直羅組風(fēng)化基巖和直羅組基巖水樣點(diǎn)可劃分為A和B兩個(gè)區(qū)域。在區(qū)域A中，薩拉烏蘇組地下水和直羅組風(fēng)化基巖地下水氫氧同位素接近，說明二者具有密切關(guān)系；在區(qū)域B中，直羅組基巖地下水氫氧同位素明顯偏負(fù)，表明直羅組基巖地下水與薩拉烏蘇組和直羅組風(fēng)化基巖地下水補(bǔ)給來源不同。通過對(duì)兩含水層水樣分別進(jìn)行擬合分析，發(fā)現(xiàn)薩拉烏蘇組地下水?dāng)M合方程為δD＝5.2δ18O—20.42（R2＝0.91），其斜率明顯小于全球和榆神府礦區(qū)降水線斜率，說明薩拉烏蘇組地下水在補(bǔ)給過程中受到強(qiáng)烈蒸發(fā)作用影響，造成地下水氫氧同位素富集，從而雨水線偏離全球和當(dāng)?shù)赜晁€（Tiwari et al. ，2017；劉基，2021）；直羅組基巖地下水?dāng)M合方程為δD＝7.4δ18O—1.92（R2＝0.91），斜率略大于當(dāng)?shù)亟邓€，進(jìn)一步表明直羅組基巖地下水與薩拉烏蘇組地下水補(bǔ)給來源有所差異。

圖7 地下水δ18O-δD關(guān)系圖Fig. 7 δ18O-δD diagram of groundwater

根據(jù)氫氧穩(wěn)定同位素的高程效應(yīng)和溫度效應(yīng)，利用王恒純（1991）和Dansgaard（1964）研究所得公式計(jì)算各含水層補(bǔ)給高程和補(bǔ)給溫度，薩拉烏蘇組地下水補(bǔ)給高程為1 286.06 ～1 408.2 m，平均補(bǔ)給高程1 366.1 m；直羅組風(fēng)化基巖地下水補(bǔ)給高程為1 317.7 m；直羅組基巖地下水補(bǔ)給高程為1 460.7 ～1 558.5 m，平均補(bǔ)給高程1 506.8 m。薩拉烏蘇組和直羅組風(fēng)化基巖地下水平均補(bǔ)給溫度分別為7.87 ℃和6.6 ℃，而直羅組基巖地下水補(bǔ)給溫度為4.33 ℃。從這里也可以看出，薩拉烏蘇組地下水與直羅組風(fēng)化基巖地下水來自于同一補(bǔ)給源，直羅組基巖地下水來自另一補(bǔ)給源。

3.2.2 氚同位素特征

氚半衰期為12.43 ±0.02 a，目前已成為水文研究中重要的示蹤劑（Lucas et al. ，2000；Liao et al. ，2020）。一般認(rèn)為用它可測(cè)定50年以內(nèi)的地下水年齡，對(duì)于礦區(qū)地下水的定性或半定量評(píng)價(jià)效果較好（許蓬等，2018）。根據(jù)北半球降水氚的對(duì)數(shù)值與所在緯度呈正比關(guān)系（lgT∝L），利用1969 ～1983年蘇聯(lián)伊爾庫茨克和香港降水氚值，采用對(duì)數(shù)插值法獲得研究區(qū)同期降水氚值（王文科等，2006）。插值公式為：

式中：C為降水氚值；X為測(cè)點(diǎn)緯度。

利用上述公式計(jì)算出研究區(qū)部分年份降水氚值，并與渥太華相同年份降水氚值進(jìn)行相關(guān)性分析可得：

根據(jù)從IAEA網(wǎng)站獲得的1953～2019年渥太華降水氚數(shù)據(jù)恢復(fù)研究區(qū)同期降水氚值，由于2010年以后降水氚值變化不大，所以2020年和2021年降水氚值利用外插法推出。最終計(jì)算獲得恢復(fù)曲線見圖8a。

圖8 研究區(qū)大氣降水氚恢復(fù)曲線圖（a）和活塞流模型氚輸出曲線圖（b）Fig. 8 (a) Tritium recovery curve of atmospheric precipitation in the study area (b) tritium output curve of piston flow model

由于研究區(qū)前期水文地質(zhì)研究程度較低，獲得參數(shù)較少。因此，利用對(duì)參數(shù)需求較少的活塞流模型進(jìn)行計(jì)算地下水年齡（趙振華等，2017），公式如下：

