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安徽涡河地区浅层地下水化学特征分析

2021-11-10张朝君

地下水 2021年5期
关键词:岩组水化学粘土

马 涛,张朝君

(安徽省地质调查研究院,安徽 合肥 230001)

1 研究区概况

研究区位于安徽利辛县、蒙城县、涡阳县三县的交界部位(图1),属于淮北平原,地势平坦,海拔21.8~88.0 m,呈西北高、东南低;区内河床堤岸、河漫滩、河间平地、河间洼地以及残丘相间分布,具有“大平小不平”的地形特征,地表岩性大多由棕红色、灰黄色粉质粘土、黄色粉质粘土和粉土组成,仅东部有齐山、狼山、黄伯山和尖山4处粉砂岩与页岩残丘分布,最高海拔达88 m(涡阳狼山)。研究区内除零星的剥蚀低丘以外,总体为典型的黄淮堆积型地貌,由河谷平原(I)、河间地块(II)和残丘(III)组成,根据微地貌情况又可细分为河床堤岸(I1)、河漫滩(I2)、河间平地(II1)、河间洼地(II2)、残丘(III)5个微地貌组成(图1)。

根据地下水的赋存条件,含水层岩性、水理性质及水力特征,可将研究区内的地下水按照从自浅至深可分为:浅层孔隙水含水岩组、中层孔隙水含水岩组及深层孔隙水含水岩组三个含水层。

1.1 浅层孔隙水含水岩组

浅层孔隙水含水岩组由晚更新世-全新世蚌埠组(Qp3-Qhb)和中—晚更新世茆塘组(Qp2-3m)的粘土、粉质粘土、粉砂、细砂组成,地下水一般为潜水和微承压水。根据其含水层的特点又可细分为潜水含水层和第一承压含水层。

1.2 中层孔隙水含水岩组

中层孔隙水含水岩组由中更新世(Qp2l)临泉组、早更新世(Qp1t)太和组的粘土、粉质粘土、粉土、粉砂、粉细砂组成,具多层结构,地下水为承压水。根据其含水层的特点又可细分为第二承压含水层和第三承压含层。

1.3 深层孔隙水含水岩组

深层孔隙水含水岩组由新近纪上新世(N2g)固镇组和中新世(N1x)下草湾组的棕红色夹灰白色、灰绿色粘土、棕黄色、棕红色粉砂、细砂、中细砂组成, 具多层结构,地下水为承压水。

图1 研究区地貌图

2 地下水水化学特征

通过对研究区浅层地下水的水化学指标进行统计,如表1所示。

表1 研究区浅层孔隙水化学参数统计特征 mg/L

主量元素中的阳离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)以K+变异系数最小(29.64%),说明浅层地下水中K+相对稳定,其余阳离子相互较为接近(57.26%~80.22%);主量元素中的阴离子(Cl-、HCO3-、SO42-)以HCO3-变异系数最小(32.54%)说明浅层地下水中HCO3-相对稳定,其余两个阴离子变异系数均较为接近(110.32%、143.47%)。浅层地下水水化学类型在阴阳离子组成上,较为接近(均小于100%),即所指示的沉积环境是基本一致的,早期地下水中来源于天然环境的成分,本底值在区域分布上差异不大[1]。

三氮指标中,亚硝酸盐、氨氮和硝酸盐的变异系数均较大。其中亚硝酸盐的变异系数达298.62%,氨氮为232.29%,硝酸盐为241.30%。显示出三氮指标在空间分布上不均匀,单个水点的三氮含量,受水点所在小范围的环境影响极大。三氮指标的大变异系数,除本身形态较为不稳定外,还指示了浅层地下水受化肥、污水、粪便等农业污染和生活污染的影响显著[2]。

铁、锰指标属于研究区地下水含量较高的背景指标,其在区内的地下水中普遍存在。其中铁的变异系数为193.18%,锰的变异系数为124.41%,其变异系数一般,主要与区内地下水所属的水文地质单元有关。浅层含水层岩性以茆塘组棕黄色粘土、粉质粘土为主,普遍含铁锰结核和铁锰浸染膜,受地下水淋滤作用影响,浅层地下水中铁、锰含量普遍较高[3]。

重金属元素中,六价铬(Cr6+)、镉(Cd)、铜(Cu)、汞(Hg)的变异系数普遍偏高,除铜(Cu)为272.56%外,其余均达600%~1 100%,显示局部地段该类指标受人类活动影响污染产生异常的可能性很大[4]。

无机毒理指标中,砷(As)、碘化物(I-)变异系数一般,砷(As)的变异系数为151.70%;碘化物(I-)的的变异系数为123.33%,显示研究区该类指标受人类活动影响污染产生异常的可能性不大。

3 地下水TDS与硬度特征

TDS和总硬度是评价地下水质量优劣的重要指标。根据研究区地下水分析结果,浅层地下水TDS的范围在0.133~3.063 g/L,以淡水为主,局部地区分布少量微咸水,咸水在区内无分布。其中淡水广泛分布于整个工作区,呈面状分布;微咸水主要分布于涡阳西侧、十五里井、双庙镇—楚店—胡碱一带、高炉—王集一带、曹市周边地区、龚花园—王大楼一带以及王市周边,呈零散不连续分布。如图2所示为研究区浅层地下咸水与淡水分布区。根据微咸水分布情况推测该处为局域地下水排泄点,受蒸发浓缩作用影响[5]。

