張樂中，許田柱

（1．長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，西安 710064；2．長江水利委員會辦公室，武漢 430010）

庫計水源地地下水水化學(xué)特征分析

張樂中1，許田柱2

（1．長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，西安 710064；2．長江水利委員會辦公室，武漢 430010）

以庫計水源地地下水為研究對象，在分析研究區(qū)水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了研究區(qū)地下水的水化學(xué)時空變化特征：從外圍分水嶺向內(nèi)以及由內(nèi)部分水嶺向周邊，地下水水化學(xué)類型總體上沿地下水流向，呈HCO3型→HCO3·Cl型→HCO3·SO4·Cl型→SO4·Cl型逐步過渡變化規(guī)律；在垂向上，中、淺層地下水水力聯(lián)系較為密切，分帶規(guī)律不明顯，深部地下水水質(zhì)略差；在時間上，由于白堊系含水層厚度巨大，垂向水力聯(lián)系密切，且水位埋藏普遍較深，季節(jié)性變化對地下水水質(zhì)影響有限，地下水水質(zhì)相對穩(wěn)定。

地下水；水化學(xué)特征；變化規(guī)律；庫計水源地

受干旱半干旱氣候影響，水資源短缺、生態(tài)環(huán)境脆弱已成為制約鄂爾多斯能源化工基地建設(shè)的一個重要因素。近年來，國內(nèi)外許多專家及學(xué)者對鄂爾多斯白堊系地下水盆地進行了研究，并取得了諸多成果［1－10］。棋盤井鎮(zhèn)地表水資源十分貧乏，而地下水資源相對豐富，地下水成為本地區(qū)生活和生產(chǎn)的唯一水源。由于近年來經(jīng)濟發(fā)展比較迅速，對地下水的開采量也相應(yīng)增加，該鎮(zhèn)水資源短缺問題已經(jīng)非常明顯，成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟進一步發(fā)展的瓶頸。棋盤井庫計水源地是為解決包括棋盤井在內(nèi)的鄂爾多斯市能源基地水資源短缺問題而劃定的10個水源地之一。因此，進行本地區(qū)的地下水水化學(xué)研究對合理利用與保護水資源具有現(xiàn)實意義。

1 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

庫計水源地位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯高原西北部，總體上，西北部、北部、東部較高的地勢決定了地下（表）水的主體流向為由西北向東南、由北東向西南徑流（圖1）。由于區(qū)內(nèi)基巖裸露區(qū)極少，大部分地區(qū)被白堊系風(fēng)化層、局部被風(fēng)積沙覆蓋，覆蓋層結(jié)構(gòu)松散，有利于大氣降水入滲補給地下水，因此庫計水源地雖處干旱、半干旱地區(qū)，降水補給仍是本區(qū)地下水的主要補給來源之一。

本區(qū)內(nèi)的白堊系含水層按時代分為羅漢洞組、環(huán)河組和洛河組。其中羅漢洞組分布于水源地西北大部，厚度小于300 m，且西厚東??；環(huán)河組在水源地均有分布，埋藏于羅漢洞組之下，出露于水源地東南部，厚度大；洛河組埋藏于環(huán)河組之下，厚度較小。

圖1 工作區(qū)位置圖Fig．1 Location of the research area

羅漢洞組和環(huán)河組是以砂巖為主的河流相沉積，具有統(tǒng)一性和連續(xù)性，可看作為一個統(tǒng)一含水層。該含水層雖然間夾有一些巖性以砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)和泥鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖為主的透境體，但因其厚度不大且延展范圍較小，尚不能構(gòu)成區(qū)域性隔水層。例如，KJ2號孔全孔共有隔水層2層，巖性為砂質(zhì)泥巖，合計厚度4．65 m，占全孔深度的1．5%；KJ4號孔也有巖性為泥巖和泥質(zhì)砂巖的2層隔水層，合計厚度3．40 m，占全孔深度的1．1%（圖2）。

