新疆地下水化学特征的认识和分析

2015-02-25程晓黎

西部探矿工程 2015年12期

关键词：平原区水化学矿化度

程晓黎

（新疆塔城地区地质环境监测站，新疆乌苏833000）

新疆地下水化学特征的认识和分析

程晓黎*

（新疆塔城地区地质环境监测站，新疆乌苏833000）

依据10年（2001～2010年）的地下水观测资料，采用数理统计等分别对新疆山区和盆地平原区地下水的水质动态变化情况进行了分析研究。近十年来随着工农业的发展使得农村、城市的地下水水质都存在不同的污染,在查阅相关文献的基础上,论述了新疆地下水水质现状及变化规律,较全面地阐述了地下水中各离子的化学特征的研究情况,并对其发展趋势进行了简单的论述。

地下水；化学；特征

新疆属于西北干旱区，地下水的水化学特征受水文地球化学条件制约，与地势地貌、地质构造、含水层岩性和地下水的补给、径流、排泄条件密切相关。在山区和盆地平原区，尤其受悬殊的气候条件和水热条件等各种自然因素综合作用所控制，地下水水化学特征表现出明显的差异性：山区水化学规律垂直变化较为明显，盆地平原区则明显表现出水平分带的水化学规律。

1 山区地下水的水化学特征

山区是地下水的形成区，同时又是地下水的径流区和排泄区。西北干旱地区的降水量有随海拔高度升高而增大的总趋势，虽然盆地平原区降水稀少，但在高山区降水量则成倍或几倍增加。山区气候条件湿润，相对丰沛的降水成为山区地下水的主要补给来源。在地质构造上山区处于地槽褶皱区，构造运动作用强烈，岩石节理裂隙十分发育，使地下水接受丰沛降水入渗补给后，经过短途径流，在深切的沟谷中即以下降泉形进行排泄，水交替作用十分强烈。由于地下水和地表水的径流条件好，水交替作用强烈，使山区成为地球化学元素的淋溶区。山区水文地球化学作用以溶滤作用为主，地下水中溶滤的化学元素成分和浓度均与含水岩组的岩性条件、矿物成分及其物理化学性质密切相关。在上述水文地球化学环境的制约下，山区岩土中的钙（Ca）和重碳酸根（HCO3）首先被淋溶，使之成为山区地下水的标型元素，形成重碳酸钙（HCO3-Ca）型水。

山区地下水的化学类型，在昆仑山—阿尔金山、天山、阿尔泰山中高山区分布的冻结层水、基岩裂隙水和碳酸盐岩夹碎屑岩岩溶裂隙水一般均为二元水，多以HCO3-Ca型水为主，水中含盐量（矿化度）一般都很低，冻结层水矿化度多小于0.2g/L，基岩裂隙水和碳酸盐岩夹碎屑岩岩溶裂隙水矿化度多在0.2～0.5g/L左右。到低山丘陵区，随着海拔高度的降低和降水量的减小以及地下水径流途径的加长，地下水中溶滤的化学元素成份和浓度逐渐增加，水化学类型渐变复杂，地下水中的含盐量也随之有所增大。尤其是在碎屑岩类裂隙孔隙水含水岩组分布区，受含水岩组中地层岩性条件和易溶盐成分的影响，地下水化学类型变为多元水，水中含盐量也明显增高。在非碎屑岩类裂隙孔隙水分布的低山丘陵区，虽然地下水中含盐量有所增加，但一般仍在淡水范围内变化，矿化度多小于1g/L，部分地区（如吐鲁番—哈密盆地）大于1g/L。盆地平原区地下水的水化学特征明显表现出水平环带状或条带状变化规律。地下水主要接受地表河流出山口后的入渗和前山带暴雨洪流入渗及少量的降水入渗补给。据计算，平原区各类地表水的转化补给占平原区地下水总补给量的73.36%以上。