式中：ti為取樣年份，2021年；Ci為含水層在ti時(shí)刻的氚輸出值；C0為含水層在t0時(shí)刻的氚輸入值；λ為氚衰變因子，0.055 764。

將上述所求研究區(qū)氚恢復(fù)值代入，求得氚輸出曲線，見圖8b。根據(jù)水樣氚分析結(jié)果對(duì)應(yīng)氚輸出曲線，求得地下水年齡。從估算結(jié)果中得出，研究區(qū)薩拉烏蘇組地下水相對(duì)年齡為14 ～38年，平均年齡為22年；直羅組基巖地下水年齡大于69年，為1953年以前地下水補(bǔ)給，不同含水層地下水年齡有一定差異。SJ09直羅組基巖地下水年齡為15年，與薩拉烏蘇組地下水年齡接近，說明該點(diǎn)兩含水層地下水具有密切的水力聯(lián)系，但也需要進(jìn)一步的證據(jù)證實(shí)兩層含水層之間存在天窗或優(yōu)先通道。

3.3 不同含水層間水力聯(lián)系

根據(jù)水化學(xué)和環(huán)境同位素反映的信息，薩拉烏蘇組、直羅組風(fēng)化基巖和直羅組基巖地下水中水化學(xué)和環(huán)境同位素特征具有明顯的差異，3個(gè)含水層之間存在著不同的水力聯(lián)系（圖9）。

圖9 含水層間水力聯(lián)系示意圖Fig. 9 Schematic diagram of the hydraulic connection between different aquifers

3.3.1 薩拉烏蘇組與直羅組風(fēng)化基巖層

薩拉烏蘇組和直羅組風(fēng)化基巖地下水平均TDS＜300.0 mg/L，主要離子含量接近，陰陽離子濃度均值大小關(guān)系相似，水化學(xué)類型均以HCO3-Ca型水為主，且從聚類分析結(jié)果來看，兩含水層地下水有相同來源。在圖7中，二者具有相同的氫氧穩(wěn)定同位素特征和補(bǔ)給來源。綜上，二者之間存在緊密的水力聯(lián)系，地下水補(bǔ)給能力相對(duì)較強(qiáng)，地下水可更新能力強(qiáng)。

3.3.2 直羅組風(fēng)化基巖層與直羅組基巖層

直羅組風(fēng)化基巖與直羅組基巖地下水盡管形成時(shí)代和環(huán)境相同，但直羅組風(fēng)化基巖受當(dāng)時(shí)古地形的影響，存在不同的風(fēng)化程度，風(fēng)化裂隙和孔隙也成為了與上覆含水層聯(lián)系的優(yōu)勢(shì)通道。因此，直羅組風(fēng)化基巖地下水水化學(xué)和環(huán)境同位素信息反映出與薩拉烏蘇組地下水聯(lián)系緊密，但與直羅組基巖地下水形成演化存在明顯的差異。直羅組基巖地下水TDS及主要離子含量明顯高于直羅組風(fēng)化基巖地下水，且兩者水化學(xué)類型也有所不同，直羅組風(fēng)化基巖與直羅組基巖地下水氫氧同位素特征也存在差異，具有不同的補(bǔ)給來源，綜合表明兩者間無明顯水力聯(lián)系。

3.3.3 薩拉烏蘇組與直羅組基巖層

根據(jù)上述不同含水層地下水聯(lián)系可知，薩拉烏蘇組地下水與直羅組風(fēng)化基巖地下水之間聯(lián)系緊密，而直羅組風(fēng)化基巖地下水與直羅組基巖地下水分屬不同的地下水流系統(tǒng)，且兩含水層地下水水化學(xué)特征有差異，地下水年齡也不同，故薩拉烏蘇組含水層與直羅組基巖含水層間無明顯水力聯(lián)系。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)各含水層地下水均屬于堿性水。薩拉烏蘇組和直羅組風(fēng)化基巖地下水中礦化度和主要離子濃度低于直羅組基巖含水層。薩拉烏蘇組和直羅組風(fēng)化基巖地下水的水化學(xué)類型均為HCO3-Ca型水，直羅組基巖地下水的水化學(xué)類型主要為：HCO3-Na型水和HCO3·SO4-Na型水。

（2）環(huán)境同位素分餾特征、溫度效應(yīng)和高程效應(yīng)等信息綜合表明，薩拉烏蘇組和直羅組風(fēng)化基巖地下水來自同一補(bǔ)給來源，直羅組基巖地下水來自另一補(bǔ)給來源。薩拉烏蘇組地下水氚含量高，地下水平均年齡為22年，循環(huán)能力強(qiáng)，直羅組基巖地下水氚含量低，地下水年齡＞69年，徑流條件差。

（3）薩拉烏蘇組與直羅組風(fēng)化基巖含水層存在較緊密水力聯(lián)系，兩者均與直羅組基巖含水層間無明顯水力聯(lián)系。