圖2 KJ4號鉆孔巖性剖面圖Fig．2 Lithological profile of borehole KJ4

白堊系碎屑巖裂隙孔隙含水巖組具有分布廣泛、厚度巨大且連續(xù)穩(wěn)定的特點。含水層埋藏深度為25．95～86．75 m，厚度145．10～329．24 m，水位埋深18．50～86．76 m，且北部較深，南部較淺。滲透系數(shù)0．28～2．07 m／d，平均滲透系數(shù)為1．15m／d，平均給水度9．16%，給水能力強。本區(qū)雖處干旱地區(qū)，由于受到大氣降水和側(cè)向含水層的補給，卻仍賦存有較豐富的地下水資源。

2 地下水水化學(xué)水平分布特征

本次工作取水質(zhì)全分析樣41件、水質(zhì)簡分析樣80件、礦泉水分析樣4件，飲用水分析樣14件。取樣點主要為淺井、機井、自流井。對pH，K＋，Na＋，Mg2＋，Ca2＋，，，Cl－等主要成分進行分析。pH值用PHS－3C型酸度計；－和含量用雙指示計中和滴定法測定；Cl－含量以鉻酸鉀為指示劑，用硝酸汞容量法滴定；含量用EDTA（已二胺四乙酸二鈉）間接滴定法測定；Ca2＋含量采用鈣指示劑，用EDTA滴定；Mg2＋含量以鉻藍黑為指示劑，EDTA滴定；K＋和Na＋含量用410火焰光度計法。

通過對水化學(xué)樣品測試結(jié)果進行整理，繪制了地下水水化學(xué)圖（圖3）。從圖3可以看出，庫計水源地水化學(xué)類型呈現(xiàn)如下水平分布特征：

在水源地的東北側(cè)、西南端等地勢較高處（內(nèi)部分水嶺和接近外圍分水嶺處），陰離子以HCO3為主，西部向東逐步過渡為SO4·Cl，東北側(cè)向西南逐步過渡為HCO3·Cl，HCO3·SO4·Cl，中部則以HCO3·SO4·Cl型為主。在上述地勢較高處，陽離子則多以Na·Ca·Mg型為主，向內(nèi)部則過渡到大面積的Na型水。礦化度則大致按0．30→0．50→0．8 g／L的規(guī)律變化，局部地段略大于1 g／L（圖3）。

圖3 庫計水源地地下水化學(xué)圖Fig．3 Hydrochem ical type of groundwater in Kujiwater source area

這是因為庫計水源地西北和東北部接近補給區(qū)，內(nèi)部分水嶺又位于地勢較高處，由此，地形地貌控制了地下水的徑流場，也就較大程度地影響了地下水水化學(xué)特征從補給區(qū)沿徑流區(qū)至排泄區(qū)的變化規(guī)律，在大氣降水轉(zhuǎn)化為地下水的過程中，受溶濾作用影響，地層中的易溶鹽如NaCl和Na2SO4等鹽類首先被溶解，并隨地下徑流被帶走，從而降低了補給區(qū)含水層中易溶鹽的含量。所以補給區(qū)地下水中主要成分是較為難溶的重碳酸根、鈣、鎂等離子，礦化度較低。隨地下水的徑流，含水層中易溶鹽不斷被溶解，礦化度逐漸增高，硫酸根、氯、鈉等離子的含量也逐漸增高，從而降低了重碳酸根、鈣、鎂等離子的百分比含量。

3 地下水水化學(xué)垂直分布特征

對KJ1和KJ8號孔分段采集了水化學(xué)樣，KJ1號孔位于水源地的北部，分段深度為160．0 m，KJ8孔位于水源地的南部，分段深度為148．6 m，從KJ1和KJ8孔測試結(jié)果（表1）可以看出，上下段成分互相間略有變化，但幅度較小，上下段沒有整體上升或整體下降的規(guī)律，說明區(qū)內(nèi)地下水在垂向上并無太大差異，上下段水力聯(lián)系密切。