在山前倾斜平原中上部，松散沉积物颗粒粗大，地下水径流畅通，为水资源转化径流带。其水化学作用突出表现在2个方面：一是山前地表水大量入渗形成的溶滤作用，二是对山区地下水带来的化学元素的搬运迁移作用。这里水交替仍然比较强烈。因此，山前砾质倾斜平原地带地下水水质一般较好，水化学成分与地表水相似，多为二元水和三元水，水化学类型多为HCO3-Ca型或HCO3-Ca·Mg型水，矿化度一般小于1g/L。向盆地腹部随着径流途经的加长，地下水中溶滤含水介质中的易溶盐份逐渐增加，水化学类型渐变复杂，由二元水、三元水渐变为多元水，水中含盐量也逐渐增大。到倾斜平原前缘地带，砾质平原逐渐被细土平原所取代，地下水径流条件明显变差，地下水埋葳深度变浅直至溢出带以泉的形式排泄于地表，地下水的溶滤作用逐渐被蒸发浓缩作用所取代。从溢出带向盆地腹部为细土平原，地层由单一砾石层转变为多层结构，表层细土层中地下水径流迟缓，到盆地中部低洼地带甚至滞流，垂直蒸发成为地下水的主要排泄方式，强烈的蒸发浓缩作用使地下水的含盐量急剧增加和汇集，水化学类型由山前倾斜平原的HCO3-Ca型或HCO3-Ca·Mg型（塔里木盆地南缘多为HCO3·SO4-Ca型）到细土平原逐渐转变为HCO3·SO4-Ca·Na型或SO4·HCO3-Na·Ca型、HCO3·SO4·Cl（SO4·HCO3· Cl）-Na·Ca·Mg型，最后到盆地中心地带转变SO4· Cl-Na型和Cl-Na型，氯（Cl）和钠（Na）成为平原区腹地地下水的标型元素。地下水以矿化度分类，由山前倾斜平原小于1g/L的淡水逐渐过渡为1～3g/L的微咸水（低矿化水）、3～10g/L的咸水（中矿化水）、10～50g/L的盐水（高矿化水）直至大于50g/L的卤水。

在现代河床两侧和古河道中，含水层颗粒相对较粗，地下水径流条件较好，水质相对较好，以Cl·SO4· HCO3—Na型、Cl·SO4·HCO3—Na·Mg型或Cl·SO4—Na·Mg型、Cl·SO4—Na型水为主，矿化度＜1g/L或1～3g/L。向古河道两侧含水层颗粒变细，地下水径流条件变差，水质逐渐变差，水化学类型逐渐过渡为Cl· SO4—Na型或Cl—Na型，矿化度逐渐增大到3～5g/L和5～10g/L。

2 平原区地下水化学特征

平原区地下水化学特征的水平分带变化，是遵循干旱区地下水水质变化规律的。地下水中的常量组分一般包括重碳酸根（HCO-3）、硫酸根（SO2-4）、氯离子（Cl-）和钙离子（Ca2+）、镁离子（Mg2+）、钠加钾离子（Na++K+）等6种主要离子。其中重碳酸根离子的化学性质极不稳定，在补给区含量高主要是受补给源所影响。硫酸根离子化学性质比较稳定，其含量变化呈现出与HCO-3相反的规律。氯离子的化学性质稳定，与碱金属（K、Na）和碱土金属（Ca、Mg）组成的盐类易溶于水，且不易被含水介质所吸附。钙离子来源丰富，且与HCO-3、CO2-3、SO2-4等组成的盐类难溶于水，被介质吸附的能力也较Na+大。镁离子来源贫乏，性质与Ca2+接近，其含量变化有与Ca2+相近的规律。钠加钾离子的各种盐类易溶于水，易和介质矿物中的化学成分发生交替和吸附于介质颗粒表面，其含量变化有与Ca2+、Mg2+相近的规律，但其增速要比Ca2+、Mg2+大得多。正是由于上述地下水中主要离子的化学性质所决定，随着地下水运移途径增加，HCO-3逐渐被SO2-4和Cl-所取代，最终由易溶于水的稳定的Cl-和易与介质矿物中的化学成分发生交替且增速远比Ca2+、Mg2+离子大得多的Na++K+占据地下水中化学成分的主导地位，成为平原区腹部地下水的标型元素，并且使地下水中的含盐量（矿化度）迅速增加和聚集。