图2 研究区浅层地下水咸淡水分布图

如图3所示为研究区浅层地下水总硬度分布图,区内浅层地下水总硬度总体自补给区-径流区-排泄区呈现出逐渐增大的趋势。软水主要分布于地势较高的地下水补给地带;微硬水主要分布于地下水的径流区;硬水和极硬水分布于地势低洼的地下水的排泄区,主要集中于朱集-孙集-张老庄-中疃一带以及牛王辅-母集-关帝集一带。因浅层地下水排泄区地势低洼,浅层地下水水位埋藏极浅,受蒸发淋滤作用影响,离子富集,含量较高,很好地指示了地下水的补径排方向与特征[6]。

图3 研究区浅层地下水总硬度分布图

4 地下水水化学类型

影响水化学形成的因素很多,主要有地形地貌、地质、水文地质条件及人类活动等因素[7]。在研究区所特有的条件下,形成了第四纪孔隙水比较复杂、组合类型较多的特点,且具有一定的分带性。按照舒卡列夫分类法,区内浅层地下水共有15种水化学类型,但主要类型有11种,如表2所示。

表2 研究区浅层地下水水化学类型统计表

根据表2来看,区内浅层地下水以HCO3-Na型最多,占总数的28.57%;其次为HCO3-Na·Mg型水,占总数的18.49%;再次为HCO3-Na·Ca·Mg型水,占总数的14.29%;而后依次为HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca、HCO3·C-Ca·Mg、HCO3·Cl-Na·Mg、HCO3·Cl-Na·Ca·Mg、HCO3-Na·Ca、HCO3·Cl-Ca、HCO3·SO4-Na,占总数的比例分别为7.73%、7.73%、6.70%、4.12%、4.12%、3.61%。其余12种水化学类型每个类型出现的个数一般仅1~2组,共22组,合占总数的11.34%。

如图4所示,研究区浅层地下水阴离子以HCO3-为主,含量一般为200~800 mg/L;阳离子主要为Na+,含量为50~500 mg/L;其次为Ca2+,含量为20~290 mg/L,Mg2+含量为8~194 mg/L,部分采样点Cl-的含量在300~500 mg/L之间。从地下水中主要阴、阳离子变化来看,主要是含量相对变化,而无明显规律性;从地下水化学类型来看,横向无明显分带性。

图4 研究区浅层地下水Piper三线图

如图5所示,HCO3-Na型水广泛分布于工作区,主要分布于公吉寺-楚店-周集-西阳-高炉一带,分布面积达到30%左右,HCO3-Ca型水主要分布于王大楼周边、赵楼-纪王场一带、西潘楼-陈营一带、曹市周边、牛王辅周边;HCO3-Na·Mg型水主要分布于十五里井-双庙-丹凤一带、江集周边、后冯楼周边以及母集周边;HCO3-Ca·Mg型水主要分布于马集周边、张老庄南侧、望疃镇周边、中心集周边等地;HCO3-Na·Ca·Mg型水主要分布于张村周边、王市的西北侧、黄庄周边等;HCO3·Cl-Ca·Mg型水主要分布于曹市-单集林场一带、陈营的南侧等;HCO3·Cl-Ca型水主要分布于李大庄-赵楼一点以及望町集的西南侧;HCO3·Cl-Na·Ca·Mg型水主要分布于单集林场周边、十五里井西北侧等;HCO3·Cl-Na·Mg型水主要分布于牛王辅的南侧、路集的周边等;HCO3·SO4-Na型水主要是由于人类活动造成的,分布于公吉寺、马集城镇周边地区。

图5 研究区浅层地下水水化学类型图

5 结语

(1)研究区的浅层地下水化学类型在阴阳离子组成上较为接近,所指示的沉积环境是基本一致的,早期地下水中来源于天然环境的成分。此外三氮指标的高变异系数,指示了浅层地下水受化肥、污水、粪便等农业污染和生活污染的影响显著。由于受到地下水淋滤作用影响,导致浅层地下水中铁、锰含量普遍较高。浅层地下水中的重金属含量普遍较高,表明了受人类活动影响污染产生异常的可能性很大。

(2)TDS和总硬度自补给区-径流区-排泄区呈现出逐渐增大的趋势。软水主要分布于地势较高的地下水补给地带;微硬水主要分布于地下水的径流区;硬水和极硬水分布于地势低洼的地下水的排泄区。因浅层地下水排泄区地势低洼,浅层地下水水位埋藏极浅,受蒸发淋滤作用影响,离子富集,含量较高,很好地指示了地下水的补径排方向与特征。

(3)研究区浅层地下水主要以以HCO3-Na型最多,占总数的28.57%;其次为HCO3-Na·Mg型水,占总数的18.49%;再次为HCO3-Na·Ca·Mg型水,占总数的14.29%;而后依次为HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca、HCO3·C-Ca·Mg、HCO3·Cl-Na·Mg、HCO3·Cl-Na·Ca·Mg、HCO3-Na·Ca、HCO3·Cl-Ca、HCO3·SO4-Na,占总数的比例分别为7.73%、7.73%、6.70%、4.12%、4.12%、3.61%。

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