盐池县地下水水质分布特征及成因分析

2012-12-14马洪云赵振宏

地下水 2012年4期

王冬，马洪云，张俊，赵振宏，姜军，郭莉

(中国地质调查局西安地质调查中心，陕西西安710054)

盐池县位于宁夏回族自治区东部，水资源匮乏，水质差，是地下水高氟病的高发区。长期以来，部分乡村的居民用水十分困难。而盐池县是国家级能源基地的组成部分，随着能源基地的开发建设，水资源的需求将进一步加大。因此，查清地下水水质特征，寻找可供利用的地下水资源，缓解当地用水困难迫在眉睫。在对盐池县各乡村开展水文地质调查的基础上，通过EH4物探、水岩样测试分析、水文地质钻探等手段，查明了盐池县咸淡水的分布范围，圈定了三处可进一步勘查的富水地段。

1 研究区概况

盐池县地处宁夏回族自治区东部，东部、南部、北部分别与陕西、甘肃、内蒙古自治区接壤。总地势西、南高，北东低。大致以大水坑镇为界，南部为麻黄山山区，地貌上属黄土高原，沟壑纵横;北部为波状高原;属干旱半干旱大陆性气候，主要气候特征是干燥，降水量少而集中，多年平均降水量277.11 mm，多集中在七-九月，占全年降水量60%，且多以暴雨形式出现。

出露基岩地层有(1)下白垩系陆相碎屑岩，岩性为中细粒砂岩，砂质泥岩，广泛分布。(2)古近系渐新统清水营组地层，岩性为砂质泥岩、块状含砾结核状砂岩、泥岩夹石膏层，分布于高沙窝-王乐井-青山乡以西地区。(3)第四系地层，岩性主要为风积砂和粉土质亚砂土，分布广泛。

区内主要含水层为下白垩系裂隙孔隙含水层、第四系松散岩类孔隙含水层［1，2］。白垩系裂隙孔隙含水层普遍分布，发育有不同程度和不同厚度的风化裂隙带，构成了全区统一的白垩系地下水水含水岩组，包括罗汉洞组、环河组、洛河组等各不同时代的含水岩组，总体以中细粒砂岩为含水层，泥质岩为相对隔水层。第四系松散岩类孔隙含水层主要分布于骆驼井地区，其他少数洼地有小面积分布。含水岩组的岩性主要为粉细砂和亚砂土，下部往往夹有薄层的砂砾层。含水层厚度因基底起伏变化较大，30～100 m不等，具有自西向东和自南向北由薄增厚的趋势。

骆驼井地区北部为毛乌素沙漠南缘，第四系风积砂广泛分布，长约20 km，宽1～10 km，沙丘一般高2～6 m，最高可达20余米。中部为低缓梁岗之间的洼地，由基岩槽谷接受堆积物形成滩地，地势平坦开阔，坡度以1°左右向北西微倾斜。南部为低缓梁岗，长10～15 km，宽3～10 km。顶部开阔平缓。主要由下白垩系环河组基岩组成，地表多被薄层风积、残积物覆盖。地下水流向由北、东、南部向中部滩地汇流后，再向西径流。该地区目前已建成一处水源地，位于最东部，日开采量约2万 m3/d，作为盐池县城供水的唯一水源。地下水开采层为第四系松散岩类孔隙含水层。

2 采样与测试

地下水样品的采集涵盖了境内较大的自然村，共326组(为保证水文地质单元的完整性，部分取样点位于盐池县境外)。其中位于波状高原的321组，水力性质为潜水，地下水主要用于生活或农业用水。麻黄山山区主要依靠集雨水窖提供饮用水，地下水开采用于石油勘探施工，无农业开采，采集白垩系含水岩组地下水5组。惠安堡镇一带7组水质资料以收集为主。(见图1)

样品委托西安地质矿产研究所测试中心测试。测试项目为全分析，并加测 Mn、Pb、As、Cr、Cd、Hg 等重金属离子。

图1 取样点分布图

3 地下水化学类型与水质特征

通过水质资料分析，盐池县地下水主要为微咸水、咸水、高氟水，水化学类型以SO4型为主。地下水中硝酸盐含量普遍不高，以生活饮用水质量硝酸盐标准20 mg/L(以N计)为界限，大于20 mg/L的地下水主要分布于高沙窝-大水坑-麻黄山一线，近南北向，呈带状分布。地下水中的 Mn、Pb、As、Cr、Cd、Hg等重金属离子含量较低，均低于生活饮用水卫生标准。

3.1 地下水化学类型的分布规律

地下水化学类型采用舒卡列夫分类法，以阴离子为主命名。如图2示，盐池县地下水化学类型主要表现为:

(2)骆驼井地区地下水化学类型呈现水平分带。第四系风积砂分布区为HCO3-型地下水，沿宁蒙边界呈条带状分布，由东向西逐渐变窄，地下水中阳离子为 Ca2+·Na+或Mg2+·Na+为主。沿 HCO3-型地下水条带向南延伸至滩地边缘，分布 HCO3-·型地下水。滩地地区为·Cl-型地下水。低缓梁岗区为·地下水。

3.2 地下水TDS分布特征

盐池县境内地下水TDS普遍较高，总体特征东部小于西部，北部小于南部(图3)。根据333组分析资料统计，TDS＜1 g/L为59组;TDS 1～2 g/L为105组;TDS 2～3 g/L为61组;TDS＞3 g/L为108组;最高值位于冯记沟附近地段达到10.9 g/L。