表1 KJ1和KJ8號孔上下試段主要水化學(xué)成分對比表Table 1 Com parison ofmain hydrochem ical components in the upper and lower parts of borehole KJ1 and KJ8

根據(jù)Parker系統(tǒng)對深孔KJ7不同深度采集水樣的測試結(jié)果（如表2、圖4）分析，不同深度地下水成分含量存在差異，但總體上并沒有隨取樣深度加大，成分含量從上至下依次升高或依次降低的規(guī)律。造成這種結(jié)果的原因可能是由于KJ7號孔位于庫計水源地南部，接近于都思兔河排泄區(qū)，地層顆粒變細，泥質(zhì)成分相對增多，形成了局部隔水層，使地下水上下通透性減弱而造成的。以470m為界，上部水化學(xué)類型以SO4·Cl·HCO型為主，礦化度多小于1 g／L，下部則為單一的SO4·Cl型，礦化度在1 g／L左右，說明深層地下水循環(huán)途徑長，徑流滯緩，更新能力差，出現(xiàn)礦化度升高、水質(zhì)劣化的趨勢。

圖4 KJ7號孔水質(zhì)Piper圖Fig．4 Piper diagram of water quality in borehole KJ7

4 地下水水質(zhì)的多年變化特征

地下水水質(zhì)的多年變化特征主要受自然因素和人為因素的影響。對于不同層位的地下水，受外界因素影響其水質(zhì)變化程度不盡相同。一般情況下，位于淺層的地下水易受外界因素影響，其水質(zhì)變化較大；而位于深層的地下水受外界影響因素較小，其水質(zhì)變化也較小，特別是封閉條件好的含水層，其水質(zhì)受外界因素影響變化更?。?1］。

利用區(qū)內(nèi)長期觀測點GM41六期水化學(xué)資料（如表3、圖2）和區(qū)內(nèi)其它長期觀測點的三期水化學(xué)資料（表4）進行水質(zhì)歷時對比分析，可以看出，各項組分在不同采集期略有變化，但并無從豐水期至枯水期的明顯升高或明顯降低，說明白堊系含水層厚度巨大，垂向水力聯(lián)系密切，且水位埋藏普遍較深，季節(jié)性變化對地下水水質(zhì)影響有限，地下水水質(zhì)相對穩(wěn)定。

表2 KJ7號孔不同深度水化學(xué)成分對比表Table 2 Com parison of hydrochem ical components in different depths of borehole KJ7

表3 GM 41長期觀測點水質(zhì)歷時對照表Table 3 Water quality history at long-term observation point GM 41

表4 部分長期觀測點水質(zhì)歷時對照表Table 4 Comparison of water quality history at some long-term observation points

5 結(jié) 論

庫計水源地地下水水化學(xué)類型多樣，其化學(xué)成分含量和水化學(xué)類型的空間分布、形成機制以及演化過程均以地形地貌、徑流條件為主要影響因素。研究區(qū)地下水的變化規(guī)律為：

（1）水源地地下水水化學(xué)類型呈現(xiàn)水平分帶特征，從外圍分水嶺向內(nèi)以及由內(nèi)部分水嶺向周邊，地下水水化學(xué)類型呈逐步過渡形式，總體上沿地下水流向，地下水化學(xué)類型的變化規(guī)律為HCO3型→HCO3·Cl型→HCO3·SO4·Cl型→SO4·Cl型，陽離子則由Na＋·Ca2＋·Mg2＋向Na型過渡。水源地東部多為Ⅰ和Ⅱ類水，西部分布有Ⅳ類水，東部水質(zhì)優(yōu)于西部。

（2）在垂向上，中、淺層地下水水力聯(lián)系較為密切，分帶規(guī)律不明顯，深部地下水水質(zhì)略差，基本符合區(qū)域地下水循環(huán)特征。

（3）白堊系含水層厚度巨大，垂向水力聯(lián)系密切，且水位埋藏普遍較深，季節(jié)性變化對地下水水質(zhì)影響有限，地下水水質(zhì)相對穩(wěn)定。