图2 地下水化学类型分区图

图3 地下水TDS分区图

TDS＜1 g/L地下水主要分布于骆驼井地段与大水坑镇西部。骆驼井地段地下水TDS由北向南、由东向西逐渐增大，在滩地地区达到最大值。TDS 1～2 g/L主要分布于高沙窝-盐池县城一线、大水坑镇东南地区。地下水TDS＞2 g/L主要分布于高沙窝-王乐井-青山-惠安堡以西、大水坑以南地区。

3.3 地下水氟化物分布特征

高氟水是盐池县地下水的重要特征之一［3，4］。根据333组分析资料统计，F-＜1 mg/L为42组;F-1～2 mg/L为77组;F-＞2 mg/L为214组;F-最高值达到14.7 mg/L。在干旱缺水地区，F-＜2 mg/L的地下水通过除氟［5］处理后可作为饮用水源。盐池县境内F-＜2 mg/L中地下水主要分布于骆驼井北部第四系风积砂区、高沙窝镇东部与麻黄山乡一带的白垩系含水岩组。其他零星分布地下水主要赋存于受微地貌控制第四系薄含水层。地下水F-＞2 mg/L在境内大面积分布。(图4)

4 地下水水质成因分析

4.1 低氟淡水成因

盐池县境内低氟淡水主要分布于骆驼井、高沙窝、大水坑三处。

骆驼井地下水质特点为由东向西、由南向北TDS逐渐升高，分布面积由东向西逐渐变小。如LK7孔位于骆驼井最东端，孔深305 m，岩性主要为细砂岩、砂质泥岩，TDS为0.76 g/L，F-0.34 mg/L;LK3 孔位于骆驼井西部，孔深 204.6 m，岩性主要为细砂岩、粉砂岩，TDS 为 3.48 g/L，F-0.49 mg/L;LK6孔位于骆驼井南部，孔深300.5 m，岩性主要为细砂岩，TDS 为 3.64 g/L，F-0.88 mg/L。形成这种特点是由于:(1)易接受降水补给。骆驼井地区地貌多为活动沙丘链、固定沙丘及半固定沙丘，坡度较小，降水主要入渗于风积砂中，在局部洼地中形成短时间积水，极有利于大气降水的入渗补给。(2)含水层中含盐量低。地下水含水层为第四系含水层和白垩系含水层。第四系含水层主要为风积冲积物，岩性为浅黄色粉细砂，砂质较纯，成份以石英、长石为主，云母次之，松散。含水层厚 15～20 m，骆驼井水源地 Y02孔最厚，达56.10 m。白垩系含水层岩性以细砂岩、粉砂岩为主，呈互层状，局部夹有泥质砂岩、砂质泥岩。这两类含水层中的可溶性物质均较少，测得第四系风积砂总盐量为300～600 mg/kg，可溶性F-在1～4 mg/kg之间。(3)径流时间短。地下水主要是向西南汇集排泄于古凹槽，形成盐碱滩。径流路径一般为10 km，水力坡度3‰，因此地下水在径流过程中，径流时间短，不利于可溶性物质的汇集。但地下水径流至基岩槽谷区域，由于长期的蒸发浓缩作用，含水层中含盐量急剧增高，因此在骆驼井西部、南部形成咸水。通过EH4物探，第四系地层在区内连续分布，厚度30～100 m，由东向西厚度逐渐变薄，岩石孔隙度逐渐变小。白垩系地层环河组岩性为细砂岩，中粗砂岩，厚度10～320 m。结合资料判断，第四系与白垩系含水层均赋存淡水，分布范围在现有水源的基础上可向西向南扩展，开采深度东部地段不宜超过200 m，西部地段不宜超过150 m。

图4 地下水氟化物分区图

大水坑西部地段赋存白垩系碎屑岩类孔隙水。通过地面调查和EH4物探分析，地表为第四系风积砂，厚度0～0.5 m，下部为白垩系泾川组砂砾岩地层，厚度100～200 m，砾石胶结程度差，直径多大于3 cm，次圆状，孔隙发育，因此利于地下水的补给与赋存，水质较好，TDS在1 g/L左右。

高沙窝东部地段区内赋存有第四系松散岩类孔隙水与白垩系碎屑岩类裂隙孔隙水。上部为第四系松散岩类孔隙水，含水层平均厚5 m，最厚可达35 m，含水层岩性为细砂、粉砂、局部夹有粘砂土、砂粘土隔水层透镜体;中部为第三系弱透水层，岩性为泥岩与细砂岩互层。下部为洛河组，岩性以细砂岩、粉砂岩为主。地下水的补给与赋存中受第三系地层影响较小，因此水质较好。

4.2 高氟咸水成因

盐池县高氟咸水在区内大面积分布，与第三系地层在区内的广泛展布关系密切。

第三系地层广泛分布于高沙窝-王乐井-青山-大水坑以西地段，为一套红色、桔黄色、灰黄色碎屑岩沉积，在沉积上属干旱条件下的河湖相堆积，其特征含有多层石膏，产状平缓，不整合于白垩系地层之上，多被第四系堆积物广泛覆盖。岩性主要为紫红色、砖红色泥岩、粉砂质泥岩、细砂岩夹薄层状泥灰岩、含砾砂岩及石膏层。该套地层的岩性自北而南、自西向东粒度变粗，砾岩增多，石膏变厚、变纯，测得第三系地层中可溶性 F-在10～20 mg/kg，最高达21.8 mg/kg。如马家滩至大水坑一带为砖红色泥岩、粉砂质泥岩及灰绿、黄绿色砂岩、灰白色石膏砂岩及石膏层。地下水接受降水补给过程中，途经第三系地层，受淋滤作用控制，大量石膏溶解，造成该地区形成高氟咸水。如C71水样，地下水中达1 220 mg/L，摩尔百分比 79.03%;Ca2+458 mg/L，摩尔百分比69.72%。