［1］ 侯光才，張茂省．鄂爾多斯盆地地下水資源與可持續(xù)利用［M］．西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2004．（HOU Guang-cai，ZHANG Mao-sheng．Groundwater Resource and Its Sustainable Utilization in Ordos Basin［M］．Xi’an：Shaanxi Science and Technology Press，2004．（in Chinese））

［2］ 李云峰，李金榮，侯光才，等．從水文地球化學(xué)角度研究鄂爾多斯盆地南區(qū)白堊系地下水的排泄途徑［J］．西北地質(zhì)，2004，37（3）：91－95．（LIYun-feng，LI Jinrong，HOU Guang-cai，et al．Study on Cretaceous Groundwater Discharge in the Southern Parts of Ordos Basin as Viewed from Hydrogeochemistry［J］．Northwestern Geology，2004，37（3）：91－95．（in Chinese））

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［8］ 董維紅，蘇小四，侯光才，等．鄂爾多斯白堊系地下水盆地地下水化學(xué)類型的分布規(guī)律［J］．吉林大學(xué)學(xué)報（地球科學(xué)版），2007，37（2）：288－292．（DONG Weihong，SU Xiao-si，HOU Guang-cai，et al．Distribution Law of Groundwater Hydrochemical Type in the Ordos Cretaceous Artesian Basin［J］．Journal of Jilin University（Earth Science Edition），2007，37（2）：288－292．（in Chinese））

［9］ 錢 會，竇 妍，李西建，等．都思兔河氫氧穩(wěn)定同位素沿流程的變化及其對河水蒸發(fā)的指示［J］．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2007，34（2）：107－112．（QIAN Hui，DOU Yan，LIXi-jian，etal．Changes ofδ～（18）O andδD along Dousitu River and Its Indication of River Water E-vaporation［J］．Hydrogeology＆Engineering Geology，2007，34（2）：107－112．（in Chinese））

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［11］龐俊華．乾安縣淺層高氟地下水的分布規(guī)律及成因的初步探討［J］．吉林地質(zhì)，1991，10（1）：71－74．（PANG Jun-hua．A Preliminary Study on the Distributional Regularities and the Origin of Shallow High-Fluorine Groundwater in Qian’an County，Jilin Province［J］．Jilin Geology，1991，10（1）：71－74．（in Chinese） ）

（編輯：陳 敏）

Hydrochem ical Characteristics of Groundwater in KujiW ater Source Area in Ordos Basin

ZHANG Le-zhong，XU Tian-zhu
（1．School of Geology Engineering and Geomatics，Chang’an University，Xi’an 710064，China；2．Changjiang River Water Resources Commission，Wuhan 430010，China）

On the basis of analyzing hydrogeological conditions，the spatio-temporal variation of hydrochemical characteristics of groundwater in Kujiwater source area of Ordos basin is systematically researched．The chemical composition，spatial distribution，and variation of hydrochemical type were affected by geographic，geomorphic and runoff conditions．Results showed that hydrochemical type changed as a whole along the direction of groundwater flow from the peripheralwatershed towards the interior and from the internalwatershed towards the peripheral．The main negative ion gradually changed from HCO3to HCO3·Cl and further HCO3·SO4·Cl，and then SO4·Cl．In vertical direction，close hydraulic connection between themiddle layer and shallow layer groundwater was found，and their partition was not obvious．Due to close hydraulic connection in vertical direction for Cretaceous aquifer of huge thickness and the depth of groundwater，the groundwater quality is less affected by seasonal change．

groundwater；hydrochemical characteristics；variation regularity；Kujiwater source area

P641．3

A

1001－5485（2013）02－0001－05

10．3969／j．issn．1001－5485．2013．02．001

2012－07－11；

2012－10－17

內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)勘查項目（［2006］水2－1－02）

張樂中（1975－），男，山西汾陽人，工程師，博士研究生，主要從事水文地質(zhì)和工程地質(zhì)方面的研究，（電話）13488356808（電子信箱）zlzbest＠163．com。